CN112944390B - 煤粉锅炉配风优化方法、装置、计算机设备 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种煤粉锅炉配风优化方法、装置、计算机设备和计算机可读存储介质。所述方法包括：通过在炉膛顶层燃烧器与燃尽风喷口之间所布设的烟气成分测点，实时获取烟气中CO及水蒸气浓度；根据各个测点获取的CO及水蒸气浓度，实时求取各个测点的局部当量比；将各个测点局部当量比与当量比基准值范围进行比较；当各个测点中存在测点的局部当量比不在所述当量比基准值范围内，则确定锅炉工况异常，发出告警信息。本申请实施例提供的技术方案能够有效识别炉内燃烧状态，从而防止因尾部测点数据迟延及单组分监测受漏风干扰而导致炉内燃烧状态误判、燃烧调整不利等问题。
Description
技术领域
本申请涉及燃煤发电技术领域，特别是涉及一种煤粉锅炉配风优化方法、装置、计算机设备和计算机可读存储介质。
背景技术
随着燃煤发电技术的发展，煤电逐渐承担起稳定电网负载功能，转向深度调峰运行。由于燃料成本制约，大量电厂的燃用煤质严重偏离设计值，当配风不当时容易造成火焰中心偏移、前移、后移状况，并且会导致受热面积灰结渣、炉膛出口氮氧化物含量升高、飞回含碳量增大问题。因此，煤粉锅炉在复杂多变工况下的配风调整与优化是我国火电机组燃烧优化的核心问题。
在相关技术中，炉膛配风调节逐步从经验主导向精细化转变，多基于炉膛出口氮氧化物含量调配一、二次风量，并利用一些表征燃尽特性的参数调节燃尽风量，包括尾部烟道或炉膛出口处的CO含量、氧含量、尾部飞灰含碳量等。
然而，仅测量炉膛内CO浓度不足以明确表征燃烧状态，从而导致炉内燃烧状态误判。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种煤粉锅炉配风优化方法、计算机设备和计算机可读存储介质。
第一方面，一种煤粉锅炉配风优化方法，该方法包括：
通过在炉膛顶层燃烧器与燃尽风喷口之间所布设的烟气成分测点，实时获取烟气中CO及水蒸气浓度；根据各个测点获取的CO及水蒸气浓度，实时求取各个测点的局部当量比；将各个测点局部当量比与当量比基准值范围进行比较；当各个测点中存在测点的局部当量比不在该当量比基准值范围内，则确定锅炉工况异常，发出告警信息。
第二方面，一种煤粉锅炉配风优化装置，该装置包括：
第一获取模块，用于通过在炉膛顶层燃烧器与燃尽风喷口之间所布设的烟气成分测点，实时获取烟气中CO及水蒸气浓度；
求解模块，用于根据各个测点获取的CO及水蒸气浓度，实时求取各个测点的局部当量比；
比较模块，用于将各个测点局部当量比与当量比基准值范围进行比较；
确定工况模块，用于当各个测点中存在测点的局部当量比不在所述当量比基准值范围内，则确定锅炉工况异常，根据各个测点的局部当量比获取平均当量比。
第三方面，提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，该存储器存储有计算机程序，该处理器执行时实现如上述第一方面任一该的煤粉锅炉配风优化方法。
第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述第一方面任一该的煤粉锅炉配风优化方法。
上述煤粉锅炉配风优化方法、装置、计算机设备和计算机可读存储介质，通过在炉膛顶层燃烧器与燃尽风喷口之间所布设的烟气成分测点，实时获取烟气中CO及水蒸气浓度；再根据各个测点获取的CO及水蒸气浓度，实时求取各个测点的局部当量比；然后将各个测点局部当量比与当量比基准值范围进行比较；当各个测点中存在测点的局部当量比不在所述当量比基准值范围内，则确定锅炉工况异常，发出告警信息。这样，在煤粉锅炉配风优化方法中，通过CO及水蒸气的二元监测实现锅炉配风优化，能够准确识别炉内燃烧状态，确定锅炉工况异常，并发出告警信息，从而防止因尾部测点数据迟延及单组分监测受漏风干扰而导致炉内燃烧状态误判、燃烧调整不利等问题。
附图说明
图1为本申请实施例涉及到的一种实施环境的示意图；
图2为一个实施例中煤粉锅炉配风优化方法的流程图；
图3为一个实施例中对冲燃烧锅炉的CO及水蒸气二元测点的布设方案示意图；
图4为一个实施例中切圆燃烧锅炉的CO及水蒸气二元测点的布设方案示意图；
图5为一个实施例中煤粉锅炉配风优化方法的异常工况判断图；
图6为一个实施例中煤粉锅炉配风优化方法调节二次风机的风压及燃尽风门开度流程图；
图7为一个实施例中对冲燃烧锅炉的CO及水蒸气二元测点布设的横截面图；
图8为一个实施例中切圆燃烧锅炉的CO及水蒸气二元测点布设的横截面图；
图9为一个实施例中煤粉锅炉配风优化方法实现调节二次风机的风压及燃尽风门开度流程图；
图10为一个实施例中煤粉锅炉配风优化方法超限分级报警流程图；
图11为一个实施例中煤粉锅炉配风优化方法的求解测点局部当量比实现流程图；
图12为一个实施例中煤粉锅炉配风优化方法的建立烟气中CO及水蒸气浓度的函数模型；
图13为一个实施例中针对典型高阶烟煤(神华烟煤)的函数模型；
图14为一个实施例中针对典型低阶煤(准东煤)的函数模型；
图15为一个实施例中煤粉锅炉配风优化方法的不同煤种调整炉膛顶层燃烧器与燃尽风喷口之间截面处的当量比的基准值及波动范围流程图；
图16为一个实施例中煤粉锅炉配风优化装置的结构框图；
图17为另一个实施例中煤粉锅炉配风优化装置的结构框图；
图18为另一个实施例中煤粉锅炉配风优化装置的结构框图；
