CN111271728A - 一种基于燃烧器喷口温度测量的电站锅炉燃烧稳定性辨识系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于燃烧器喷口温度测量的电站锅炉燃烧稳定性辨识系统，该系统通过高温测量装置获得燃煤锅炉运行过程中燃烧器喷口区域的烟气温度分布，建立了燃烧器喷口温度与对应磨煤机燃料量的数学函数关系，从而获得特定磨煤机燃料量下燃烧器喷口计算温度，通过对燃烧器喷口实测温度和燃烧器喷口计算温度进行数学运算，确定燃烧器喷口区域是否存在温度快速下降的现象，从而判定锅炉燃烧器燃烧是否处于稳定状态。当判定锅炉燃烧器燃烧不稳定时，立即启动相对应的锅炉助燃装置，确保锅炉燃烧稳定；当判定锅炉燃烧器燃烧稳定时，可维持当前锅炉负荷运行或减少燃料量继续降负荷运行。该系统可解决燃煤锅炉深度调峰过程中稳燃底线不清楚的问题。

Description

一种基于燃烧器喷口温度测量的电站锅炉燃烧稳定性辨识 系统

技术领域

本发明属于燃煤电站锅炉燃烧监控技术领域，具体涉及一种基于燃烧器喷口温度测量的电站锅炉燃烧稳定性辨识系统。

背景技术

随着国民经济的稳定、健康发展，我国电力需求不断增长，电网峰谷差逐年增大，风电、光伏等随机性、间歇性强的电源的迅速增长和并网，给电网的安全、稳定运行带来了挑战。为提高可再生能源的消纳，保障电网的安全、稳定运行，占全国发电总量的70％以上的燃煤发电机组，亟需提高其深度调峰能力，承担为电网调峰的任务。

燃煤机组开展深度调峰，锅炉低负荷下的燃烧稳定是前提。目前，国内大部分燃煤机组锅炉最低运行负荷普遍为40％～50％额定负荷，离电网要求的最低深调负荷达到30％～35％额定负荷仍有一定距离。锅炉低负荷稳燃底线不清楚、自身稳燃能力不足是限制我国燃煤机组锅炉负荷下调的主要因素。针对需要进行深度调峰的锅炉，首要任务就是确定锅炉在现有煤质下的最低无助燃调峰能力，在这个过程中锅炉燃烧稳定性的辨识就显得尤为重要了。反映锅炉燃烧稳定性的运行参数指标主要包括炉膛负压、燃烧器火检强度、炉膛温度、煤粉着火距离等，专业试验人员主要通过DCS系统中炉膛负压、燃烧器火检强度的波动情况，结合炉膛观火孔看火、炉膛温度手动测量等手段，根据个人自身经验来判定炉内燃烧状况，从而获得锅炉最低无助燃负荷。但考虑到部分锅炉火检设备存在偷看、漏看的情况，以及不同专业试验人员专业经验的差异性，部分通过试验获得的锅炉最低无助燃负荷并不能真实代表锅炉的稳燃能力。因此，随着越来越多的燃煤机组参与深度调峰，亟需发展锅炉关键参数的监测和数据挖掘技术，形成锅炉燃烧稳定性的定量分析，提高燃煤锅炉燃烧稳定性辨识的准确性和智能化。目前，主要的锅炉燃烧稳定性辨识方法主要包括火焰图像法、特征状态参数法。

申请号为201811011018.6的发明专利公开了一种基于炉膛火焰图像分形特征的燃烧稳定性辨识方法，通过提取火焰燃烧视频的分形特征参数以及计算分形维数均值、分形维数方差值参数作为燃烧特征值，建立模糊模式判别的稳定和不稳定模糊集，并根据燃烧特征值与相应模糊集合距离判别炉膛火焰燃烧的稳定性。

申请号为201810146849.8的发明专利公开了一种适用于大型电站的智能型锅炉燃烧稳定性判断系统及方法，通过采集煤质成分数据和锅炉运行状态数据，获得实际运行状况下无量纲燃烧稳定性分析准则，并与设定的无量纲燃烧稳定性分析准则相比较，从而获得锅炉燃烧是否稳定的结论。

