CN113983489B - 一种用于对冲燃烧锅炉主动防腐的二次风配风方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于对冲燃烧锅炉主动防腐的二次风配风方法，包括对层二次风道流场均流改造，测量层二次风道的风量、水冷壁侧墙的实时还原性气氛浓度、炉膛出口的氮氧化物浓度，计算炉膛主燃烧区的实时过剩空气系数，设定过剩空气系数、还原性气氛浓度、氮氧化物浓度标准值，划定层二次风道的风门开度标准范围，调整层二次风道的风门开度，本发明可以提升层二次风道内部气流流动的均匀性和稳定性，提升层二次风量在线测量的准确性，实现锅炉炉膛二次风精准配风分级燃烧，加强主燃烧区煤粉燃烧，减少煤粉颗粒对侧墙水冷壁的冲刷，控制侧墙水冷壁近壁处还原性气氛，实现对冲燃烧煤粉锅炉侧墙水冷壁高温腐蚀主动预防和控制的目的。
Description
技术领域
本发明属于燃煤锅炉领域，具体涉及一种用于对冲燃烧锅炉主动防腐的二次风配风方法。
背景技术
随着燃煤电厂超低排放及节能改造的全面推进，国内燃煤电厂为满足NOx超低排放的要求，锅炉深度低氮燃烧整体低氧运行，燃尽风比例达到30%以上，主燃区过剩空气系数低至0.8以下，在水冷壁区域形成大面积的还原性气氛，H2S浓度大幅升高，局部浓度甚至达到800mg/m3以上，客观上引发了水冷壁严重的高温腐蚀问题。
国内发生高温腐蚀的对冲燃烧锅炉普遍采用水冷壁表面金属喷涂防护进行被动应对。但是，部分电厂锅炉水冷壁表面喷涂后出现保护周期短、效果不理想、需要频繁喷涂、价格高昂等缺点。此外，国内部分电厂开始采用前后墙或侧墙水冷壁开孔的贴壁风布置方案来主动应对，控制水冷壁近壁处还原性气氛。但实际应用中，对于燃烧适应性较差的锅炉，贴壁风改造风险较大，贴壁风风量基本不参与炉内燃烧，甚至会引发燃烧相关的副作用，如高温受热面壁温超温、结焦等问题，部分电厂锅炉运行中贴壁风风门全关或始终保持在30%以下的小开度状态，贴壁风喷口结焦问题时有发生，贴壁风的保护作用难以充分发挥。并且，部分电厂受现有风机风量及风压限制，无法实施贴壁风改造。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于对冲燃烧锅炉主动防腐的二次风配风方法，通过基于炉膛高度方向的二次风精准配风，加强主燃烧区煤粉燃烧，实现对冲燃烧煤粉锅炉侧墙水冷壁高温腐蚀的主动预防和控制的目的。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种用于对冲燃烧锅炉主动防腐的二次风配风方法，包括
S1、对锅炉的层二次风道流场均流改造；
S2、在线测量锅炉的包括层二次风道的风量、水冷壁侧墙的实时还原性气氛浓度、炉膛出口的氮氧化物浓度，其中：通过测得层二次风道的风量计算出锅炉的炉膛主燃烧区的实时过剩空气系数；
S3、分别设定过剩空气系数、还原性气氛浓度、氮氧化物浓度各自标准值，划定层二次风道的风门开度的标准范围，通过调整层二次风道的风门开度，使得实时还原性气氛浓度小于或等于设定值，当满足实时过剩空气系数大于设定值、实时氮氧化物浓度大于设定值、层二次风道的风门开度超出标准范围中的任意一个时，停止调整层二次风道的风门开度。
优选地，设定燃烧器层的层二次风道的风门开度的最大值，调整层二次风道的风门开度时，逐渐增大燃烧器层的层二次风道的风门开度并始终小于或等于设定的最大值；设定燃尽风层的层二次风道的风门最小值，调整层二次风道的风门开度时，逐渐减小燃尽风层的层二次风道的风门开度并始终大于或等于设定的最小值。
