CN114757055A - 大型对冲燃烧锅炉二次风门调节仿真辅助快速决策方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大型对冲燃烧锅炉二次风门调节仿真辅助快速决策方法，包括以下步骤：省煤器出口烟气测试；二次风系统建模；初始配风诊断数值模拟；小风门优化数值模拟；层风门优化数值模拟；辅助快速决策导则；最终得到层风门和燃烧器及燃尽风就地风门开度推荐值，为实际热态二次风系统配风优化调整提供重要参考。本发明通过对锅炉二次风系统配风的计算机仿真，能够得到炉膛宽度方向各燃烧器及燃尽风的内、外二次风门理想开度组合和炉膛高度方向各燃烧器层及燃尽风层的层风门优化组合，为锅炉燃烧二次风门调整提供辅助快速决策，大幅缩短现场试验所需的工期，节约人力、物力及时间成本，最大程度地减少对机组正常生产的影响。

Description

大型对冲燃烧锅炉二次风门调节仿真辅助快速决策方法

技术领域

本发明属于对冲燃烧锅炉技术领域，具体涉及大型对冲燃烧锅炉二次风门调节仿真辅助快速决策方法。

背景技术

近年来，大型对冲燃烧锅炉在我国燃煤电厂得到了广泛应用，但由于二次风系统结构复杂、布置紧凑，难以对各层、各燃烧器、燃尽风喷口二次风量进行准确监测，导致目前热态运行时炉膛宽度方向和高度方向的二次风门调节作用难以定量，风门调节较为盲目，对锅炉风机电耗、煤粉燃烧、氮氧化物控制、低负荷稳燃等均产生了不利影响。

通常而言，对冲燃烧锅炉炉膛宽度方向各燃烧器及燃尽风的二次风门就地开度和炉膛高度方向层风门开度，是通过冷态空气动力场试验和热态燃烧调整试验来确定。冷态试验中，对每个燃烧器及燃尽风喷口风速进行测试，获得同层燃烧器及燃尽风的二次风量分配情况；热态试验中，对省煤器出口烟气分布进行反复测试，逐步对各燃烧器及燃尽风就地拉杆进行调整，从而获得风门开度优化组合。整个过程工作量大、持续时间长，对机组负荷和工况稳定性要求较高，一定程度上影响了电厂的正常生产，在目前的负荷大环境下，机组负荷等试验条件往往难以完全满足，试验周期甚至被拉长到2个月以上。

发明内容

为解决现有技术中存在的技术问题，本发明的目的在于提供大型对冲燃烧锅炉二次风门调节仿真辅助快速决策方法。

为实现上述目的，达到上述技术效果，本发明采用的技术方案为：

大型对冲燃烧锅炉二次风门调节仿真辅助快速决策方法，包括以下步骤：

一、省煤器出口烟气测试

在省煤器出口进行烟气成分测试，绘制炉膛宽度方向氧浓度分布图和CO浓度分布图，进而获得炉膛宽度方向氧浓度和CO浓度的分布规律，后期将以降低CO浓度为目标调节炉膛不同位置的进风量；

二、二次风系统建模

依据风道、风箱、燃烧器及燃尽风图纸，对锅炉二次风系统进行1：1建模。对燃烧器层和燃尽风层的层风门进行精细化建模，对燃烧器和燃尽风内、外二次风门进行精细化建模，充分保留风门的调节作用；

三、初始配风诊断数值模拟

基于步骤二所得模型进行初始配风诊断数值模拟，统计全炉膛喷口风量；

四、小风门优化数值模拟

根据省煤器出口烟气测试结果和初始配风诊断数值模拟结果，进行小风门优化数值模拟，通过燃烧器及燃尽风内、外二次风门的多次优化调整，最终确定燃烧器及燃尽风风门的理想开度组合；