无论是火焰图像法还是特征状态参数法，都未考虑燃烧器喷口区域温度对锅炉燃烧稳定性的直接影响。当锅炉燃烧稳定时，随着磨煤机燃料量的增加，燃烧器出口煤粉浓度增加，燃烧器喷口附近区域的稳定着火区温度升高；当锅炉低负荷下发生燃烧不稳定现象时，煤粉着火推迟，高温烟气与一次风气流的混合变差，燃烧器喷口附近区域温度明显降低，当燃烧器喷口卷吸的高温烟气不足以支撑一次风气流的稳定着火时，锅炉将面临灭火风险。

发明内容

本发明的目的在于针对现有燃煤锅炉深度调峰过程中燃烧稳定性辨识技术的局限性，提供了一种基于燃烧器喷口温度测量的电站锅炉燃烧稳定性辨识系统，该系统通过高温测量装置获得燃煤锅炉运行过程中燃烧器喷口区域的温度分布，建立磨煤机燃料量与燃烧器喷口温度的数学函数关系，通过此数学函数关系获得锅炉深度调峰过程磨煤机特定燃料量下的燃烧器喷口计算温度，同时考虑测量数值的波动，设定一个偏差阈值，当燃烧器喷口实测温度低于燃烧器喷口计算温度减去偏差阈值时，说明燃烧器喷口区域存在温度快速降低的现象，则判定锅炉燃烧器燃烧不稳定，立即启动对应的锅炉快速助燃装置，确保燃烧稳定；当燃烧器喷口实测温度高于燃烧器喷口计算温度减去偏差阈值时，则判定锅炉燃烧器燃烧稳定，可维持稳定运行或继续降低燃料量调峰运行。该系统可解决燃煤锅炉深度调峰过程中稳燃底线不清楚的问题，在保障锅炉燃烧稳定性的基础上，安全挖掘燃煤锅炉调峰能力，为新能源的消纳腾出了空间。

本发明采用如下技术方案来实现的：

基于燃烧器喷口温度测量的电站锅炉燃烧稳定性辨识系统，包括若干温度测量装置、温度采集装置、锅炉DCS系统、数据分析处理中心、显示器以及若干锅炉助燃装置；其中，

温度测量装置布置于锅炉水冷壁上，一个温度测量装置对应一个锅炉燃烧器；一个锅炉助燃装置安装在对应的一个锅炉燃烧器里面或旁边；在深度调峰固定运行的2～3台磨煤机对应燃烧器喷口旁均安装有温度测量装置，温度测量装置对准距离燃烧器喷口1～3米的区域并对其进行温度测量，通过温度采集装置将锅炉燃烧器各喷口温度数据传送至数据分析处理中心，锅炉负荷、各磨煤机燃料量及蒸发量运行参数通过锅炉DCS系统传送至数据分析处理中心，数据分析处理中心完成各燃烧器喷口温度与各磨煤机燃料量的数学函数拟合，当磨煤机燃料量发生变化时，数据分析处理中心通过数学函数运算得到一个燃烧器喷口温度计算值和一个从温度采集装置传送过来的燃烧器喷口温度实测值，燃烧器喷口温度计算值和实测值实时显示在显示器上；

在考虑温度偏差阈值的基础上，当燃烧器喷口温度实测值低于燃烧器喷口温度计算值减去偏差阈值时，数据分析处理中心通过显示器发送“燃烧不稳定”报警信息；当燃烧器喷口温度实测值持续低于燃烧器喷口温度计算值减去偏差阈值设定时长时，数据分析处理中心通过锅炉DCS系统自动发出对应的锅炉助燃装置投入运行指令，确保锅炉低负荷燃烧稳定；当燃烧器喷口温度实测值高于其喷口温度计算值减去偏差阈值时，则说明锅炉燃烧稳定，数据分析处理中心通过显示器显示“燃烧稳定”的信号，锅炉能够维持稳定运行或进一步降低燃料进行深度调峰。

本发明进一步的改进在于，针对切圆燃烧锅炉，锅炉50％额定负荷以下运行下三层磨煤机，温度测量装置用于监测下三层磨煤机对应的燃烧器喷口。

本发明进一步的改进在于，针对前后墙对冲燃烧锅炉，锅炉50％额定负荷以下运行底层两台磨煤机和前墙从下往上第二台磨煤机，温度测量装置用于监测底层两台磨煤机和前墙从下往上第二台磨煤机对应的燃烧器喷口。