进一步优选地，调整层二次风道的风门开度时，先增大燃烧器层的层二次风道的风门开度，若燃烧器层的层二次风道的风门开度调整至其设定的最大值时，实时还原性气氛浓度大于其设定值，再减小燃尽风层的层二次风道的风门开度。
进一步优选地，燃烧器层的层二次风道的风门开度设定的最大值为全开。
优选地，对锅炉的层二次风道流场均流改造包括对锅炉的燃烧器层的层二次风道流场均流改造，使燃烧器层的层二次风道在线测量时，其测量相对偏差小于设定值。
进一步优选地，对锅炉的层二次风道流场均流改造还包括对锅炉的燃尽风层的层二次风道流场均流改造，使燃尽风层的层二次风道在线测量时，其测量相对偏差小于设定值。
优选地，对锅炉的层二次风道流场均流改造包括设置导流板、设置整流格栅、设置均流板、对风道的入口扩口改造中的至少一种。
进一步优选地，锅炉的层二次风道的风量的在线测量位置与所述均流板之间的距离为0.5~1m，并且层二次风的在线测量位置在层二次风流动方向上所述均流板的下游。
优选地，计算实时过剩空气系数时，通过测量燃烧器层的层二次风量数值和测量二次风总风量数值并计算得到，或者通过测量燃烧器层的层二次风量数值和测量燃尽风层的层二次风量数值并计算得到。
优选地，在调整层二次风道的风门开度过程中，当锅炉的炉膛主燃烧区的实时过剩空气系数在设定时间内的平均值高于设定曲线时，则停止调节正在调节的风门，该设定曲线通过燃烧优化调整试验确定。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
本发明可以提升层二次风道内部气流流动的均匀性和稳定性，提升层二次风量在线测量的准确性，打破了常规的层二次风门普遍采用手动或跟随煤量/负荷调整的粗放控制方式，实现锅炉炉膛二次风精准配风分级燃烧，可以合理控制主燃区过剩空气系数，并加强主燃烧区煤粉燃烧，减少煤粉颗粒对侧墙水冷壁的冲刷，控制侧墙水冷壁近壁处还原性气氛，实现对冲燃烧煤粉锅炉侧墙水冷壁高温腐蚀主动预防和控制的目的。
附图说明
附图1为本实施例的方法流程图；
附图2为本实施例中风门开度调节的操作步骤流程图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1所示，一种用于对冲燃烧锅炉主动防腐的二次风配风方法，通过对锅炉炉膛基于高度方向的层二次风精准配风分级燃烧，合理控制主燃区过剩空气系数，加强主燃烧区煤粉燃烧，减少煤粉颗粒对侧墙水冷壁的冲刷，进而控制侧墙水冷壁近壁处还原性气氛浓度，来实现对对冲燃烧煤粉锅炉侧墙水冷壁高温腐蚀的主动预防和控制的目的。方法具体内容如下所述。
S1、对锅炉的层二次风道流场均流改造。
为便于对层二次风精准配风，需要测量层二次风道的风量。通常层二次风道平直段极短，为保证层二次风量在线测量的准确性，需要对锅炉的层二次风道流场均流改造，提升层二次风道内部气流流动的均匀性和稳定性。对锅炉的层二次风道流场均流改造包括对锅炉的燃烧器层的层二次风道流场均流改造、对锅炉的燃尽风层的层二次风道流场均流改造，降低层二次风道内的流速分布相对标准差，使燃烧器层的层二次风道、燃尽风层的层二次风道在线测量时，其测量相对偏差小于设定值，提供了良好的测量环境保障，测量的数据更逼近真实的风量。需要哪一层的层二次风道的风量数据，则对相应的风道流场均流改造，由于后续步骤的需要，其中燃烧器层的层二次风道流场均流改造必须进行。对锅炉的层二次风道流场均流改造时，对层二次风道的入口进行扩口改造，并从入口顺着层二次风的流向依次设置导流板、整流格栅、均流板，整流格栅与导流板之间间隔1m以上，均流板与整流格栅之间间隔1m以上。
