CN112664975A - 一种适用于煤粉锅炉的风量控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适用于煤粉锅炉的风量控制方法，首先根据机组历史运行数据，选择同一负荷段下的入炉煤量F、总风量A以及实际发电功率P三个参数，通过数据拟合，建立该负荷段下P/F与A/F之间的对应关系，得到每个负荷段下的P/F与A/F确立的线性关系，接着继续分析A/F由小到大变化时P/F的取值范围，得到功煤比最小值P/F_min和功煤比最大值P/F_max，根据公式I‑III计算负荷P下的总风量A，引入到原机组控制系统进行风量控制。该方法可以改善当前锅炉燃烧调整过程中由于风量控制不佳，控制调节的反应灵敏度和准确性较差而导致机组运行参数不稳定的问题，提高了送风量调节的响应速度以及机组运行的稳定性和安全性。

Description

一种适用于煤粉锅炉的风量控制方法

技术领域

本发明属于燃煤发电站锅炉控制技术领域，具体涉及一种适用于煤粉锅炉的风量控制方法。

背景技术

送风自动调节系统是火电厂热工自动调节系统的一个重要组成部分，对保证锅炉的安全、经济运行起着非常重要的作用。风量控制的基本任务是燃料充分燃烧和提高锅炉的热效率。锅炉运行中，一般以炉膛出口过量空气系数α作为风量的调节标准，如果炉膛出口过量空气系数α过小，会造成炉内氧量不足，燃烧不完全，既增加煤耗又污染环境；α过大，则可能使火焰中心上移，导致过热器结焦和超温，同时也会增加排烟损失，降低锅炉效率。因此，风量应控制在合适的范围，这样才能保证锅炉燃烧过程的经济性与稳定性。

在现有的协调控制系统中，风量是按照炉膛出口氧量反馈信号来进行调节的。但是由于炉内燃烧所需的最佳风量难以判定，发电功率到烟气含氧量的对应函数一般是根据调试人员的设计经验而定，在烟气含氧量达到设定值时，炉内的燃烧状态不一定是最佳的。同时，由于氧量计存在使用寿命以及测量精度方面的限制，并不一定能准确反映炉膛出口处的烟气含氧量。这样，由于氧量信号存在设定与测量偏差，从而导致送风量控制也产生了偏差。

目前对锅炉送风的研究，仍然基于风量与燃煤的品质存在很大相关性的基本认识，需要根据燃煤的品质来调整送风量。理想的风煤比是根据燃煤量来计算风量，并根据烟气中的氧气浓度不断的修正送风量，然而风煤比还取决于煤的种类和锅炉类型。当机组的运行负荷快速变化时，理想风煤比的确定存在更大的困难。另外，烟道气中氧气浓度的变化不仅取决于燃料的热量，而且还受粉碎系统的启动、停止和跳闸以及烟灰和结焦的影响。

综上所述，现有技术有以下不足：针对锅炉送风量控制系统，在机组负荷调控的过程中最优风煤比的确立存在困难，且以烟气含氧量作为反馈进行风量调节也存在不足之处。因此，有必要对炉内供风量调整拓展新的控制思路。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于煤粉锅炉的风量控制方法，以改善当前锅炉燃烧调整过程中由于风量控制不佳，控制调节的反应灵敏度和准确性较差而导致机组运行参数不稳定的问题。

技术方案

发明人研究发现，对于一台具体的锅炉，一定的发电功率下锅炉必须产生一定量的蒸汽，炉内产生的热量只随发电功率而变化。煤粉中碳作为主要的可燃元素，是燃烧过程中产生热量的主要来源。如果以碳的含量来计算煤中其他元素的热值，即煤燃烧释放的热量全部由碳产生，并称之为当量碳含量。根据碳的燃烧反应机理，该当量碳含量对应一定的完全燃烧所需要的氧气含量，便可以得到对应所需要的空气量。在一定发电功率下，根据煤种的燃烧热量全部来自于当量碳含量，其对应的空气量基本不变。而在一定机组负荷下，调整燃料量的目的是保证供煤总热值的稳定，风量控制的目的是确保空气供应使炉内燃烧状态达到最佳。所以空气流量是机组发电功率的函数，而与进入炉膛的燃料及其品质无关。当A/F(单位质量的燃料量与供风量的比值)与P/F(单位质量的燃料量与机组发电功率的比值)两者具有相同变化趋势，表明在此期间炉内的燃烧调整是令人满意的，因此可以确立发电功率与供风量函数关系。建立风量与机组发电功率的函数关系后，即可确立不同发电功率下的风量目标值，引入到原机组协调控制系统参与供风量优化，总风量的控制不再需要随着进入炉膛内的煤粉品质波动而进行频繁控制，进而实现了风与煤的基本解耦。具体方案如下：

