CN113669740B - 一种预测燃烧室内局部最高温度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种预测燃烧室内局部最高温度的方法。首先获取基础特性参数，包括燃烧室的定性容积V和截面积F、过量空气系数α、二次风率β、燃料供给量D、燃料热值等，然后通过热电偶测量获得相应的温度分布，并根据温度分布获取局部最高温度Tmax。基于机理模型和数据分析建立燃烧室局部最高温度预测函数形式Tmax＝F(x1、x2、x3、α、β)，并对预测函数F进行标定，获得具有具体形式的预测函数，并用于预测燃烧室内局部最高温度。本发明具有预测准确率高、便于集成到DCS或者PLC系统，使用方便、友好等优点。

Description

一种预测燃烧室内局部最高温度的方法

技术领域

本发明涉及预测燃烧温度的方法，尤其涉及一种预测燃烧室和料层内局部最高温度的方法，特别适合于多种垃圾混烧、生物质燃烧、煤燃烧等领域。

背景技术

垃圾焚烧已成为中国生活垃圾处理的主流工艺，同时，中国工业有机固废产量逐年增加，这些有机固废种类多、处置难、潜在环境污染严重，亟待解决。如果充分发挥垃圾焚烧设施处置能力和优势，利用垃圾焚烧设备协同处置工业有机固废，则既可有效利用焚烧设施产能，又能处置工业有机固废，不仅具有显著的经济、环境和社会效益，也是实现“无废城市”的重要手段。

垃圾分类后组分、产量及热值变化明显，特别是热值增加较多。任何固废在燃烧室内燃烧，都要经历干燥、热解、固定碳燃烧燃烧、挥发分燃烧、燃尽等几个阶段，这是共同的，但燃烧室内的燃烧过程组织不同，燃烧过程也会略有差异，比如流化床燃烧和炉排燃烧过程就有显著的不同，其干燥、热解、燃烧过程不同也导致温度分布不同。另外，分类垃圾和有机固废自身在挥发分、固定碳、水分、热值方面等存在较大差异，因而燃烧过程必然不同。典型的工业有机固废热值较高，在协同焚烧时会引起燃烧室内燃烧组织的差别，导致炉膛或炉排局部温度快速飞升或者升高幅度超限，严重时可烧毁炉排。

归纳而言，燃烧室内局部最高温度变化可定义为“飞温”，这种飞温包含两个基本特征：1)升温速率较快，可能超过5℃/s，当飞温发生时操作人员很难及时采取动作抑制升温速率；

2)升温幅度过高，可能超过50％，升温幅度越高产生的危害性越大。“飞温”可能与以下因素均有关联：1)几何结构因素，包括燃烧室结构、烟气流动导向方式、烟气冷却形式、炉拱布置、余热锅炉结构等的影响；2)混合燃料的总体热值、燃料中个别组分的热值、混合程度；

3)配风情况，即过量空气系数、二次风率等因素；4)负荷情况，比如容积热负荷、截面热负荷、炉排热负荷等；5)其他一些偶然因素，比如局部漏风、炉排局部卡涩、偏烧等。

为了主动采取措施提前避免燃烧室内(包括炉膛或者炉排内)局部高温的产生，需要一种在线预测燃烧室局部最高温度的方法。

发明内容

本发明提供一种在线预测燃烧室局部最高温度的方法，旨在根据燃烧室几何因素、燃料热值、配风情况、负荷情况以及其他因素预测燃烧室内的局部最高温度。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种预测燃烧室内局部最高温度的方法，燃烧室内设置有若干热电偶，包括：

获取燃烧室几何特征参数，包括燃烧室的定性容积V和定性截面积F；

获取燃料热值特征参数，包括燃料热值Qmix和Qmax；

获取配风参数，包括燃烧室过量空气系数α、二次风率β；

获取负荷参数，包括燃料供给量D；

获取燃烧室局部最高温度测量参数：通过所述热电偶获得相应的温度分布，并根据温度分布获取局部最高温度测量值Tmax；

对获取的参数进行无量纲化，得到最小负荷指数x1＝D*Qmix/V，最大负荷指数x2＝D*Qmax/F，燃料不均匀指数x3＝Qmax/Qmix；

建立燃烧室局部最高温度预测函数形式Tmax＝F(x1、x2、x3、α、β)，并对预测函数F进行标定，获得具有具体形式的预测函数，并用于预测燃烧室内局部最高温度。

进一步的，所述预测函数F设定为指数函数的组合Tmax＝(x1)^a(x2)^b(x3)^cα^dβ^e，其中a、b、c、d、e为待定常数，通过标定获得。

上述技术方案中，标定过程通过获取不同t时刻对应的参数，采用多元线性回归方法进行；所述参数包括配风参数、负荷参数。

上述技术方案中，所述燃料为单一燃料时，Qmin＝Qmax；所述燃料为混合燃料时，随机选取不多于5种燃料组分测试其热值，得到Qmin和Qmax。

本发明的有益效果包括：1)基于机理模型和数据分析，综合多种因素预测燃烧室内局部最高温度，预测准确率高；2)通过运行参数提前预判燃烧室内的局部最高温度，可以降低炉膛内密相区结焦或者炉排内高温烧毁炉排片的风险；3)模型便于集成到DCS或者PLC系统，使用方便、友好。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式及工作过程作进一步的说明。

