CN109855892A - 基于碳平衡的固体不完全燃烧热损失快速检测方法 - Google Patents

Abstract

一种基于碳平衡的固体不完全燃烧热损失实时检测方法，涉及锅炉能效检测领域。本发现基于碳平衡的方法，燃料中未燃烧或未燃尽的碳含量可以通过给煤的总含碳量减去烟气的含碳量计算得到。通过在线监测烟气的体积和CO、CO2浓度即可实时得到烟气的碳含量，当煤种不发生变化时，给煤的煤质参数基本保持不变，可以选取进入锅炉的样品分析碳含量，作为此批煤样的碳含量。根据前后两次测得的煤质参数差值率确定下一次采样分析的时间间隔，在煤质参数精确测量的前提下减少了取样分析的工作量。本发现可以较为实时显示固体不完全燃烧热损失，易于测量、成本较低、精确度较高、可靠性好，可以适用于所有炉型的燃煤锅炉。

Description

基于碳平衡的固体不完全燃烧热损失快速检测方法

技术领域

本发明涉及锅炉能效检测领域，特别涉及一种基于碳平衡的固体不完全燃烧热损失快速检测方法。

背景技术

煤炭是我国的主要能源，除了电站锅炉外，工业燃煤锅炉是煤炭利用的重要方式。燃煤工业锅炉数量巨大，管理粗放，是能源和污染大户。我国燃煤工业锅炉平均运行效率仅达65％左右，比国际先进水平低15到20个百分点，节能减排潜力巨大。

与电站燃煤锅炉不同，工业锅炉符合变化较大，传统的离线监测的能效数据较难反映炉内的实时状况。另外锅炉能效监测技术主要是应用于煤粉炉和流化床炉，对链条炉的适用性较差，主要原因为不同炉型燃煤锅炉的固体不完全燃烧热损失(q4)监测重点不一致。对于煤粉炉和流化床锅炉，未燃尽固体的燃烧热损失主要来源于飞灰，占90％以上，因而电站锅炉的固体热损失的监测主要是监测飞灰的含碳量，而飞灰的取样、质量计量和含碳量的监测技术均已成熟，可广泛应用于煤粉炉能效的监测。对于链条炉，固体不完全燃烧热损失包含飞灰、炉渣和漏煤，并且炉渣和漏煤的不完全燃烧热损失占固体不完全燃烧热损失的80％以上，然而目前炉渣和漏煤的取样、质量计量和含碳量监测都比较困难，并且价格昂贵且由于不同锅炉的冷渣技术和链条炉结构的差异性，研发的炉渣和漏煤的取样和质量计量工艺难以适用于所有锅炉。而固体不完全燃烧热损失(q4)是工业燃煤锅炉的能效损失主要原因，几乎占所有热损失的一半左右。因此，本发明旨在提供一种适用于所有燃煤工业锅炉的固体不完全燃烧热损失的实时监测方法

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种基于碳平衡的固体不完全燃烧热损失快速检测方法。

本发明所采用的技术方案是：一种基于碳平衡的固体不完全燃烧热损失快速检测方法，其技术要点是，包括如下步骤：

取样的步骤，记录并分析获取的煤种的碳含量和热值；

获取热损失的步骤，利用测量获得煤样的总含碳量减去烟气中的碳含量来获取燃料中未燃烧或未燃尽的碳含量的步骤；

确定采样时间间隔的步骤，间隔一端时间后，再次取样并分析此时煤种的含碳量和发热量；若两次测量碳含量的差值率在设定的阈值范围内，则说明煤种未发生变化，延长取样分析的间隔时间；否则，说明煤种变化，则缩短取样分析的间隔时间。

优选的，获取热损失的步骤具体包括：

获取烟气中碳含量的步骤，实时采集烟气中CO浓度、CO2浓度和烟气流量，并利用上述三个参数，计算获取烟气中的含碳量；

获取煤的总含碳量的步骤，实时获取煤样碳含量和给煤速率，并利用这两个参数计算煤的总含碳量；

获取飞灰、炉渣以及漏煤的总含碳量的步骤，根据计算获得的煤的总含碳量和烟气中碳含量，计算获取飞灰、炉渣以及漏煤的总含碳量；

获取固体不完全燃烧热损失的步骤，利用煤的总含碳量减去飞灰、炉渣以及漏煤的总含碳量获得固体不完全燃烧热损失。

优选的，获取烟气中碳含量的计算公式如下：

式中，M_C，_烟气为烟气中的含碳量，(kg/h)；Q_yq为烟气流量，(Nm3/h)；φ_CO2为烟气中CO2含量，(％)；φ_CO为烟气中CO含量，(ppm)。

