CN114046532B - 一种基于co/o2在线监测的贴壁风装置的控制方法 - Google Patents

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CN114046532B CN202210000641.1A CN202210000641A CN114046532B CN 114046532 B CN114046532 B CN 114046532B CN 202210000641 A CN202210000641 A CN 202210000641A CN 114046532 B CN114046532 B CN 114046532B
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Abstract

本申请提供一种基于CO/O2在线监测的贴壁风装置的控制方法，贴壁风装置设于锅炉的水冷壁上，包括以下步骤：设置若干检测点；设置多个补风口，每个补风口吹出的风可覆盖多个所述检测点；循环依次采集检测点处的样气；过滤并冷凝所述样气，得到处理样气；对处理样气进行分析，得到每个所述检测点处的CO浓度；设定第一CO阈值A1和第二CO阈值A2（A1＜A2）；判断任一检测点的CO浓度大于等于A1且小于A2时，则为第一待优化检测点；向与第一待优化检测点相对应的补风口吹入热一次风或热二次风，使得CO浓度低于A1；判断任一所述检测点的CO浓度大于等于A2时，则为第二待优化检测点；调节炉膛内燃尽风风量，使得第二待优化检测点的CO浓度低于A1。

Description

一种基于CO/O2在线监测的贴壁风装置的控制方法
技术领域
本申请涉及锅炉控制技术领域，具体涉及一种基于CO/O2在线监测的贴壁风装置的控制方法。
背景技术
锅炉水冷壁高温腐蚀是影响燃煤电站锅炉安全经济运行的主要问题。在我国约有80%以上的电站锅炉存在不同程度的水冷壁高温腐蚀问题。水冷壁发生高温腐蚀后会导致管壁急剧减薄直至爆裂，从而严重影响电站机组的安全运行，造成巨大经济损失。造成水冷壁高温腐蚀的主要原因包括：
燃料中含硫、钒和碱土金属(Na、K)、钙、氯等氧化物和盐类较多，灰熔点较低时就要提高警惕，这些都为结渣，高温腐蚀提供了物质基础。另外，较高管壁温度水平也是引起结渣腐蚀的一个重要因素，因此，锅炉燃烧中心有较高的热强度及温度水平，有较高的壁温，易出现高温腐蚀；燃烧器附近的水冷壁，经常在火炬中心辐射下，易出现较高的腐性速度；锅炉压力越高。管壁温度也越高，越有可能出现高温腐蚀；过热汽温度越高，出现结渣和高温腐蚀。
现有技术中采用水冷壁开孔漏风方式进行水冷壁防腐，在水冷壁两侧墙上直接开孔，利用炉膛负压将炉外冷空气从水冷壁开孔中直接吸入炉膛。但该方式经过多年的实际应用，发现这种漏风均是直接垂直水冷壁进入炉膛，根本无法在水冷壁壁面形成风幕。
发明内容
鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，本申请旨在提供一种基于CO/O2在线监测的贴壁风装置的控制方法，所述贴壁风装置设于锅炉的水冷壁上，包括以下步骤：
在所述水冷壁上设置若干检测点；
在所述水冷壁上设置多个补风口，每个所述补风口吹出的风可覆盖多个所述检测点；
循环采集所述检测点处的样气；
过滤并冷凝所述样气，得到处理样气；
对所述处理样气进行分析，得到每个所述检测点处的CO浓度；
设定第一CO阈值A1和第二CO阈值A2（A1＜A2）；
判断任一所述检测点的所述CO浓度大于等于所述第一CO阈值A1且小于所述第二CO阈值A2时，则标记该所述检测点为第一待优化检测点；
向与所述第一待优化检测点相对应的所述补风口向所述锅炉的热一次风或热二次风，使得所述CO浓度低于所述第一CO阈值A1；
判断任一所述检测点的所述CO浓度大于等于所述第二CO阈值A2时，则标记该所述检测点为第二待优化检测点；
调节所述锅炉的炉膛内燃尽风风量，使得所述第二待优化检测点的所述CO浓度低于所述第一CO阈值A1
根据本申请实施例提供的技术方案，还包括以下步骤：