一种适用于煤粉锅炉的风量控制方法，包括如下步骤：

(1)根据机组运行历史数据，选择同一负荷段下的入炉煤量F、总风量A以及实际发电功率P三个参数，以单位燃料量对应的发电功率最大为确立关系的依据，建立该负荷段下A/F与P/F之间的对应线性关系，采用同样方法得到其他负荷段下的线性关系式，所述线性关系式为：

P/F＝k·A/F+b公式(I)

(2)根据步骤(1)确立的不同负荷段下的线性关系式，进行数据拟合，得到不同负荷段下的k值和b值，代入线性关系式，得到每个负荷段下的P/F与A/F确立的线性关系，在确立的线性关系下，继续分析A/F由小到大变化时P/F的取值范围，得到功煤比P/F最小值P/F_min和最大值P/F_max。功煤比P/F指单位质量的燃料燃烧所对应的发电量，最大值P/F_max即单位质量燃料燃烧时发电量最多，表明在此期间炉内燃烧调整处在最优状态，以此作为锅炉供风量的计算依据是最佳的，但考虑到历史数据采集及测量过程中的误差，需要对锅炉供风量的计算依据进行调整。调整方法：以功煤比取值范围中最小值P/F_min计算供风量时，其风量控制效果最差，用数字0表示；以功煤比取值范围中最大值P/F_max计算供风量时，其风量控制效果最优，用数字1表示，则0～1表示供风量最优值的调整区间。根据上述针对历史数据误差的考虑，本发明以0～1中0.7作为锅炉供风量的计算依据。

确定0.7作为锅炉供风量的计算依据后，可用如下计算式进行换算：

由公式(II)可得出：F＝P·[P/F_min+0.7·(P/F_max-P/F_min)]^-1，计算得到当前负荷下的入炉煤量F值后，代入由公式(I)得到的关系式A＝k^-1·(P-bF)，计算得到当前负荷下的供风量A，采用相同方式计算出每个负荷段下的总供风量A，经过多项式拟合，得到P与A的函数关系式，引入到原机组控制系统进行风量控制。

进一步，步骤(1)中，机组运行历史数据至少选择1个月以上的数据，在选取历史数据时，要满足A/F与P/F呈良好的线性关系。

本发明的有益效果：本发明针对现有技术中煤粉锅炉风量控制方法的不足，提供了一种适用于煤粉锅炉的风量控制方法，总风量的控制不再需要随着进入炉膛内的煤粉品质波动而进行频繁控制，该方法可以改善当前锅炉燃烧调整过程中由于风量控制不佳，控制调节的反应灵敏度和准确性较差而导致机组运行参数不稳定的问题。

附图说明

图1为124个煤样燃烧产生100MJ能量所需的理论风量偏差结果；

图2为适用于煤粉锅炉的风量控制方法的流程图；

图3为功煤比和风煤比在四个典型负荷下的对应关系；

图4为功煤比和风煤比在负荷270MW时对应关系；

图5为总风量与发电功率的对应关系。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。

实施例1

以中国大唐集团有限公司邯郸马头电厂300MW亚临界煤粉锅炉为例，进行风量跟踪发电功率变化的计算验证，方法如下：

选取灰分含量在1％-42％之间的124个煤样(28个无烟煤样、77个烟煤样和19个褐煤样)。基于高位热值和当量碳含量计算产生100MJ所需的理论风量。其中，当量碳含量定义为将其他元素的发热量全部折算至碳含量，即认为煤燃烧释放的所有热量全部由碳产生。当量碳含量由高位发热量的经验公式得到，所采用的经验公式如下：

无烟煤：HHVE＝78.1C^r+320H^r+22(S^r-O^r)-8(A^g-10)

烟煤：HHVE＝80C^r+310H^r+22S^r-26O^r-4(A^g-10)

褐煤：HHVE＝80C^r+305H^r+22S^r-26O^r-6(A^g-10)

上述公式是本技术领域的通用公式，其中HHVE为高位发热量估算值，C^r、H^r、S^r、O^r和A^g分别表示碳、氢、硫、氧和灰分的质量分数。

以无烟煤为例，当量碳含量的计算公式为：

所需理论风量为：

以高位热值和当量碳含量分别计算理论风量的相对偏差，124个煤样燃烧产生100MJ能量所需的理论风量偏差结果如图1所示，可以发现两种方法计算的无烟煤试样在95％置信区间上风量的相对偏差分别为±2.91％和±1.76％，烟煤样品分别为±2.97％和±1.81％，褐煤样品分别为±2.32％和±1.74％。在所选的三种煤中，除了7个煤样外，其余的117个煤样由两种方法计算出的理论风量的相对偏差均小于±3％。23个煤样的相对偏差在±2％～±3％之间，其余94个煤样的相对偏差均小于±2％。结果表明，在相同能量级和机组输出功率下，不同煤种燃烧产生相同热量所需的理论风量是基本不变的。

