CN110285404B - 通过计算机控制降低锅炉炉膛磨损的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种通过计算机控制降低锅炉炉膛磨损的方法，保持炉膛出口负压不变，逐渐增大一次风机直至风机最大出力，由DCS:集中分散控制系统自动取点记录一次风量F1与风室压力值P_fs，根据实验所得的数据，绘制空板阻力曲线F1‑‑P_fs，并在DCS系统用数据的对应关系模拟空板阻力曲线。循环流化床锅炉煤种适应强，但锅炉的磨损造成了寿命低、使用率不高。究其磨损的机理，跟物料浓度、炉膛风速有极其密切关系。本发明从锅炉控制角度出发，通过冷态试验确定最低一次风量，选择合适的料层厚度，建立一种通过计算机自动控制来减缓锅炉炉膛磨损的策略。

Description

通过计算机控制降低锅炉炉膛磨损的方法

技术领域

本发明涉及一种通过计算机控制降低锅炉炉膛磨损的方法。

背景技术

循环流化床锅炉具有煤种适应性强、燃烧效率高、污染物排放低和负荷调节性能好等优点，是目前推广应用的炉型之一。但是，由于炉内有大量的床料及循环物料，煤在流化状态下低温循环燃烧，造成烟气中含有大量的飞灰颗粒，这些灰粒高速冲刷水冷壁管、对流受热面等部位，使其壁面受到剧烈磨损，发生局部的严重破坏，甚至导致停炉事故。

因此，了解飞灰磨损规律，找出主要磨损部位及原因，选择合理的防磨措施，进行合理的技术改造，保持锅炉最佳方式运行，使磨损损害减少到最小程度，无论从安全或经济上都是非常必要和及时的。

发明内容

本发明的目的是提供一种通过计算机控制降低锅炉炉膛磨损的方法，能够自动控制一次风量、控制实际料层厚度，减缓水冷壁磨损，安全经济运行、节约能源。本发明的技术方案是：一种通过计算机控制降低锅炉炉膛磨损的方法：1)、根据锅炉冷态布风板阻力实验，即：保持炉膛出口负压不变，逐渐增大一次风机直至风机最大出力，由DCS:集中分散控制系统自动取点记录一次风量F1与风室压力值P_fs，根据实验所得的数据，绘制空板阻力曲线F1--P_fs，并在DCS系统用数据的对应关系模拟空板阻力曲线：

2)、在锅炉冷态状态下，即：锅炉还没有点火启动升温的状态；向炉膛里上床料，测量并记录床料的真实厚度T_cllt，做流化试验，并记录下能够保证流化状态的最低一次风量F_min及此风量所对应的风室压力P_fs，并查找该风量对应的空板阻力值P_fslt；

床料厚度T_cl、风室压力P_fs、空板阻力值P_fslt有如下对应关系：

当K＝1时，T_cl＝K(P_fs-P_fslt)/1000*100 公式1

3)、采用步骤2)中记录的床料的真实厚度T_cllt、流化状态下的最低一次风量F_min、此风量所对应的风室压力P_fs及此风量对应的空板阻力值P_fslt，修正公式1中的K值；K:在锅炉启动前的冷态状态下风室压力与冷态布风板阻力差值，设定为1KPa对应100mm床料厚度，即K＝1，随着锅炉启动后，待有压火时，打开炉门检查料层实际厚度，对应运行中热态时的风室压力与冷态布风板阻力差值，以确定将1KPa对应多少料层厚度，即为K值的修正。

4)、绘制P_fs-P_fslt与T_cl的对应曲线，并在DCS:集中分散控制系统中用数据的对应关系模拟该曲线，在锅炉热态时，即：锅炉点火启动运行后；在压火前通过公式1计算出床料厚度的热态理论值T_rtll，压火后打开炉膛人孔门确认料床实际厚度值T_rtsj，实际厚度值与热态理论值T_rtll对比，压火：流化床锅炉切断燃料，停止风机，将锅炉短时间内停止运行，再次修订公式1中的系数K，重新绘制P_fs-P_fslt与T_cl对应曲线，并在DCS系统中用数据的对应关系模拟该曲线；

