CN111266182A - 一种燃煤电厂断煤数据的分析方法和装置 - Google Patents

一种燃煤电厂断煤数据的分析方法和装置 Download PDF

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CN111266182A CN202010146711.5A CN202010146711A CN111266182A CN 111266182 A CN111266182 A CN 111266182A CN 202010146711 A CN202010146711 A CN 202010146711A CN 111266182 A CN111266182 A CN 111266182A
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陈拓
冯永新
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Abstract

本申请公开了一种燃煤电厂断煤数据的分析方法和装置，其中方法包括：获取磨煤机断煤后运行的第一出口温度和冷热风门的执行动作；控制断煤前的磨煤机执行该执行动作，并获取对应的第二出口温度；基于第一出口温度、第二出口温度和冷热风门的执行动作，确定磨煤机的断煤原因。通过上述的方法可以对断煤数据进行分析，最终得到断煤原因，进一步地，根据断煤原因可以指定防爆措施，以对防爆工作进行指导，从而解决了现有没有燃煤电厂的断煤数据进行分析的技术，无法对防爆工作进行指导的技术问题。

Description

一种燃煤电厂断煤数据的分析方法和装置
技术领域
本申请涉及燃煤电厂技术领域，尤其涉及一种燃煤电厂断煤数据的分析方法和装置。
背景技术
燃煤电厂，是利用煤作为燃料生产电能的工厂。它的基本生产过程是：煤在燃烧时加热水生成蒸汽，将煤的化学能转变成热能，蒸汽压力推动汽轮机旋转，热能转换成机械能，然后汽轮机带动发电机旋转，将机械能转变成电能。火力发电是现代社会电力发展的主力军，其对电力系统的主要性不言而喻。
在燃煤电厂的日常运行中，由于煤粉斗断煤导致的磨煤机爆燃事件时有发生，对电厂的安全经济运行造成重大影响。因此，有必要对燃煤电厂的断煤进行分析，以对防爆工作进行指导。
因此，提供一种燃煤电厂的断煤数据的分析方法是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本申请提供了一种燃煤电厂断煤数据的分析方法和装置，解决了现有没有燃煤电厂的断煤数据进行分析的技术，无法对防爆工作进行指导的技术问题。
有鉴于此，本申请第一方面提供了一种燃煤电厂断煤数据的分析方法，包括：
获取磨煤机断煤后运行的第一出口温度和冷热风门的执行动作；
控制断煤前的所述磨煤机执行所述执行动作，并获取对应的第二出口温度；
基于所述第一出口温度、所述第二出口温度和所述执行动作，确定磨煤机的断煤原因。
可选地，
所述获取磨煤机断煤后运行的第一出口温度具体包括：
获取磨煤机断煤后运行的入口温度曲线、入口风量曲线、煤粉吸热量曲线；
根据所述入口温度曲线、入口风量曲线、煤粉吸热量曲线确定所述磨煤机断煤后运行的第一出口温度。
可选地，
所述煤粉吸热量曲线包括：原煤吸热量曲线和存煤吸热量曲线。
可选地，
所述存煤吸热量曲线的表达式为：
Figure BDA0002401005500000021
