CN1896588B - 锅炉燃烧室出口燃烧气体温度的确定系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及锅炉燃烧室出口燃烧气体温度的确定系统及方法，该确定系统包括：测量器部，由对锅炉的最后管组排出的低温燃烧气体的温度、各管组的蒸汽温度以及压力进行测量的多个传感器组成；数据传送部，实时地接收来自测量器的模拟实测值，并将该值转换成性能计算所需的数字信号后进行传送；燃烧室出口温度计算部，使用设定的燃烧室出口温度的任意基准值，对锅炉的最后管组排出的低温燃烧气体温度进行计算，然后将其与实际测量的低温燃烧气体温度进行比较，并且，在计算值与实际测量值不一致的情况下，改变燃烧室出口温度的基准值并反复进行上述过程，在计算值与实际测量值一致的情况下，将燃烧室出口设定温度确认为实际温度。
Description
技术领域
本发明涉及火力发电领域，更详细地说，本发明涉及锅炉燃烧室出口燃烧气体温度的确定系统及方法，在设定燃烧室出口温度的任意基准值的基础上，使用该值对锅炉的最后管组排出的低温燃烧气体温度进行计算，然后将其与实际测量的低温燃烧气体温度进行比较，其结果，在计算值与实际测量值不一致的情况下，改变燃烧室出口温度的基准值并反复进行上述过程，在计算值与实际测量值一致的情况下，将燃烧室出口的设定温度确认为实际的温度。
背景技术
近来，国内外的电力产业环境发生了很大的变化，在发电市场导入竞争的同时在发电厂的运营方面强调经济性和高效性。此外，由于发电设备的大容量化以及发电设备的台数增加，系统且高效的运行状态管理日益变得困难，必须使用新的运行管理技术。因此，在发电设备中对于锅炉的运转性能具有较大影响的主要部分上，设置测量器，实行温度管理。
然而，即使是对于锅炉运转性能具有重要影响的必须的温度管理部分，也存在由于高温而不能设置测量器的情况，由于操作人员处于不能获取此部分的温度信息而盲目操作的状态下，所以不能维持最适当的温度。例如，在如燃烧室出口之类的1200℃高温燃烧气体区域中不可能设置测量器，从而频繁产生不能维持最适当的温度的事例。
如上所述，在燃烧室出口之类的高温燃烧气体区域中难以设置测量器，因此锅炉运行管理仍停留在使用其他部分的运转数据间接地推断燃烧室出口的运转温度的水平。而且，由于经验丰富的一部分操作人员主观地评价运行温度，所以存在不能进行正确管理的问题。此外，由于计算燃烧室出口气体温度的处理顺序不确定，不能进行与频繁变化的运行条件对应的迅速的温度计算，所以难以维持最适当的锅炉运转状态。
发明内容
为了解决上述现有技术问题，本发明的目的在于提供一种锅炉燃烧室出口燃烧气体温度的确定系统及方法，在设定燃烧室出口温度的任意基准值的基础上，使用该值对锅炉的最后管组排出的低温燃烧气体温度进行计算，然后将其与实际测量的低温燃烧气体温度进行比较，在计算值与实际测量值不一致的情况下，改变燃烧室出口温度的基准值的同时反复进行上述过程，在计算值与实际测量值一致的情况下，将燃烧室出口的设定温度确认为实际的温度。
为了达到上述目的，本发明的第一方面在于，提供一种锅炉燃烧室出口燃烧气体温度的确定系统，其包括：测量器部，由测量锅炉的最后管组排出的低温燃烧气体温度、各管组的蒸汽温度以及压力的多个传感器组成；数据传送部，实时地接收来自上述测量器部的模拟实测值，并将其转换成性能计算所需要的数字信号后进行传送；燃烧室出口温度计算部，在假设燃烧室出口燃烧气体温度Gexit的任意基准值的基础上，假设第一管组的气体温度G1，按照WG*Cp*(Gexit-G1)计算该假设的气体的放热量，按照Ws*Cp*(Slinlet-Sloutlet)计算蒸汽的吸热量，按照Sloutlet＝Slinlet+假设的气体放热量/Ws*Cp计算蒸汽的温度，计算燃烧气体的热函hG、蒸汽的热函hS以及总的热传递系数U，按照U*A*LMTD计算气体放热量，求出气体温度G1，判断假设的气体