图19为另一个实施例中煤粉锅炉配风优化装置的结构框图；
图20为另一个实施例中煤粉锅炉配风优化装置的结构框图；
图21为一个实施例中计算机设备的内部结构图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
本申请提供的煤粉锅炉配风优化方法可以应用如图1所示的锅炉结构中。图1为锅炉结构的侧视图，其中，锅炉包括燃尽风喷口、燃烧器、出口折焰角及冷灰斗。其中，燃尽风喷口位于燃烧器上，出口折焰角与燃尽风喷口相贯通，冷灰斗位于所述燃烧器下方。可以理解的是，上、下是以图1所示的锅炉结构的侧视图描述。
在一个实施例中，如图2所示，提供了一种煤粉锅炉配风优化方法，以该方法应用于图1所示的锅炉结构中进行说明，包括以下步骤：
步骤202，通过在炉膛顶层燃烧器与燃尽风喷口之间所布设的烟气成分测点，实时获取烟气中CO及水蒸气浓度。
其中，通过检测装置在烟气成分测点收集CO及水蒸气浓度，并对收集的CO及水蒸气浓度进行存储。该检测装置可采用抽气式高温烟气检测装置。抽气式高温烟气检测装置具备耐高温、耐磨蚀(或采样头易更换)、滤粉尘、抗干扰、较高精度及可靠性，采用红外吸收光谱、可调谐半导体激光吸收光谱等原理进行实时测量，并可结合运行整定、计算流体力学模拟等方式进行近壁面浓度修正。
具体地，计算机设备根据锅炉中燃烧器和燃尽风喷口的分布位置，在炉膛顶层燃烧器与燃尽风喷口之间布设烟气成分测点，实时获取烟气中CO及水蒸气浓度。
在本申请的一个可选实施例中，该锅炉可为对冲燃烧锅炉。对冲燃烧锅炉的燃烧器和燃尽风喷口都位于前后墙上，因此，在锅炉前后墙布设烟气成分测点，为充分反应炉膛内的燃烧状态，在左右墙上布设烟气成分测点。
请参考图3，其为对冲燃烧锅炉的CO及水蒸气二元测点的布设方案示意图。如图3所示，在前后墙各布设2个烟气成分测点，在左右墙各布设1个烟气成分测点。该测点布设应具有一定的对称性。应当指出，上述对冲燃烧锅炉的CO及水蒸气二元测点的布设方案精度及响应速度可满足要求，成本适宜，并且本申请实施例对布设的测点个数上限并无限制，增加测点个数可提高燃烧状态空间分布及平均状态的解析精度。实际确定测点个数可结合组件成本等经济性指标综合考量。可以理解的是，前、后、左、右仅用于对方案的描述，不作为对方案的限定。
在本申请的一个可选实施例中，切圆燃烧锅炉的燃烧器和燃尽风喷口都位于四个角上，因此，在锅炉的四个角的每个角上布设1个测点，共布设四个测点。
请参考图4，其为切圆燃烧锅炉的CO及水蒸气二元测点的布设方案示意图。如图4所示，在锅炉的四个角上布设四个测点。应当指出，上述切圆燃烧锅炉的CO及水蒸气二元测点的布设方案精度及响应速度可满足要求，成本适宜，并且本申请实施例对布设的测点个数上限并无限制；在前、后墙及侧墙增设测点可提高燃烧状态空间分布及平均状态的解析精度。实际确定测点个数可结合组件成本等经济性指标综合考量。可以理解的是，前、后、左、右仅用于对方案的描述，不作为对方案的限定。
步骤204，根据各个测点获取的CO及水蒸气浓度，实时求取各个测点的局部当量比。
其中，当量比φ定义为完全燃烧状态下的空燃比与实际空燃比的比值，完全燃烧所需空气量与实际供给空气量的比值。计算机设备将各个测点获取的CO及水蒸气浓度代入预先建立的烟气中CO及水蒸气浓度随烟温及当量比变化的函数模型，即可得到各个测点的局部当量比。
步骤206，将各个测点局部当量比与当量比基准值范围进行比较。
其中，局部当量比为各测点的当量比，当量比基准值范围为某一煤质下充分燃烧时当量比的波动范围。其中，φopt为当量比基准值，Δφopt为当量比可允许的波动范围，则当量比基准值范围是从φopt-Δφopt至φopt+Δφopt，即φopt-Δφopt为当量比基准值范围的下限值，φopt+Δφopt为当量比基准值范围的上限值。
计算机设备将各个测点局部当量比与当量比基准值的上限值和下限值分别进行比较。
步骤208，当各个测点中存在测点的局部当量比不在该当量比基准值范围内，则确定锅炉工况异常，发出告警信息。
其中，测点的局部当量比不在该当量比基准值范围内，即测点的局部当量比小于当量比基准值范围的下限值或者大于当量比基准值范围的上限值。
锅炉工况异常可为锅炉内燃烧中心存在前移状况、锅炉内燃烧中心存在后移状况、或锅炉内燃烧中心存在偏斜状况等。
告警信息可为声音、光电信号、振动或消息等信息。声音可为预设的铃声、警报声等。光电信号可为不同颜色的灯光，如红色灯光、黄色灯光发出亮度。振动可为监控人员的移动设备的振动，或者监测设备的不同频率的振动等。消息可为向监控人员发出的短信、即时通信消息等。
在本申请的一个可选实施例中，当各个测点的局部当量比在该当量比基准值范围内，则锅炉工况正常。当各个测点中存在测点的局部当量比不在该当量比基准值范围内，则锅炉工况异常，发出告警信息，此时，可实时准确判别炉内燃烧状态，针对炉内异常工况进行识别预警。
上述一种煤粉锅炉配风优化方法中，通过在炉膛顶层燃烧器与燃尽风喷口之间所布设的烟气成分测点，实时获取烟气中CO及水蒸气浓度；再根据各个测点获取的CO及水蒸气浓度，实时求取各个测点的局部当量比；然后将各个测点局部当量比与当量比基准值范围进行比较；当各个测点中存在测点的局部当量比不在所述当量比基准值范围内，则确定锅炉工况异常，发出告警信息。这样，在煤粉锅炉配风优化方法中，通过CO及水蒸气的二元监测实现锅炉配风优化，能够有效识别炉内燃烧状态，从而防止因尾部测点数据迟延及单组分监测受漏风干扰而导致炉内燃烧状态误判、燃烧调整不利等问题。