式中，q3(i)为存煤吸热量，Mmf(i)为第i秒时煤粉水分，Gm(i)为第i秒时原煤出力，Cr为煤的干燥基比热，T(i)为第i秒的煤粉温度，Gm(i-1)为第i-1秒时原煤出力，Mmf(i-1)为第i-1秒时煤粉水分。
可选地，
所述煤粉水分的计算为：对所述磨煤机中的煤种进行热重分析得到。
可选地，
所述原煤吸热量曲线包括：
Figure BDA0002401005500000022
式中，q2(i)为第i秒原煤吸热量，Mar为原煤水分，Gm(i)为第i秒时原煤出力，Cr为煤的干燥基比热，Mmf(i)为第i秒时煤粉水分，T(i)为第i秒的煤粉温度，Tl为环境温度，Gsf为密封风流量，Csf为密封风的比热。
本申请第二方面提供了一种燃煤电厂断煤数据的分析装置，包括：
第一获取单元，用于获取磨煤机断煤后运行的第一出口温度和冷热风门的执行动作；
第二获取单元，用于控制断煤前的所述磨煤机执行所述执行动作，并获取对应的第二出口温度；
分析单元，用于基于所述第一出口温度、所述第二出口温度和所述执行动作，确定磨煤机的断煤原因。
可选地，
所述获取磨煤机断煤后运行的第一出口温度具体包括：
获取磨煤机断煤后运行的入口温度曲线、入口风量曲线、煤粉吸热量曲线；
根据所述入口温度曲线、入口风量曲线、煤粉吸热量曲线确定所述磨煤机断煤后运行的第一出口温度。
可选地，
所述煤粉吸热量曲线包括：原煤吸热量曲线和存煤吸热量曲线。
可选地，
所述存煤吸热量曲线的表达式为：
Figure BDA0002401005500000031
式中，q3(i)为存煤吸热量，Mmf(i)为第i秒时煤粉水分，Gm(i)为第i秒时原煤出力，Cr为煤的干燥基比热，T(i)为第i秒的煤粉温度，Gm(i-1)为第i-1秒时原煤出力，Mmf(i-1)为第i-1秒时煤粉水分。
从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：
本申请提供了一种燃煤电厂断煤数据的分析方法，包括：获取磨煤机断煤后运行的第一出口温度和冷热风门的执行动作；控制断煤前的磨煤机执行该执行动作，并获取对应的第二出口温度；基于第一出口温度、第二出口温度和冷热风门的执行动作，确定磨煤机的断煤原因。磨煤机在出口温度超过磨煤机的安全运行温度时，极易发生爆燃，故本申请中通过获取磨煤机在断煤后的第一出口温度和冷热风门的执行动作后，控制断煤前的磨煤机执行该执行动作，看此时的磨煤机的第二出口温度，通过对比分析第一出口温度、第二出口温度和冷热风门的执行动作，确定磨煤机的断煤原因，通过上述的方法可以对断煤数据进行分析，最终得到断煤原因，进一步地，根据断煤原因可以指定防爆措施，以对防爆工作进行指导，从而解决了现有没有燃煤电厂的断煤数据进行分析的技术，无法对防爆工作进行指导的技术问题。
附图说明
图1为本申请实施例中一种燃煤电厂断煤数据的分析方法的实施例的流程示意图；
图2为本申请实施例中磨煤机的入口风量曲线一；
图3为本申请实施例中磨煤机入口温度曲线一；
图4为本申请实施例中磨煤机的煤粉出力曲线；
图5为本申请实施例中磨煤机煤种的热重分析曲线；
图6为本申请实施例中磨煤机爆燃发生前存煤量的变化曲线；
图7为本申请实施例中磨煤机出口温度曲线一；
图8为本申请实施例中磨煤机的风门特性曲线；
图9为本申请实施例中磨煤机的入口风量曲线二；
图10为本申请实施例中磨煤机入口温度曲线二；
图11为本申请实施例中磨煤机出口温度曲线二。
具体实施方式
本申请实施例提供了一种燃煤电厂断煤数据的分析方法和装置，解决了现有没有燃煤电厂的断煤数据进行分析的技术，无法对防爆工作进行指导的技术问题。
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