本发明适用于煤粉锅炉的风量控制方法的流程图见图2，同样采取上述电厂的煤粉锅炉进行试验。

一种适用于煤粉锅炉的风量控制方法，包括如下步骤：

(1)从DCS系统中大量的机组运行历史数据入手，至少选择1个月以上的数据，选择入炉煤量F、总风量A(或者反映这些物理量的其他参数，比如锅炉主控指令、送风机的调门开度、送风机电流等)以及实际发电功率P三个参数，建立A/F与P/F之间的对应关系，以单位燃料量对应的发电功率最大为确立关系的依据，依次分析不同负荷段下的目标总风量；在选取历史数据时，要满足A/F与P/F呈良好的线性关系。

选取该电厂在典型负荷270，280，290和300MW运行数据为例，根据统计的历史数据，该电厂功煤比和风煤比在四个典型负荷下的对应关系如图2所示，

以某电厂在典型负荷270，280，290和300MW运行数据为例对本发明方法展开说明，其选用数据如图2所示。根据结果拟合得到四个负荷段对应的线性关系式分别为：

270MW:P/F＝9.61A/F-0.39280MW:P/F＝9.51A/F-0.54

290MW:P/F＝11.30A/F-2.51300MW:P/F＝8.51A/F-0.40

(2)以负荷270MW为例，功煤比和风煤比在270MW时对应关系如图3所示，从根据图3可以得出，当A/F_min＝0.62时，P/F_min＝5.57，当A/F_max＝0.81时，P/F_max＝7.50。即功煤比的取值范围为5.57-7.50，当功煤比等于最大值7.50时，说明在此期间炉内燃烧调整状态良好，供风量调整最优。本发明以供风量最优值的调整区间0～1中的0.7作为供风量计算依据，可用如下计算式进行换算：

由公式(II)可得出：F＝P·[P/F_min+0.7·(P/F_max-P/F_min)]^-1，计算得到当前负荷下的入炉煤量F值后，代入由公式(I)得到的关系式A＝k^-1·(P-bF)，计算得到当前负荷下的供风量A，本实施例中，计算出在P＝270WM的负荷下，供风量A＝204.8，每隔10MW作为一个负荷段，依次计算典型负荷段为280MW、290MW及300MW的最优供风量分别为210.8、222.4、237.5。上述供风量A是一个相对值，对于不同电厂的协调控制系统，它可由送风机的调门开度，送风机的风机电流等参数来表征。利用上述方法，依次计算整个机组运行负荷段的供风量，其结果如图4所示。

对不同负荷段下的供风量进行多项式拟合，得到两者间的关系式为：

A＝3.39×10^-5P³-0.022P²+4.82P-179.83

以此作为调节锅炉总风量的依据，参与机组的送风量协调控制系统。本发明提出的风量控制方法参与控制的比例可以根据机组的运行情况进行调整。该方法的使用对煤粉锅炉燃烧条件的大幅度调整而引起的锅炉主蒸汽压力波动起到很好的缓解作用，增加了机组运行的安全性和稳定性。同时，该方法适用于各种型号的燃煤锅炉，对历史数据的处理方式灵活，是一种有效的风量独立解耦控制方法。

Claims (2)

1.一种适用于煤粉锅炉的风量控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)根据机组运行历史数据，选择同一负荷段下的入炉煤量F、供风量A以及实际发电功率P三个参数，以单位燃料量对应的发电功率最大为确立关系的依据，建立该负荷段下P/F与A/F之间的对应线性关系，采用同样方法得到其他负荷段下的线性关系式，所述线性关系式为：

P/F＝k·A/F+b 公式(I)

(2)根据步骤(1)确立的不同负荷段下的线性关系式，得到不同负荷段下的k值和b值，进而获得每个负荷段下的P/F与A/F确立的线性关系，在确立的线性关系下，继续分析A/F由小到大变化时P/F的取值范围，得到不同负荷段下功煤比最小值P/F_min和功煤比最大值P/F_max；功煤比为P/F_min时，风量控制效果最差，用数字0表示，功煤比为P/F_max时，风量控制效果最优，用数字1表示，考虑到历史数据的采样和测量误差，以0.7作为锅炉供风量的计算依据，得到如下关系式：

利用公式(II)计算得到当前负荷下的入炉煤量F值后，代入公式(I)，计算得到当前负荷下的供风量A，采用相同方式计算出每个负荷段下的总供风量A，经过多项式拟合，得到P与A的函数关系式，引入到原机组控制系统进行风量控制。

2.如权利要求1所述适用于煤粉锅炉的风量控制方法，其特征在于，步骤(1)中，机组运行历史数据至少选择1个月以上的数据，在选取历史数据时，要满足A/F与P/F呈良好的线性关系。

Images