CN110375289B - 一种燃煤电站锅炉监测系统及其热效率测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种燃煤电站锅炉监测系统及其热效率测试方法，涉及火力发电机组主设备技术领域，包括磨煤机、原煤取样装置、原煤仓、锅炉燃烧室、锅炉排渣取样装置、炉渣温度测量表计、空气预热器、排烟温度测量装置、烟气成分分析装置、飞灰取样装置、除尘器、一次风机、送风机、环境温度测量表计、锅炉主蒸汽流量采集装置；本发明提供的一种燃煤电站锅炉监测系统及其热效率测试方法，便捷有效的监测数据，实时反映锅炉运行状况,根据监测系统所得到的锅炉排烟热损失、锅炉可燃气体未完全燃烧热损失、固体未完全燃烧热损失、锅炉散热损失、灰渣物理热损失计算得到锅炉热效率。
Description
技术领域
本发明属于火力发电机组主设备技术领域，尤其涉及一种燃煤电站锅炉监测系统及其热效率测试方法。
背景技术
风电、光伏发电、生物质发电等新能源发电具有清洁干净、污染物排放很少、可再生等化石能源发电无可比拟的优点，近几年国内新能源发电机组的装机容量增长迅猛，新能源发电量所占比例也得到快速提高，但目前燃煤发电在我国仍然占据着主导地位。截止2018年底我国煤电装机容量达到10.1亿KW，全年煤电发电总量4.92万亿kw.h，年消耗煤炭高达15亿吨，给生态环境带来巨大压力。
通过进行技术改造，近几年燃煤发电机组的能耗、污染物排放指标逐年下降，2018年全国600MW以上燃煤机组平均供电煤耗下降到308g/kw.h。国家环境保护部、发改委、能源局联合印发《全面实施燃煤电厂超低排放和节能改造工作方案》(环发[2015]164号)，将“燃煤电厂超低排放和节能改造”提升为国家专项行动，要求到2020年全国所有具备改造条件的燃煤电厂力争实现超低排放。电力调度部门通过节能调度系统可实时监控燃煤机组的煤耗及排放指标，实现对燃煤机组的实时节能调度。空气预热器后的烟气温度及烟气中O2、CO、CO2含量的测量，有时因取样点的安装位置代表性不好，也会给锅炉热效率计算带来误差，影响到供电煤耗计算的精确性。鉴于此，有必要进行锅炉热效率的定期实际测试，对在线计算的锅炉热效率进行定期修正。
发明内容
发明要解决的技术问题在于提供一种燃煤电站锅炉监测系统及其热效率测试方法，燃煤电站锅炉监测系统便捷有效的监测数据，实时反映锅炉运行状况,为计算热效率计算提供数据支撑；锅炉热效率测试方法便于运行人员了解锅炉运行状态,及时发现问题并进行相应操作,对提高供电煤耗计算的精确性和锅炉运行经济性以及安全性具有重要意义。
为了解决上述问题，本发明提供了一种燃煤电站锅炉监测系统及其热效率测试方法。具体技术方案如下：
一种燃煤电站锅炉监测系统，所述燃煤电站锅炉包括磨煤机、原煤仓、锅炉燃烧室、空气预热器、除尘器、一次风机、送风机，一种燃煤电站锅炉监测系统包括原煤取样装置、锅炉排渣取样装置、炉渣温度测量表计、排烟温度测量装置、烟气成分分析装置、飞灰取样装置、环境温度测量表计、锅炉主蒸汽流量采集装置；
所述磨煤机上方设置有原煤取样装置，所述原煤取样装置上端与原煤仓下部落煤管连通，所述锅炉排渣取样装置、炉渣温度测量表计设置在锅炉燃烧室的排渣口处，所述空气预热器设置在锅炉燃烧室后的锅炉尾部垂直烟道中，所述排烟温度测量装置、烟气成分分析装置、飞灰取样装置设置在空气预热器后垂直烟道的测量孔上，所述环境温度测量表计安装在送风机入口附近；