请参阅图1，本申请实施例中一种燃煤电厂断煤数据的分析方法的第一实施例的流程示意图，包括：
步骤101、获取磨煤机断煤后运行的第一出口温度和冷热风门的执行动作。
需要说明的是，获取磨煤机断煤后运行的第一出口温度具体包括：
获取磨煤机断煤后运行的入口温度曲线、入口风量曲线、煤粉吸热量曲线；
根据入口温度曲线、入口风量曲线、煤粉吸热量曲线确定磨煤机断煤后运行的第一出口温度。
磨煤机断煤后的执行动作，可以根据实际的磨煤机执行情况确定。
步骤102、控制断煤前的磨煤机执行该执行动作，并获取对应的第二出口温度。
控制断煤前的磨煤机执行断煤后执行的动作，看此时的磨煤机的第二出口温度。
步骤103、基于第一出口温度、第二出口温度和冷热风门的执行动作，确定磨煤机的断煤原因。
磨煤机在出口温度超过磨煤机的安全运行温度时，极易发生爆燃，故本申请中通过获取磨煤机在断煤后的第一出口温度和冷热风门的执行动作后，控制断煤前的磨煤机执行该执行动作，看此时的磨煤机的第二出口温度，通过对比分析第一出口温度、第二出口温度和冷热风门的执行动作，确定磨煤机的断煤原因，通过上述的方法可以对断煤数据进行分析，最终得到断煤原因，进一步地，根据断煤原因可以指定防爆措施，以对防爆工作进行指导，从而解决了现有没有燃煤电厂的断煤数据进行分析的技术，无法对防爆工作进行指导的技术问题。
以上为本申请实施例提供的一种燃煤电厂断煤数据的分析方法的第一实施例，以下为本申请实施例提供的一种燃煤电厂断煤数据的分析方法的第二实施例。
本申请实施例中一种燃煤电厂断煤数据的分析方法的第二实施例，包括第一步：确定磨煤机断煤后处于非稳态传热过程时的相关参数。
1、磨煤机风量信号是由压差信号产生，相对可靠，说明磨煤机断煤发生后风量稳定，进一步地说明磨煤机入口温度Tin稳定。下图2、图3分别为磨煤机入口风量曲线和入口温度曲线，其中记录数据为在断煤开始(τ＝0)到爆燃发生前的数据。
2、磨煤机的功率与抽空时间存在二次多项式关系，若磨煤机功率和磨内存煤量成正比，则可以得出磨煤机抽粉过程中，煤粉出力是线性递减的，如式(1)和式(2)：
Figure BDA0002401005500000061
式中，P为磨煤机功率，kW；Gcm(τ)为断煤后τ时刻磨煤机内存煤量，t；Gcm(0)为断煤后磨煤机内初始存煤量，t；Gmf(τ)为断煤后τ时刻煤粉出力，t·h-1；t为磨煤机内存煤抽空时间，s、a、b、c为二次多项式系数。
对式(1)进行微分，可得到：
Gmf(τ)＝-2aτ-b (2)
根据对断煤后的功率曲线的分析和对磨煤机停磨的历史数据分析，得到磨煤机断煤后存煤的抽空时间t约为210s。假设断煤时为τ＝0s，此时煤粉出力为Gmf(0)＝44.27t·h-1；τ＝210s时煤粉出力为Gmf(210)＝0，可得煤粉出力曲线Gmf(τ)＝44.27-0.2108τ，见图4。
3、为了掌握事故发生时燃用煤种的水分析出特性，对该煤种取样进行热重分析，如图5所示。根据TG曲线，煤粉在常温加热到100℃时失重较快，此阶段为水分析出阶段，此后至300℃前为煤与空气中的氧结合使煤的重量增加。由于磨煤机入口温度为300℃左右，因此断煤后随着磨煤机内部温度的升高，煤粉水分的减少可以忽略不计。
第二步：断煤前磨煤机内稳态过程计算
为了计算磨煤机稳态被打破后的非稳态过程，首先要获得断煤前磨煤机所处的稳定状态参数，因此先对磨煤机断煤前的稳态过程进行计算。
根据磨煤机风粉的热平衡方程，忽略制粉系统漏风、输入功率转化的热量、制粉系统的散热等次要因素的影响，则可得热一次风放出的热量Q1，如式(3)：
