CN204042968U - 煤粉锅炉数字化燃烧控制和优化*** - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种煤粉锅炉数字化燃烧控制和优化***，包括煤粉分配调平控制装置和燃烧器空燃比数字化调整装置，煤粉分配调平控制装置包括第一控制单元和设置在每根煤粉输送管内的煤粉流速传感器、煤粉浓度传感器、节流阀以及设置在煤粉分配器内的煤粉浓度调节板；第一控制单元根据煤粉流速偏差和质量流量偏差调整节流阀和煤粉调整板；燃烧器空燃比数字化调整装置包括第二控制单元和设置在每根二次送风管内的风速传感器、二次风调节门，第二控制单元根据各燃烧器之间的空燃比及偏差，调整节流阀、煤粉调整板和二次风调节门。本实用新型，通过煤粉分配调平以及二次风量的合理调整，实现了煤粉锅炉燃烧过程的数字化控制，优化锅炉燃烧过程。
Description
技术领域
本实用新型涉及大型燃煤电厂煤粉锅炉，具体涉及煤粉锅炉数字化燃烧控制和优化***。
背景技术
煤粉锅炉的数字化燃烧控制和优化是实现火电厂节能减排的重要技术途径。对于大型煤粉锅炉，运行中煤粉燃料的分配是否均匀，一、二次配风是否合理，将直接影响到机组运行的经济性、安全性和环保水平。由于锅炉炉内煤粉燃烧过程的复杂性,运行人员只能根据自己长期积累的运行经验进行燃烧调整。
如今，国内大型火电发电机组一般都配有DCS(Distributed Control System，分布式控制***)，DCS虽提高了锅炉运行的自动化水平,但缺少对锅炉燃烧运行配风、配煤方式的优化。主要体现在：
(1)煤粉锅炉每台磨煤机通常都配有4～8只煤粉燃烧器，由于煤粉锅炉在运行过程中，每只煤粉燃烧器输入的煤粉质量流量可能会发生改变而不尽相同，因此，需要实时调节每只煤粉燃烧器的煤粉质量流量，并保证每台磨煤机各煤粉燃烧器之间的偏差不超过±10％，这就是煤粉分配调平。然而，由于没有仪器可以直接在线测量煤粉质量流量，因此，目前通常的作法是：在冷态工况下以空气代替煤粉进行分配调平的标定，然后以可调缩孔挡板的调整空气流速，这种分配调平方式可能会导致相当高的分配偏差，最高可达±30～±50％，不但影响锅炉的安全运行，也不利于降低煤耗以及污染物的排放。
(2)现有的二次风控制是根据锅炉尾部烟气中的含氧量作为反馈量进 行控制，没有针对每个煤粉燃烧器的煤粉质量流量进行精确调整，也就是说无法对每个燃烧器的过量空气系数进行控制，因此二次配风的准确性不高，从而造成煤粉燃烧达不到最佳效果，效率较低，进而影响煤粉锅炉的安全性、经济性和环保性。
由此可见，对现有煤粉锅炉的燃烧优化控制方法进行改进，以进一步提高煤粉燃烧的效率，使煤粉锅炉可靠、安全、经济地运行，是目前燃煤发电行业的当务之急。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是解决现有煤粉锅炉的燃烧优化控制方式无法进一步提高煤粉燃烧的效率及降低氮氧化物排放浓度的问题。
为了解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是提供一种煤粉锅炉数字化燃烧控制和优化***，包括煤粉分配调平控制装置和燃烧器空燃比数字化调整装置，
所述煤粉分配调平控制装置包括第一控制单元和设置在每根煤粉输送管内的煤粉流速传感器、煤粉浓度传感器、节流阀以及设置在煤粉分配器内的煤粉浓度调节板；所述煤粉流速传感器包括设置在煤粉输送管上、下游的第一、第二传感器，根据所述第一、第二传感器检测信号获得所述煤粉流速，并传送给所述第一控制单元；所述煤粉浓度传感器包括设置在煤粉输送管内的微波发射传感器和微波接收传感器，根据微波发射传感器和微波接收传感器的检测信号获得煤粉浓度，并传送给所述第一控制单元；所述第一控制单元能够实时调整各煤粉输送管内的节流阀的开度和各煤粉输送管入口处的煤粉调整板的角度；
