CN113578513A - 一种直吹式制粉系统磨煤机出口温度的控制方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本公开提供了一种直吹式制粉系统磨煤机出口温度的控制方法及系统，包括：获取SCR脱硝系统入口的氮氧化物含量；基于炉煤的可燃基挥发分与SCR脱硝系统入口的氮氧化物含量关系建立估计模型，将氮氧化物量输入估计模型确定可燃基挥发分估值；根据可燃基挥发分估值生成磨煤机出口温度控制策略，根据控制策略调整磨煤机出口温度；能够实时判断入炉煤质的挥发分，运行中可以根据煤质挥发分水平，在线调整磨煤机出口温度至最佳值运行，保证锅炉经济性达到最佳。
Description
技术领域
本公开涉及一种直吹式制粉系统磨煤机出口温度的控制方法及系统。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成现有技术。
磨煤机出口温度与制粉系统运行的安全性以及锅炉运行的经济性密切相关。提高磨煤机出口温度能够提高锅炉效率,降低燃煤火力发电机组的煤耗，经济效益可观。然而磨煤机出口温度上限值受到制粉系统煤粉自燃、爆燃危险的制约，燃煤挥发分越高，自燃、爆燃倾向越高，需要控制的磨煤机出口温度就越低。提高磨煤机出口温度，必然降低了制粉系统运行的安全裕量，增大了磨煤机自燃、爆燃的风险。DL/T466-2017《电站磨煤机及制粉系统选型导则》规程，根据不同煤种的挥发分含量的差异，确定了各类型制粉系统磨煤机出口温度上限。为了保证制粉系统运行安全，此标准规定的磨煤机出口温度倾向于保守的较低的固定值。尤其是近年来由于燃煤机组深度调峰、启停调峰频繁，制粉系统经常处于启停、低负荷运行操作，积粉自燃、煤粉浓度变化等因素导致自燃甚至爆燃危险增大；加之煤炭市场波动，煤源供应紧张，锅炉入炉煤质混杂，掺混高挥发分煤种频繁出现制粉系统自燃甚至爆燃现象，给企业安全经济运行带来严重威胁，因此实际运行中磨煤机出口温度控制更趋于较低的限值。从目前有关电厂的试验和实践来看，磨煤机出口温度有很大的提高余地。据试验，每提高磨煤机出口温度10℃，供电煤耗降低1～2g/kwh，经济效益非常显著。关键在于机组运行中能够快速实时地判断入炉煤挥发分水平，及时调整磨煤机出口温度，尽量保持较高的磨煤机出口温度运行，实现较高经济性运行；当遇到燃用高挥发分煤质时，及时降低磨煤机出口温度运行，避免磨煤机自燃、爆燃事故的发生，因此锅炉能够燃用挥发分更宽范围的煤种，提高了调峰的安全性和燃料的灵活性。
通常入炉煤的挥发分是通过工业分析方法获得，需要经过燃煤的取样、制样、化学分析等步骤，需要耗费数小时的时间，无法作为磨煤机运行过程中及时判断煤质发生变化的依据。因此在火力发电厂实际运行过程中，运行人员无法获知正在燃烧的入炉煤的挥发分情况，不得不倾向于保守运行，将磨煤机出口温度控制在较低水平，避免制粉系统发生自燃、爆燃事故；并且磨煤机出口温度保持在固定值，不能根据煤质的变化情况实时在线调整，因此影响了机组运行的经济性。
发明内容
为了解决上述问题，本公开提出了一种直吹式制粉系统磨煤机出口温度的控制方法及系统。
第一方面，本公开提供了一种直吹式制粉系统磨煤机出口温度的控制方法，包括：
获取SCR脱硝系统入口的氮氧化物含量；
基于炉煤的可燃基挥发分与SCR脱硝系统入口的氮氧化物含量关系建立估计模型，将氮氧化物量输入估计模型确定可燃基挥发分估值；
根据可燃基挥发分估值生成磨煤机出口温度控制策略，根据控制策略调整磨煤机出口温度。
第二方面，本公开提供了一种直吹式制粉系统磨煤机出口温度的控制系统，包括：
检测模块，用于获取SCR脱硝系统入口的氮氧化物量；