S2、测量、计算相应的参数。
在对层二次风道的风量测量时，需要首先确定测量点位，在层二次风道截面通过计算机数值模拟优选出多个测量点位以逼近真实数值，并在具体设置测量元件时，设置于均流板的下游，与均流板之间的距离为0.5-1m之间。测量元件采用自带防灰堵的功能，或者要配备相应的吹灰装置，避免烟尘影响测量精度。
影响控制层二次风精准配风的控制参数之一有对冲燃烧锅炉的炉膛主燃烧区的过剩空气系数，过剩空气系数有两种计算方式：①通过测量燃烧器层的层二次风量数值和测量二次风总风量数值并计算得到；②通过测量燃烧器层的层二次风量数值和测量燃尽风层的层二次风量数值并计算得到。通常总风量在线测量处的总二次风道的布置条件要优于燃尽风层的层二次风道的布置条件，便于测量，因此通常优先选择方式①。因为对层二次风道流场均流改造会使相应的层二次风道的风量相应变小，所以如果需要在控制精准配风的同时，需要同步考虑提升燃尽风的占比风率，则不对燃尽风层的层二次风道流场均流改造，需要选择方式①计算。但对于部分没有配置总二次风量在线测量的锅炉，或者不适于在线测量总二次风量的锅炉，则需要选择方式②进行计算，因此需要对燃尽风层的层二次风道流场均流改造。
通过方式①计算过剩空气系数的公式采用公式（一）：
（一）
通过方式②计算过剩空气系数的公式采用公式（二）：
（二）
影响控制层二次风精准配风的控制参数之一有对冲燃烧锅炉的水冷壁侧墙的还原性气氛浓度，因为锅炉热态运行时，无法直接获知水冷壁侧墙的高温腐蚀情况，只能通过还原性气氛的浓度间接反映，其中对水冷壁侧墙腐蚀的关键气氛为H2S，因此在水冷壁侧墙的重点区域布置还原性气氛H2S的在线监测装置，对以往发现的高温腐蚀严重的区域进行实时监测，同样布置多个点位，以逼近真实的环境。
影响控制层二次风精准配风的控制参数之一有对冲燃烧锅炉的炉膛出口的NOx浓度，在不同的层二次风配风条件下，会影响锅炉主燃烧区的燃烧状况，导致燃烧产生的NOx浓度不同，而对于锅炉排放的NOx浓度是有限定标准的，因此在锅炉炉膛出口设置NOx浓度的在线监测装置。
S3、设定参数标准，对比实时参数并控制层二次风道的风门开度。
分别设定过剩空气系数、还原性气氛浓度、NOx浓度各自的标准值，划定燃烧器层和燃尽风层的层二次风道风门开度的标准范围（燃烧器层设定最大值、燃尽风层设定最小值），在控制层二次风精准配风时，具体是调整层二次风道的风门开度，从而使得实时还原性气氛浓度小于或等于设定值，并以此主动预防和控制对冲燃烧锅炉的水冷壁侧墙高温腐蚀问题，打破常规层二次风门普遍手动或跟随煤量/负荷调整的粗放控制方式。主要控制策略为：以实时还原性气氛浓度作为关键判定标准，当还原性气氛浓度超过其设定的标准值（比如200mg/m3）时，优先开大燃烧器层的层二次风道的风门开度，直至其最大值，通常燃烧器层的层二次风道风门开度的最大值为全开状态，若还原性气氛浓度仍然偏高，再开始关小燃尽风层的层二次风道的风门开度，直至其最小值，则停止调整层二次风道的风门开度。在调整风门开度的过程中，即使实时还原性气氛浓度仍大于设定值，但当满足实时过剩空气系数大于设定值、实时NOx浓度大于设定值、层二次风道的风门开度超出标准范围中的任意一个时，也要停止调整正在调整的层二次风道的风门开度进入下一步骤。其中对于过剩空气系数的判断标准为，实时过剩空气系数在2min内的平均值高于设定曲线时，则判定实时过剩空气系数大于设定值，该设定曲线可以通过燃烧优化调整试验确定。
