CN113032970A - 一种电站烟气含氧量的测量方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电站烟气含氧量的测量方法及系统,其方法包括以下步骤:S1,通过统计分析现场试验和历史数据,建立烟气含氧量软测量机理模型,获取烟气含氧量计算公式;S2,根据系统传感器获取的现场数据,得到一次风量和燃煤低位发热量;S3,结合现场试验和历史数据,计算二次风量实时密度Km;S4,利用二次风量密度Km对二次风量进行修正,获取补正后的二次风量;S5,根据步骤S2中一次风量和步骤S3补正后二次风量确定锅炉总风量,完善步骤S1中的机理模型,计算出烟气含氧量。本发明具有实时性强、稳定性好、精确度高、好通用性等优点,可以提高各机组负荷段氧量最优值的合理确定,依据燃煤锅炉氮氧化物形成机理,实现锅炉烟气低氧减排。
Description
技术领域
本发明涉及锅炉热工技术领域,尤其涉及一种电站烟气含氧量的测量方法及系统。
背景技术
烟气含氧量是反映火电厂锅炉燃烧经济性的重要热工参数,由于电煤价格高且供应紧张,电厂掺配后的入炉煤严重偏离设计煤种,导致锅炉燃烧性能发生较大变化。烟气含氧量是风和煤比值在末端烟气上的表现,反映了锅炉中过量空气系数的大小,烟气含氧量直接影响锅炉燃烧效率及烟气污染物排放,烟气含氧量过高会导致废气排放中的烟气污染物增加,导致烟气含氧量与测量结果不对应;烟气含氧量过低会导致燃料燃烧不充分,降低锅炉效率。准确测量烟气含氧量有助于控制风煤比,提高锅炉燃烧效率,降低煤耗。
目前经常采用氧化锆探头测量烟气中的含氧量,氧化锆普遍布置在烟气温度较低的空预器入口,而烟道通流面积大且烟道中存在拐弯,部分区域还可能存在涡流,导致烟气含氧量分布很不均匀,同时氧化锆的取样位置、探头伸入长度等因素也会直接影响测量结果,使得氧量测量过程十分困难。并且氧化锆存在测量结果严重滞后、法兰盘变形漏风、测温元件漂移、锆头磨损及老化等问题,导致测量准确性差、故障率高,不能真实反映烟气含氧量。各发电企业普遍存在氧量测量准确性差现象。
由于氧量测量不准,氧量控制无法进行自动化,为保证锅炉不熄火,不得不采取过氧燃烧。过氧2%会造成10%的风量浪费,影响锅炉的经济燃烧,造成烟气氮氧化物排放增加。被迫过度喷氨,则会造成空预器频繁堵塞,导致前后压差大,换热元件严重堵灰等状况,而空预器压差超设计值,又会严重威胁机组安全经济运行。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足,提供一种电站烟气含氧量的测量方法及系统,可以准确地测量烟气含氧量,满足实际运行需求。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:
一种电站烟气含氧量的测量方法,包括以下步骤:
S1,通过统计分析现场试验和历史数据,建立烟气含氧量软测量机理模型,获取烟气含氧量计算公式;
S2,根据系统传感器获取的现场数据,得到一次风量和燃煤低位发热量;
S3,结合现场试验和历史数据,计算二次风量实时密度Km;
S4,利用二次风量密度Km对二次风量进行修正,获取补正后的二次风量;
S5,根据步骤S2中一次风量和步骤S3补正后二次风量确定锅炉总风量,完善步骤S1中的机理模型,计算出烟气含氧量。
所述S1中烟气含氧量计算公式如下:
O2=(QV-QT×BV)÷(QV+(QFT-QT)×BV),
式中,O2为烟气含氧量,QV为锅炉总风量,BV为燃煤量,QT、QFT分别为每千克入炉标煤完全燃烧所需的理论空气量和理论烟气容积;
其中,
QT=0.251×(Q÷1000)+0.278Nm3/kg,
QFT=0.248×(Q÷1000)+0.77Nm3/kg,
式中,Q为煤的低位发热量,单位是kJ/kg;利用现有的成熟研究成果公式计算燃煤低位发热量。
所述锅炉总风量QV计算公式如下:
QV=一次风量+Km*二次风量,其中QV为锅炉总风量,
其中Km为二次风量实时密度,单位是kg/m3。
所述S3中二次风量实时密度Km计算公式如下:
Km=ρ0×T0×P÷P0×T,