Q1＝Gf(Cin×Tin-Cout×Tout) (3)
式中，Gf为一次风量；Cin、Cout分别为磨煤机入口温度Tin和磨煤机出口温度Tout温度下的热空气比热，kJ·(kg·℃)-1。由于从30～300℃范围内，Cin和Cout相差不大，用Tin和Tout平均温度的热空气比热Cf代替，可得下式(4)：
Q1＝Gf×Cf×(Tin-Tout) (4)
原煤吸收的热量包括四部分：煤的干燥基吸收的热量、煤粉中水分吸收的热量、原煤水分蒸发吸收的热量、密封风吸收的热量，即可得下式(5)：
Figure BDA0002401005500000071
式中，Mar、Mmf分别为原煤和煤粉水分，％；Tl为环境温度；Cr为煤的干燥基比热，kJ·(kg·℃)-1；Gsf为密封风流量，t·h-1；Csf为密封风的比热，kJ·(kg·℃)-1，Gm为原煤出力t·h-1。
则由Q1＝Q2，可求得煤粉水分Mmf。根据断煤前的运行数据和如下表1所示的煤质数据，求得煤粉水分为Mmf为5.45％，进一步得出煤粉出力Gmf(0)：Gmf(0)＝Gm×(100-Mar)/(100-Mmf)＝44.27t·h-1。
表1断煤前相关参数
Figure BDA0002401005500000072
第三步：断煤后磨煤机内非稳态过程计算
根据前述条件，断煤时磨煤机内的存煤量Gcm(0)可由式(1)煤粉出力曲线积分求得，Gcm(0)＝1.29t。根据给煤量的历史数据，断煤后的磨煤机内的非稳态过程分为3个阶段，第一阶段为0-60s，给煤量为5.3t·-1，第二阶段为60s-70s，给煤量为0t·h-1，第三阶段给煤恢复，发生爆燃。
第i秒时，煤粉出力Gmf(τ)分为两部分，一部分为给煤量产生的煤粉出力，当i<60时，Gm＝5.3t·h-1，煤粉出力G′mf＝Gm·(100-Mar)·(100-Mmf)-1＝4.51t·h-1当70≥i≥60时，Gm＝0t·h-1，G′mf＝0t·h-1；另一分部则来自于存煤量的减少。则第i秒时磨煤机内的存煤量为：
Figure BDA0002401005500000073
……
Figure BDA0002401005500000081
式中，i<60时，G′mf＝＝4.51t·h-1，70≥i≥60时，G′mf＝＝0t·h-1。
计算可得断煤后，爆燃发生前存煤量的变化曲线，如图6所示。
由于煤粉出力分为两部分，吸热量也分为两部分，一部分为原煤吸收的热量，第i秒原煤吸热量，如下式(7)：
Figure BDA0002401005500000082
另一部分为存煤吸热量，包括煤的干燥基吸收的热量、煤粉中水分吸收的热量、煤粉水分蒸发吸收的热量，即可得式(8)：
Figure BDA0002401005500000083
式中，Mmf(i)为第i秒时煤粉水分，％；T(i)为第i秒的煤粉温度。
一次风的放热量每秒为：
q1(i)＝Q1/3600＝Gf(i)×Cf×(Tin(i)-T(i)) (9)
则由q1(i)＝q2(i)+q3(i)，代入前述入口温度，入口风量，煤粉水分和煤粉出力的条件参数，可得到断煤后，爆燃发生前磨煤机出口温度曲线，如图7所示。计算得到断煤后70s时(爆燃发生前)磨煤机出口温度已达230.78℃。这一温度远超磨煤机的安全运行温度，极易发生爆燃。
第四步：热风门对入口温度的控制
断煤发生后，热风门反馈值迅速减至63％，随后持续减小至40％的过程中，磨煤机入口的风量以及温度均没有明显的减小，热风门的工作异常也是爆燃发生的重要原因之一。