优选的，获取煤的总含碳量的计算公式如下：

式中，M_C，给煤为给煤的总含碳量，(kg/h)；B为给煤速率，(kg/h)；C_给煤为煤中碳的含量，(％)。

优选的，获取飞灰、炉渣以及漏煤的总含碳量的公式如下：

M_{C，飞灰+漏煤+炉渣}＝M_C，给煤-M_C，烟气

式中，M_{C，飞灰+漏煤+炉渣}为飞灰、炉渣以及漏煤的总含碳量，(kg/h)；

优选的，获取固体不完全燃烧热损失q4的公式如下：

式中，M_{C，飞灰+漏煤+炉渣}为飞灰、炉渣以及漏煤的总含碳量，(kg/h)；Q_yq为烟气流量，(Nm3/h)；φ_CO2为烟气中CO2含量，(％)；φ_CO为烟气中CO含量，(ppm)。Q给煤为煤的热值(KJ/Kg)；B为给煤速率，(kg/h)；C_给煤为煤中碳的含量，(％)。

本发明的有益效果是：本发现基于碳平衡的方法，燃料中未燃烧或未燃尽的碳含量可以通过给煤的总含碳量减去烟气的含碳量计算得到。当煤种不发生变化时，给煤的含碳量基本保持不变，可以选取煤场里的典型样品分析碳含量，作为此批煤样的碳含量。烟气的碳含量只需要通过监测烟气的体积和CO、CO2浓度即可得到，不仅易于测量，而且精确度较高、可靠性好。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中基于碳平衡的固体不完全燃烧热损失快速检测方法流程图；

图2为本发明实施例中获取热损失的步骤的流程图。

具体实施方式

使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图1、图2和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本实施例采用的基于碳平衡的固体不完全燃烧热损失快速检测方法，包括如下步骤：

步骤S1，取样的步骤，记录并分析获取的煤种的碳含量和热值。工业锅炉一定时间内供给锅炉的煤种是不变的，因此给煤的碳含量可以认为是固定值。通常是当煤种不发生变化时,煤质基本不发生变化,用煤质分析仪计量得到碳含量(C_给煤)和热值(Q给煤)，并将结果手动输入到存储系统中。

步骤S2，获取热损失的步骤，利用测量获得煤样的总含碳量减去烟气中的碳含量来获取燃料中未燃烧或未燃尽的碳含量的步骤。具体包括：

步骤S201，获取烟气中碳含量的步骤。利用流量计和气体传感器在线监测烟气的流量和CO、CO2浓度，并利用上述三个参数，计算获取烟气中的含碳量；计算公式如下：

式中，M_C，_烟气为烟气中的含碳量，(kg/h)；Q_yq为烟气流量，(Nm3/h)；φ_CO2为烟气中CO2含量，(％)；φ_CO为烟气中CO含量，(ppm)。

步骤S202，获取煤的总含碳量的步骤。实时获取给煤的总含碳量、利用皮带传感器在线计量获得给煤速率，并利用这两个参数计算煤的总含碳量；计算公式如下：

式中，M_C，给煤为给煤的总含碳量，(kg/h)；B为给煤速率，(kg/h)；C_给煤为煤中碳的含量，(％)。

步骤S203，获取飞灰、炉渣以及漏煤的总含碳量的步骤。根据计算获得的煤的总含碳量和烟气中碳含量，计算获取飞灰、炉渣以及漏煤的总含碳量；计算公式如下：

M_{C，飞灰+漏煤+炉渣}＝M_C，给煤-M_C，烟气

式中，M_{C，飞灰+漏煤+炉渣}为飞灰、炉渣以及漏煤的总含碳量，(kg/h)；

步骤S204，获取固体不完全燃烧热损失的步骤。利用煤的总含碳量减去飞灰、炉渣以及漏煤的总含碳量获得固体不完全燃烧热损失q4；公式如下：

步骤S3，确定采样时间间隔的步骤。间隔一端时间后，再次取样并分析此时煤种的含碳量和发热量；若两次测量结果的变化在设定的阈值范围内，则说明煤种未发生变化，延长取样分析的间隔时间；否则，说明煤种变化，则缩短取样分析的间隔时间，再次执行步骤1，进行取样。例如，在载有煤样的皮带上手动取100克左右的煤样，然后进行研磨筛分，选取粒径小于0.1mm的煤样分别送入元素分析仪和热量仪进行分析，分析后采集并记录碳元素质量百分比(C给煤，i)和热值(Qi)。1小时后再次在同一地点进行取样、研磨、筛分和分析，并再次记录碳元素质量百分比(C给煤，i+1)和热值(Qi+1)，并替代前一刻记录的(C给煤，i)和(Qi)。同时计算下次采样的间隔时间，采样间隔时间计算公式：