所述原煤取样装置用于对磨煤机研磨前的原煤进行取样；所述锅炉排渣取样装置用于对锅炉燃烧室燃烧后的炉渣进行取样；所述炉渣温度测量表计用于测量炉膛排渣温度；所述空气预热器用烟气对进入锅炉燃烧室之前的空气进行预热；所述排烟温度测量装置用于测量空气预热器后的烟气温度；所述烟气成分分析装置用于分析空气预热器后的烟气中O2、CO、CO2含量；所述飞灰取样装置用于抽取空气预热器后的飞灰；所述环境温度测量表计用于检测送风机入口附近的环境温度，所述锅炉主蒸汽流量采集装置用于采集锅炉热效率测试时的实际蒸发量。
进一步地，所述原煤取样装置包括取样管。
进一步地，所述飞灰取样装置包括安装于空气预热器垂直烟道的取样孔及飞灰等速取样枪。
一种燃煤电站锅炉热效率测试方法，包括如下步骤：
S1，通过排烟气温度测量装置测量得到空气预热器后的烟气温度tpy，通过烟气成分分析装置分析得到空气预热器后的烟气中O2、CO2含量，通过环境温度测量表计测量得到环境温度t0，根据测量得到的烟气温度tpy、烟气中O2、CO2含量、环境温度t0计算锅炉排烟热损失q2；
S2，通过烟气成分分析装置分析得到空气预热器后的烟气中CO含量，根据分析得到的烟气中CO含量计算出锅炉可燃气体未完全燃烧热损失q3；
S3，通过原煤取样装置对磨煤机研磨后的原煤进行取样，飞灰取样装置抽取空气预热器后的飞灰，采用工业分析法对所取原煤样品进行低位发热量Qnet，ar、排渣机后炉渣可燃物含量Clz、空气预热器后的飞灰可燃物含量Cfh进行测定，根据测量得到的低位发热量Qnet，ar、炉渣可燃物含量Clz、空气预热器后的飞灰可燃物含量Cfh计算固体未完全燃烧热损失q4；
S4，通过锅炉主蒸汽流量采集装置采集得到锅炉热效率测试时的实际蒸发量De，根据得到的实际蒸发量De计算锅炉散热损失q5；
S5，通过锅炉排渣取样装置对锅炉燃烧室燃烧原煤后的炉渣进行取样，取样的炉渣用炉渣温度测量表计测量炉渣温度tlz，根据测量得到的炉渣温度tlz计算灰渣物理热损失q6；
S6，根据S1～S5计算得到的锅炉排烟热损失q2、锅炉可燃气体未完全燃烧热损失q3、固体未完全燃烧热损失q4、锅炉散热损失q5、灰渣物理热损失q6计算锅炉热效率η。
进一步地，所述步骤S1计算锅炉排烟热损失其中，αpy为空气预热器后空气过剩系数，按照/>计算，O2为空气预热器后的烟气氧的容积含量百分率；k1为空气预热器后烟气中干烟气带走热损失的计算强度；k2为空气预热器后水蒸气带走热损失的计算强度；tpy为排烟温度，t0为环境温度。
进一步地，所述步骤S3计算锅炉固体未完全燃烧热损失其中，Qb为标准煤发热量；Qr为测定的燃煤低位发热量，单位为kJ/kg；Ay为燃煤收到基灰分质量含量百分率；αlz为炉渣中灰量占总灰量的质量百分率；αfh为飞灰中灰量占总灰量的质量百分率；Clz为炉渣中可燃物质量百分率；Cfh为飞灰中可燃物质量百分率。
进一步地，所述步骤S4计算锅炉散热损失其中，q5e为锅炉额定蒸发量下的散热损失百分率、D0为锅炉额定蒸发量。
进一步地，所述步骤S5计算灰渣物理热损失其中，Ay为燃煤收到基灰分质量含量百分率；Qr为测定的燃煤低位发热量，单位为kJ/kg；tlz炉渣温度；t0为环境温度；clz为炉渣的比热，cfh为飞灰的比热；αlz为炉渣中灰量占总灰量的质量百分率；αfh为飞灰中灰量占总灰量的质量百分率；Clz为炉渣中可燃物质量百分率；Cfh为飞灰中可燃物质量百分率。