燃烧室内的温度场、局部最高温度一般与以下因素均有关联：1)几何因素，包括燃烧室结构、容积、面积等；2)混合燃料的总体热值、燃料中个别组分的热值、混合程度；3)配风情况，即过量空气系数、二次风率等因素；4)负荷情况，比如容积热负荷、截面热负荷、炉排热负荷等。这些因素是决定因变量燃烧时内局部最高温度的自变量，可以通过测量、计算等显式获得，而其他如烟气流动导向方式、烟气冷却形式、燃烧方式(流化床、炉排等)、炉拱布置(顺流、逆流、混合流)、余热锅炉结构等的影响可隐式隐含在温度预测函数中。通过测量若干组自变量、因变量的关系，则可标定出温度预测函数。当这些自变量不发生变化时，正常情况不会发生“飞温”。其他一些偶然因素，比如局部漏风、局部卡涩等导致的飞温可归结为偶然现象，不作为本发明预测范围。

为了获得燃烧室局部飞温预测，需要在该区域(即待测区域内)设置能够获得标定所需温度的热电偶。根据后续温度曲线标定需要，通常设置至少3个测温点，测温点内插入热电偶，热电偶可以采用B型、S型、K型等。

获取燃烧室几何特征参数，包括燃烧室的定性容积V和截面积F。几何特征参数为静态参数，不随燃料、工况变化而变化。

获取燃料热值特征参数，包括燃料热值Qmix和Qmax。当燃料为单一燃料时，Qmin＝Qmax。当燃料为混合燃料时，少于5种燃料组分混合的，测试每种燃料的热值，以得到Qmin和Qmax；而多于5种时，随机选取不多于5种燃料组分测试其热值，得到Qmin和Qmax。需要解释的是，如城市生活垃圾之类的燃料视为混合燃料，其中含有多种燃料组分，诸如纸张、纺织品、厨余等，按行业相应的规范取样检测。当换燃料时需要重新检测。

获取配风参数，包括燃烧室过量空气系数α、二次风率β。获取负荷参数，包括燃料供给量D。配风参数和负荷参数可以通过燃烧室的既有仪表测量系统DCS或者PLC读取和计算。

获取燃烧室局部最高温度参数：通过热电偶获得相应的温度分布，并根据温度分布获取测量的局部最高温度测量值Tmax。该温度是根据热电偶所测温度进行拟合所得，故视为测量值。

对获取的参数进行无量纲化，得到最小负荷指数x1＝D*Qmix/V，最大负荷指数x2＝D*Qmax/F，燃料不均匀指数x3＝Qmax/Qmix。

建立燃烧室局部最高温度预测函数形式Tmax＝F(x1、x2、x3、α、β)，在不同t时刻下获得若干组最高温度测量值Tmax及其对应的x1、x2、x3、α、β，即可采用多元线性回归方法拟合，获得具有具体形式的预测函数F()，这个过程即视为对预测函数F进行标定。

进一步的，可以将预测函数F设定为指数函数的组合Tmax＝(x1)^a(x2)^b(x3)^cα^dβ^e，通过标定获得待定常数a、b、c、d、e。

获得了具有具体形式的预测函数Tmax＝F()即可用于预测燃烧室内任意工况下的局部最高温度。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种预测燃烧室内局部最高温度的方法，燃烧室内设置有若干热电偶，其特征在于，包括：

获取燃烧室几何特征参数，包括燃烧室的定性容积V和定性截面积F；

获取燃料热值特征参数，包括燃料热值Qmix和Qmax；

获取配风参数，包括燃烧室过量空气系数α、二次风率β；

获取负荷参数，包括燃料供给量D；

获取燃烧室局部最高温度测量参数：通过所述热电偶获得相应的温度分布，并根据温度分布获取局部最高温度测量值Tmax；

对获取的参数进行无量纲化，得到最小负荷指数x1＝D*Qmix/V，最大负荷指数x2＝D*Qmax/F，燃料不均匀指数x3＝Qmax/Qmix；

建立燃烧室局部最高温度预测函数形式Tmax＝F(x1、x2、x3、α、β)，并对预测函数F进行标定，获得具有具体形式的预测函数，并用于预测燃烧室内局部最高温度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预测函数F设定为指数函数的组合Tmax＝(x1)^a(x2)^b(x3)^cα^dβ^e，其中a、b、c、d、e为待定常数，通过标定获得。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，标定过程通过获取不同t时刻对应的参数，采用多元线性回归方法进行；所述参数包括配风参数、负荷参数。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述燃料为单一燃料时，Qmin＝Qmax；所述燃料为混合燃料时，随机选取不多于5种燃料组分测试其热值，得到Qmin和Qmax。