计算断煤发生前，冷热风门的状态。冷热风混合过程为等焓过程，可得过程方程式(10)：
Tc×Ccf×Gcf+Th×Chf×Ghf＝Tmix×Cmix×Gmix (10)
式中：Gcf为冷一次风量，Ghf为热一次风量；Gmix为磨煤机出口风量；Ccf、Chf、Cmix分别为冷一次风温Tc、热一次风温Th温度和混合后一次风温度Tmix下的热空气比热，kJ·(kg·℃)-1。
由于从30～300℃范围内，Ccf、Chf、Cmix分相差不大，可用Tc和Th平均温度的热空气比热Cf'代替，即：
TC×Gcf+Th×Ghf＝Tmix×Gmix (11)
联立方程Gmix＝Gcf+Ghf，并代入运行数据Tmix＝300℃，Gmix＝94t·h-1，Tc＝35℃，Th＝320℃，可得Gcf＝6.6t·h-1，Ghf＝87.4t·h-1。
根据风门特性曲线，如图8所示，可计算40％和63％开度时的热风量Ghf40＝32.2t·h-1，Ghf63＝65.4t·h-1；由于冷风门开度基本维持不变，因此冷风量不变。
且Tmix40＝271.54℃，Gmix40＝38.79t·h-1；Tmix63＝293.88℃，Gmix63＝72t·h-1。
根据风门的历史运行数据，热风门开度在迅速减至63％(对应总风量72t·h-1)后持续下降至40％(对应总风量38.79t·h-1)。可得入口风量和风温的变化曲线，如图9和图10所示。
将入口一次风温度和风量曲线代入前述计算公式，可得70秒时磨煤机出口温度为166.53℃，以及变化曲线，如图11所示。可见热风门正常工作可有效控制磨煤机出口温度，降低爆燃的风险。但由于磨煤机出口温度响应严重滞后，导致抽粉过程中，冷风门开度基本不变，使得磨煤机出口温度仍偏高，爆燃风险较高。
故根据上述分析可以得到如下防爆措施：
1)磨煤机进出口温度热电偶应与套管可靠接触，以使热电偶能快速反映磨煤机内温度的变化；
2)冷热风门调节正常；
3)在磨煤机断煤后，磨煤机应跳闸，防止给煤机突然加煤使磨煤机爆燃。
以上为本申请实施例提供的一种燃煤电厂断煤数据的分析方法的第二实施例，以下为本申请实施例提供的一种燃煤电厂断煤数据的分析装置的实施例。
本实施例中的一种燃煤电厂断煤数据的分析装置，包括：
第一获取单元，用于获取磨煤机断煤后运行的第一出口温度和冷热风门的执行动作；
第二获取单元，用于控制断煤前的磨煤机执行该执行动作，并获取对应的第二出口温度；
分析单元，用于基于第一出口温度、第二出口温度和冷热风门的执行动作，确定磨煤机的断煤原因。
可选地，
获取磨煤机断煤后运行的第一出口温度具体包括：
获取磨煤机断煤后运行的入口温度曲线、入口风量曲线、煤粉吸热量曲线；
根据入口温度曲线、入口风量曲线、煤粉吸热量曲线确定磨煤机断煤后运行的第一出口温度。
可选地，
煤粉吸热量曲线包括：原煤吸热量曲线和存煤吸热量曲线。
可选地，
存煤吸热量曲线的表达式为：
Figure BDA0002401005500000101
式中，q3(i)为存煤吸热量，Mmf(i)为第i秒时煤粉水分，Gm(i)为第i秒时原煤出力，Cr为煤的干燥基比热，T(i)为第i秒的煤粉温度，Gm(i-1)为第i-1秒时原煤出力，Mmf(i-1)为第i-1秒时煤粉水分。
磨煤机在出口温度超过磨煤机的安全运行温度时，极易发生爆燃，故本申请中通过获取磨煤机在断煤后的第一出口温度和冷热风门的执行动作后，控制断煤前的磨煤机执行该执行动作，看此时的磨煤机的第二出口温度，通过对比分析第一出口温度、第二出口温度和冷热风门的执行动作，确定磨煤机的断煤原因，通过上述的方法可以对断煤数据进行分析，最终得到断煤原因，进一步地，根据断煤原因可以指定防爆措施，以对防爆工作进行指导，从而解决了现有没有燃煤电厂的断煤数据进行分析的技术，无法对防爆工作进行指导的技术问题。