在一个实施例中，如图5所示，当各个测点中存在测点的局部当量比不在所述当量比基准值范围内，则确定锅炉工况异常，还包括以下步骤：
步骤502，若各个测点的局部当量比低于当量比基准值范围下限，锅炉内燃烧中心存在前移状况。
具体地，若各个测点的局部当量比均低于当量比基准值下限，即φ<φopt-Δφopt，提示炉内燃烧中心存在前移状况，燃烧器附近存在结焦风险。
步骤504，若各个测点的局部当量比高于当量比基准值范围上限，锅炉内燃烧中心存在后移状况。
具体地，若各个测点的局部当量比均高于当量比基准值上限，即φ>φopt+Δφopt，提示炉内燃烧中心存在后移状况，炉膛出口折焰角存在结焦风险。
步骤506，若部分测点的局部当量比高于当量比基准值范围上限，且部分测点的局部当量比低于当量比基准值范围下限，锅炉内燃烧中心存在偏斜状况。
例如，测点共有6个，其中4个测点的局部当量比均高于当量比基准值范围上限，且2个测点的局部当量比均低于当量比基准值范围下限，则确定锅炉内燃烧中心存在偏斜状况。
本实施例中，通过判断各个测点中局部当量比是否在该当量比基准值范围内来确定锅炉的工况，当各个测点中存在测点的局部当量比不在所述当量比基准值范围内，则确定锅炉工况异常，从而发出告警信息，能够实时有效识别炉内燃烧状态。
在一个实施例中，如图6所示，本申请的实施例还包括以下步骤：
步骤602，在确定锅炉工况异常为前移状况或后移状况的情况下，根据各个测点的局部当量比获取平均当量比；该前移状况是各个测点的局部当量比低于当量比基准值范围下限，该后移状况是各个测点的局部当量比高于当量比基准值范围上限。
其中，平均当量比为各个测点所在截面的加权平均当量比，该截面为炉膛顶层燃烧器与燃尽风喷口之间同一高度的平面，加权系数由布设测点的方法决定，该布设测点的方法是根据锅炉燃烧器和喷口所在的位置布设，例如，对冲燃烧锅炉的燃烧器和燃尽风喷口位于前后墙上，因此在对冲燃烧锅炉前后墙上布置测点，并且为充分反应炉膛内的燃烧分布情况，在左右墙上也布设测点；例如，切圆燃烧锅炉的燃烧器和燃尽风喷口位于四个角上，因此在切圆燃烧锅炉四个角上布置测点。
在本申请的一个可选实施例中，对冲燃烧锅炉的燃烧器和燃尽风喷口都位于前后墙上。
请参考图7，其为对冲燃烧锅炉的CO及水蒸气二元测点布设的横截面图。如图7所示，测点702布设在炉膛顶层燃烧器与燃尽风喷口之间同一高度截面的四边上，且在前后墙各布设2个烟气成分测点，在左右墙各布设1个烟气成分测点，装置704用于数据采集、存储及处理装置收集。其中，各点加权系数由其表征面积之比决定，因此，前墙、后墙、左墙、右墙中权重系数之比为1：1：1：1：2：2。最后，通过该加权系数和布设的测试点计算各个测点所在截面的加权平均当量比。
在本申请的一个可选实施例中，切圆燃烧锅炉的燃烧器和燃尽风喷口都位于四个角上，因此，在锅炉的四个角上布设四个测点。
请参考图8，其为切圆燃烧锅炉的CO及水蒸气二元测点布设的横截面图。如图8所示，测点702布设在炉膛顶层燃烧器与燃尽风喷口之间同一高度截面的四个角上，装置704用于数据采集、存储及处理装置收集。其中，各点加权系数由其表征面积之比决定，因此，前墙、后墙、左墙、右墙中权重系数之比为1：1：1：1：1：1。最后，通过该加权系数和布设的测试点计算各个测点所在截面的加权平均当量比。
步骤604，根据该平均当量比调节二次风机的风压及燃尽风门开度。
其中，二次风机部署在燃烧器的单独通道，二次风机通过燃烧器的单独通道将二次风输入炉膛，二次风为煤粉燃烧提供氧气，并能加强气流的扰动，促进高温烟气的回流，促进可燃物与氧气的混合，从而令煤粉能充分燃烧。
其中，在电厂实际运行中，二次风机的风压及燃尽风门开度是根据风门开度曲线决定的，该曲线是通过涉及计算和热态实验获得的给风量与风门开度的曲线关系，给风量即燃尽风量。
具体地，根据平均当量比能够获取燃尽风量，然后结合燃尽风与风门开度曲线调节二次风机的风压及燃尽风门的开度。
在本申请的一个可选实施例中，在确定锅炉工况异常为前移状况或后移状况的情况下，通过比较该各测点所在截面的平均当量比与当量比基准值，实时调节二次风机的风压及燃尽风门开度。
在一个实施例中，如图9所示，根据该平均当量比调节二次风机的风压及燃尽风门开度之前，该方法包括以下步骤：
步骤902，根据总燃尽风量公式计算煤粉燃烧充分所需的总燃尽风量。
在本申请的一个可选实施例中，针对CxHyOzNmSn的煤质，实时计算煤质充分燃烧时所需总燃尽风量QOFA(Nm3/h)。
其中，所需总燃尽风量QOFA(Nm3/h)为：
该式中mcoal为机组给煤量(kg/h),MWcoal为煤质对应的分子量(kg/kmol),Vm为标况下空气的摩尔体积(即为0.0224m3/mol)，φ为求得截面平均当量比(通常大于1)，φset为锅炉设计或预期完全燃烧下的当量比，是过量空气系数的倒数，故小于1。该式代表煤分子达到设定过量空气系数所需风量与当前风量的差值。
具体地，根据上述总燃尽风量的计算公式可计算得出CxHyOzNmSn的煤质在给煤量为mcoal及截面平均当量比为φ时充分燃烧所需的总燃尽风量。
步骤904，将该平均当量比与该当量比基准值范围比较，判断煤粉燃烧状态。
在本申请的一个可选实施例中，通过比较该各测点所在截面的平均当量比与当量比基准值，判断煤粉燃烧状态。若该平均当量比高于当量比基准值，则煤粉燃烧不充分，若该平均当量比低于当量比基准值，则煤粉燃烧过于充分。