所述燃烧器空燃比数字化调整装置包括第二控制单元以及设置在每根二次送风管内的风速传感器以及二次风调节门，所述风速传感器实时检测得到二次送风管中的二次风流速，并传送给所述第二控制单元，所述第二 控制单元能够实时调整每根煤粉输送管的节流阀的开度、各煤粉调整板的角度以及每个燃烧器二次风调节门的开度。
本实用新型，通过煤粉分配调平以及一、二次风量的合理调整，精确地控制每只煤粉燃烧器的空燃比，实现了煤粉锅炉的数字化燃烧控制和优化，大大提高了煤粉燃烧的效率，使煤粉锅炉可靠、安全、经济地运行，减少了尾气排放，节能环保。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
具体实施方式
本实用新型提供的煤粉锅炉数字化燃烧控制和优化***，通过煤粉分配调平以及一、二次风量的合理调整，精确地控制每只煤粉燃烧器的空燃比，大大提高了煤粉燃烧的效率，下面结合说明书附图和具体实施方式对本实用新型做出详细的说明。
本实用新型提供的煤粉锅炉数字化燃烧控制和优化***，包括煤粉分配调平控制装置和燃烧器空燃比数字化调整装置。
如图1所示，煤粉分配调平控制装置包括第一控制单元11和设置在每根煤粉输送管10内的煤粉流速传感器、煤粉浓度传感器16、节流阀12以及设置在煤粉分配器内的煤粉浓度调节板13。
煤粉流速传感器由第一、第二传感器14、15组成，分别设置在煤粉输送管10的上、下游，第一、第二传感器14、15实时检测得到每根煤粉输送管Tji内的煤粉流速Vji，并传送给第一控制单元。
煤粉浓度传感器16由设置在煤粉输送管Tji内的微波发射传感器和微波接收传感器组成，二者可集成为一体。煤粉浓度传感器16实时检测获得每根煤粉输送管Tji内的煤粉浓度Cji，并传送给第一控制单元。
第一控制单元上设有第一比较模块和第一控制模块。
第一比较模块根据每根煤粉输送管Tji内的煤粉流速Vji和煤粉质量流量Qji获得各煤粉输送管之间的煤粉流速偏差和煤粉质量流量偏差。
第一控制模块根据各煤粉输送管之间的煤粉流速偏差和煤粉质量流量偏差发出第一控制信号，实时调整各煤粉输送管内的节流阀12的开度和各煤粉调整板13的角度，使得各煤粉输送管Tji内的煤粉流速Vji偏差小于±5％，同时各煤粉输送管Tji内的煤粉质量流量Qji偏差小于±10％。
其中，每根煤粉输送管Tji的煤粉质量流量Qji＝粉煤浓度Cji×煤粉流速Vji×煤粉输送管横截面积Sji，j＝1～m，m为煤粉燃烧器的个数，i＝1～n，n为每台锅炉所配的磨煤机的数量。
通过设置在煤粉输送管Tji上、下游的第一、第二传感器获得煤粉流速Vji的方法如下：
通过第一、第二传感器分别得到煤粉在流动过程中由静电产生的第一、第二随机信号；
采用交叉相关计算方法得到所述第一、第二随机信号之间的时差Tji；
根据Vji＝Lji/Tji得到所述煤粉流速Vji，其中：Lji为相应煤粉输送管上第一、第二传感器之间的距离。
通过设置在煤粉输送管Tji内的微波发射传感器和微波接收传感器，采用微波谐振测量原理，得到所述煤粉浓度Cji的方法如下：
测量煤粉输送管Tji在没有输送煤粉状态下的微波信号的谐振频率f1ji；
测量煤粉输送管Tji在输送煤粉状态下微波信号的谐振频率f2ji；
根据Cji＝△f×k计算得到所述煤粉浓度Cji，其中：Cji为煤粉浓度；△f为谐振频率变化量，△f＝f1-f2；k为频率浓度因子，k为频率浓度因子，根据磨煤机的原煤输入量、各根煤粉输送管内的煤粉流速、煤粉浓度以及f1和f2预先对磨煤机进行标定获得。
通过磨煤机标定频率浓度因子k的方法如下：
(1)通过皮带输送机均匀向磨煤机供煤，并通过皮带输送机上的皮带称测量一段时间(如10分钟)内第i台磨煤机的原煤输入量Mi；
(2)测量该磨煤机每根煤粉输送管的煤粉流速Vji和相应的谐振频率f1ji、谐振频率f2ji；
(3)根据公式：计算得到k值，Sji为煤粉输送管的截面积。
燃烧器空燃比数字化调整装置包括第二控制单元21以及设置在每根二次送风管20内风速传感器以及二次风调节门23，二次送风管20内的风速传感器与煤粉流速传感器结构相同，也是由两个静电信号传感器组成。风速传感器实时检测得到二次送风管中的二次风流速，并传送给第二控制单元。