温度与使用对数平均温度差LMTD得到的气体温度是否一致，通过相同的处理顺序求出第二管组的气体温度G2，通过反复进行相同的处理顺序，求出锅炉的最后管组排出的低温燃烧气体的温度Gn，此时，如果计算求出的气体温度Gn与实际测量的气体温度相同，则结束计算，如果计算求出的气体温度Gn与实际测量的气体温度不同，则从燃烧室出口燃烧气体温度Gexit的基准值增减一定的值，同时通过从头再次反复进行上述计算过程直至气体温度Gn的计算值与测量值一致，求出一致时的燃烧室出口燃烧气体温度Gexit，其中，WG表示锅炉燃烧气体的流量，其单位为kg/hr；Ws表示从锅炉流向管内部的蒸汽的流量，其单位为kg/hr，Cp表示定压比热，是对某种流体的温度提高1℃时的所需热量，其单位为kcal/kg℃，例如，在蒸汽中该定压比热指蒸汽吸热量计算用蒸汽的定压比热，在燃烧气体中该定压比热指气体放热量计算用气体的定压比热，Slinlet表示流入位于锅炉燃烧室出口的第一个位置的管组的蒸汽的入口温度，其单位为℃，Sloutlet表示从位于锅炉燃烧室出口的第一个位置的管组流出的蒸汽的出口温度，其单位为℃，A表示计算气体放热时使用的管组的面积，其单位为m2。
此外，本发明的第二方面在于，提供一种锅炉燃烧室出口燃烧气体温度的确定方法，包括以下步骤：在假设燃烧室出口燃烧气体温度Gexit的任意基准值的基础上，假设第一管组的气体温度G1；按照WG*Cp*(Gexit-G1)计算该假设的气体的放热量；按照Ws*Cp*(Slinlet-Sloutlet)计算蒸汽的吸热量；由于蒸汽吸热量按照气体放热量的大小增加，即，假设的气体放热量＝蒸汽吸热量，因此按照Sloutlet＝Slinlet+(假设的气体放热量/Ws*Cp)计算蒸汽的温度；计算燃烧气体的热函hG、蒸汽的热函hS以及总的热传递系数U；按照U*A*LMTD计算气体放热量；求出气体温度G1；判断假设的气体温度与使用对数平均温度差LMTD的气体温度是否一致；通过相同的处理顺序求出第二管组的气体温度G2，直至求出锅炉的最后管组排出的低温燃烧气体的温度Gn；此时，如果求出的气体温度Gn的计算值与实际测量的值相同，则结束计算，如果求出的气体温度Gn的计算值与实际测量的值不同，则假设燃烧室出口燃烧气体温度Gexit的其他任意的值，并通过从头再次反复进行上述计算过程直至气体温度Gn的计算值与测量值一致，求出一致时的燃烧室出口燃烧气体温度Gexit。
在本发明中，在将燃烧室出口温度设定为任意基准值的基础上，使用该值对锅炉的最后管组排出的低温燃烧气体温度进行计算，然后将其与实际测量的低温燃烧气体温度进行比较，因此，在计算值与实际测量值不一致的情况下，改变燃烧室出口温度的基准值的同时，反复进行上述过程，在计算值与实际测量值一致的情况下，可以将燃烧室出口的设定温度确认为实际的温度。
附图说明
图1是本发明的一个实施方式的锅炉燃烧室出口燃烧气体温度的确定系统的构成图；
图2是用于说明本发明一个实施方式的锅炉燃烧室出口燃烧气体温度的确定系统中的锅炉内的测量部位的图；
图3所示的是本发明的一个实施方式的锅炉燃烧室出口燃烧气体温度的确定方法的流程图。
符号说明
1测量器部 2数据传送部
3燃烧室出口温度计算部 4锅炉
具体实施方式
接下来，参照附图对本发明的优选实施方式进行详细说明，以使本发明所属技术领域的普通技术人员容易实施。通过优选实施方式的说明，包括本发明的目的、作用和效果，其他目的、特征以及动作上的优点将变得更加清楚。
本实施方式可以具有可实施的各种各样的例子，本实施方式只是为了帮助本领域技术人员的理解而选择的优选的实施方式。因此，本发明的技术思想并不由上述实施方式限定或者限制，在不脱离本发明技术思想的范围内，本发明可以进行各种各样的变化、添加以及变更，也可以是其他的等效实施方式。
图1是本发明的一个实施方式所述的锅炉燃烧室出口燃烧气体温度的确定系统的构成图。图2是用于说明本发明一个实施方式所述的锅炉燃烧室出口燃烧气体温度的确定系统中的锅炉内的测量部位的图。