式中,ρ0为标准状态下干空气的密度,单位是kg/m3;P、P0分别为现场试验状态及标准状态下空气的压力,单位是千帕;T、T0分别为现场试验状态及标准状态下空气的热力学温度,单位为K。标准状态下,T0=273K,P0=101.3kPa时,组成成分正常的干空气的密度ρ0=1.293kg/m3。
所述计算过程需要进行压力补正与温度补正;
所述压力补正的步骤为:将空冷机组背压减去排汽装置压力的压力值作为空气压力P的计算依据;
所述温度补正的步骤为:将送风机入口A、B两点风温的平均值作为温度T的计算依据。
一种电站烟气含氧量测量系统,包括电站DCS系统以及布置在锅炉主汽管道内的所有控制变量传感器,包括给煤量差压变送器、送风机流量差压变送器、磨煤机出入口压力传感器、磨煤机煤量测量传感器、送风机入口风温传感器;电站DCS系统模拟量输入端分别与给煤量差压变送器、送风机流量差压变送器、磨煤机出入口压力传感器输出端、磨煤机煤量测量传感器和送风机入口风温传感器连接。
本发明的有益效果:
(1)实时性强。烟气含氧量软测量值由DCS系统直接算出,速度快,解决氧化锆测量滞后问题,有利于指导运行人员调整和自动控制优化。
(2)稳定性好,精确度高。克服氧化锆故障率高导致锅炉烟气含氧量无法正常监视问题。本发明采用的软测量故障率极低,间接测点故障可通过逻辑保持输出或切除坏点等方法来规避,故软测量一般情况下只在DCS系统出故障时才有可能故障。经过锅炉性能试验标定后,烟气含氧量精确度远远高于化验值。
(3)通用性。本发明实用性强,无须大的资金投入,仅仅利用现有DCS系统和火电厂常规测点,即可建立烟气含氧量软测量的机理数学模型,不受算法的限制,在DCS系统中实用性较强,可以直接推广,能够在保证机组安全运行的前提下有效提高锅炉的燃烧率,有利于火电厂经济燃烧、节能降耗和降低环境污染。因本发明需要做大量实验和长期观察,故数据较其它单一算法更全面;通过与硬件测量比对、机组性能试验标定修正、完善模型后,参数的适应性更强、准确性更高。
(4)直接用于优化机组的自动控制,投入氧量自动提高锅炉燃烧水平,从而提高机组的安全性及对电网的快速响应能力,有效提高机组的AGC性能指标和调峰能力,提升两个细则盈利水平,很好地满足电网两个细则要求。
(5)能够合理确定各机组负荷段氧量的最优值。
(6)依据燃煤锅炉氮氧化物形成机理,指导调整锅炉燃烧机制,实现锅炉烟气低氧减排。
附图说明
图1是本发明的方法流程框图;
图2是本发明的系统结构框图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解,现对照附图说明本发明的具体实施方式。
本实施例中,如图1所示,一种电站烟气含氧量的测量方法,包括以下步骤:
S1,通过统计分析现场试验和历史数据,建立烟气含氧量软测量机理模型,获取烟气含氧量计算公式;
S2,根据系统传感器获取的现场数据,得到一次风量和燃煤低位发热量;
S3,结合现场试验和历史数据,计算二次风量实时密度Km;
S4,利用二次风量密度Km对二次风量进行修正,获取补正后的二次风量;
S5,根据步骤S2中一次风量和步骤S3补正后二次风量确定锅炉总风量,完善步骤S1中的机理模型,计算出烟气含氧量。
所述步骤S1中烟气含氧量计算公式如下:
O2=(QV-QT×BV)÷(QV+(QFT-QT)×BV),
式中,O2为烟气含氧量,QV为锅炉总风量,BV为燃煤量,QT、QFT分别为每千克入炉标煤完全燃烧所需的理论空气量和理论烟气容积;
其中,
QT=0.251×(Q÷1000)+0.278Nm3/kg,
QFT=0.248×(Q÷1000)+0.77Nm3/kg,
式中,Q为煤的低位发热量,单位是kJ/kg。
所述锅炉总风量QV计算公式如下:
QV=一次风量+Km*二次风量,其中QV为锅炉总风量,
其中Km为二次风量实时密度,单位是kg/m3。
所述步骤3中二次风量实时密度Km计算公式如下:
Km=ρ0×T0×P÷P0×T,
式中,ρ0为标准状态下干空气的密度,单位是kg/m3;P、P0分别为现场试验状态及标准状态下空气的压力,单位是千帕;T、T0分别为现场试验状态及标准状态下空气的热力学温度,单位为K。标准状态下,T0=273K,P0=101.3kPa时,组成成分正常的干空气的密度ρ0=1.293kg/m3。