通过对所述样气进行分析处理，得到每个所述检测点处的O2浓度；
设定第一O2阈值B1和第二O2阈值B2（B1＜B2）；
按照第一判定规则获得第三优化检测点；
向与所述第三待优化检测点相对应的所述补风口吹入所述热一次风或所述热二次风，使得所述第三待优化检测点的CO浓度小于所述第一CO阈值A1，其O2浓度大于所述第一O2阈值B1；
按照第二判定规则获得第四待优化检测点；
调节所述炉膛内燃尽风风量，使得所述第四待优化检测点的CO浓度小于所述第一CO阈值A1，其O2浓度大于所述第一O2阈值B1。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述第一判定规则为：所述样气CO浓度大于等于所述第一CO阈值A1小于所述第二CO阈值A2，且其所述O2浓度小于等于所述第二O2阈值B2；
所述第二判定规则为：所述样气CO浓度大于等于所述第二CO阈值A2且其所述O2浓度小于等于第一O2阈值B1。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述炉膛沿高度方向分为若干层，所述若干检测点沿所述炉膛的高度方向分布，且所述炉膛的每层的所述检测点的数量相同。
根据本申请实施例提供的技术方案，通过设于所述锅炉外的样气处理装置对所述样气过滤并冷凝，所述样气处理装置包括检测柜、置于所述检测柜底部的样气过滤模块、置于所述检测柜顶部的样气冷凝模块；通过设于所述样气处理装置一侧的CO/O2分析单元对所述处理样气进行分析，所述CO/O2分析单元通过气管与所述样气处理装置连接。。
综上所述，本申请提出一种基于CO/O2在线监测的贴壁风装置的控制方法，通过在锅炉内水冷壁上设置多个补风口，并在每个补风口区域设置多个检测点，用以采集检测点处样气，通过对样气进行冷凝、过滤及分析处理获得样气中的CO浓度，若浓度超标，通过向CO浓度超标的检测点引入热一次风或热二次风，热一次风或热二次风中的O2会对所述水冷壁壁面进行补氧，从而检测点不会处于还原性气氛，防止了水冷壁的腐蚀；另外，煤粉在炉膛内燃烧时，如炉内动力场组织不均匀会导致煤粉甩向水冷壁，并在水冷壁附近进行二次燃烧，形成化学物质附着在水冷壁上与还原性气氛发生反应，使得水冷壁更易发生高温腐蚀，而热一次风或热二次风的引入，在水冷壁面形成风幕，将飞灰阻挡在外，进一步的防止了在水冷壁上形成结焦。
进一步地，选取热一次风或热二次风占比较小的风作为风源，风压足、温度高，而且此风源经过水冷壁后会再次进入炉膛，故不影响进入炉膛内的总风量，第一不会影响锅炉的经济安全、稳定运行，第二不会改变锅炉的原有运行模式。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种基于CO/O2在线监测的贴壁风装置的控制方法的流程图；
图2为本申请实施例提供的基于CO/O2在线监测的贴壁风装置的正视图；
图3为本申请实施例提供的CO/O2分析单元及样气处理装置的结构示意图。
图中所述文字标注表示为：
1、补风口；2、取样管；3、炉膛；4、CO/O2分析单元；5、样气管路；6、贴壁风支管；7、贴壁风母管；8、电磁阀；9、样气冷凝模块；10、样气过滤模块；11、水冷壁。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
实施例1
诚如背景技术中提到的，针对现有技术中水冷壁高温腐蚀的问题，本申请提出了一种基于CO/O2在线监测的贴壁风装置的控制方法，所述贴壁风装置设于锅炉的水冷壁11上，如图1所示，包括以下步骤：
S10 在所述水冷壁11上设置若干检测点，如图2所示；
S20 在所述水冷壁11上设置多个补风口1，每个所述补风口1吹出的风可覆盖多个所述检测点；优选地，所述补风口1的数量可通过风压和检测点分布的面积计算得出，风压可决定从所述补风口1吹出的风可覆盖的面积，每个所述检测点都可能涉及到补风，故通过检测点分布的总面积可决定补风口1的数量和位置，根据实际情况具体分体，没有必要每个所述检测点布置一个补风口1，节约了资源，也使得整体结构更加简单。
