CN111881405A - 一种燃煤锅炉飞灰可燃物含量的实时计算方法 - Google Patents

Abstract

一种燃煤锅炉飞灰可燃物含量的实时计算方法，能够通过燃煤锅炉相关生产运行数据的实时监控测量进行计算分析，实时评估飞灰可燃物含量的变化。利用锅炉的正平衡效率对锅炉反平衡效率进行修正，反向对锅炉机械未完全燃烧损失及飞灰可燃物含量进行实时数据的时间统计平滑以及逐步逼近迭代法计算，在计算软件平台实现自动回归、实时动态地计算飞灰可燃物含量。有效弥补现场实际锅炉飞灰可燃物含量在线测量准度不够、离线测量结果不及时的短板，为电厂燃料管理和节能分析提供重要及时的依据。

Description

一种燃煤锅炉飞灰可燃物含量的实时计算方法

技术领域

本发明涉及能源动力行业的燃料技术领域，特别涉及一种燃煤锅炉飞灰可燃物含量的实时计算方法。

背景技术

影响锅炉效率的主要损失为排烟损失和机械未完全燃烧损失。

排烟损失实时计算需要的排烟氧量和排烟温度可以通过测点所在的烟气流场进行标定，从而保证排烟损失计算的准确性。机械未完全燃烧损失的实时计算需要实时测量飞灰可燃物含量，飞灰可燃物含量的实时变化表征着煤在炉内的燃烧状况，是锅炉优化配风、制粉优化、掺配评价等应用的主要特征参数。传统的试验室方法已经无法满足锅炉效率实时计算的要求，影响锅炉效率的实时计算结果的准确度，需要研究是否可以通过新的测量技术解决。

目前，飞灰可燃物含量的测量主要分为物理测量方法和软测量方法。已有的飞灰可燃物含量的物理测量方法存在受煤质变化影响、操作复杂、中间环节多、含碳量低时难以测量、设备采购维护费等问题，一般电厂很少采用物理测量方法进行深入应用。软测量方法普遍存在需要一定样本数量、定期进行样本训练、对使用人员有一定技术要求等问题，因此相关研究人员一直在做不断的研究改进。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种燃煤锅炉飞灰可燃物含量的实时计算方法，能够有效利用电厂实时数据，计算出当前飞灰可燃物含量，从而更准确地计算机械未完全燃烧损失和锅炉效率，为电厂燃料管理和节能分析提供重要及时的依据。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种燃煤锅炉飞灰可燃物含量的实时计算方法，包括以下步骤；

步骤1：

确定飞灰可燃物含量的计算初值C⁰ _fh或第i-1时刻迭代更新值C^i-1 _fh

根据前一时刻化验飞灰中可燃物含量，作为当前时刻的飞灰中可燃物含量的计算初值C⁰ _fh，如果已经启动本方法计算步骤，则按上一次迭代计算得到的第i-1时刻飞灰可燃物含量的实时计算值C^i-1 _fh；

步骤2：

计算第i-1时刻的锅炉正平衡效率

和锅炉反平衡效率

利用飞灰可燃物含量的计算初值C⁰ _fh或第i-1时刻迭代更新值C^i-1 _fh，可计算出第i-1时刻的锅炉反平衡效率

步骤3：

设定第i时刻计算飞灰可燃物含量的锅炉折算效率

步骤4：

计算第i时刻飞灰可燃物含量的锅炉机械未完全燃烧损失

步骤5：

计算第i时刻的飞灰可燃物含量

步骤6：

在下一实时计算周期中将第i时刻的飞灰可燃物含量

计算锅炉反平衡效率

继续重复2～5步，形成各时间断面上的飞灰可燃物含量的实时迭代计算结果。

所述锅炉正平衡效率的计算公式为：

式中，

——锅炉正平衡效率，％；

D_gr,D_zr,D_zy,D_pw,——锅炉过热蒸汽量、再热蒸汽量、自用热水或蒸汽量、排污量，t/h；

i″_gr,i″_zr,i′_zr,i_zy,i′,i_gs——过热蒸汽焓、热再热蒸汽焓、冷再热蒸汽焓、自用热水或蒸汽焓、饱和水焓、给水焓值，kJ/kg；

B——燃料消耗量，t/h；

i_T——燃料物理显热，kJ/kg；

为了简化公式描述，公式的各项参数为改计算时刻的参数，如D_gr实际为第i-1时刻的锅炉过热蒸汽量(下同)。

对小容量低参数的发电机组，没有再热器，则再热蒸汽量流量为0。

取第i-1时刻采集的上述实时数据可以计算得到第i-1时刻的锅炉正平衡效率

锅炉反平衡效率

的计算公式为：

q₂＝f₂(t_py,O_2,py,t_lk,Q_ar,net)

q₃＝f₃(V_CO,V_H2,V_CH4,V_RO2,C_ar,S_ar,Q_ar,net)

q₅＝f₅(D)

q₆＝f₆(A_ar,α_hz,c_hz,θ_hz,Q_ar,net)