在本申请的一个可选实施例中，当存在测点的平均当量比超出当量比基准值时，进行超限分级报警。
请参考图10，其为超限分级报警流程图，如图10所示，超限分级报警具体实现流程包括以下步骤:
步骤1002，判断平均当量比是否超出该当量比基准值范围。
其中，若平均当量比在基准值范围内，则燃烧状态良好。
步骤1004，判断平均当量比超出当量比基准值范围的幅度。
其中，超限分级指标a1,a2,…,aN可在许用波动范围的基础上分级设置，并根据实际运行需求调整。例如，设置每个报警等级之间相差10％，即a1为10％，a2为20％，a3为30％，a10为1。
具体地，通过计算平均当量比超出当量比基准值的百分比来判断平均当量比超出当量比基准值范围的幅度。例如，平均当量比超出当量比基准值的百分比为25％，则报警等级2进行报警。
步骤906，根据该煤粉燃烧状态，结合煤粉充分燃烧所需的总燃尽风量，实时调节二次风机的风压及燃尽风门开度。
在本申请的一个可选实施例中，若该平均当量比高于当量比基准值，则煤粉燃烧不充分，结合煤粉充分燃烧所需的总燃尽风量，通过燃尽风与风门开度的曲线关系实时调节二次风机的风压及燃尽风门开度，以增大燃尽风量。若该平均当量比低于当量比基准值，则煤粉燃烧过于充分，结合煤粉充分燃烧所需的总燃尽风量，通过燃尽风与风门开度的曲线关系实时调节二次风机的风压及燃尽风门开度，以减小燃尽风量。
本实施例中，根据总燃尽风量公式计算煤粉燃烧充分所需的总燃尽风量；然后根据该平均当量比调节二次风机的风压及燃尽风门开度，其中包括：将该平均当量比与所述当量比基准值范围比较，判断煤粉燃烧状态；根据该煤粉燃烧状态，结合煤粉充分燃烧所需的总燃尽风量，实时调节二次风机的风压及燃尽风门开度。该方法的锅炉配风优化对机组深度调峰下的灵活运行工况具有宽广适用性，应当指出，对冲燃烧锅炉和切圆燃烧锅炉两种的实施例具有较好地适用性。针对其它炉型(如W型)本发明也是可以适用的。
在一个实施例中，如图11所示，在该通过在炉膛顶层燃烧器与燃尽风喷口之间所布设的烟气成分测点，实时获取烟气中CO及水蒸气浓度之前，该方法还包括以下步骤：
步骤1102，建立烟气中CO及水蒸气浓度的函数模型，该函数模型用于记录同一煤质和环境条件下CO、水蒸气浓度随烟温及当量比变化的数据。
其中，在一定煤质和环境参数下，建立CO及水蒸气平衡浓度随当量比及烟温变化的函数模型。该函数模型的自变量为当量比和烟温，因变量为CO浓度或水蒸气浓度，该函数模型为二元函数。
步骤1104，将各个测点获取的CO及水蒸气浓度代入该函数模型，求解得到各个测点的局部当量比。
其中，该函数模型中每一测点的CO及水蒸气浓度都能在该函数模型中对应得到每一测点的烟温及当量比，根据测点实时测到的CO及水蒸气浓度，通过电子计算机程序高效实时反解出局部对应的当量比和烟温。
在一个实施例中，如图12所示，建立烟气中CO及水蒸气浓度的函数模型，包括以下步骤：
步骤1202，联立煤粉在空气中燃烧化学方程式和水煤气平衡方程式。
在本申请的一个可选实施例中，在一定烟温及当量比的环境下，通过联立煤质为CxHyOzNmSn的燃烧化学反应和水煤气平衡方程式，获得产物CO及水蒸气的浓度表达式。
其中，煤质为CxHyOzNmSn的燃烧化学反应为：
式中CxHyOzNmSn代表煤的分子式，各原子的个数由煤样的元素分析结果确定；a为配风量，ps＝ps(Tin)是环境温度下的水蒸气饱和分压(kPa)，可由物性参数查表或拟合得到；环境温度Tin(K)根据电厂所在地的当地气温取值；环境压力P即为101.325kPa)；
为环境相对湿度，用于计算环境中初始含水量。由于燃烧中C组分可同时生成CO和CO2，H组分可同时生成H2O和H2，无法通过原子守恒直接确定各产物含量(即b、c、d、e值)。需引入如下的水煤气平衡反应：
CO+H2O＝CO2+H2
假设该反应在高温下达到平衡，其平衡常数Kp＝Kp(T)是温度的函数，可由各组分的吉布斯自由能求得。在平衡态下成立：
其中Pi是组分i(包括CO、CO2、H2、H2O)的分压(kPa)，P0＝1kPa。由此可通过C、H、O元素守恒及水煤气平衡反应,可以得到在一定烟温及当量比情况下，反应平衡时的CO及水蒸气浓度。
步骤1204，计算在各烟气温度、当量比下，水煤气反应平衡时CO及水蒸气的浓度。
其中，根据燃烧化学方程式的元素守恒及水煤气平衡方程式，计算在各烟气温度及当量比下，水煤气反应平衡时CO及水蒸气的浓度。
具体地，根据燃烧化学方程式的元素守恒及水煤气的平衡方程式能够得到1摩尔的煤质燃烧得到b摩尔的CO及d摩尔的水蒸气的表达式，该表达式与烟气温度和当量比有关，然后将各个烟气温度及当量比带入表达式中能够得到对应的CO及水蒸气的浓度。
步骤1206，根据计算得到的各烟气温度、当量比下的CO及水蒸气的浓度，构建CO及水蒸气浓度随烟温及当量比变化的函数模型。
其中，根据建立特定煤质、环境温度、湿度下，烟气中CO及水蒸气浓度随烟温及当量比变化的函数模型，该函数模型中每一测点的CO及水蒸气浓度都能在该函数模型中对应得到每一测点的烟温及当量比。
具体地，通过各个烟气温度及当量比能够得到对应的CO及水蒸气的浓度，例如，通过记录各个烟气温度及当量比得到对应的CO浓度构建CO浓度随各个烟气温度及当量比变化的函数模型，同样地，通过记录各个烟气温度及当量比得到对应的水蒸气的浓度构建水蒸气随各个烟气温度及当量比变化的函数模型。