S30 循环依次采集所述检测点处的样气；停炉时预先在所述水冷壁11上加装烟气取样管2，所述烟气取样管2的管外径为8mm、管内径为6mm，所述取样管2位于水冷壁11鳍片上，近似认为抽取的所述样气为水冷壁11贴壁处的烟气，从而对水冷壁11处的还原性气氛进行监测，循环依次采集所述样气，相邻两次采集存在时间间隔，故对每个所述补风口1的补风控制也并非同时控制；
S40 过滤并冷凝所述样气，得到处理样气；由于所述锅炉内的温度最高可达1500℃以上，故在对所述样气进行浓度分析时要进行冷凝降温处理，另外样气中会存在飞灰或者其它杂质，为了防止气管的堵塞及影响检测的准确性，首先对所述样气进行除尘过滤处理。
S50 对所述处理样气进行分析，得到每个所述检测点处的CO浓度；若水冷壁11处的还原性气氛浓度太高的情况下，附着物极易与所述还原性气氛反生化学反应从而使得所述水冷壁11形成腐蚀，而还原性气氛中主要含量是CO和H2S，由于H2S浓度与所述CO浓度成相关，故只考虑所述CO浓度就可很好的反映出锅炉内CO和H2S的浓度，反映出采集的所述样气中还原性气氛的含量，CO可作为水冷壁11是否出现高温腐蚀的风向标。
S60 设定第一CO阈值A1和第二CO阈值A2（A1＜A2）；
S70 判断任一所述检测点的所述CO浓度是否大于等于所述第一CO阈值A1且小于所述第二CO阈值A2时，则标记该所述检测点为第一待优化检测点；
S80 向与所述第一待优化检测点相对应的所述补风口1吹入所述锅炉的热一次风或热二次风，使得所述CO浓度低于所述第一CO阈值A1；具体地，如图2所示，每个所述补风口1设于贴壁风支管6上，贴壁风支管6通过贴壁风母管7分支得来，每个贴壁风支管6上都设有电磁阀8，用来打开或关断所述补风口1，引入的风经所述贴壁风母管7进入到各所述贴壁风支管6中，然后经各所述补风口1与所述锅炉侧墙平行的方向喷入所述炉膛3内，从而在所述锅炉的侧墙上形成一层风幕，故通过所述补风口1在所述锅炉的内壁上形成的风称为贴壁风。具体地，一次风是通过管道输送煤粉进入炉膛3的空气，一般由一次风机提供，除了维持一定的气粉混合物浓度以便于输送外，还为燃料在燃烧初期提供足够的氧气，一部分空气经空气预热器加热，形成所述热一次风，热一次风的风压高，在总风量中的占比小。二次风是通过燃烧器的单独通道送入炉膛3内的热空气，进入炉膛3后才逐渐与一次风混合，二次风为煤粉的燃烧提供氧气，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，为完全燃烧提供条件，二次风一般由送风机提供，经空气加热器加热形成所述热二次风，所述热二次风的风压低，但在总风量的占比大。
优选地，所述贴壁风风源选取所述热二次风是最合理的，由于所述热二次风在总风量的占比较大，故选取所述热二次风对炉膛3内煤粉燃烧的影响最小，但若所述热二次风的风压过小导致在所述水冷壁11前无法形成定量的风量流动，故无法形成风幕时，可考虑采用所述热一次风，但若所述热一次风在总风量的占比过小的话，选取所述热一次风会对煤粉燃烧的影响过大时，可采用增设增压风机对所述热二次风进行加压，具体要根据所述锅炉的实际情况进行选择。选取所述热一次风或所述热二次风作为风源，而且此风源经过所述水冷壁11后会再次进入炉膛3，故不影响进入炉膛3内的总风量，第一不会影响锅炉的经济安全、稳定运行，第二不会改变锅炉的原有模式。
S 90判断任一所述检测点的所述CO浓度大于等于所述第二CO阈值A2时，则标记该所述检测点为第二待优化检测点；
S100 调节所述锅炉的炉膛3内燃尽风风量，使得所述第二待优化检测点的所述CO浓度低于所述第一CO阈值A1。
其中，由于煤烧的越透，中心温度越高，温度越高形成的氮氧化物越多，而所述氮氧化物是雾霾形成的很大原因，故所述锅炉内进行分体燃烧，让底部的煤不要充分燃烧，部分煤抽到所述锅炉顶部，在顶部进行燃烧至烧透，而所述锅炉顶部的风为所述燃尽风，将所述燃尽风关小，则底部的氧气含量会增多，故锅炉内的煤粉然后的更加充分，从而产生的CO会减少，调整所述贴壁风管道上的电磁阀8进行所述贴壁风调节对CO的浓度的减小幅度远不如调节所述燃尽风风量对CO的浓度减小的幅度大，但调节所述热一次风或所述热二次风对所述锅炉正常运行的影响远低于调整所述燃尽风风量，故推荐先进行所述贴壁风风量的调节再进行所述燃尽风风量的调节。