如图1和图2所示，本发明的一个实施方式所述的锅炉燃烧室出口燃烧气体温度的确定系统，其包括：测量器部1，包括对锅炉4的最后管组4n排出的低温燃烧气体温度Gn、各管组41～4n的蒸汽温度以及压力进行测量的多个传感器；数据传送部2，实时地接收来自上述测量器1模拟实测值，并将其转换成性能计算所需的数字信号后进行传送；燃烧室出口温度计算部3，在假设燃烧室出口燃烧气体温度Gexit的任意基准值的基础上，假设第一管组41的气体温度G1，计算该假设的气体的放热量即WG*Cp*(Gexit-G1)以及蒸汽的吸热量即Ws*Cp*(Slinlet-Sloutlet)，计算蒸汽的温度Sloutlet＝Slinlet+(假设的气体放热量/Ws*Cp)，计算燃烧气体的热函hG、蒸汽的热函hS以及总的热传递系数U，计算气体放热量，即U*A*LMTD，求出气体温度G1，判断假设的气体温度与使用对数平均温度差LMTD的气体温度是否一致，接下来，通过相同的处理顺序求出第二管组42的气体温度G2，通过反复进行相同的处理顺序，求出锅炉4的最后管组4n的气体温度Gn，也就是求出排出锅炉的低温燃烧气体温度Gn，此时，如果计算求出的气体温度Gn与实际测量的气体温度相同，则结束计算，如果计算求出的气体温度Gn与实际测量的气体温度不同，则将燃烧室出口燃烧气体温度Gexit的基准值增减一定的值，同时通过从头再次反复进行上述计算过程直至气体温度Gn的计算值与测量值一致，求出一致时的燃烧室出口燃烧气体温度Gexit，其中，WG表示锅炉燃烧气体的流量，其单位为kg/hr；Ws表示从锅炉流向管内部的蒸汽的流量，其单位为kg/hr，Cp表示定压比热，是对某种流体的温度提高1℃时的所需热量，其单位为kcal/kg℃，例如，在蒸汽中该定压比热指蒸汽吸热量计算用蒸汽的定压比热，在燃烧气体中该定压比热指气体放热量计算用气体的定压比热，Slinlet表示流入位于锅炉燃烧室出口的第一个位置的管组的蒸汽的入口温度，其单位为℃，Sloutlet表示从位于锅炉燃烧室出口的第一个位置的管组流出的蒸汽的出口温度，其单位为℃，A表示计算气体放热时使用的管组的面积，其单位为m2。也就是说，本发明的一个实施方式所述的锅炉燃烧室出口燃烧气体温度的确定系统硬件方面大致由三个部分组成，各部分相互有机地连接依次实现各自的功能。
图3所示的是本发明的一个实施方式所述的锅炉燃烧室出口燃烧气体温度的确定方法的流程图。
如图3所示，本发明的一个实施方式所述的锅炉燃烧室出口燃烧气体温度的确定方法包括：步骤S10：在假设燃烧室出口燃烧气体温度Gexit的任意基准值的基础上，假设第一管组41的气体温度G1；步骤S20：计算该假设的气体的放热量，即WG*Cp*(Gexit-G1)；步骤S30：计算蒸汽的吸热量，即，Ws*Cp*(Slinlet-Sloutlet)；步骤S40：由于蒸汽吸热量按照气体放热量的大小增加，即，假设的气体放热量＝蒸汽吸热量，由此计算蒸汽的温度，Sloutlet＝Slinlet+(假设的气体放热量/Ws*Cp)；步骤S60：计算燃烧气体的热函hG、蒸汽的热函hS以及总的热传递系数U；步骤S70：计算气体放热量，即，U*A*LMTD；步骤S80：求出气体温度G1；步骤S90：判断假设的气体温度与使用对数平均温度差LMTD的气体温度是否一致；通过相同的处理顺序求出气体温度G2的计算值，直至求出锅炉排出的低温燃烧气体温度Gn的计算值的步骤；此时，如果求出的气体温度Gn的计算值与实际测量的值相同，则结束计算，如果求出的气体温度Gn的计算值与实际测量的值不同，则在假设燃烧室出口燃烧气体温度Gexit的其他任意值的基础上，通过从头再次反复进行上述计算过程直至气体温度Gn的计算值与测量值一致，求出一致时的燃烧室出口燃烧气体温度Gexit。