式中，η_b,fph——锅炉反平衡效率，％；

q₂——锅炉排烟损失，％；

q₃——化学未完全燃烧损失，％；

q₄——机械未完全燃烧损失，％；

q₅——散热损失，％；

q₆——灰渣热物理损失，％。

t_py——排烟温度，℃；

O_2,py——锅炉排烟氧量，％；

t_lk——冷空气温度，℃；

Q_ar,net——入炉煤低位热值，kJ/kg；

A_zs——收到基折算灰分，％；

K_c——灰渣平均可燃物含量，％；

A_ar——收到基灰分，％。

D——锅炉实时蒸发量，t/h；

c_hz——灰渣的比热容，kJ/(kg·℃)；

θ_hz——灰渣温度，℃；

为了简化公式描述，公式的各项参数为该计算时刻的参数，如q₂实际为第i-1时刻的锅炉排烟损失；K_c为第i-1时刻的灰渣平均可燃物含量，即需要初值C⁰ _fh或第i-1时刻C^i-1 _fh计算得到。

一般情况下(不考虑循环流化床锅炉)，收到基折算灰含量A_zs等于收到基灰分A_ar。

所述步骤3中实际的锅炉正平衡效率隐含了锅炉的各项损失，假定第i时刻计算飞灰可燃物含量的锅炉折算效率

与第i-1时刻的锅炉正平衡效率

和锅炉反平衡效率

存在如下关系：

例如：

式中，x——系数，0-1之间。

所述步骤4具体为假定机械未完全燃烧损失为未知数，则利用i时刻的实时数据，可得到i时刻计算飞灰可燃物含量的机械未完全燃烧损失为：

所述步骤5具体为灰渣平均可燃物含量计算公式为：

灰渣平均可燃物含量计算公式为：

式中，α_fh——飞灰分额，％；

C_fh——飞灰可燃物含量，％；

C_lz——底渣可燃物含量，％。

通过第i时刻机械未完全燃烧损失

的可得到第i时刻的飞灰可燃物含量

一般，对煤粉锅炉飞灰份额为90％，底渣可燃物含量在1-2％，忽略底渣可燃物含量的影响：

则飞灰可燃物含量简化计算公式为：

即第i时刻的飞灰可燃物含量

简化计算公式为：

所述步骤6得到的飞灰可燃物含量的实时迭代计算结果修正具体为，由于实际运行参数的误差，需要对飞灰可燃物含量的实时计算结果进行修正，其修正方法为，定期对一段时间内的计算飞灰可燃物含量与该段时间内的取样化验值进行对比，通过修正锅炉折算效率η_b,fhjs的计算结果(例如调整系数x)来调整计算结果。

该方法也用于燃烧垃圾、生物质、废弃物等锅炉的飞灰可燃物含量计算。

本发明的有益效果：

本发明能够通过燃煤锅炉相关生产运行数据的实时监控测量进行计算分析，实时评估飞灰可燃物含量的变化。其主要计算思想是利用锅炉的正平衡效率对锅炉反平衡效率进行修正，反向对锅炉机械未完全燃烧损失及飞灰可燃物含量进行实时数据的时间统计平滑以及逐步逼近迭代法计算，在计算软件平台实现自动回归、实时动态地计算飞灰可燃物含量。有效弥补现场实际锅炉飞灰可燃物含量在线测量准度不够、离线测量结果不及时的短板，为电厂燃料管理和节能分析提供重要及时的依据。

附图说明

图1为本发明的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1所示：1、确定飞灰可燃物含量的计算初值C⁰ _fh或第i-1时刻迭代更新值C^i-1 _fh

根据昨日化验飞灰中可燃物含量，作为当前时刻的飞灰中可燃物含量的计算初值C⁰ _fh，如果已经启动本专利方法计算步骤，则按上一次迭代计算得到的第i-1时刻飞灰可燃物含量的实时计算值C^i-1 _fh；