综上所述，通过在所述水冷壁11上设置多个所述补风口1，并在每个所述补风口1区域设置多个所述检测点，用于采集所述检测点处样气，通过对所述样气进行冷凝、过滤及分析处理获得样气中的CO浓度，若浓度大于第一CO阈值A1，通过向CO浓度超标的检测点引入热一次风或热二次风，风中的O2使得煤粉充分燃烧从而减小了CO浓度，从而所述检测点不会处于还原性气氛，防止了所述水冷壁11的腐蚀；另外，由于煤粉中存在油，在高温燃烧时发生不规则运动，会甩向所述水冷壁11，并在所述水冷壁11上进行二次燃烧，形成化学物质附着在所述水冷壁11上与所述还原性气氛发生反应，使得所述水冷壁11发生腐蚀，补风的引入，在所述水冷壁11面形成风幕，将油阻挡在外，防止了在水冷壁11上形成结焦。
实施例2
在实施例1的基础上，本实施例还包括以下步骤：
通过对所述样气进行分析处理，得到每个所述检测点处的O2浓度；
设定第一O2阈值B1和第二O2阈值B2（B1＜B2）；
按照第一判定规则获得第三待优化检测点；
向与所述第三待优化检测点相对应的所述补风口1吹入所述热一次风或所述热二次风，使得所述第三待优化检测点的CO浓度小于所述第一CO阈值A1，其O2浓度大于所述第一O2阈值B1；
按照第二判定规则获得第四待优化检测点；
调节所述燃尽风风量，使得所述第四待优化检测点的CO浓度小于所述第一CO阈值A1，其O2浓度大于所述第一O2阈值B1。
其中，所述水冷壁11上形成腐蚀的原因主要是所述水冷壁11附近的含氧量过低，导致出现还原性气氛，通过向所述待检测点补充风量来增加氧气的含量，使得还原性气氛浓度降低，故理论上，应该检测氧气的浓度，通过控制氧气的含量向所述检测点补风，在所述水冷壁11上形成风幕，进而防止了所述水冷壁11的腐蚀，但是氧气在空气中的占比为百分比，稍微波动，其在空气中的含量变化很大，而且制约氧气的因素很多，氧气的读取误差太大，相比下，CO的浓度受环境因素较少，而且在空气的占比为百万分之一，检测更准，故主要通过控制CO的浓度进而防止所述水冷壁11的腐蚀；为提高检测的准确性和参照性，本实施例中加入了氧气浓度的检测，与CO浓度检测一起参与风量的控制；另外，补风的各设备之间通过气管连接，通过检测氧气的浓度，可直观的反映气路是否出现漏气的现象，提高了设备的维护效率；通过在所述补风口1吹入所述热一次风或所述热二次风，或者通过调节所述燃尽风风量，使得所述第三待优化检测点的CO浓度低于较小的所述第一CO阈值A1，使得其O2浓度高于较小的所述第一O2阈值B1，降低了所述还原性气氛的浓度，防止了所述水冷壁（11）的腐蚀。
进一步地，所述第一判定规则为：所述样气CO浓度大于等于所述第一CO阈值A1小于所述第二CO阈值A2，且其所述O2浓度小于等于所述第二O2阈值B2；此时，所述还原性气氛的浓度不是太高，氧气浓度不是太低时，需要补充少量的氧气，故通过调节所述贴壁风风量即所述热一次风或所述热二次风来提高氧气浓度降低CO的浓度，尽量减小对所述锅炉的正常运行的影响。
所述第二判定规则为：所述样气CO浓度大于等于所述第二CO阈值A2且其所述O2浓度低于等于第一O2阈值B1，此时CO浓度太高，氧气浓度太低，通过调节所述贴壁风风量已无法满足要求，故通过调节燃尽风风量来调节。
通过CO和氧气的双重检测，提高了检测的精确度，也提高了控制风量的精确度，提高了运行的稳定性。
实施例3
在实施例2的基础上，所述炉膛3沿高度方向分为若干层，所述若干检测点沿所述炉膛3的高度方向分布，且所述炉膛3的每层的所述检测点的数量相同。具体地，由于在同一垂直高度，所述锅炉炉膛3内的CO/O2的浓度相差不大，故设置CO/O2检测点时优选地沿着垂直方向设置，为准确的反映所述锅炉炉膛3不同区域的CO/O2浓度，本实施例中，将所述锅炉炉膛3分为上中下三层，每层设置的所述CO/O2检测点数量相同。但在布置所述检测点时，首先应该检查所述锅炉炉内腐蚀情况，若所述水冷壁11已出现腐蚀情况，应优先考虑在所述锅炉腐蚀最严重的点布置所述检测点，故所述炉膛内的每层所述检测点的数量需根据锅炉实际情况而定。