在本申请的一个可选实施例中，请参考图13，针对典型高阶烟煤(神华烟煤)，在环境温度298K，相对湿度0.4的工况下，不同当量比(φ>1)、不同烟温下的CO和水蒸气摩尔分数的函数模型如图13所示。可见CO的平衡浓度随烟温的变化较小，随当量比增加而增大，与当量比呈近似线性的关系。而水蒸气的平衡浓度随烟温升高而增大，其对烟温的敏感性显著高于CO浓度对烟温的敏感性，且随当量比的增加，该敏感性增大；同时水蒸气平衡浓度随当量比增大而减小，因为更多H元素转化成H2，所以对当量比的敏感性在低温下更强。
在申请的一个可选实施例中，请参考图14，针对典型低阶煤(准东煤)，在环境温度298K，相对湿度0.4的工况下，不同当量比(φ>1)、不同烟温下的CO和水蒸气摩尔分数的函数模型如图14所示。可见CO及水蒸气的平衡浓度随当量比和烟温的定性变化趋势与烟煤类似。在相同的烟温和当量比下，虽然CO平衡浓度与烟煤相近，但是水蒸气平衡浓度相对更低，这是由煤质不同所导致的。
其中，通过建立一定煤质和环境参数下，CO及水蒸气平衡浓度随当量比及烟温变化的函数模型。由于对应关系的唯一性，可通过实时测得的CO及水蒸气浓度，反解出局部对应的当量比和烟温，这可通过电子计算机程序高效实时求解。该方法所求得的当量比应大于1。
应当指出，如图13和图14所示的数据及所述流程是实例性的给出某些煤质和环境参数下，基于实测CO及水蒸气浓度求解局部当量比和烟温的方法。显然，当煤质、环境温湿度等参数改变时，本发明提供的方法仍可高效地基于实测CO及水蒸气双组分浓度求解局部当量比和烟温。
在一个实施例中，将各个测点局部当量比与当量比基准值范围进行比较之前，该方法包括：
根据当量比的时序特性确定当量比基准值范围，该当量比的时序特性为锅炉稳定运行的时间内函数模型记录的当量比的算数平均值和方差。
在本实施例中，该当量比基准值范围为机组在某一特定工况，经炉内流体力学模拟、燃烧性能测试或实际稳定运行下较长时间内可计算得到，当煤质发生变化时，需要对当量比地基准值及波动范围进行相应调整，例如，技术人员根据机组在某一特定工况，经炉内流体力学模拟、燃烧性能测试或实际稳定运行下时长达到168小时以上计算得出当量比基准值范围。
请参考图15，其为不同煤种调整炉膛顶层燃烧器与燃尽风喷口之间截面处的当量比基准值及波动范围流程图，包括以下步骤：
步骤1502，从函数模型内读取当量比的初始基准值φopt及波动范围Δφopt。
其中，初始基准值φopt为未更换煤质时的基准值。
步骤1504，判断煤质是否更换。
煤质是指煤炭的质量。煤炭的质量可以按照预设标准进行划分。
步骤1506，若煤质没有更换，则采用初始基准值。
具体地，若煤质没有更换，根据建立特定煤质、环境温度、湿度下，构建的函数模型不需要改变，则根据函数模型中各个当量比求取的平均当量比不变，此时可以采用初始基准值。
步骤1508，若煤质更换，根据煤质初始切换、配风未完全优化时的稳定工况运行数据，获取该状态下的新当量比基准值及波动范围。
步骤1510，判断新当量比基准值是否小于初始基准值。
步骤1512，若新当量比基准值大于初始基准值，则使用初始基准值。
其中，若新当量比基准值大于初始基准值，则该工况不是煤质变化后的最佳燃烧状态，此时采用初始基准值及波动范围。
步骤1514，若新当量比基准值小于初始基准值，则使用新当量比基准值。
通过煤质检测，配置与煤质对应的当量比基准值，确保锅炉工况状况判断更加准确。
应该理解的是，虽然图2、图5、图6、图9至图12、图15的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图2、图5、图6、图9至图12、图15中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
在一个实施例中，如图16所示，提供了一种煤粉锅炉配风优化装置，以该方法应用于图1所示的锅炉结构中进行说明，该装置1600包括第一获取模块1602、求解模块1604、比较模块1606，确定工况模块1608，其中：
第一获取模块1602，用于通过在炉膛顶层燃烧器与燃尽风喷口之间所布设的烟气成分测点，实时获取烟气中CO及水蒸气浓度；
求解模块1604，用于根据各个测点获取的CO及水蒸气浓度，实时求取各个测点的局部当量比；
比较模块1606，用于将各个测点局部当量比与当量比基准值范围进行比较；
确定工况模块1608，用于当各个测点中存在测点的局部当量比不在所述当量比基准值范围内，则确定锅炉工况异常，根据各个测点的局部当量比获取平均当量比。
在本申请的一个可选实施例中，该确定工况模块1608，具体用于判断锅炉的异常工况，若各个测点的局部当量比低于当量比基准值范围下限，锅炉内燃烧中心存在前移状况；若各个测点的局部当量比高于当量比基准值范围上限，锅炉内燃烧中心存在后移状况；若部分测点的局部当量比高于当量比基准值范围上限，且部分测点的局部当量比低于当量比基准值范围下限，锅炉内燃烧中心存在偏斜状况。
在本申请的一个可选实施例中，如图17所示，提供了一种煤粉锅炉配风优化装置，该装置1600还包括第二获取模块1610和调节模块1612。
该确定工况模块1608，用于确定锅炉工况异常为前移状况或后移状况的情况。
该第二获取模块1610，用于在确定锅炉工况异常为前移状况或后移状况的情况下，根据各个测点的局部当量比获取平均当量比；该前移状况是各个测点的局部当量比低于当量比基准值范围下限，该后移状况是各个测点的局部当量比高于当量比基准值范围上限。
该调节模块1612，用于根据该平均当量比调节二次风机的风压及燃尽风门开度。