本发明进一步的改进在于，锅炉助燃装置是燃油助燃装置，或者是大功率等离子体助燃装置。

本发明进一步的改进在于，温度测量装置测量的是距离燃烧器喷口1-3米区域内与燃烧器喷口同一中心线的1m×2m区域的温度平均值。

本发明进一步的改进在于，针对四角切圆锅炉，拟合各燃烧器喷口温度与各磨煤机燃料量数学函数关系的源数据，来源于燃用常用煤质且投运下三台磨煤机时的测量数据。

本发明进一步的改进在于，针对前后墙对冲燃烧锅炉，拟合各燃烧器喷口温度与各磨煤机燃料量数学函数关系的源数据，来源于燃用常用煤质且投运底层两台磨煤机和前墙从下往上第二台磨煤机时的测量数据。

本发明进一步的改进在于，当锅炉燃料稳定时，各燃烧器喷口温度与对应磨煤机燃料量的数学函数拟合在系统调试期间完成并在运行期间维持不变；当锅炉燃料波动大时，各燃烧器喷口温度与对应磨煤机燃料量的数学函数拟合在锅炉运行过程中实时在线完成。

本发明进一步的改进在于，温度偏差设定阈值与磨煤机燃料量呈正相关关系，为计算燃烧器喷口温度×磨煤机燃料量÷磨煤机额定燃料量×5％。

本发明进一步的改进在于，锅炉助燃装置投入运行的触发条件是燃烧器喷口温度实测值持续低于燃烧器喷口温度计算值减去偏差阈值3s。

本发明至少具有如下有益的技术效果：

1)本发明充分考虑了燃烧器喷口区域燃烧温度对锅炉燃烧稳定性的影响，建立了锅炉燃料量与燃烧器喷口温度的数学函数关系，通过对比锅炉深度调峰过程中燃烧器喷口温度实测值与计算值的差值，实时判断锅炉深度调峰过程燃烧稳定性，不需要运行人员的干预，准确率和智能化程度高，解决了燃煤锅炉稳燃底线不清楚的问题，在保障锅炉燃烧稳定性的基础上，安全挖掘燃煤锅炉调峰能力，提升电网对新能源发电的消纳能力。

2)与大多数锅炉燃烧稳定性监测系统不同，本发明配置了针对单只燃烧器的助燃装置，通过将单只燃烧器燃烧稳定性的辨识与助燃装置相关联，可精确提高锅炉局部的燃烧稳定性，保障了深度调峰锅炉的运行安全性。

附图说明

图1以四角切圆锅炉为例，给出了本发明的系统示意图。为简化篇幅，仅展示安装有燃烧器喷口温度测量装置的三层燃烧器中的一层燃烧器进行示意说明。

附图标记说明：

1-锅炉水冷壁，2-第一锅炉燃烧器，3-第二锅炉燃烧器，4-第三锅炉燃烧器，5-第四锅炉燃烧器，6-第一锅炉助燃装置，7-第二锅炉助燃装置，8-第三锅炉助燃装置，9-第四锅炉助燃装置，10-第一温度测量装置，11-第二温度测量装置，12-第三温度测量装置，13-第四温度测量装置，14-温度采集装置，15-数据分析处理中心，16-显示器，17-锅炉DCS系统。

图2为在显示器上输出的锅炉燃烧稳定性辨识系统画面。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，本发明提供的基于燃烧器喷口温度测量的电站锅炉燃烧稳定性辨识系统，在锅炉水冷壁1上，安装有第一锅炉燃烧器2、第二锅炉燃烧器3、第三锅炉燃烧器4及第四锅炉燃烧器5等若干燃烧器，第一锅炉燃烧器2、第二锅炉燃烧器3、第三锅炉燃烧器4及第四锅炉燃烧器5分别安装有第一锅炉助燃装置6、第二锅炉助燃装置7、第三锅炉助燃装置8及第四锅炉助燃装置9。在锅炉水冷壁1上，安装有第一温度测量装置10、第二温度测量装置11、第三温度测量装置12及第四温度测量装置13，分别用于测量距离第一锅炉燃烧器2、第二锅炉燃烧器3、第三锅炉燃烧器4及第四锅炉燃烧器5喷口1～3米区域的烟气温度，第一温度测量装置10、第二温度测量装置11、第三温度测量装置12及第四温度测量装置13与温度采集装置14相连接，数据分析处理中心15分别与温度采集装置14、显示器16和锅炉DCS系统17相连。数据分析处理中心15可与锅炉DCS系统17进行通讯。