进一步地，所述步骤S6根据S1～S5计算得到的锅炉排烟热损失q2、锅炉可燃气体未完全燃烧热损失q3、固体未完全燃烧热损失q4、锅炉散热损失q5、灰渣物理热损失q6计算锅炉热效率η＝[100-(q2+q3+q4+q5+q6)]％。
本发明有益效果为：
本发明提供的一种燃煤电站锅炉监测系统及其热效率测试方法，燃煤电站锅炉监测系统便捷有效的监测数据，实时反映锅炉运行状况,为计算热效率计算提供数据支撑；锅炉热效率测试方法便于运行人员了解锅炉运行状态,及时发现问题并进行相应操作,对提高供电煤耗计算的精确性和锅炉运行经济性以及安全性具有重要意义。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面对实施例描述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个实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一种燃煤电站锅炉监测系统及其热效率测试方法的结构示意图。
其中：1:磨煤机；2:原煤取样装置；3:原煤仓；4:锅炉燃烧室；5:锅炉排渣取样装置；6:炉渣温度测量表计；7:空气预热器；8:排烟温度测量装置；9:烟气成分分析装置；10:飞灰取样装置；11:除尘器；12:一次风机；13:送风机；14:环境温度测量表计；15:锅炉主蒸汽流量采集装置。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图；对本实施新型中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明所提供的一种燃煤电站锅炉监测系统及其热效率测试方法，燃煤电站锅炉包括磨煤机1、原煤仓3、锅炉燃烧室4、空气预热器7、除尘器11、一次风机12、送风机13；一种燃煤电站锅炉监测系统及其热效率测试方法包括原煤取样装置2、锅炉排渣取样装置5、炉渣温度测量表计6、排烟温度测量装置8、烟气成分分析装置9、飞灰取样装置10、环境温度测量表计14、锅炉主蒸汽流量采集装置15；
磨煤机1上方设置有原煤取样装置2，原煤取样装置2上端与原煤仓3下部落煤管连通，磨煤机1的出口粉管与锅炉燃烧室4连接，锅炉排渣取样装置5、炉渣温度测量表计6设置在锅炉燃烧室4的排渣口处，空气预热器7设置在锅炉燃烧室4的垂直烟道中，排烟温度测量装置8、烟气成分分析装置9、飞灰取样装置10设置在空气预热器7后垂直烟道的测量孔上，除尘器11设置在垂直烟道口的出口处，环境温度测量表计14安装在送风机13入口附近；
磨煤机1用于对原煤进行研磨，原煤取样装置2用于对磨煤机1研磨前的原煤进行取样；原煤仓3用于对原煤进行储存，锅炉排渣取样装置5用于对锅炉燃烧室4燃烧后的炉渣进行取样；炉渣温度测量表计6用于测量炉膛排渣温度；空气预热器7用烟气对进入锅炉燃烧室4之前的空气进行预热；排烟温度测量装置8用于测量空气预热器7后的烟气温度；烟气成分分析装置9用于分析空气预热器7后烟气中O2、CO、CO2含量；飞灰取样装置10用于抽取空气预热器7后的飞灰；除尘器11用于对烟道燃烧产生的粉尘进行除尘；一次风机12用于干燥并传送研磨后原煤进炉膛；送风机13为锅炉燃烧室4提供燃烧的空气；环境温度测量表计14用于检测送风机13入口附近的环境温度，锅炉主蒸汽流量采集装置15用于采集锅炉热效率测试时的实际蒸发量。