在本申请的一个可选实施例中，如图18所示，提供了一种煤粉锅炉配风优化装置，该装置1600还包括计算模块1614。
该计算模块1614，用于根据总燃尽风量公式计算煤粉燃烧充分所需的总燃尽风量；
该调节模块1612，用于根据该平均当量比调节二次风机的风压及燃尽风门开度，包括：将该平均当量比与所述当量比基准值范围比较，判断煤粉燃烧状态；根据该煤粉燃烧状态，结合煤粉充分燃烧所需的总燃尽风量，实时调节二次风机的风压及燃尽风门开度。
在本申请的一个可选实施例中，如图19所示，提供了一种煤粉锅炉配风优化装置该装置1600，该装置还包括建立模块1616和求取模块1618。
该建立模块1616，用于建立烟气中CO及水蒸气浓度的函数模型，该函数模型用于记录同一煤质和环境条件下CO、水蒸气浓度随烟温及当量比变化的数据；
该求取模块1618，用于该根据各个测点获取的CO及水蒸气浓度，实时求取各个测点的局部当量比，包括：将各个测点获取的CO及水蒸气浓度代入该函数模型，求解得到各个测点的局部当量比。
在其中一个实施例中，该建立模块1616还用于联立煤粉在空气中燃烧化学方程式和水煤气平衡方程式；计算在各烟气温度、当量比下，水煤气反应平衡时CO及水蒸气的浓度；根据计算得到的各烟气温度、当量比下的CO及水蒸气的浓度，构建CO及水蒸气浓度随烟温及当量比变化的函数模型。
本申请的一个可选实施例中，如图20所示，提供了一种煤粉锅炉配风优化装置该装置1600还包括确定模块1620。
该确定模块1620，用于根据当量比的时序特性确定当量比基准值范围，该当量比的时序特性为锅炉稳定运行的时间内函数模型记录的当量比的算数平均值和方差。
本申请实施例提供的煤粉锅炉配风优化装置，可以实现上述方法实施例，其实现原理和技术效果类似，在此不再赘述。
关于煤粉锅炉配风优化装置的具体限定可以参见上文中对于煤粉锅炉配风优化方法的限定，在此不再赘述。上述煤粉锅炉配风优化装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
在本申请的一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以为测点的数据采集、储存及处理系统，其内部结构图如图21所示，该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器和存储器。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机程序被处理器执行时以实现一种煤粉锅炉配风优化方法。
本领域技术人员可以理解，图21中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现以下步骤：
通过在炉膛顶层燃烧器与燃尽风喷口之间所布设的烟气成分测点，实时获取烟气中CO及水蒸气浓度；根据各个测点获取的CO及水蒸气浓度，实时求取各个测点的局部当量比；将各个测点局部当量比与当量比基准值范围进行比较；当各个测点中存在测点的局部当量比不在所述当量比基准值范围内，则确定锅炉工况异常，发出告警信息。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：
当各个测点中存在测点的局部当量比不在该当量比基准值范围内，则确定锅炉工况异常，包括：若各个测点的局部当量比低于当量比基准值范围下限，锅炉内燃烧中心存在前移状况；若各个测点的局部当量比高于当量比基准值范围上限，锅炉内燃烧中心存在后移状况；若部分测点的局部当量比高于当量比基准值范围上限，且部分测点的局部当量比低于当量比基准值范围下限，锅炉内燃烧中心存在偏斜状况。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：
在确定锅炉工况异常为前移状况或后移状况的情况下，根据各个测点的局部当量比获取平均当量比；该前移状况是各个测点的局部当量比低于当量比基准值范围下限，该后移状况是各个测点的局部当量比高于当量比基准值范围上限；根据该平均当量比调节二次风机的风压及燃尽风门开度。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：
根据该平均当量比调节二次风机的风压及燃尽风门开度之前，该方法包括：根据总燃尽风量公式计算煤粉燃烧充分所需的总燃尽风量；该根据该平均当量比调节二次风机的风压及燃尽风门开度，包括：将该平均当量比与该当量比基准值范围比较，判断煤粉燃烧状态；根据该煤粉燃烧状态，结合煤粉充分燃烧所需的总燃尽风量，实时调节二次风机的风压及燃尽风门开度。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：
在该通过在炉膛顶层燃烧器与燃尽风喷口之间所布设的烟气成分测点，实时获取烟气中CO及水蒸气浓度之前，该方法还包括：建立烟气中CO及水蒸气浓度的函数模型，该函数模型用于记录同一煤质和环境条件下CO、水蒸气浓度随烟温及当量比变化的数据；该根据各个测点获取的CO及水蒸气浓度，实时求取各个测点的局部当量比，包括：将各个测点获取的CO及水蒸气浓度代入该函数模型，求解得到各个测点的局部当量比。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：