工作时，锅炉负荷为50％额定负荷以下，并投运下三层磨煤机，第一锅炉燃烧器2、第二锅炉燃烧器3、第三锅炉燃烧器4及第四锅炉燃烧器5对应下三层磨煤机中任意一层，温度采集装置14分别将第一温度测量装置10、第二温度测量装置11、第三温度测量装置12及第四温度测量装置13测得的距离第一锅炉燃烧器2、第二锅炉燃烧器3、第三锅炉燃烧器4及第四锅炉燃烧器5喷口1～3米区域的烟气温度传送至数据分析处理中心15，数据分析处理中心15向锅炉DCS系统提取锅炉负荷、给煤机燃料量、锅炉蒸发量等实时运行参数，数据分析处理中心15通过数据处理和运算，完成第一锅炉燃烧器2、第二锅炉燃烧器3、第三锅炉燃烧器4及第四锅炉燃烧器5喷口温度与对应磨煤机燃料量的数学函数拟合。当磨煤机燃料量发生变化时，数据分析处理中心15通过数学函数运算得到第一锅炉燃烧器2、第二锅炉燃烧器3、第三锅炉燃烧器4及第四锅炉燃烧器5喷口温度计算值，并同时将第一锅炉燃烧器2、第二锅炉燃烧器3、第三锅炉燃烧器4及第四锅炉燃烧器5喷口温度计算值和从温度采集装置14传送过来的第一锅炉燃烧器2、第二锅炉燃烧器3、第三锅炉燃烧器4及第四锅炉燃烧器5喷口温度实测值实时显示在显示器16上(如图2所示)。考虑到温度测量偏差，设置温度偏差阈值。当第一锅炉燃烧器2、第二锅炉燃烧器3、第三锅炉燃烧器4及第四锅炉燃烧器5喷口温度实测值低于其喷口温度计算值减去偏差阈值时，数据分析处理中心15通过显示器16显示“燃烧不稳定”的报警信号。当喷口温度实测值持续低于其喷口温度计算值减去偏差阈值一定时长时，数据分析处理中心15立即通过锅炉DCS系统17触发与此燃烧器对应的锅炉助燃装置，确保锅炉燃烧稳定。例如，当磨煤机燃料量降低时，第一锅炉燃烧器2喷口温度实测值持续低于其喷口温度计算值减去偏差阈值一定时长，数据分析处理中心15在显示器16上发出“燃烧不稳定”报警，同时立即通过锅炉DCS系统17触发对应锅炉助燃装置6的投运指令。当第一锅炉燃烧器2、第二锅炉燃烧器3、第三锅炉燃烧器4及第四锅炉燃烧器5喷口温度实测值高于其喷口温度计算值减去偏差阈值时，则说明锅炉燃烧稳定，数据分析处理中心15通过显示器16显示“燃烧稳定”的信号，锅炉可维持稳定运行或进一步降低燃料进行深度调峰。

进一步地，当锅炉燃料稳定时，各燃烧器喷口温度与对应磨煤机燃料量的数学函数拟合可在系统调试期间完成并在运行期间维持不变；当锅炉燃料波动较大时，各燃烧器喷口温度与对应磨煤机燃料量的数学函数拟合可在锅炉运行过程中实时在线完成。

进一步地，温度偏差设定阈值与磨煤机燃料量呈正相关关系，为计算燃烧器喷口温度×磨煤机燃料量÷磨煤机额定燃料量×5％。

进一步地，锅炉助燃装置投入运行的触发条件是燃烧器喷口温度实测值持续低于燃烧器喷口温度计算值减去偏差阈值3s。

进一步地，电站锅炉燃烧稳定性辨识系统有投入和切除两种工作模式，如图2所示，当投入运行时，该系统具备锅炉燃烧稳定性的辨识功能，当切除运行时，仅显示燃烧器喷口实测温度，不显示燃烧器喷口计算温度、阈值，不对锅炉燃烧稳定性进行辨识。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。

Claims (10)

1.基于燃烧器喷口温度测量的电站锅炉燃烧稳定性辨识系统，其特征在于，包括若干温度测量装置、温度采集装置(14)、锅炉DCS系统(17)、数据分析处理中心(15)、显示器(16)以及若干锅炉助燃装置；其中，