5)、自动运行中，输入需要保持的料层厚度设定值T_lcsd，DCS系统自动对应出相应的风室压力值作为PID-进程控制符设定值P_fssd，通过计算机逻辑控制冷渣器自动启、停止、增减转数N_lzj，实现对风室压力P_fs，即料层厚度T_lc的自动控制，当P_fs大于P_fssd时，冷渣机转数增加；当P_fs小于P_fssd时，冷渣机转数减少；

6)、冷态流化试验，在料床达到流化状态时所需要的最小一次风量F_min，为最低流化风量，运行时一次风量F1_rt不能低于该风量，一次风在锅炉正常运行时，在保证不低于该风量时，根据床温T_cw升速率的含义，自动增减一次风机频率f1_rt，即当床温升速率k_cw上升大于3℃/min，相应增加一次风量，即加大一次风机频率f1_rt，减少给煤量N_ml，将升速率k_cw控制在上下不超过1摄氏度的范围内，在故障时，床温T_cw急剧升高,即升速率k_cw超过10℃/min，自动记录此时的总给煤量N_mlgz，一次风机频率f1_rt自动增加，如果升速率k_cw仍大于5℃/min，且床温T_cw持续上升达到945摄氏度，计算机自动停止一台给煤机，升速率k_cw有所下降，但升速率k_cw仍不低于3℃/min，且床温T_cw达到950摄氏度，停止两台给煤机，此时床温升速率k_cw低于3℃/min，且还在下降，一次风机频率f1_rt停止增加，升速率k_cw低于1℃/min，启动给煤机，给煤量N_ml自动下降至故障前总煤量N_mlgz的2/3，床温T_cw低于950摄氏度时，一次风量F1_rt自动跟踪至该煤量N_ml所对应的风量，继续重复上述正常运行时风量跟踪升速率的状态方法直到实现炉床温度稳定安全目的；综合步骤1)-步骤5)炉膛床料厚度的自动控制，实现锅炉受热面降低磨损，安全稳定运行。

符号注释：

F1：一次风量

P_fslt：空板阻力值

T_cllt：流化试验时床料的真实厚度

F_min：最低流化一次风量

P_fs：风室压力

T_cl：床料厚度

T_rtll：热态下床料厚度理论值

T_rtsj：热态下床料实际厚度

T_lcsd：热态运行时床料厚度设定值

P_fssd：热态运行时，风室压力设定值

N_lzj：冷渣机转数

T_cw：床料温度

k_cw：床温升速率

f1_rt：一次风机频率

N_ml：正常运行时给煤量

N_mlgz：故障状态下，床温急剧升高时的总给煤量。

本发明工作原理：

首先，通过锅炉冷态布风板阻力实验，得出一次风量和风室压力互相对应的数据，即一定的风量，对应一定的风室压力，得出布风板的阻力；然后在炉膛布风板上添加床料，添加至点火需要的床料厚度，并记录该厚度值，在此厚度下做最低流化试验，得出最低流化风量，和最低流化风量所对应的风室压力，对照布风板阻力实验时的风量与风室压力值，作为实际料层厚度的计算数据；在有机会进行锅炉压火操作时，打开炉门查看料层厚度，这就是锅炉运行时的真实料层厚度，然后对冷态实验的计算数据进行系数修改，使其更贴近于实际运行的真实值，通过计算机逻辑，控制冷渣器自动启动、停止、调节转数；冷态实验时记录的最低流化风量，对应运行时床温变化率、给煤量、氧量，通过计算机自动调节风量、给煤量，实现锅炉床温安全稳定，料层厚度维持在最佳合理厚度，风量在负荷实际需要的范围内，实现锅炉受热面降低磨损，安全、经济、稳定运行。