数据处理模块，基于炉煤的可燃基挥发分与SCR脱硝系统入口的氮氧化物含量关系建立估计模型，将氮氧化物量输入估计模型确定可燃基挥发分估值；
控制模块，用于根据可燃基挥发分估值生成磨煤机出口温度控制策略，根据控制策略调整磨煤机出口温度。
与现有技术对比，本公开具备以下有益效果：
1、本公开采用基于炉煤的可燃基挥发分与SCR脱硝系统入口的氮氧化物含量关系建立估计模型，将氮氧化物量输入估计模型确定可燃基挥发分估值；根据可燃基挥发分估值生成磨煤机出口温度控制策略，根据控制策略调整磨煤机出口温度。解决了传统的工业分析获得入炉煤挥发分的方法固有的周期长、非实时的弊端，使得运行人员能够实时获得入炉煤挥发分，避免了以往磨煤机出口温度控制较低的保守运行方式，提高了锅炉的运行经济性。
2、本公开采用根据可燃基挥发分估值生成磨煤机出口温度控制策略，根据控制策略调整磨煤机出口温度，当入炉煤挥发分发生波动，运行人员能够立即发现，并及时降低磨煤机出口温度至安全范围运行，保证不发生制粉系统自燃、爆燃事故。因此锅炉能够在深度调峰运行时提高制粉系统的安全性，并且能够燃用挥发分更宽范围的煤种，提高了燃料的灵活性。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1为本公开的直吹式制粉系统磨煤机出口温度的控制方法流程图；
图2为本公开的直吹式制粉系统磨煤机出口温度的控制系统的结构示意图。
图3为实施例1中锅炉通过试验获得的入炉煤可燃基挥发分Vdaf与SCR脱硝系统入口NOx关系曲线图；
其中，1、磨煤机入口空气流；2、磨煤机入口温度控制阀门；3、磨煤机； 4、原煤；5、煤粉和空气混合气流；6、炉膛；7、燃烧烟气流；8、SCR脱硝系统入口NOx测量元件；9、SCR脱硝系统；10、NOx测量值反馈至控制阀门信号。
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
术语解释：可燃基挥发分为去除灰粉后的可燃性物质为基础而计算的挥发分。
煤的挥发分组成中,除了少量不可燃气体如氧,二氧化碳,氮等外,主要是可燃气体如一氧化碳,氢,硫化氢以及某些碳氢化合物等。因此,挥发分很容易着火燃烧。挥发分着火后会对煤的未挥发部分进行强烈加热,可促使它迅速着火燃烧。所以,高挥发分煤粉的着火温度低,约在800℃左右,而低挥发分煤粉的着火温度高,可能达1100℃。挥发分对煤粉的着火温度影响很大,同时也影响燃料的完全燃烧,所以挥发分的含量是影响燃料燃烧的重要特性。它对燃烧器的设计, 煤粉细度的选择,一次风率的确定以及制粉系统的防爆等都有密切关系。
实施例1
如图1所示，
一种直吹式制粉系统磨煤机出口温度的控制方法，包括：
获取SCR脱硝系统入口的氮氧化物含量；
基于炉煤的可燃基挥发分与氮氧化物含量关系建立可燃基挥发分估计模型，通过将氮氧化物量燃基挥发分估计模型确定可燃基挥发分估值；
根据可燃基挥发分估值生成磨煤机出口温度控制策略，根据控制策略调整磨煤机出口温度，根据磨煤机出口温度控制策略调整磨煤机出口温度。
作为一种具体实施方式，所述获取SCR脱硝系统入口的氮氧化物量步骤包括，通过在SCR脱硝系统入口设置氮氧化物检测元件获取SCR脱硝系统入口的氮氧化物量。所述氮氧化物检测元件可以为氮氧化物检测仪。
作为另一种具体实施方式，所述建立估计模型的步骤包括，
获取设定锅炉负荷下的磨煤机入口处炉煤样品的可燃基挥发分，并检测与之时间匹配的锅炉SCR脱硝入口氮氧化物含量；