第二控制单元上设有第二比较模块和第二控制模块。
第二比较模块根据二次风流速获得每只煤粉燃烧器(燃烧器1、2、3和40的当前二次风量A2ji，然后，根据当前二次风量A2ji、煤粉输入量Qji和一次风中的空气含量A1ji获得各燃烧器之间的空燃比偏差，使每组燃烧器之间的空燃比偏差小于±10％。根据飞灰含碳量、尾部烟气中的氧量和一氧化碳浓度变化趋势获得每只燃烧器的空燃比与设定值之间的偏差。
获得当前二次风量A2ji方法如下：
根据公式计算得到每只煤粉燃烧器的实时一次风中的空气含量A1ji；式中：Vji为每根煤粉输送管内煤粉流速，A1i为每台磨煤机一次配风总量，AMi为每台磨煤机的密封风总量；
根据风速传感器检测并计算得到的单个燃烧器的二次风量A2ji，计算出每只煤粉燃烧器的空燃比AFji＝(A1ji+A2ji)/Fji，其中Fji为每只燃烧器的煤粉质量流量。
第二控制模块根据各燃烧器之间的空燃比偏差发出第二控制信号，实 时调整相应煤粉燃烧器的二次风调节门23的开度，使每台磨煤机所对应煤粉燃烧器之间的空燃比偏差小于±10％。并根据每只燃烧器的空燃比与最佳设定值之间的偏差，发出第三控制信号，实时调整每根煤粉输送管的节流阀12的开度、各煤粉调整板13的角度以及二次风调节门23的开度，使各燃烧器的空燃比达到最佳设定值，优化每个燃烧器的空燃比。
本实用新型的突出优点体现在以下几个方面：
(1)实现了磨煤机的煤粉分配的精确调平。煤粉锅炉通常利用直吹式制粉***为煤粉燃烧器提供煤粉，每台磨煤机所对应的每组燃烧器的数量为4～8只，如燃烧器1、2、3和4。根据设计规范和标准，每一组燃烧器之间的煤粉质量流量分配偏差要小于±10％。决定煤粉分配偏差的主要因素有煤粉输送管之间流动阻力偏差、煤粉浓度偏差、煤粉细度以及一次风煤比。当煤粉细度及一次风煤比达到规定范围以后，就要通过调节煤粉流速和浓度进行煤粉分配调平。本实用新型，通过对煤粉浓度和煤粉流速的直接在线实施监测，并利用全自动节流阀和全自动煤粉浓度调节装置自动调节，使得煤粉浓度和煤粉流速均被控制在有效偏差内，为提高煤粉燃烧效率打下了基础。
(2)燃烧器空燃比的调整综合考虑了一次风量的变化。目前，二次风量调节的主要依据为锅炉尾部烟气中的含氧量。但是，影响燃烧效果的最主要参数是过量空气系数，即空燃比。本实用新型，实现了对每个燃烧器空燃比的准确计量，从而可以精确控制二次风量，保证每组燃烧器之间的过量空气系数均匀一致，由此提高了煤粉的燃烧效率，并降低氮氧化物的排放量。
本实用新型不局限于上述最佳实施方式，任何人应该得知在本实用新型的启示下作出的结构变化，凡是与本实用新型具有相同或相近的技术方案，均落入本实用新型的保护范围之内。
Claims (1)
1.煤粉锅炉数字化燃烧控制和优化***，其特征在于，包括煤粉分配调平控制装置和燃烧器空燃比数字化调整装置，
所述煤粉分配调平控制装置包括第一控制单元和设置在每根煤粉输送管内的煤粉流速传感器、煤粉浓度传感器、节流阀以及设置在煤粉分配器内的煤粉浓度调节板；所述煤粉流速传感器包括设置在煤粉输送管上、下游的第一、第二传感器，根据所述第一、第二传感器检测信号获得所述煤粉流速，并传送给所述第一控制单元；所述煤粉浓度传感器包括设置在煤粉输送管内的微波发射传感器和微波接收传感器，根据微波发射传感器和微波接收传感器的检测信号获得煤粉浓度，并传送给所述第一控制单元；所述第一控制单元能够实时调整各煤粉输送管内的节流阀的开度和各煤粉输送管入口处的煤粉调整板的角度；
所述燃烧器空燃比数字化调整装置包括第二控制单元以及设置在每根二次送风管内的风速传感器以及二次风调节门，所述风速传感器实时检测得到二次送风管中的二次风流速，并传送给所述第二控制单元，所述第二控制单元能够实时调整每根煤粉输送管的节流阀的开度、各煤粉调整板的角度以及每个燃烧器二次风调节门的开度。
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