本发明技术效果：

根据飞灰磨损规律，我们通过对锅炉启动前的冷态试验(空板阻力试验、最低流化风量试验等)数据的采集，通过逻辑自动控制一次风量保证不低于最低流化风量和炉床不超温的情况下，将风量控制在合理范围内，同时自动控制调整冷渣器的转数和启停，从而保持合理的料床厚度(即合理的风室压力或料层差压)。从而达到锅炉的安全经济、高效、稳定的运行。

循环流化床锅炉的磨损的因素与物料浓度、物料流速、炉膛压力、粒径、煤质等有关。所以在运行中，炉床料层的厚度、一次风量的大小等都对受热面的磨损有影响。料层厚，物料浓度相对就大；一次风量大，流速必然加快。而磨损与物料流速的三次方成正比，若在其他因素变化不大的情况下，气、固两种物质的运动速度是产生磨损的关键所在，流速大磨损明显加剧。相反，磨损就会相对减轻。严格的控制多余送风量入炉，维持合理的过量空气系数，不仅是一个降低风速、减少磨损的单一问题，也是一个确保安全经济运行、节约能源的问题。

在锅炉煤质稳定情况下，一次风量和料层厚度有明显的控制意义，控制得当，应可以减缓水冷壁磨损；但由于锅炉炉前煤的煤质多变、负荷调整等多方面因素影响，按单一煤质所定的一次风量和料层厚度并不适合复杂的多变工况；故最终没有进行实践应用。自动控制一次风量、控制实际料层厚度，减缓水冷壁磨损。

附图说明：

图1：布风板试验流程图

图2：料层厚度与风室压力对应关系确定及流程图

图3：料层厚度调节流程图

图4：一次风机、给煤机自动调解流程

具体实施方式:

1)、根据锅炉冷态布风板阻力实验，即：保持炉膛出口负压不变，逐渐增大一次风机直至风机最大出力，由DCS系统自动取点记录一次风量F1与风室压力值P_fs，根据实验所得的数据，绘制空板阻力曲线F1--P_fs，并在DCS系统用数据的对应关系模拟空板阻力曲线，如图1所示；

2)、在锅炉冷态状态下，即：锅炉还没有点火启动升温的状态；向炉膛里上床料，测量并记录床料的真实厚度T_cllt，做流化试验，并记录下能够保证流化状态的最低一次风量F_min及此风量所对应的风室压力P_fs，并查找该风量对应的空板阻力值P_fslt；

床料厚度T_cl、风室压力P_fs、空板阻力值P_fslt有如下对应关系：

当K＝1时，T_cl＝K(P_fs-P_fslt)/1000*100 公式1

3)、用1)、2)中记录的床料的真实厚度T_cllt、流化状态下的最低一次风量F_min、此风量所对应的风室压力P_fs及此风量对应的空板阻力值P_fslt，修正公式1中的K值；K:在锅炉启动前的冷态状态下风室压力与冷态布风板阻力差值，设定为1KPa对应100mm床料厚度，即K＝1，随着锅炉启动后，待有压火时，打开炉门检查料层实际厚度，对应运行中热态时的风室压力与冷态布风板阻力差值，以确定将1KPa对应多少料层厚度，即为K值的修正；

4)、绘制P_fs-P_fslt与T_cl的对应曲线，并在DCS:集中分散控制系统中用数据的对应关系模拟该曲线，在锅炉热态时，即：锅炉点火启动运行后；在压火前；压火：流化床锅炉切断燃料，停止风机，将锅炉短时间内停止运行；通过公式1计算出床料厚度的热态理论值T_rtll，压火后打开炉膛人孔门确认料床实际厚度值T_rtsj，实际厚度值与热态理论值T_rtll对比，再次修订公式1中的系数K，重新绘制P_fs-P_fslt与T_cl对应曲线，并在DCS系统中用数据的对应关系模拟该曲线，如图2所示；