2、计算第i-1时刻的锅炉正平衡效率

和锅炉反平衡效率

锅炉正平衡效率的计算公式为：

式中，

——锅炉正平衡效率，％；

D_gr,D_zr,D_zy,D_pw,———锅炉过热蒸汽量、再热蒸汽量、自用热水或蒸汽量、排污量，t/h；

i″_gr,i″_zr,i′_zr,i_zy,i′,i_gs——过热蒸汽焓、热再热蒸汽焓、冷再热蒸汽焓、自用热水或蒸汽焓、饱和水焓、给水焓值，kJ/kg；

B——燃料消耗量，t/h；

i_T——燃料物理显热，kJ/kg；

为了简化公式描述，公式的各项参数为改计算时刻的参数，如D_gr实际为第i-1时刻的锅炉过热蒸汽量(下同)。

对小容量低参数的发电机组，没有再热器，则再热蒸汽量流量为0。

取第i-1时刻采集的上述实时数据可以计算得到第i-1时刻的锅炉正平衡效率

锅炉反平衡效率

的计算公式为：

q₂＝f₂(t_py,O_2,py,t_lk,Q_ar,net)

q₃＝f₃(V_CO,V_H2,V_CH4,V_RO2,C_ar,S_ar,Q_ar,net)

q₅＝f₅(D)

q₆＝f₆(A_ar,α_hz,c_hz,θ_hz,Q_ar,net)

式中，η_b,fph——锅炉反平衡效率，％；

q₂——锅炉排烟损失，％；

q₃——化学未完全燃烧损失，％；

q₄——机械未完全燃烧损失，％；

q₅——散热损失，％；

q₆——灰渣热物理损失，％。

t_py——排烟温度，℃；

O_2,py——锅炉排烟氧量，％；

t_lk——冷空气温度，℃；

Q_ar,net——入炉煤低位热值，kJ/kg；

A_zs——收到基折算灰分，％；

K_c——灰渣平均可燃物含量，％；

A_ar——收到基灰分，％。

D——锅炉实时蒸发量，t/h；

c_hz——灰渣的比热容，kJ/(kg·℃)；

θ_hz——灰渣温度，℃；

为了简化公式描述，公式的各项参数为该计算时刻的参数，如q₂实际为第i-1时刻的锅炉排烟损失；K_c为第i-1时刻的灰渣平均可燃物含量，即需要初值C⁰ _fh或第i-1时刻C^i-1 _fh计算得到。

一般情况下(不考虑循环流化床锅炉)，收到基折算灰含量A_zs等于收到基灰分A_ar。

利用飞灰可燃物含量的计算初值C⁰ _fh或第i-1时刻迭代更新值C^i-1 _fh，计算出第i-1时刻的锅炉反平衡效率

3、计算第i时刻的锅炉折算效率

实际的锅炉正平衡效率隐含了锅炉的各项损失，假定第i时刻计算飞灰可燃物含量的锅炉折算效率

与第i-1时刻的锅炉正平衡效率

和锅炉反平衡效率

存在如下关系：

例如：

式中，x——系数，0-1之间，-。

4、计算第i时刻的锅炉机械未完全燃烧损失

假定机械未完全燃烧损失为未知数，则利用i时刻的实时数据，可得到i时刻计算飞灰可燃物含量的机械未完全燃烧损失为：

5、计算第i时刻的飞灰可燃物含量

灰渣平均可燃物含量计算公式为：

灰渣平均可燃物含量计算公式为：

式中，α_fh——飞灰分额，％；

C_fh——飞灰可燃物含量，％；

C_lz——底渣可燃物含量，％。

这样通过第i时刻机械未完全燃烧损失

的可得到第i时刻的飞灰可燃物含量

一般，对煤粉锅炉飞灰份额为90％，底渣可燃物含量在1-2％，忽略底渣可燃物含量的影响：

则飞灰可燃物含量简化计算公式为：

即第i时刻的飞灰可燃物含量

简化计算公式为：

6、在下一实时计算周期中将第i时刻的飞灰可燃物含量

作为计算锅炉反平衡效率

的输入参数，继续重复2～5步，形成各时间断面上的飞灰可燃物含量的实时迭代计算结果。

7、飞灰可燃物含量实时计算结果的修正

由于实际运行参数的误差，需要对飞灰可燃物含量的实时计算结果进行修正。其修正方法为，定期对一段时间内的计算飞灰可燃物含量与该段时间内的取样化验值进行对比，通过修正锅炉折算效率η_b,fhjs的计算结果(例如调整系数x)来调整计算结果。

8、该方法也用于燃烧垃圾、生物质、废弃物等锅炉的飞灰可燃物含量计算。

Claims (7)

1.一种燃煤锅炉飞灰可燃物含量的实时计算方法，其特征在于，包括以下步骤；

步骤1：

确定飞灰可燃物含量的计算初值C⁰ _fh或第i-1时刻迭代更新值C^i-1 _fh

根据前一时刻化验飞灰中可燃物含量，作为当前时刻的飞灰中可燃物含量的计算初值C⁰ _fh，如果已经启动本方法计算步骤，则按上一次迭代计算得到的第i-1时刻飞灰可燃物含量的实时计算值C^i-1 _fh；