所述计算过程需要进行压力补正与温度补正;
所述压力补正的步骤为:将空冷机组背压减去排汽装置压力的压力值作为空气压力P的计算依据;
所述温度补正的步骤为:将送风机入口A、B两点风温的平均值作为温度T的计算依据。
如图2所示,一种电站烟气含氧量测量系统,包括电站DCS系统以及布置在锅炉主汽管道内的所有控制变量传感器,包括给煤量差压变送器、送风机流量差压变送器、机组负荷传感器、磨煤机煤量测量传感器、送风机入口风温传感器;电站DCS系统模拟量输入端分别与给煤量传感器器、送风机风量差压变送器、机组负荷传感器输出端、大气压力传感器和送风机入口风温传感器连接。
在本实施例中,所有传感器均使用DCS固设传感器,不增加新测点,需要定期对个传感器进行标定和检查。利用该测量系统基于烟气含氧量计算公式对烟气含氧量进行软测量,获得烟气含氧量软测量值与实际测量值的对比曲线,可以完善计算模型,指导运行人员调整风煤比,提高锅炉燃烧调节水平,提高机组安全、经济运行水平,进而降低氮氧化物排放。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护的范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (6)
1.一种电站烟气含氧量的测量方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1,通过统计分析现场试验和历史数据,建立烟气含氧量软测量机理模型,获取烟气含氧量计算公式;
S2,根据系统传感器获取的现场数据,得到一次风量和燃煤低位发热量;
S3,结合现场试验和历史数据,计算二次风量实时密度Km;
S4,利用二次风量密度Km对二次风量进行修正,获取补正后的二次风量;
S5,根据步骤S2中一次风量和步骤S3补正后二次风量确定锅炉总风量,完善步骤S1中的机理模型,计算出烟气含氧量。
2.根据权利要求1所述的一种电站烟气含氧量的测量方法,其特征在于,所述S1中烟气含氧量计算公式如下:
O2=(QV-QT×BV)÷(QV+(QFT-QT)×BV),
式中,O2为烟气含氧量,QV为锅炉总风量,BV为燃煤量,QT、QFT分别为每千克入炉标煤完全燃烧所需的理论空气量和理论烟气容积;
其中,
QT=0.251×(Q÷1000)+0.278Nm3/kg,
QFT=0.248×(Q÷1000)+0.77Nm3/kg,
式中,Q为煤的低位发热量,单位是kJ/kg。
3.根据权利要求2所述的一种电站烟气含氧量的测量方法,其特征在于,所述锅炉总风量QV计算公式如下:
QV=一次风量+Km*二次风量,其中QV为锅炉总风量,
其中Km为二次风量实时密度,单位是kg/m3。
4.根据权利要求1所述的一种电站烟气含氧量的测量方法,其特征在于,所述S3中二次风量实时密度Km计算公式如下:
Km=ρ0×T0×P÷P0×T,
式中,ρ0为标准状态下干空气的密度,单位是kg/m3;P、P0分别为现场试验状态及标准状态下空气的压力,单位是千帕;T、T0分别为现场试验状态及标准状态下空气的热力学温度,单位为K。
5.根据权利要求4所述的一种电站烟气含氧量的测量方法,其特征在于,所述计算过程需要进行压力补正与温度补正;
所述压力补正的步骤为:将空冷机组背压减去排汽装置压力的压力值作为空气压力P的计算依据;
所述温度补正的步骤为:将送风机入口A、B两点风温的平均值作为温度T的计算依据。
6.一种利用如权利要求1~5任意一项所述方法的电站烟气含氧量测量系统,其特征在于,包括电站DCS系统以及布置在锅炉主汽管道内的控制变量传感器,所述控制变量传感器包括给煤量变送器、送风机风量差压变送器、机组负荷传感器、大气压力变送器、送风机入口风温传感器;电站DCS系统模拟量输入端分别与给煤量变送器、送风机流量差压变送器、机组负荷传感器输出端传感器连接。
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