5)、自动运行中，输入需要保持的料层厚度设定值T_lcsd，DCS系统自动对应出相应的风室压力值作为PID-进程控制符设定值P_fssd，通过计算机逻辑控制冷渣器自动启、停止、增减转数N_lzj，实现对风室压力P_fs，即料层厚度T_lc的自动控制，当P_fs大于P_fssd时，冷渣机转数增加；当P_fs小于P_fssd时，冷渣机转数减少；如图3所示；

6)、冷态流化试验，在料床达到流化状态时所需要的最小一次风量F_min，为最低流化风量，运行时一次风量F1_rt不能低于该风量，一次风在锅炉正常运行时，在保证不低于该风量时，根据床温T_cw升速率的含义，自动增减一次风机频率f1_rt，即当床温升速率k_cw上升大于3℃/min，相应增加一次风量，即加大一次风机频率f1_rt，减少给煤量N_ml，将升速率k_cw控制在上下不超过1摄氏度的范围内，在故障时，床温T_cw急剧升高,即升速率k_cw超过10℃/min，自动记录此时的总给煤量N_mlgz，一次风机频率f1_rt自动增加，如果升速率k_cw仍大于5℃/min，且床温T_cw持续上升达到945摄氏度，计算机自动停止一台给煤机，升速率k_cw有所下降，但升速率k_cw仍不低于3℃/min，且床温T_cw达到950摄氏度，停止两台给煤机，此时床温升速率k_cw低于3℃/min，且还在下降，一次风机频率f1_rt停止增加，升速率k_cw低于1℃/min，启动给煤机，给煤量N_ml自动下降至故障前总煤量N_mlgz的2/3，床温T_cw低于950摄氏度时，一次风量F1_rt自动跟踪至该煤量N_ml所对应的风量，继续重复上述正常运行时风量跟踪升速率的状态方法直到实现炉床温度稳定安全目的；综合步骤1)-步骤5)炉膛床料厚度的自动控制，实现锅炉受热面降低磨损，安全稳定运行。如图4所示

通过对锅炉启动前的冷态试验(空板阻力试验、最低流化风量试验等)数据的采集，通过逻辑自动控制一次风量保证不低于最低流化风量和炉床不超温的情况下，将风量控制在合理范围内，同时自动控制调整冷渣器的转数和启停，从而保持合理的料床厚度(即合理的风室压力或料层差压)。

符号注释：

F1：一次风量

P_fslt：空板阻力值

T_cllt：流化试验时床料的真实厚度

F_min：最低流化一次风量

P_fs：风室压力

T_cl：床料厚度

T_rtll：热态下床料厚度理论值

T_rtsj：热态下床料实际厚度

T_lcsd：热态运行时床料厚度设定值

P_fssd：热态运行时，风室压力设定值

N_lzj：冷渣机转数

T_cw：床料温度

k_cw：床温升速率

f1_rt：一次风机频率

N_ml：正常运行时给煤量

N_mlgz：故障状态下，床温急剧升高时的总给煤量。

Claims (1)

1.一种通过计算机控制降低锅炉炉膛磨损的方法，其特征是：

1)、根据锅炉冷态布风板阻力实验，即：保持炉膛出口负压不变，逐渐增大一次风机直至风机最大出力，由DCS:集中分散控制系统自动取点记录一次风量F1与风室压力值P_fs，根据实验所得的数据，绘制空板阻力曲线F1--P_fs，并在DCS系统用数据的对应关系模拟空板阻力曲线：

2)、在锅炉冷态状态下，即：锅炉还没有点火启动升温的状态；向炉膛里上床料，测量并记录床料的真实厚度T_cllt，做流化试验，并记录下能够保证流化状态的最低一次风量F_min及此风量所对应的风室压力P_fs，并查找该风量对应的空板阻力值P_fslt；