步骤2：

计算第i-1时刻的锅炉正平衡效率

和锅炉反平衡效率

利用飞灰可燃物含量的计算初值C⁰ _fh或第i-1时刻迭代更新值C^i-1 _fh，可计算出第i-1时刻的锅炉反平衡效率

步骤3：

设定第i时刻计算飞灰可燃物含量的锅炉折算效率

步骤4：

计算第i时刻飞灰可燃物含量的锅炉机械未完全燃烧损失

步骤5：

计算第i时刻的飞灰可燃物含量Cⁱ _fh；

步骤6：

在下一实时计算周期中将第i时刻的飞灰可燃物含量Cⁱ _fh计算锅炉反平衡效率

继续重复2～5步，形成各时间断面上的飞灰可燃物含量的实时迭代计算结果。

2.根据权利要求1所述的一种燃煤锅炉飞灰可燃物含量的实时计算方法，其特征在于，所述锅炉正平衡效率的计算公式为：

式中，

——锅炉正平衡效率，％；

D_gr，D_zr，D_zy，D_pw，——锅炉过热蒸汽量、再热蒸汽量、自用热水或蒸汽量、排污量，t/h；

i″_gr，i″_zr，i′_zr，i_zy，i′，i_gs——过热蒸汽焓、热再热蒸汽焓、冷再热蒸汽焓、自用热水或蒸汽焓、饱和水焓、给水焓值，kJ/kg；

B——燃料消耗量，t/h；

i_T——燃料物理显热，kJ/kg；

对小容量低参数的发电机组，没有再热器，则再热蒸汽量流量为0。

取第i-1时刻采集的上述实时数据可以计算得到第i-1时刻的锅炉正平衡效率

锅炉反平衡效率

的计算公式为：

q₂＝f₂(t_py，O_2，py，t_lk，Q_ar，net)

q₃＝f₃(V_CO，V_H2，V_CH4，V_RO2，C_ar，S_ar，Q_ar，net)

q₅＝f₅(D)

q₆＝f₆(A_ar，α_hz，c_hz，θ_hz，Q_ar，net)

式中，η_b，fph——锅炉反平衡效率，％；

q₂——锅炉排烟损失，％；

q₃——化学未完全燃烧损失，％；

q₄——机械未完全燃烧损失，％；

q₅——散热损失，％；

q₆——灰渣热物理损失，％。

t_py——排烟温度，℃；

O_2，py——锅炉排烟氧量，％；

t_lk——冷空气温度，℃；

Q_ar，net——入炉煤低位热值，kJ/kg；

A_zs——收到基折算灰分，％；

K_c——灰渣平均可燃物含量，％；

A_ar——收到基灰分，％。

D——锅炉实时蒸发量，t/h；

c_hz——灰渣的比热容，kJ/(kg·℃)；

θ_hz——灰渣温度，℃；

一般情况下(不考虑循环流化床锅炉)，收到基折算灰含量A_zs等于收到基灰分A_ar。

3.根据权利要求1所述的一种燃煤锅炉飞灰可燃物含量的实时计算方法，其特征在于，所述步骤3中实际的锅炉正平衡效率隐含了锅炉的各项损失，假定第i时刻计算飞灰可燃物含量的锅炉折算效率

与第i-1时刻的锅炉正平衡效率

和锅炉反平衡效率

存在如下关系：

例如：

式中，x——系数，0-1之间。

4.根据权利要求1所述的一种燃煤锅炉飞灰可燃物含量的实时计算方法，其特征在于，所述步骤4具体为假定机械未完全燃烧损失为未知数，则利用i时刻的实时数据，可得到i时刻计算飞灰可燃物含量的机械未完全燃烧损失为：

5.根据权利要求1所述的一种燃煤锅炉飞灰可燃物含量的实时计算方法，其特征在于，所述步骤5具体为灰渣平均可燃物含量计算公式为：

灰渣平均可燃物含量计算公式为：

式中，α_fh——飞灰分额，％；

C_fh——飞灰可燃物含量，％；

C_lz——底渣可燃物含量，％。

通过第i时刻机械未完全燃烧损失

的可得到第i时刻的飞灰可燃物含量

一般，对煤粉锅炉飞灰份额为90％，底渣可燃物含量在1-2％，忽略底渣可燃物含量的影响：

则飞灰可燃物含量简化计算公式为：

即第i时刻的飞灰可燃物含量

简化计算公式为：

6.根据权利要求1所述的一种燃煤锅炉飞灰可燃物含量的实时计算方法，其特征在于，所述步骤6得到的飞灰可燃物含量的实时迭代计算结果修正具体为，由于实际运行参数的误差，需要对飞灰可燃物含量的实时计算结果进行修正，其修正方法为，定期对一段时间内的计算飞灰可燃物含量与该段时间内的取样化验值进行对比，通过修正锅炉折算效率η_b，fhjs的计算结果(例如调整系数x)来调整计算结果。

7.基于权利要求1所述的方法也应用于燃烧垃圾、生物质、废弃物等锅炉的飞灰可燃物含量计算。

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