调整锅炉负荷，重复上述步骤达到设定次数输出不同锅炉负荷下的所有检测结果，对检测结果进行分析处理获得锅炉入炉煤可燃基挥发分与SCR脱硝系统入口氮氧化物含量关系曲线图。西安热工院曾对国内39台直吹式制粉系统测试数据表明入炉煤挥发分与SCR脱硝系统入口NOx之间都是负相关函数关系，即随着挥发分的增加，NOx的生成量减小。其原理是：目前应用最为广泛的锅炉炉内低NOx燃烧技术采用的是空气分级燃烧，针对性地减少煤粉燃烧初期的氧量，并通过抑制主燃区燃烧率降低温度，有效减少NOx的生成。挥发分越高的煤，燃烧初期可燃物析出量就越多，且煤粉越容易着火，因而需要的氧量就越多。在一次风率一定的情况下，相当于在燃烧初期形成一个缺氧氛围，可有效减少NOx生成。因此，挥发分越高的煤种，通过空气分级燃烧产生的NOx越低，表现为入炉煤挥发分与SCR脱硝系统入口NOx之间都是负相关函数关系。
具体的，通过试验的方法，如图2某350MW锅炉试验数据，在锅炉不同负荷下，在磨煤机入口取入炉煤样品，通过工业分析，获得入炉煤的可燃基挥发分Vdaf。同时记录锅炉SCR脱硝入口NOx测量值，获得锅炉入炉煤可燃基挥发分Vdaf与SCR脱硝系统入口NOx关系曲线图。具体的，入炉煤可燃基挥发分Vdaf 通过入炉煤取样后工业分析方法获得，SCR脱硝入口NOx测量值由安装在锅炉 SCR脱硝入口的NOx在线仪表测量获得。所述工业分析方法是指包括煤的水分 (M)、灰分(A)、挥发分(V)和固定碳(Fc)四个分析项目指标的测定的总称。煤的工业分析是了解煤质特性的主要指标，也是评价煤质的基本依据。通常煤的水分、灰分、挥发分是直接测出的，而固定碳是用差减法计算出来的。其中，工业分析方法是煤的工业分析为实验室分析，采用标准GB/T2122008《煤的工业分析方法》，称取一定量的一般分析试验煤样，放在带盖的瓷坩埚中，在900±10℃下，隔绝空气加热7mi n，以减少的质量占煤样质量的分数，减去该煤样的水分含量作为煤样的挥发分。
所述根据可燃基挥发分估值生成磨煤机出口温度控制策略，根据控制策略调整磨煤机出口温度包括，通过对锅炉试验摸索，确定不同入炉煤挥发分时，磨煤机出口温度最高安全限制值，形成磨煤机出口温度控制策略。在该策略下，尽量提高磨煤机出口温度，既能达到锅炉最高的运行经济性，同时保证不发生制粉系统自燃、爆燃。如图1所示，保证既能达到最高的经济性，同时保证不发生制粉系统自燃、爆燃。磨煤机出口温度最高安全限制值，是通过试验的方法获得，也可以通过标注查阅L/T466—2017《电站磨煤机及制粉系统选型导则》有关于磨煤机出口最高允许温度的规定。只是此标准的规定值比较保守，在试验摸索的基础上，有可以适当提高的余地。
其中一种实施方式，根据可燃基挥发分预估值所处的范围，确定需要控制的磨煤机出口温度的范围，所述温度控制策略为：预估挥发分大于24％，则表明煤种属于易爆煤种，严格控制磨煤机出口温度小于100℃；预估挥发分处于 18-24％，则表明煤种具有中等爆燃倾向，磨煤机出口温度控制在100-110℃；可燃基挥发分小于18％，则表明煤种属于不易爆燃的煤种范围，磨煤机出口温度可控制提高到<130℃。
其中，所述氮氧化物为NOx，入炉煤可燃基挥发分Vdaf通过入炉煤取样后工业分析方法获得，SCR脱硝入口NOx测量值由安装在锅炉SCR脱硝入口的NOx 在线仪表测量获得。
作为一种实施方式，所述根据磨煤机出口温度控制策略调整磨煤机出口温度包括，根据磨煤机出口温度控制策略控制磨煤机入口空气流的温度，从而控制磨煤机出口温度。作为另一种实施方式，通过调整入口温度控制阀，来控制磨煤机入口空气流的温度从而控制磨煤机出口温度。
具体的，锅炉正常运行过程中，通过SCR脱硝入口NOx监视仪表的显示值，由获得的煤质Vdaf与SCR脱硝系统入口NOx关系曲线，获得预估入炉煤的挥发分Vdaf，然后根据磨煤机出口温度控制策略，调整的磨煤机出口温度。
实施例2
一种直吹式制粉系统磨煤机出口温度的控制系统，包括：
检测模块，用于获取SCR脱硝系统入口的氮氧化物量；