温度测量装置布置于锅炉水冷壁(1)上，一个温度测量装置对应一个锅炉燃烧器；一个锅炉助燃装置安装在对应的一个锅炉燃烧器里面或旁边；在深度调峰固定运行的2～3台磨煤机对应燃烧器喷口旁均安装有温度测量装置，温度测量装置对准距离燃烧器喷口1～3米的区域并对其进行温度测量，通过温度采集装置(14)将锅炉燃烧器各喷口温度数据传送至数据分析处理中心(15)，锅炉负荷、各磨煤机燃料量及蒸发量运行参数通过锅炉DCS系统(17)传送至数据分析处理中心(15)，数据分析处理中心(15)完成各燃烧器喷口温度与各磨煤机燃料量的数学函数拟合，当磨煤机燃料量发生变化时，数据分析处理中心(15)通过数学函数运算得到一个燃烧器喷口温度计算值和一个从温度采集装置(14)传送过来的燃烧器喷口温度实测值，燃烧器喷口温度计算值和实测值实时显示在显示器(16)上；

在考虑温度偏差阈值的基础上，当燃烧器喷口温度实测值低于燃烧器喷口温度计算值减去偏差阈值时，数据分析处理中心(15)通过显示器(16)发送“燃烧不稳定”报警信息；当燃烧器喷口温度实测值持续低于燃烧器喷口温度计算值减去偏差阈值设定时长时，数据分析处理中心(15)通过锅炉DCS系统(17)自动发出对应的锅炉助燃装置投入运行指令，确保锅炉低负荷燃烧稳定；当燃烧器喷口温度实测值高于其喷口温度计算值减去偏差阈值时，则说明锅炉燃烧稳定，数据分析处理中心(15)通过显示器(16)显示“燃烧稳定”的信号，锅炉能够维持稳定运行或进一步降低燃料进行深度调峰。

2.根据权利要求1所述的基于燃烧器喷口温度测量的电站锅炉燃烧稳定性辨识系统，其特征在于，针对切圆燃烧锅炉，锅炉50％额定负荷以下运行下三层磨煤机，温度测量装置用于监测下三层磨煤机对应的燃烧器喷口。

3.根据权利要求1所述的基于燃烧器喷口温度测量的电站锅炉燃烧稳定性辨识系统，其特征在于，针对前后墙对冲燃烧锅炉，锅炉50％额定负荷以下运行底层两台磨煤机和前墙从下往上第二台磨煤机，温度测量装置用于监测底层两台磨煤机和前墙从下往上第二台磨煤机对应的燃烧器喷口。

4.根据权利要求1所述的基于燃烧器喷口温度测量的电站锅炉燃烧稳定性辨识系统，其特征在于，锅炉助燃装置是燃油助燃装置，或者是大功率等离子体助燃装置。

5.根据权利要求1所述的基于燃烧器喷口温度测量的电站锅炉燃烧稳定性辨识系统，其特征在于，温度测量装置测量的是距离燃烧器喷口1-3米区域内与燃烧器喷口同一中心线的1m×2m区域的温度平均值。

6.根据权利要求1所述的基于燃烧器喷口温度测量的电站锅炉燃烧稳定性辨识系统，其特征在于，针对四角切圆锅炉，拟合各燃烧器喷口温度与各磨煤机燃料量数学函数关系的源数据，来源于燃用常用煤质且投运下三台磨煤机时的测量数据。

7.根据权利要求1所述的基于燃烧器喷口温度测量的电站锅炉燃烧稳定性辨识系统，其特征在于，针对前后墙对冲燃烧锅炉，拟合各燃烧器喷口温度与各磨煤机燃料量数学函数关系的源数据，来源于燃用常用煤质且投运底层两台磨煤机和前墙从下往上第二台磨煤机时的测量数据。

8.根据权利要求1所述的基于燃烧器喷口温度测量的电站锅炉燃烧稳定性辨识系统，其特征在于，当锅炉燃料稳定时，各燃烧器喷口温度与对应磨煤机燃料量的数学函数拟合在系统调试期间完成并在运行期间维持不变；当锅炉燃料波动大时，各燃烧器喷口温度与对应磨煤机燃料量的数学函数拟合在锅炉运行过程中实时在线完成。

9.根据权利要求1所述的基于燃烧器喷口温度测量的电站锅炉燃烧稳定性辨识系统，其特征在于，温度偏差设定阈值与磨煤机燃料量呈正相关关系，为计算燃烧器喷口温度×磨煤机燃料量÷磨煤机额定燃料量×5％。

10.根据权利要求1所述的基于燃烧器喷口温度测量的电站锅炉燃烧稳定性辨识系统，其特征在于，锅炉助燃装置投入运行的触发条件是燃烧器喷口温度实测值持续低于燃烧器喷口温度计算值减去偏差阈值3s。

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