实施例4
在实施例3的基础上，如图3和图2所示，通过设于所述锅炉外的样气处理装置对所述样气过滤并冷凝，所述样气处理装置包括检测柜、置于所述检测柜底部的样气过滤模块10、置于所述检测柜顶部的样气冷凝模块9；通过设于所述样气处理装置一侧的CO/O2分析单元4对所述处理样气进行分析，所述CO/O2分析单元4通过气管与所述样气处理装置连接。通过在所述检测点采集样气，所述样气通过样气管路5进入所述样气过滤模块10和所述样气冷凝模块9对所述样气进行处理，处理后的所述处理样气进入所述CO/O2分析单元4，进而获得所述样气的CO和O2的浓度，并将此浓度传送至系统的中央控制器，通过所述中央控制器决定所述检测点的调节方式和风量，从而自动对所述电磁阀8开度进行控制。
本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其他场合的，均应视为本申请的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于CO/O2在线监测的贴壁风装置的控制方法，所述贴壁风装置设于锅炉的水冷壁（11）上，其特征在于，包括以下步骤：
在所述水冷壁（11）上设置若干检测点；
在所述水冷壁（11）上设置多个补风口（1），每个所述补风口（1）吹出的风可覆盖多个所述检测点；
循环依次采集所述检测点处的样气；
过滤并冷凝所述样气，得到处理样气；
对所述处理样气进行分析，得到每个所述检测点处的CO浓度；
设定第一CO阈值A1和第二CO阈值A2（A1＜A2）；
判断任一所述检测点的所述CO浓度大于等于所述第一CO阈值A1且小于所述第二CO阈值A2时，则标记该所述检测点为第一待优化检测点；
向与所述第一待优化检测点相对应的所述补风口（1）吹入所述锅炉的热一次风或热二次风，使得所述CO浓度低于所述第一CO阈值A1；
判断任一所述检测点的所述CO浓度大于等于所述第二CO阈值A2时，则标记该所述检测点为第二待优化检测点；
调节所述锅炉的炉膛（3）内燃尽风风量，使得所述第二待优化检测点的所述CO浓度低于所述第一CO阈值A1。
2.根据权利要求1所述的基于CO/O2在线监测的贴壁风装置的控制方法，其特征在于，还包括以下步骤：
通过对所述样气进行分析处理，得到每个所述检测点处的O2浓度；
设定第一O2阈值B1和第二O2阈值B2（B1＜B2）；
按照第一判定规则获得第三待优化检测点；
向与所述第三待优化检测点相对应的所述补风口（1）吹入所述热一次风或所述热二次风，使得所述第三待优化检测点的CO浓度小于所述第一CO阈值A1，其O2浓度大于所述第一O2阈值B1；
按照第二判定规则获得第四待优化检测点；
调节所述燃尽风风量，使得所述第四待优化检测点的CO浓度小于所述第一CO阈值A1，其O2浓度大于所述第一O2阈值B1。
3.根据权利要求2所述的基于CO/O2在线监测的贴壁风装置的控制方法，其特征在于：
所述第一判定规则为：所述样气CO浓度大于等于所述第一CO阈值A1小于所述第二CO阈值A2，且其所述O2浓度小于等于所述第二O2阈值B2；
所述第二判定规则为：所述样气CO浓度大于等于所述第二CO阈值A2且其所述O2浓度小于等于第一O2阈值B1。
4.根据权利要求1所述的基于CO/O2在线监测的贴壁风装置的控制方法，其特征在于：所述炉膛（3）沿高度方向分为若干层，所述若干检测点沿所述炉膛（3）的高度方向分布，且所述炉膛（3）的每层的所述检测点的数量相同。
5.根据权利要求1所述的基于CO/O2在线监测的贴壁风装置的控制方法，其特征在于：通过设于所述锅炉外的样气处理装置对所述样气过滤并冷凝，所述样气处理装置包括检测柜、置于所述检测柜底部的样气过滤模块（10）、置于所述检测柜顶部的样气冷凝模块（9）；通过设于所述样气处理装置一侧的CO/O2分析单元（4）对所述处理样气进行分析，所述CO/O2分析单元（4）通过气管与所述样气处理装置连接。
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