床料厚度T_cl、风室压力P_fs、空板阻力值P_fslt有如下对应关系：

当K＝1时，T_cl＝K(P_fs-P_fslt)/1000*100 公式1

3)、采用步骤2)中记录的床料的真实厚度T_cllt、流化状态下的最低一次风量F_min、此风量所对应的风室压力P_fs及此风量对应的空板阻力值P_fslt，修正公式1中的K值；K:在锅炉启动前的冷态状态下风室压力与冷态布风板阻力差值，设定为1KPa对应100mm床料厚度，即K＝1，随着锅炉启动后，待有压火时，打开炉门检查料层实际厚度，对应运行中热态时的风室压力与冷态布风板阻力差值，以确定将1KPa对应多少料层厚度，即为K值的修正；

4)、绘制P_fs-P_fslt与T_cl的对应曲线，并在DCS:集中分散控制系统中用数据的对应关系模拟该曲线，在锅炉热态时，即：锅炉点火启动运行后；在压火前通过公式1计算出床料厚度的热态理论值T_rtll，压火后打开炉膛人孔门确认料床实际厚度值T_rtsj，实际厚度值与热态理论值T_rtll对比，压火：流化床锅炉切断燃料，停止风机，将锅炉短时间内停止运行，再次修订公式1中的系数K，重新绘制P_fs-P_fslt与T_cl对应曲线，并在DCS系统中用数据的对应关系模拟该曲线；

5)、自动运行中，输入需要保持的料层厚度设定值T_lcsd，DCS系统自动对应出相应的风室压力值作为PID-进程控制符设定值P_fssd，通过计算机逻辑控制冷渣器自动启、停止、增减转数N_lzj，实现对风室压力P_fs，即料层厚度T_lc的自动控制，当P_fs大于P_fssd时，冷渣机转数增加；当P_fs小于P_fssd时，冷渣机转数减少；

6)、冷态流化试验，在料床达到流化状态时所需要的最小一次风量F_min，为最低流化风量，运行时一次风量F1_rt不能低于该风量，一次风在锅炉正常运行时，在保证不低于该风量时，根据床温T_cw升速率的含义，自动增减一次风机频率f1_rt，即当床温升速率k_cw上升大于3℃/min，相应增加一次风量，即加大一次风机频率f1_rt，减少给煤量N_ml，将升速率k_cw控制在上下不超过1摄氏度的范围内，在故障时，床温T_cw急剧升高,即升速率k_cw超过10℃/min，自动记录此时的总给煤量N_mlgz，一次风机频率f1_rt自动增加，如果升速率k_cw仍大于5℃/min，且床温T_cw持续上升达到945摄氏度，计算机自动停止一台给煤机，升速率k_cw有所下降，但升速率k_cw仍不低于3℃/min，且床温T_cw达到950摄氏度，停止两台给煤机，此时床温升速率k_cw低于3℃/min，且还在下降，一次风机频率f1_rt停止增加，升速率k_cw低于1℃/min，启动给煤机，给煤量N_ml自动下降至故障前总煤量N_mlgz的2/3，床温T_cw低于950摄氏度时，一次风量F1_rt自动跟踪至该煤量N_ml所对应的风量，继续重复上述正常运行时风量跟踪升速率的状态方法直到实现炉床温度稳定安全目的；综合步骤1)-步骤5)炉膛床料厚度的自动控制，实现锅炉受热面降低磨损，安全稳定运行；

符号注释：

F1：一次风量

P_fslt：空板阻力值

T_cllt：流化试验时床料的真实厚度

F_min：最低流化一次风量

P_fs：风室压力

T_cl：床料厚度

T_rtll：热态下床料厚度理论值

T_rtsj：热态下床料实际厚度

T_lcsd：热态运行时床料厚度设定值

P_fssd：热态运行时，风室压力设定值

N_lzj：冷渣机转数

T_cw：床料温度

k_cw：床温升速率

f1_rt：一次风机频率

N_ml：正常运行时给煤量

N_mlgz：故障状态下，床温急剧升高时的总给煤量。

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