以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种燃煤电厂断煤数据的分析方法，其特征在于，包括：
获取磨煤机断煤后运行的第一出口温度和冷热风门的执行动作；
控制断煤前的所述磨煤机执行所述执行动作，并获取对应的第二出口温度；
基于所述第一出口温度、所述第二出口温度和所述执行动作，确定磨煤机的断煤原因。
2.根据权利要求1所述的燃煤电厂断煤数据的分析方法，其特征在于，所述获取磨煤机断煤后运行的第一出口温度具体包括：
获取磨煤机断煤后运行的入口温度曲线、入口风量曲线、煤粉吸热量曲线；
根据所述入口温度曲线、入口风量曲线、煤粉吸热量曲线确定所述磨煤机断煤后运行的第一出口温度。
3.根据权利要求2所述的燃煤电厂断煤数据的分析方法，其特征在于，所述煤粉吸热量曲线包括：原煤吸热量曲线和存煤吸热量曲线。
4.根据权利要求3所述的燃煤电厂断煤数据的分析方法，其特征在于，所述存煤吸热量曲线的表达式为：
Figure FDA0002401005490000011
式中，q3(i)为存煤吸热量，Mmf(i)为第i秒时煤粉水分，Gm(i)为第i秒时原煤出力，Cr为煤的干燥基比热，T(i)为第i秒的煤粉温度，Gm(i-1)为第i-1秒时原煤出力，Mmf(i-1)为第i-1秒时煤粉水分。
5.根据权利要求4所述的燃煤电厂断煤数据的分析方法，其特征在于，所述煤粉水分的计算为：对所述磨煤机中的煤种进行热重分析得到。
6.根据权利要求3所述的燃煤电厂断煤数据的分析方法，其特征在于，所述原煤吸热量曲线包括：
Figure FDA0002401005490000012
式中，q2(i)为第i秒原煤吸热量，Mar为原煤水分，Gm(i)为第i秒时原煤出力，Cr为煤的干燥基比热，Mmf(i)为第i秒时煤粉水分，T(i)为第i秒的煤粉温度，Tl为环境温度，Gsf为密封风流量，Csf为密封风的比热。
7.一种燃煤电厂断煤数据的分析装置，其特征在于，包括：
第一获取单元，用于获取磨煤机断煤后运行的第一出口温度和冷热风门的执行动作；
第二获取单元，用于控制断煤前的所述磨煤机执行所述执行动作，并获取对应的第二出口温度；
分析单元，用于基于所述第一出口温度、所述第二出口温度和所述执行动作，确定磨煤机的断煤原因。
8.根据权利要求7所述的燃煤电厂断煤数据的分析装置，其特征在于，所述获取磨煤机断煤后运行的第一出口温度具体包括：
获取磨煤机断煤后运行的入口温度曲线、入口风量曲线、煤粉吸热量曲线；
根据所述入口温度曲线、入口风量曲线、煤粉吸热量曲线确定所述磨煤机断煤后运行的第一出口温度。
9.根据权利要求8所述的燃煤电厂断煤数据的分析装置，其特征在于，所述煤粉吸热量曲线包括：原煤吸热量曲线和存煤吸热量曲线。
10.根据权利要求9所述的燃煤电厂断煤数据的分析装置，其特征在于，所述存煤吸热量曲线的表达式为：
Figure FDA0002401005490000021
式中，q3(i)为存煤吸热量，Mmf(i)为第i秒时煤粉水分，Gm(i)为第i秒时原煤出力，Cr为煤的干燥基比热，T(i)为第i秒的煤粉温度，Gm(i-1)为第i-1秒时原煤出力，Mmf(i-1)为第i-1秒时煤粉水分。
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