如图2所示，下面具体阐述一下风门开度调节的操作步骤：
第一步，对比实时还原性气氛浓度和还原性气氛浓度的设定值，若小于或等于设定值，则无需调整风门开度，不会发生腐蚀，结束全部操作；若大于设定值，则对燃烧器层的层二次风道的风门开度自动调整，调整方向为向大调整，然后进入第二步。
第二步，在持续自动调整燃烧器层的层二次风道的风门开度的过程中，对比实时还原性气氛浓度和还原性气氛浓度的设定值，若小于等于设定值，则无需调整风门开度，结束全部操作；若大于设定值，则持续开大燃烧器层的层二次风道的风门开度，并且在此过程中，判断实时过剩空气系数是否大于设定值、实时NOx浓度是否大于设定值、燃烧器层的层二次风道的风门开度是否开至全开，三者同时为否才可以继续调整风门开度，若有一个为是，则停止调整燃烧器层的层二次风道的风门开度，开始持续自动调整燃尽风层的层二次风道的风门开度，调整方向为向小调整，并进入第三步。
第三步，在持续自动调整燃尽风层的层二次风道的风门开度的过程中，对比实时还原性气氛浓度和还原性气氛浓度的设定值，若小于等于设定值，则无需调整风门开度，结束全部操作；若大于设定值，则持续关小燃尽风层的层二次风道的风门开度，并且在此过程中，判断实时过剩空气系数是否大于设定值、实时NOx浓度是否大于设定值、燃尽风层的层二次风道的风门开度是否关至最小值，三者同时为否才可以继续调整风门开度，若有一个为是，则停止调整燃尽风层的层二次风道的风门开度，结束全部操作。
下面以某630MW超临界机组对冲燃烧锅炉为例，具体阐述一下本实施例的工作原理：
1、对层二次风道流场均流改造，在前后墙A/B侧燃烧器层的层二次风道安装入口导流板、整流格栅及均流板，在层二次风道入口进行扩口改造。改造后，各层二次风测试工况下的流速分布相对标准差在8.2%~27.9%的范围内，如表1所示，与改造前对层二次风道测试摸底工况下的流速分布相对标准差普遍在40%~70%的范围相比，流速的分布均匀性有了极大的改善，为各二次风测量元件的准确测量提供了良好的测量环境保障。
2、在层二次风道截面优选多点在线测量，更换多点自清灰式的在线测风元件，安装位置优选在均流板下游600mm处。优化后，燃烧器层各层二次风量系数相对偏差均小于4%，如表1所示。根据试验所得的风量系数对表盘风量进行修正，使表盘风量精确反映真实风量。
表1：改造后的燃烧器层的层二次风道的风量标定测试结果：
注：风量系数=实测风量/表盘风量。
3、在线监测炉膛主燃烧区过剩空气系数，通过燃烧器层的层二次风量数值和二次风总风量数值计算炉膛主燃烧区过剩空气系数，实现实时在线监测。
4、在线监测水冷壁侧墙还原性气氛浓度，在线测点沿炉膛高度方向共布置3层，每层6个测点（左墙3个，右墙3个，分别在1/4、2/4、3/4位置均匀布置），总计18个测点，通过这些区域测点的布置反映整个侧墙水冷壁的还原性气氛情况。
5、对层二次风门进行自适应分级燃烧的三参量精准控制，基于炉膛主燃烧区的实时过剩空气系数、水冷壁侧墙的还原性气氛H2S浓度以及炉膛出口NOx浓度的精准对比控制，实现燃烧器层和燃尽风层的层二次风道的风门开度的自适应调节，将炉膛水冷壁侧墙的还原性气氛H2S浓度实时控制在200 mg/m3以内。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用于对冲燃烧锅炉主动防腐的二次风配风方法，其特征在于：包括