接下来，对上述结构的本发明的一个实施方式所述的锅炉燃烧室出口燃烧气体温度的确定系统以及方法的作用进行说明。
锅炉4大致分成释放能量的气体区域和吸收能量的蒸汽区域。
在燃烧室燃烧产生的高温燃烧气体将能量传递给在设置于锅炉4内的多个管组41～4n内流动的蒸汽，结果，燃烧气体的温度变低，相反，蒸汽温度变高。
也就是说，高温的燃烧气体将能量提供给蒸汽以后，变成低温气体并排出锅炉4。
测量器1测量与燃烧室出口燃烧气体温度计算相关的锅炉的主要部分的温度和压力值，并将该值输出给数据传送部2。
起到在线平台作用的数据传送部2实时地接收来自上述测量器的模拟实测值，将该值转换成性能计算所需的数字信号，并将其转换后的数据提供给燃烧室出口温度计算部3。
燃烧室出口温度计算部3使用由数据传送部2传送的数据进行燃烧室出口燃烧气体温度的计算，并进行可提供该计算结果的存储和检索功能的在线计算。接下来，对上述燃烧室出口温度计算部3的计算顺序进行说明。
首先，在步骤S10，燃烧室出口温度计算部3在假设燃烧室出口燃烧气体温度Gexit的任意基准值的基础上，假设第一管组41的气体温度G1。上述基准值的初始值设定在例如1200±100℃的范围，第一管组41的气体温度G1设定在比燃烧室出口燃烧气体温度Gexit低30～100℃的范围。
随后，在步骤20，燃烧室出口温度计算部3计算假设的燃烧室出口燃烧气体的放热量，即，WG*Cp*(Gexit-G1)。
随后，在步骤30，燃烧室出口温度计算部3计算第一管组41的蒸汽的吸热量，即，Ws*Cp*(Slinlet-Sloutlet)。
随后，由于在锅炉4中蒸汽吸热量按照气体放热量的大小增加，如果假设的气体放热量＝蒸汽的吸热量，则在步骤40，以下述算式计算蒸汽的温度Sloutlet。
Sloutlet＝Slinlet+(假设的气体放热量/Ws*Cp)
随后，在步骤S60，燃烧室出口温度计算部3计算燃烧气体的热函hG、蒸汽的热函hS以及总的热传递系数U。
随后，在步骤S70，燃烧室出口温度计算部3使用求出其他气体放热量的算式计算气体放热量，即，U*A*LMTD。
在此，A为管路的表面积，LMTD为对数平均温度差。
上述对数平均温度差LMTD通过以下算式求解：
LMTD＝((Gexit-Slinlet)-(G1-Sloutlet))/ln((Gexit-Slinlet)/(G1-Sloutlet))
随后，在步骤S80，燃烧室出口温度计算部3求出气体温度G1。
随后，在步骤S90，燃烧室出口温度计算部3判断假设的气体温度G1与使用对数平均温度差LMTD的气体温度是否一致。
通过与上述相同的处理顺序，燃烧室出口温度计算部3求出第二管组42的气体温度G2，通过反复进行此处理顺序，直至求出锅炉4排出的低温燃烧气体的温度Gn。
此时，如果求出的气体温度Gn的计算值与测量器1实际测量的气体温度Gn相同，则结束计算。
另一方面，如果求出的气体温度Gn的计算值与测量器1实际测量的气体温度不同，则燃烧室出口温度计算部3从燃烧室出口燃烧气体温度Gexit的基准值增减一定的值的同时，通过从头反复进行上述计算过程直至气体温度Gn的计算值与测量值一致，如果气体温度Gn的计算值与测量值一致，则将此时假设的燃烧室出口燃烧气体温度Gexit作为实际的燃烧室出口燃烧气体温度。
Claims (6)
1.一种锅炉燃烧室出口燃烧气体温度的确定系统，其特征在于，包括：
测量器部，由测量锅炉的最后管组排出的低温燃烧气体温度、各管组的蒸汽温度以及压力的多个传感器组成；
数据传送部，实时地接收来自所述测量器部的模拟实测值，并将该值转换成性能计算所需的数字信号后进行传送；