五、层风门优化数值模拟

在燃烧器及燃尽风风门的理想开度组合基础上，进行层风门优化数值模拟；

六、辅助快速决策导则

通过省煤器出口烟气测试、二次风系统建模、初始配风诊断数值模拟、小风门优化数值模拟及层风门优化数值模拟，最终得出辅助快速决策导则，为实际热态二次风系统配风优化调整提供重要参考。

进一步的，步骤四中，燃烧器及燃尽风内、外二次风门的多次优化调整包括燃烧器外二次风门单因素调整、燃烧器内二次风门单因素调整、燃尽风外二次风门单因素调整以及燃尽风内二次风门单因素调整。

进一步的，步骤五中，层风门优化数值模拟包括常用磨煤机组合和常用负荷工况的多工况模拟。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明通过对锅炉二次风系统配风的计算机仿真，能够得到炉膛宽度方向各燃烧器及燃尽风的内、外二次风门理想开度组合和炉膛高度方向各燃烧器层及燃尽风层的层风门优化组合，为锅炉燃烧二次风门调整提供辅助快速决策，大幅缩短现场试验所需的工期，节约人力、物力及时间成本，最大程度地减少对机组正常生产的影响。

附图说明

图1为本发明实施例1的炉膛宽度方向氧浓度分布图；

图2为本发明实施例1的炉膛宽度方向CO浓度分布图；

图3为本发明实施例1的风道及风箱建模示意图；

图4为本发明实施例1的燃烧器层风门建模示意图；

图5为本发明实施例1的燃尽层层风门建模示意图；

图6为本发明实施例1的燃烧器内、外二次风风门建模示意图；

图7为本发明实施例1的燃尽风内、外二次风风门建模示意图；

图8为本发明实施例1的5台磨运行燃尽风层层风门作用曲线图。

具体实施方式

下面对本发明进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。

大型对冲燃烧锅炉二次风门调节仿真辅助快速决策方法，通过省煤器出口烟气测试、二次风系统建模、初始配风诊断数值模拟、小风门优化数值模拟和层风门优化数值模拟得到辅助快速决策导则，得到层风门和燃烧器及燃尽风就地风门开度推荐值，为实际热态二次风系统配风优化调整提供重要参考。

本发明的大型对冲燃烧锅炉二次风门调节仿真辅助快速决策方法，具体包括以下步骤：

一、省煤器出口烟气测试

在省煤器出口进行烟气成分测试，绘制炉膛宽度方向氧浓度分布图和CO浓度分布图，进而获得炉膛宽度方向氧浓度和CO浓度的分布规律，氧浓度低的地方因燃烧不完全会使CO浓度高，后期将以降低CO浓度为目标调节炉膛不同位置的进风量；

需要说明的是，省煤器上游烟气温度较高，难以进行实际测量，省煤器下游距离炉膛出口较远，无法准确反应炉内燃烧情况，故选择在省煤器出口进行烟气测试。

二、二次风系统建模

依据风道、风箱、燃烧器及燃尽风图纸，对锅炉二次风系统进行1：1建模。对燃烧器层和燃尽风层的层风门进行精细化建模，对燃烧器和燃尽风内、外二次风门进行精细化建模，充分保留风门的调节作用。燃烧器及燃尽风的固定旋流叶片需在模型中进行完整建模，叶片角度与设计保持一致。

三、初始配风诊断数值模拟

基于步骤二所得模型进行初始配风诊断数值模拟，统计全炉膛喷口风量；

四、小风门优化数值模拟

根据省煤器出口烟气测试结果和初始配风诊断数值模拟结果，进行小风门优化数值模拟，包括燃烧器外二次风门单因素调整、燃烧器内二次风门单因素调整、燃尽风外二次风门单因素调整以及燃尽风内二次风门单因素调整，通过燃烧器及燃尽风内、外二次风门的多次优化调整，最终确定燃烧器及燃尽风风门的理想开度组合；