S1、对锅炉的层二次风道流场均流改造；
S2、在线测量锅炉的包括层二次风道的风量、水冷壁侧墙的实时还原性气氛浓度、炉膛出口的氮氧化物浓度，其中：通过测得层二次风道的风量计算出锅炉的炉膛主燃烧区的实时过剩空气系数；
S3、分别设定过剩空气系数、还原性气氛浓度、氮氧化物浓度各自标准值，划定层二次风道的风门开度的标准范围，通过调整层二次风道的风门开度，使得实时还原性气氛浓度小于或等于设定值，当满足实时过剩空气系数大于设定值、实时氮氧化物浓度大于设定值、层二次风道的风门开度超出标准范围中的任意一个时，停止调整层二次风道的风门开度。
2.根据权利要求1所述的用于对冲燃烧锅炉主动防腐的二次风配风方法，其特征在于：设定燃烧器层的层二次风道的风门开度的最大值，调整层二次风道的风门开度时，逐渐增大燃烧器层的层二次风道的风门开度并始终小于或等于设定的最大值；设定燃尽风层的层二次风道的风门最小值，调整层二次风道的风门开度时，逐渐减小燃尽风层的层二次风道的风门开度并始终大于或等于设定的最小值。
3.根据权利要求2所述的用于对冲燃烧锅炉主动防腐的二次风配风方法，其特征在于：调整层二次风道的风门开度时，先增大燃烧器层的层二次风道的风门开度，若燃烧器层的层二次风道的风门开度调整至其设定的最大值时，实时还原性气氛浓度大于其设定值，再减小燃尽风层的层二次风道的风门开度。
4.根据权利要求2所述的用于对冲燃烧锅炉主动防腐的二次风配风方法，其特征在于：燃烧器层的层二次风道的风门开度设定的最大值为全开。
5.根据权利要求1所述的用于对冲燃烧锅炉主动防腐的二次风配风方法，其特征在于：对锅炉的层二次风道流场均流改造包括对锅炉的燃烧器层的层二次风道流场均流改造，使燃烧器层的层二次风道在线测量时，其测量相对偏差小于设定值。
6.根据权利要求5所述的用于对冲燃烧锅炉主动防腐的二次风配风方法，其特征在于：对锅炉的层二次风道流场均流改造还包括对锅炉的燃尽风层的层二次风道流场均流改造，使燃尽风层的层二次风道在线测量时，其测量相对偏差小于设定值。
7.根据权利要求1所述的用于对冲燃烧锅炉主动防腐的二次风配风方法，其特征在于：对锅炉的层二次风道流场均流改造包括设置导流板、设置整流格栅、设置均流板、对风道的入口扩口改造中的至少一种。
8.根据权利要求7所述的用于对冲燃烧锅炉主动防腐的二次风配风方法，其特征在于：锅炉的层二次风道的风量的在线测量位置与所述均流板之间的距离为0.5~1m，并且层二次风的在线测量位置在层二次风流动方向上所述均流板的下游。
9.根据权利要求1所述的用于对冲燃烧锅炉主动防腐的二次风配风方法，其特征在于：计算实时过剩空气系数时，通过测量燃烧器层的层二次风量数值和测量二次风总风量数值并计算得到，或者通过测量燃烧器层的层二次风量数值和测量燃尽风层的层二次风量数值并计算得到。
10.根据权利要求1所述的用于对冲燃烧锅炉主动防腐的二次风配风方法，其特征在于：在调整层二次风道的风门开度过程中，当锅炉的炉膛主燃烧区的实时过剩空气系数在设定时间内的平均值高于设定曲线时，则停止调节正在调节的风门，该设定曲线通过燃烧优化调整试验确定。
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