原煤取样装置2包括取样管，取样装置与原煤仓3下部落煤管连通，取样前把取样管里原来存留的原煤清空，每次原煤取样不少于2kg，每30min取样一次，测试时间不少于4小时，所取样混合均匀后送实验室化验，以减少误差。
锅炉排渣取样装置5，每隔30min取样一次、每次取样不少于2kg，所取样混合均匀后送实验室化验，以减少误差。
炉渣温度测量表计6用YDIR-AH型红外测温仪对锅炉燃烧室4所排出的炉渣温度进行检测。
烟气温度测量装置8每10min测量一次，以减少误差。
烟气成分分析装置9采用OXYMAT61型烟气成分分析系统检测空气预热器7后的烟气中O2、CO、CO2含量，测量前应进行检测设备的气密性检查，每15min取样一次，以减少误差。
飞灰取样装置10包括安装于空气预热器7后垂直烟道的取样孔及AKOMA200型飞灰等速取枪，每15min取样一次，飞灰取样装置10应保持良好密封，取样前用压缩空气吹扫飞灰等速取样枪以清除内部积灰，取样时要使飞灰等速取样枪的取样头正对烟气流方向，所取样的飞灰要尽快装入有盖的容器内，防止吸潮，将取样的飞灰混合均匀后送实验室化验，以减少误差。
环境温度测量表计14，每10min测量一次，以减少误差。
锅炉主蒸汽流量采集装置15直接利用被测试机组DCS系统显示的实时数据，每10min记录一次锅炉主蒸汽流量。
一种燃煤电站锅炉热效率测试方法，包括如下步骤：
S1，通过排烟气温度测量装置8测量得到空气预热器后的烟气温度tpy，通过烟气成分分析装置9分析得到空气预热器7后的烟气中O2、CO2含量，通过环境温度测量表计14测量得到环境温度t0，根据测量得到的烟气温度tpy、烟气中O2、CO2含量、环境温度t0计算锅炉排烟热损失其中，αpy为空气预热器空气后空气过剩系数，按照计算，O2为空气预热器后的烟气氧的容积含量百分率；k1为空气预热器后烟气中干烟气带走热损失的计算强度，取值3.55/℃；k2为空气预热器后水蒸气带走热损失的计算强度，取值0.44/℃；tpy为排烟温度，单位为℃；t0为环境温度，单位为℃。
S2，通过烟气成分分析装置9分析得到空气预热器7后的烟气中CO含量，因电站锅炉燃煤燃烧充分，空气预热器后烟气CO含量极低，q3在计算时取为0。
根据分析得到的烟气中CO含量计算出锅炉可燃气体未完全燃烧热损失q3为0；
S3，通过原煤取样装置2对磨煤机1研磨后的原煤进行取样，飞灰取样装置10抽取空气预热器7后的飞灰，采用工业分析法对所取原煤样品进行低位发热量Qnet，ar、排渣机后炉渣可燃物含量Clz、空气预热器7后的飞灰可燃物含量Cfh进行测定，根据测量得到的低位发热量Qnet，ar、炉渣可燃物含量Clz、空气预热器7后的飞灰可燃物含量Cfh计算固体未完全燃烧热损失其中，Qb为标准煤发热量，取33727kj/kg；Qr为测定的燃煤低位发热量，单位为kJ/kg；Ay为燃煤收到基灰分质量含量百分率；αlz为炉渣中灰量占总灰量的质量百分率；αfh为飞灰中灰量占总灰量的质量百分率；Clz为炉渣中可燃物质量百分率；Cfh为飞灰中可燃物质量百分率。