五、层风门优化数值模拟

在燃烧器及燃尽风风门的理想开度组合基础上，进行层风门优化数值模拟，包括常用磨煤机组合和常用负荷工况的多工况模拟；

六、辅助快速决策导则

通过省煤器出口烟气测试、二次风系统建模、初始配风诊断数值模拟、小风门优化数值模拟及层风门优化数值模拟，最终得出辅助快速决策导则，为实际热态二次风系统配风优化调整提供重要参考。

实施例1

如图1-8所示，某电厂百万机组对冲燃烧锅炉现场布置紧凑，燃烧器层及燃尽风层风道平直段短，层风量在线测量长期失真，且无燃烧器及燃尽风喷口风量在线监测装置，热态运行时二次风门调节较为盲目，故采用本发明的大型对冲燃烧锅炉二次风门调节仿真辅助快速决策方法，获得科学合理的风门调整策略。

一、省煤器出口烟气测试

在省煤器出口进行烟气成分测试，绘制炉膛宽度方向氧浓度分布图和CO浓度分布图。由图1-2可知，当前炉内燃烧中间氧量高、两侧边氧量低，尤其是A侧侧边存在严重的缺风问题，A1测孔O₂浓度低至1.03％，CO浓度高达17383μL/L，因此，后续在炉膛宽度方向小风门优化数值模拟中，应重点提升炉膛两侧燃烧器进风量。

二、二次风系统建模

依据风道、风箱、燃烧器及燃尽风图纸，对锅炉二次风系统进行1：1建模。因风道、风箱、燃烧器及燃尽风布置沿锅炉中心线完全对称，图3-7中仅示出一半。对燃烧器层和燃尽风层的层风门进行精细化建模，对燃烧器和燃尽风内、外二次风门进行精细化建模，充分保留风门的调节作用。燃烧器及燃尽风的固定旋流叶片需在模型中进行完整建模，叶片角度与设计保持一致。

三、初始配风诊断数值模拟

基于步骤二所得模型，通过初始配风诊断数值模拟，统计全炉膛喷口风量，包含喷口的内二次风量及外二次风量，如表1所示。结果表明：

1)炉膛宽度方向上，靠侧墙燃烧器的二次风进风量明显低于炉膛中间燃烧器的二次风进风量，与省煤器出口烟气测试结果相吻合，后期需通过燃烧器小风门优化调整提升炉膛两侧燃烧器进风量；

2)炉膛高度方向上，1000MW负荷工况下，燃尽风量占总二次风量的比例仅为24.6％，低于锅炉厂家提供的设计参数(设计燃尽风量占总二次风量比例为26％～29％)。

表1

四、小风门优化数值模拟

根据省煤器出口烟气测试结果和初始配风诊断数值模拟结果，进行小风门优化数值模拟，包括燃烧器外二次风门单因素调整、燃烧器内二次风门单因素调整、燃尽风外二次风门单因素调整以及燃尽风内二次风门单因素调整，如表2所示。通过燃烧器及燃尽风内、外二次风门的多次优化调整，最终确定燃烧器及燃尽风风门的理想开度组合。

表2

由表2可知，风门组合7为燃烧器及燃尽风风门理想开度组合。其中，风量提升百分比通过建模模拟计算得到。

五、层风门优化数值模拟

在燃烧器及燃尽风风门的理想开度组合基础上，进行层风门优化数值模拟，包括常用磨煤机组合和常用负荷工况的多工况模拟。更具体的，本实施例的磨煤机组合包括3台磨煤机组合、4台磨煤机组合、5台磨煤机组合。本实施例的负荷工况包括100％额定负荷工况、75％额定负荷工况、40％额定负荷工况。