建立烟气中CO及水蒸气浓度的函数模型，包括：联立煤粉在空气中燃烧化学方程式和水煤气平衡方程式；计算在各烟气温度、当量比下，水煤气反应平衡时CO及水蒸气的浓度；根据计算得到的各烟气温度、当量比下的CO及水蒸气的浓度，构建CO及水蒸气浓度随烟温及当量比变化的函数模型。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：
将各个测点局部当量比与当量比基准值范围进行比较之前，该方法包括：根据当量比的时序特性确定当量比基准值范围，该当量比的时序特性为锅炉稳定运行的时间内函数模型记录的当量比的算数平均值和方差。
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
通过在炉膛顶层燃烧器与燃尽风喷口之间所布设的烟气成分测点，实时获取烟气中CO及水蒸气浓度；根据各个测点获取的CO及水蒸气浓度，实时求取各个测点的局部当量比；将各个测点局部当量比与当量比基准值范围进行比较；当各个测点中存在测点的局部当量比不在所述当量比基准值范围内，则确定锅炉工况异常，发出告警信息。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：
当各个测点中存在测点的局部当量比不在该当量比基准值范围内，则确定锅炉工况异常，包括：若各个测点的局部当量比低于当量比基准值范围下限，锅炉内燃烧中心存在前移状况；若各个测点的局部当量比高于当量比基准值范围上限，锅炉内燃烧中心存在后移状况；若部分测点的局部当量比高于当量比基准值范围上限，且部分测点的局部当量比低于当量比基准值范围下限，锅炉内燃烧中心存在偏斜状况。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：
在确定锅炉工况异常为前移状况或后移状况的情况下，根据各个测点的局部当量比获取平均当量比；该前移状况是各个测点的局部当量比低于当量比基准值范围下限，该后移状况是各个测点的局部当量比高于当量比基准值范围上限；根据该平均当量比调节二次风机的风压及燃尽风门开度。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：
根据该平均当量比调节二次风机的风压及燃尽风门开度之前，该方法包括：根据总燃尽风量公式计算煤粉燃烧充分所需的总燃尽风量；该根据该平均当量比调节二次风机的风压及燃尽风门开度，包括：将该平均当量比与该当量比基准值范围比较，判断煤粉燃烧状态；根据该煤粉燃烧状态，结合煤粉充分燃烧所需的总燃尽风量，实时调节二次风机的风压及燃尽风门开度。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：
在该通过在炉膛顶层燃烧器与燃尽风喷口之间所布设的烟气成分测点，实时获取烟气中CO及水蒸气浓度之前，该方法还包括：建立烟气中CO及水蒸气浓度的函数模型，该函数模型用于记录同一煤质和环境条件下CO、水蒸气浓度随烟温及当量比变化的数据；该根据各个测点获取的CO及水蒸气浓度，实时求取各个测点的局部当量比，包括：将各个测点获取的CO及水蒸气浓度代入该函数模型，求解得到各个测点的局部当量比。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：
建立烟气中CO及水蒸气浓度的函数模型，包括：联立煤粉在空气中燃烧化学方程式和水煤气平衡方程式；计算在各烟气温度、当量比下，水煤气反应平衡时CO及水蒸气的浓度；根据计算得到的各烟气温度、当量比下的CO及水蒸气的浓度，构建CO及水蒸气浓度随烟温及当量比变化的函数模型。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：
将各个测点局部当量比与当量比基准值范围进行比较之前，该方法包括：根据当量比的时序特性确定当量比基准值范围，该当量比的时序特性为锅炉稳定运行的时间内函数模型记录的当量比的算数平均值和方差。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、磁带、软盘、闪存或光存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)或外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM可以是多种形式，比如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，SRAM)或动态随机存取存储器(Dynamic Random Access Memory，DRAM)等。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (12)
1.一种煤粉锅炉配风优化方法，其特征在于，所述方法包括：
通过在炉膛顶层燃烧器与燃尽风喷口之间所布设的烟气成分测点，实时获取烟气中CO及水蒸气浓度；
根据各个测点获取的CO及水蒸气浓度，实时求取各个测点的局部当量比；
将各个测点局部当量比与当量比基准值范围进行比较；
当各个测点中存在测点的局部当量比不在所述当量比基准值范围内，则确定锅炉工况异常，发出告警信息；
在确定锅炉工况异常为炉内燃烧中心存在前移状况或后移状况的情况下，根据各个测点的局部当量比获取各个测点所在截面的加权平均当量比；其中，所述截面为所述炉膛顶层燃烧器与所述燃尽风喷口之间同一高度的平面，所述前移状况是各个测点的局部当量比均低于当量比基准值范围下限，所述后移状况是各个测点的局部当量比均高于当量比基准值范围上限；