数据处理模块，基于炉煤的可燃基挥发分与SCR脱硝系统入口的氮氧化物含量关系建立估计模型，将氮氧化物量输入估计模型确定可燃基挥发分估值；
控制模块，用于根据可燃基挥发分估值生成磨煤机出口温度控制策略，根据控制策略调整磨煤机出口温度。
具体的，所述检测模块、数据处理模块和控制模块采用如上述实施例所述的直吹式制粉系统磨煤机出口温度的控制方法进行设置。
锅炉正常运行过程中，如图1所示，燃煤4由磨煤机3经磨制成煤粉，由空气携带煤粉气流5进入炉膛6燃烧，产生的烟气流7到达SCR脱硝系统9入口，烟气中的NOx浓度被测量元件8立即测量出来，反馈信号10至磨煤机入口空气温度控制系统2，根据磨煤机出口温度控制策略，控制磨煤机入口空气流1 的温度，从而达到控制磨煤机出口温度的目的。
上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。
Claims (10)
1.一种直吹式制粉系统磨煤机出口温度的控制方法，其特征在于，包括：
获取SCR脱硝系统入口的氮氧化物含量；
基于炉煤的可燃基挥发分与SCR脱硝系统入口的氮氧化物含量关系建立估计模型，将氮氧化物量输入估计模型确定可燃基挥发分估值；
根据可燃基挥发分估值生成磨煤机出口温度控制策略，根据控制策略调整磨煤机出口温度。
2.如权利要求1所述的直吹式制粉系统磨煤机出口温度的控制方法，其特征在于，所述建立估计模型步骤包括：
获取设定锅炉负荷下的磨煤机入口处炉煤样品的可燃基挥发分和锅炉SCR脱硝入口氮氧化物含量；
调整锅炉负荷，重复上述步骤达到设定次数输出检测结果，对检测结果进行分析处理获得锅炉入炉煤可燃基挥发分与SCR脱硝系统入口氮氧化物含量关系曲线图；
根据含量关系曲线图建立估计模型。
3.如权利要求2所述的直吹式制粉系统磨煤机出口温度的控制方法，其特征在于，所述锅炉SCR脱硝入口氮氧化物含量与磨煤机入口处炉煤样品的可燃基挥发分的获取时间相匹配。
4.如权利要求2所述的直吹式制粉系统磨煤机出口温度的控制方法，其特征在于，所述检测结果为不同锅炉负荷下的所有检测结果。
5.如权利要求1所述的直吹式制粉系统磨煤机出口温度的控制方法，其特征在于，获取设定锅炉负荷下的磨煤机入口处炉煤样品的可燃基挥发分和锅炉SCR脱硝入口氮氧化物含量。
6.如权利要求1所述的直吹式制粉系统磨煤机出口温度的控制方法，其特征在于，所述根据可燃基挥发分估值生成磨煤机出口温度控制策略，根据控制策略调整磨煤机出口温度包括，确定不同入炉煤挥发分时磨煤机出口温度最高安全限制值，形成磨煤机出口温度控制策略。
7.如权利要求1所述的直吹式制粉系统磨煤机出口温度的控制方法，其特征在于，所述氮氧化物为NOx，入炉煤可燃基挥发分Vdaf通过入炉煤取样后工业分析方法获得。
8.如权利要求1所述的直吹式制粉系统磨煤机出口温度的控制方法，其特征在于，所述根据磨煤机出口温度控制策略调整包括，通过调整入口温度控制阀，来控制磨煤机入口空气流的温度来控制磨煤机出口温度。
9.如权利要求1所述的直吹式制粉系统磨煤机出口温度的控制方法，其特征在于，所述获取SCR脱硝系统入口的氮氧化物量步骤包括，通过在SCR脱硝系统入口设置氮氧化物检测元件获取SCR脱硝系统入口的氮氧化物量。
10.一种直吹式制粉系统磨煤机出口温度的控制系统，其特征在于，包括：
检测模块，用于获取SCR脱硝系统入口的氮氧化物量；
数据处理模块，基于炉煤的可燃基挥发分与SCR脱硝系统入口的氮氧化物含量关系建立估计模型，将氮氧化物量输入估计模型确定可燃基挥发分估值；
控制模块，用于根据可燃基挥发分估值生成磨煤机出口温度控制策略，根据控制策略调整磨煤机出口温度。
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