计算前后两次给煤的差值率I，公式如下：

I＝(C_给煤，i+1-C_给煤，i)/C_给煤

若I的值在±5％之内，则采样时间增加一倍：t(i+1)＝2t(i)，即第一次采样与第二次采样间隔时间为2小时(t1＝1h)；

若I的值在±5％-10％之内，t(i+1)＝0.5t(i)，即第一次采样与第二次采样间隔时间为0.5小时

若I的值大于10％，采样间隔时间恢复到1h。

本实施例采用的烟气里的含碳量在线监测方法容易实现，煤样含碳量、烟气体积以及CO2、CO浓度的测量仪器或方法均很成熟，因此其结果的可靠性、准确度均非常高，可以适用于所有炉型，特别适用于在炉子运行过程中炉渣和漏煤在取样和质量计量全部实现难度较大的链条炉，解决了现有技术精度低，成本高，较难普及的问题。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种基于碳平衡的固体不完全燃烧热损失快速检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

取样的步骤，记录并分析获取的煤种的碳含量和热值；

获取热损失的步骤，利用测量获得煤样的总含碳量减去烟气中的碳含量来获取燃料中未燃烧或未燃尽的碳含量的步骤；

确定采样分析时间间隔的步骤，间隔一端时间后，再次取样并分析此时煤种的含碳量和发热量；若两次测量碳含量和热值的差值率在设定的阈值范围内，则说明煤质参数未发生变化，延长取样分析的间隔时间；否则，说明煤种变化，则缩短取样分析的间隔时间。

2.如权利要求1所述的基于碳平衡的固体不完全燃烧热损失快速检测方法，其特征在于，获取热损失的步骤具体包括：

获取烟气中碳含量的步骤，实时采集烟气中CO浓度、CO2浓度和烟气流量，并利用上述三个参数，计算获取烟气中的含碳量；

获取煤的总含碳量的步骤，实时获取煤样碳含量和给煤速率，并利用这两个参数计算煤的总含碳量；

获取飞灰、炉渣以及漏煤的总含碳量的步骤，根据计算获得的煤的总含碳量和烟气中碳含量，计算获取飞灰、炉渣以及漏煤的总含碳量；

获取固体不完全燃烧热损失的步骤，利用煤的总含碳量减去飞灰、炉渣以及漏煤的总含碳量获得固体不完全燃烧热损失。

3.如权利要求2所述的基于碳平衡的固体不完全燃烧热损失快速检测方法，其特征在于，获取烟气中碳含量的计算公式如下：

式中，M_C，烟气为烟气中的含碳量，(kg/h)；Q_yq为烟气流量，(Nm3/h)；φ_CO2为烟气中CO2含量，(％)；φ_CO为烟气中CO含量，(ppm)。

4.如权利要求2所述的基于碳平衡的固体不完全燃烧热损失快速检测方法，其特征在于，获取煤的总含碳量的计算公式如下：

式中，M_C，给煤为给煤的总含碳量，(kg/h)；B为给煤速率，(kg/h)；C_给煤为煤中碳的含量，(％)。

5.如权利要求2所述的基于碳平衡的固体不完全燃烧热损失快速检测方法，其特征在于，获取飞灰、炉渣以及漏煤的总含碳量的公式如下：

M_{C，飞灰+漏煤+炉渣}＝M_C，给煤-M_C，烟气

式中，M_{C，飞灰+漏煤+炉渣}为飞灰、炉渣以及漏煤的总含碳量，(kg/h)。

6.如权利要求2所述的基于碳平衡的固体不完全燃烧热损失快速检测方法，其特征在于，获取固体不完全燃烧热损失q4的公式如下：

式中，M_{C，飞灰+漏煤+炉渣}为飞灰、炉渣以及漏煤的总含碳量，(kg/h)；Q_yq为烟气流量，(Nm3/h)；φ_CO2为烟气中CO2含量，(％)；φ_CO为烟气中CO含量，(ppm)。Q给煤为煤的热值(KJ/Kg)；B为给煤速率，(kg/h)；C_给煤为煤中碳的含量，(％)。