根据总燃尽风量公式计算煤粉燃烧充分所需的总燃尽风量；
若所述加权平均当量比高于当量比基准值，则结合所述总燃尽风量，通过燃尽风与风门开度的曲线关系实时调节二次风机的风压及燃尽风门开度，以增大燃尽风量；
若所述加权平均当量比低于当量比基准值，则结合所述总燃尽风量，通过燃尽风与风门开度的曲线关系实时调节二次风机的风压及燃尽风门开度，以减小燃尽风量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述当各个测点中存在测点的局部当量比不在所述当量比基准值范围内，则确定锅炉工况异常，包括：
若部分测点的局部当量比高于当量比基准值范围上限，且部分测点的局部当量比低于当量比基准值范围下限，锅炉内燃烧中心存在偏斜状况。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述通过在炉膛顶层燃烧器与燃尽风喷口之间所布设的烟气成分测点，实时获取烟气中CO及水蒸气浓度之前，所述方法还包括：
建立烟气中CO及水蒸气浓度的函数模型，所述函数模型用于记录同一煤质和环境条件下CO、水蒸气浓度随烟温及当量比变化的数据；
所述根据各个测点获取的CO及水蒸气浓度，实时求取各个测点的局部当量比，包括：
将各个测点获取的CO及水蒸气浓度代入所述函数模型，求解得到各个测点的局部当量比。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述建立烟气中CO及水蒸气浓度的函数模型，包括：
联立煤粉在空气中燃烧化学方程式和水煤气平衡方程式；
计算在各烟气温度、当量比下，水煤气反应平衡时CO及水蒸气的浓度；
根据计算得到的各烟气温度、当量比下的CO及水蒸气的浓度，构建CO及水蒸气浓度随烟温及当量比变化的函数模型。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将各个测点局部当量比与当量比基准值范围进行比较之前，所述方法包括：
根据当量比的时序特性确定当量比基准值范围，所述当量比的时序特性为锅炉稳定运行的时间内函数模型记录的当量比的算数平均值和方差。
6.一种煤粉锅炉配风优化装置，其特征在于，所述装置包括：
获取模块，用于通过在炉膛顶层燃烧器与燃尽风喷口之间所布设的烟气成分测点，实时获取烟气中CO及水蒸气浓度；
求解模块，用于根据各个测点获取的CO及水蒸气浓度，实时求取各个测点的局部当量比；
比较模块，用于将各个测点局部当量比与当量比基准值范围进行比较；
确定工况模块，用于当各个测点中存在测点的局部当量比不在所述当量比基准值范围内，则确定锅炉工况异常，根据各个测点的局部当量比获取平均当量比；
第二获取模块，用于在确定锅炉工况异常为炉内燃烧中心存在前移状况或后移状况的情况下，根据各个测点的局部当量比获取各个测点所在截面的加权平均当量比；其中，所述截面为所述炉膛顶层燃烧器与所述燃尽风喷口之间同一高度的平面，所述前移状况是各个测点的局部当量比均低于当量比基准值范围下限，所述后移状况是各个测点的局部当量比均高于当量比基准值范围上限；
计算模块，用于根据总燃尽风量公式计算煤粉燃烧充分所需的总燃尽风量；
调节模块，用于若所述加权平均当量比高于当量比基准值，则结合所述总燃尽风量，通过燃尽风与风门开度的曲线关系实时调节二次风机的风压及燃尽风门开度，以增大燃尽风量；若所述加权平均当量比低于当量比基准值，则结合所述总燃尽风量，通过燃尽风与风门开度的曲线关系实时调节二次风机的风压及燃尽风门开度，以减小燃尽风量。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述确定工况模块，用于若部分测点的局部当量比高于当量比基准值范围上限，且部分测点的局部当量比低于当量比基准值范围下限，锅炉内燃烧中心存在偏斜状况。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置还包括建立模块和求取模块，所述建立模块，用于建立烟气中CO及水蒸气浓度的函数模型，所述函数模型用于记录同一煤质和环境条件下CO、水蒸气浓度随烟温及当量比变化的数据；所述求取模块，用于将各个测点获取的CO及水蒸气浓度代入所述函数模型，求解得到各个测点的局部当量比。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述建立模块，还用于联立煤粉在空气中燃烧化学方程式和水煤气平衡方程式；计算在各烟气温度、当量比下，水煤气反应平衡时CO及水蒸气的浓度；根据计算得到的各烟气温度、当量比下的CO及水蒸气的浓度，构建CO及水蒸气浓度随烟温及当量比变化的函数模型。
10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置还包括确定模块，所述确定模块，用于根据当量比的时序特性确定当量比基准值范围，所述当量比的时序特性为锅炉稳定运行的时间内函数模型记录的当量比的算数平均值和方差。
11.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至5中任一项所述的方法的步骤。
12.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至5中任一项所述的方法的步骤。
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