工况1-5为100％额定负荷、5台磨煤机组合工况，投运燃烧器层的层风门开度为100％，停运燃烧器层的层风门开度为25％。

工况6-7为75％额定负荷、4台磨煤机组合工况，投运燃烧器层的层风门开度为100％，停运燃烧器层的层风门开度为25％。

工况8-9为40％额定负荷、3台磨煤机组合工况，投运燃烧器层的层风门开度为100％，停运燃烧器层的层风门开度为25％。

下5台磨运行燃尽风层风门不同开度下的燃尽风占总二次风量比例统计结果如表3所示，进而绘制如图7所示的5台磨运行燃尽风层层风门作用曲线图。

表3

由表3及图7可知，1000MW负荷下，5台磨煤机运行，为保证燃尽风占总二次风量比例达到26％以上，推荐燃尽风层风门开度保持在65％以上。

下4台磨运行燃尽风层风门不同开度下的燃尽风占总二次风量比例统计结果如表4所示。

表4

由表4可知，750MW负荷下，下4台磨煤机运行，推荐燃尽风层风门开度为40％。

下3台磨运行燃尽风层风门不同开度下的燃尽风占总二次风量比例统计结果如表5所示。

表5

上层燃烧器层风量充当“紧凑型燃尽风”，统计入燃尽风占总二次风量比例。

由表5可知，400MW负荷下，下3台磨煤机运行，出于充分稳燃考虑，推荐燃尽风层风门开度为10％，“紧凑型燃尽风”和燃尽风二次风量加和占总二次风量比例为16.4％；出于低氮燃烧考虑，推荐燃尽风层风门开度为30％，“紧凑型燃尽风”和燃尽风二次风量加和占总二次风量比例为27.0％，能够满足低氮燃烧的分级配风要求。

六、辅助快速决策导则

通过省煤器出口烟气测试、二次风系统建模、初始配风诊断数值模拟、小风门优化数值模拟、层风门优化数值模拟，最终得出辅助快速决策导则，如表6所示，为实际热态二次风系统配风优化调整提供重要参考。

表6

本发明未具体描述的部分或结构采用现有技术或现有产品即可，在此不做赘述。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (3)

1.大型对冲燃烧锅炉二次风门调节仿真辅助快速决策方法，其特征在于，包括以下步骤：

一、省煤器出口烟气测试

在省煤器出口进行烟气成分测试，绘制炉膛宽度方向氧浓度分布图和CO浓度分布图，进而获得炉膛宽度方向氧浓度和CO浓度的分布规律；

二、二次风系统建模

依据风道、风箱、燃烧器及燃尽风图纸，对锅炉二次风系统进行1：1建模。对燃烧器层和燃尽风层的层风门进行精细化建模，对燃烧器和燃尽风内、外二次风门进行精细化建模，充分保留风门的调节作用；

三、初始配风诊断数值模拟

基于步骤二所得模型进行初始配风诊断数值模拟，统计全炉膛喷口风量；

四、小风门优化数值模拟

根据省煤器出口烟气测试结果和初始配风诊断数值模拟结果，进行小风门优化数值模拟，通过燃烧器及燃尽风内、外二次风门的多次优化调整，最终确定燃烧器及燃尽风风门的理想开度组合；

五、层风门优化数值模拟

在燃烧器及燃尽风风门的理想开度组合基础上，进行层风门优化数值模拟；

六、辅助快速决策导则

通过省煤器出口烟气测试、二次风系统建模、初始配风诊断数值模拟、小风门优化数值模拟及层风门优化数值模拟，最终得出辅助快速决策导则，为实际热态二次风系统配风优化调整提供重要参考。

2.根据权利要求1所述的大型对冲燃烧锅炉二次风门调节仿真辅助快速决策方法，其特征在于，步骤四中，燃烧器及燃尽风内、外二次风门的多次优化调整包括燃烧器外二次风门单因素调整、燃烧器内二次风门单因素调整、燃尽风外二次风门单因素调整以及燃尽风内二次风门单因素调整。

3.根据权利要求1所述的大型对冲燃烧锅炉二次风门调节仿真辅助快速决策方法，其特征在于，步骤五中，层风门优化数值模拟包括常用磨煤机组合和常用负荷工况的多工况模拟。

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