S4，通过锅炉主蒸汽流量采集装置15采集得到锅炉热效率测试时的实际蒸发量De，根据得到的实际蒸发量De计算锅炉散热损失其中，q5e为锅炉额定蒸发量下的散热损失百分率，查《电站锅炉性能试验规程》GB10184-2015附录Ⅰ，D0为锅炉额定蒸发量，单位为t/h。
S5，通过锅炉排渣取样装置5对锅炉燃烧室4燃烧原煤后的炉渣进行取样，取样的炉渣用炉渣温度测量表计6测量炉渣温度tlz，根据测量得到的炉渣温度tlz计算灰渣物理热损失其中，Ay为燃煤收到基灰分质量含量百分率；Qr为测定的燃煤低位发热量，单位为kJ/kg；tlz炉渣温度；t0为环境温度；clz为炉渣的比热，cfh为飞灰的比热；αlz为炉渣中灰量占总灰量的质量百分率；αfh为飞灰中灰量占总灰量的质量百分率；Clz为炉渣中可燃物质量百分率；Cfh为飞灰中可燃物质量百分率，查《电站锅炉性能试验规程》GB10184-2015附录E，单位为kj/(kg.℃)。
S6，根据S1～S5计算得到的锅炉排烟热损失q2、锅炉可燃气体未完全燃烧热损失q3、固体未完全燃烧热损失q4、锅炉散热损失q5、灰渣物理热损失q6计算锅炉热效率η＝[100-(q2+q3+q4+q5+q6)]％。
以上所揭露的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，可轻易想到变化或变型，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种燃煤电站锅炉热效率测试方法，其特征在于，应用燃煤电站锅炉监测系统，所述燃煤电站锅炉包括磨煤机(1)、原煤仓(3)、锅炉燃烧室(4)、空气预热器(7)、除尘器(11)、一次风机(12)、送风机(13)，所述监测系统包括原煤取样装置(2)、锅炉排渣取样装置(5)、炉渣温度测量表计(6)、排烟温度测量装置(8)、烟气成分分析装置(9)、飞灰取样装置(10)、环境温度测量表计(14)、锅炉主蒸汽流量采集装置(15)；
所述磨煤机(1)上方设置有原煤取样装置(2)，所述原煤取样装置(2)上端与原煤仓(3)下部落煤管连通，所述锅炉排渣取样装置(5)、炉渣温度测量表计(6)设置在锅炉燃烧室(4)的排渣口处，所述空气预热器(7)设置在锅炉燃烧室(4)后锅炉尾部垂直烟道中，所述排烟温度测量装置(8)、烟气成分分析装置(9)、飞灰取样装置(10)设置在空气预热器(7)后垂直烟道的测量孔上，所述环境温度测量表计(14)安装在送风机(13)入口附近；
所述原煤取样装置(2)用于对磨煤机(1)研磨前的原煤进行取样；所述锅炉排渣取样装置(5)用于对锅炉燃烧室(4)燃烧后的炉渣进行取样；所述炉渣温度测量表计(6)用于测量炉膛排渣温度；所述空气预热器(7)用烟气对进入锅炉燃烧室(4)前的空气进行预热；所述排烟温度测量装置(8)用于测量空气预热器(7)后的烟气温度；所述烟气成分分析装置(9)用于分析空气预热器(7)后的烟气中O2、CO、CO2含量；所述飞灰取样装置(10)用于抽取空气预热器(7)后的飞灰；所述环境温度测量表计(14)用于检测送风机(13)入口附近的环境温度，所述锅炉主蒸汽流量采集装置(15)用于采集锅炉热效率测试时的实际蒸发量；所述原煤取样装置(2)包括取样管；所述飞灰取样装置(10)包括安装于空气预热器(7)垂直烟道的取样孔及飞灰等速取样枪；
所述方法包括如下步骤：