燃烧室出口温度计算部，在假设燃烧室出口燃烧气体温度Gexit的任意基准值的基础上，假设第一管组的气体温度G1，按照WG*Cp*(Gexit-G1)计算所述假设的气体的放热量，按照Ws*Cp*(S1inlet-S1outlet)计算蒸汽的吸热量，按照S1outlet＝S1inlet+假设的气体放热量/Ws*Cp计算蒸汽的温度，计算燃烧气体的热函hG、蒸汽的热函hS以及总的热传递系数U，按照U*A*LMTD计算气体放热量，求出气体温度G1，判断假设的气体温度与使用对数平均温度差LMTD的气体温度是否一致，按照相同的处理顺序求出第二管组的气体温度G2，通过反复进行相同的处理顺序，求出锅炉的最后管组排出的低温燃烧气体的温度Gn，此时，如果计算求出的气体温度Gn与实际测量的气体温度相同，则结束计算，如果计算求出的气体温度Gn与实际测量的气体温度不同，则将燃烧室出口燃烧气体温度Gexit的基准值增减一定的值，同时通过从头再次反复进行上述计算过程，直至气体温度Gn的计算值与测量值一致，求出一致时的燃烧室出口燃烧气体温度Gexit，其中，WG表示锅炉燃烧气体的流量；Ws表示从锅炉流向管内部的蒸汽的流量，Cp表示定压比热，S1inlet表示流入位于锅炉燃烧室出口的第一个位置的第一管组的蒸汽的入口温度，S1outlet表示从位于锅炉燃烧室出口的第一个位置的第一管组流出的蒸汽的出口温度，A表示计算气体放热时使用的管组的面积，
其中所述对数平均温度差LMTD按如下方式获得：
LMTD＝((Gexit-S1inlet)-(G1-S1outlet))/ln((Gexit-S1inlet)/(G1-S1outlet))。
2.如权利要求1所述的锅炉燃烧室出口燃烧气体温度的确定系统，其中所述基准值的初始值范围为1200±100℃。
3.如权利要求1所述的锅炉燃烧室出口燃烧气体温度的确定系统，其中所述第一管组的气体温度G1以比燃烧室出口燃烧气体温度Gexit低30～100℃的范围进行设定。
4.一种锅炉燃烧室出口燃烧气体温度的确定方法，其特征在于，包括以下步骤：
在假设燃烧室出口燃烧气体温度Gexit的任意基准值的基础上，假设第一管组的气体温度G1；
按WG*Cp*(Gexit-G1)计算所述假设的气体的放热量，其中，WG表示锅炉燃烧气体的流量，Cp表示定压比热；
按Ws*Cp*(S1inlet-S1outlet)计算蒸汽的吸热量，其中，Ws表示从锅炉流向管内部的蒸汽的流量，S1inlet表示流入位于锅炉燃烧室出口的第一个位置的第一管组的蒸汽的入口温度，S1outlet表示从位于锅炉燃烧室出口的第一个位置的第一管组流出的蒸汽的出口温度；
由于蒸汽吸热量按照气体放热量的大小增加，即，假设的气体放热量＝蒸汽吸热量，按照S1outlet＝S1inlet+(假设的气体放热量/Ws*Cp)计算蒸汽的温度；
计算燃烧气体的热函hG、蒸汽的热函hS以及总的热传递系数U；
计算气体放热量，即U*A*LMTD，其中，A表示计算气体放热时使用的管组的面积；
求出气体温度G1；
判断假设的气体温度与使用对数平均温度差LMTD得到的气体温度是否一致；
按照相同的处理顺序求出第二管组的气体温度G2，直至求出锅炉的最后管组排出的低温燃烧气体的温度Gn；
此时，如果求出的气体温度Gn的计算值与实际测量的值相同，则结束计算，如果求出的气体温度Gn的计算值与实际测量的值不同，则设定燃烧室出口燃烧气体温度Gexit为其他任意的值，并通过从头再次反复进行上述计算过程直至气体温度Gn的计算值与测量值一致，求出一致时的燃烧室出口燃烧气体温度Gexit，
其中所述对数平均温度差LMTD按如下方式获得：
LMTD＝((Gexit-S1inlet)-(G1-S1outlet))/ln((Gexit-S1inlet)/(G1-S1outlet))。
5.如权利要求4所述的锅炉燃烧室出口燃烧气体温度的确定方法，其中所述基准值以1200±100℃的范围设定初始值。
6.如权利要求4所述的锅炉燃烧室出口燃烧气体温度的确定方法，其中所述第一管组的气体温度G1以比燃烧室出口燃烧气体温度Gexit低30～100℃的范围进行设定。
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