S1，通过排烟气温度测量装置(8)测量得到空气预热器(7)后的烟气温度tpy，通过烟气成分分析装置(9)分析得到空气预热器(7)后的烟气中O2、CO2含量，通过环境温度测量表计(14)测量得到环境温度t0，根据测量得到的烟气温度tpy、烟气中O2、CO2含量、环境温度t0计算锅炉排烟热损失q2；
S2，通过烟气成分分析装置(9)分析得到空气预热器(7)后的烟气中CO含量，根据分析得到的烟气中CO含量计算出锅炉可燃气体未完全燃烧热损失q3；
S3，通过原煤取样装置(2)对磨煤机(1)研磨后的原煤进行取样，飞灰取样装置(10)抽取空气预热器(7)后的飞灰，采用工业分析法对所取原煤样品进行低位发热量Qnet，ar、排渣机后炉渣可燃物含量Clz、空气预热器(7)后的飞灰可燃物含量Cfh进行测定，根据测量得到的低位发热量Qnet，ar、炉渣可燃物含量Clz、空气预热器(7)后的飞灰可燃物含量Cfh计算固体未完全燃烧热损失q4；
S4，通过锅炉主蒸汽流量采集装置(15)采集得到锅炉热效率测试时的实际蒸发量De，根据得到的实际蒸发量De计算锅炉散热损失q5；
S5，通过锅炉排渣取样装置(5)对锅炉燃烧室(4)燃烧后的炉渣进行取样，取样的炉渣用炉渣温度测量表计(6)测量炉渣温度tlz，根据测量得到的炉渣温度tlz计算灰渣物理热损失q6；
S6，根据S1～S5计算得到的锅炉排烟热损失q2、锅炉可燃气体未完全燃烧热损失q3、固体未完全燃烧热损失q4、锅炉散热损失q5、灰渣物理热损失q6计算锅炉热效率η。
2.根据权利要求1所述的一种燃煤电站锅炉热效率测试方法，其特征在于，所述步骤S1计算锅炉排烟热损失其中，αpy为空气预热器后空气过剩系数，按照计算，O2为空气预热器后的烟气氧的容积含量百分率；k1为空气预热器后烟气中干烟气带走热损失的计算强度；k2为空气预热器后水蒸气带走热损失的计算强度；tpy为排烟温度，t0为环境温度。
3.根据权利要求1所述的一种燃煤电站锅炉热效率测试方法，其特征在于，所述步骤S3计算锅炉固体未完全燃烧热损失其中，Qb为标准煤发热量；Qr为测定的燃煤低位发热量，单位为kJ/kg；Ay为燃煤收到基灰分质量含量百分率；αlz为炉渣中灰量占总灰量的质量百分率；αfh为飞灰中灰量占总灰量的质量百分率；Clz为炉渣中可燃物质量百分率；Cfh为飞灰中可燃物质量百分率。
4.根据权利要求1所述的一种燃煤电站锅炉热效率测试方法，其特征在于，所述步骤S4计算锅炉散热损失其中，q5e为锅炉额定蒸发量下的散热损失百分率；D0为锅炉额定蒸发量。
5.根据权利要求1所述的一种燃煤电站锅炉热效率测试方法，其特征在于，所述步骤S5计算灰渣物理热损失其中，Ay为燃煤收到基灰分质量含量百分率；Qr为测定的燃煤低位发热量，单位为kJ/kg；tlz为炉渣温度；t0为环境温度；clz为炉渣的比热，cfh为飞灰的比热；αlz为炉渣中灰量占总灰量的质量百分率；αfh为飞灰中灰量占总灰量的质量百分率；Clz为炉渣中可燃物质量百分率；Cfh为飞灰中可燃物质量百分率。
6.根据权利要求1所述的一种燃煤电站锅炉热效率测试方法，其特征在于，所述步骤S6根据S1～S5计算得到的锅炉排烟热损失q2、锅炉可燃气体未完全燃烧热损失q3、固体未完全燃烧热损失q4、锅炉散热损失q5、灰渣物理热损失q6计算锅炉热效率η＝[100-(q2+q3+q4+q5+q6)]％。
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