DE19532539A1 - Process for monitoring power plant output firing - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung einer Leistungsfeuerung, z. B. eines Dampferzeugers eines Kraftwerkes, mit in den Feuerraumwänden ggf. in mehreren Ebenen angeordneten Brennern oder Brennergruppen für feste, staubförmige, gasförmige oder flüssige Brennstoffe.The invention relates to a method for monitoring a power burner, for. B. one Steam generator of a power plant, possibly in several in the combustion chamber walls Level burners or burner groups for solid, dusty, gaseous ones or liquid fuels.
Ergebnis- und Wirkungsgrößen großer Feuerungen werden bisher nur summarisch erfaßt. So steht z. B. bei einer Kohlenstaubfeuerung einer Vielzahl von Eingangsgrößen - Verbrennungsluft- und Brennstoffströme, die vielfach in Gruppen zusammengefaßt und zum Teil nur mittelbar gemessen werden - nur jeweils eine Ergebnisgröße, z. B. der Wärmestrom gemessen als Dampfstrom oder eine Emissionsgröße wie CO oder NOx gegenüber.The results and effect sizes of large furnaces have so far only been summarized. So it says. B. with coal dust firing a variety of input variables - combustion air and fuel flows, which are often grouped together and sometimes only measured indirectly - only one result variable, e.g. B. the Heat flow measured as a steam flow or an emission variable such as CO or NOx across from.
Die einzelnen Beiträge der Brennstoff- und Verbrennungsluftströme der Brenner, Brennergruppen oder Wärmeströme in Feuerraum- und Rauchgaswegabschnitten werden hieraus nicht oder nicht ohne weiteres erkannt. So werden zu ungleichen Wärmestromverteilungen über Feuerraumheizflächen führende Einzelbeiträge der Wärmeentbindungen oder Heizflächenverschmutzungen im Feuerraum lediglich mit punktuellen Temperaturmessungen über den Rauchgasweg nur abschnittsweise und für den einzelnen Abschnitt auch nur summarisch überwacht.The individual contributions of the fuel and combustion air flows of the burners, Burner groups or heat flows in the combustion chamber and flue gas path sections not recognized from this or not readily recognized. So become unequal Heat flow distributions via individual heating contributions from the combustion chamber heating surfaces Heat release or heating surface contamination in the combustion chamber only with selective temperature measurements via the flue gas path only in sections and for the individual section is only monitored in summary.
In großen Feuerräumen erfassen Meßentnahmesonden zur Gasanalyse oder Absaugepyrometer zur Temperaturmessung nur Randbereiche des Feuerraumes und jeweils auch nur einen Punkt im Randbereich. Betriebliche Anwendungen z. B. von Absaugepyrometern in Feuerräumen sind von Randbereichen abgesehen praktisch nicht möglich, da die äußeren Beanspruchungen und Störeinwirkungen auf in Feuerräume eintauchenden Absaugepyrometern groß sind und eine dauerhafte fehlerfreie Messung verhindern.In large combustion chambers, sampling probes for gas analysis or Extraction pyrometer for temperature measurement only edge areas of the combustion chamber and only one point in the border area. Operational applications e.g. B. from Exhaust pyrometers in fire rooms are practically not apart from peripheral areas possible, as the external stresses and disturbances in fire rooms immersion suction pyrometers are large and a permanent error-free measurement prevent.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur verbesserten Überwachung und Führung einer Leistungsfeuerung anzugeben. The object of the present invention is to provide a method for improved monitoring and management of a power burner.
Bei einem Verfahren der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß an repräsentativen Orten zumindest eines Feuerraumabschnittes Niveau und Verteilung einer das Verbrennungsergebnis beschreibenden Kenngröße gemessen wird, daß die Kenngröße in Abhängigkeit der Zeit und in Abhängigkeit sowohl von den Feuerungseingangsgrößen, insbesondere vom Massenstrom und der Aufteilung des Brennstoffes und der Verbrennungsluft, als auch der Feuerungsausgangsgrößen, insbesondere der Feuerungswärmeleistung und den Emissionsgrößen, erfaßt wird und daß daraus Leitgrößen mit ihren Werten zur Überwachung und/oder Regelung und Steuerung der Feuerführung bereitgestellt werden.In a method of the type mentioned, this object is achieved in that level and distribution at representative locations of at least one section of the combustion chamber a parameter describing the combustion result is measured that the Characteristic depending on the time and depending on both Firing input variables, in particular of the mass flow and the distribution of the Fuel and the combustion air, as well as the combustion output variables, in particular the combustion thermal output and the emission quantities, is recorded and that from this guide values with their values for monitoring and / or regulation and Control of fire control can be provided.
Unter dem Begriff repräsentative Orte sind hier örtlich genau definierte Meßpunkte, Meßstrecken, begrenzte Meßflächen- oder Meßraumelemente zu verstehen.The term representative locations here are precisely defined measuring points, Understand measuring sections, limited measuring surface or measuring room elements.
Als Kenngrößen zur Beschreibung bzw. Bewertung der Verbrennungsergebnisse können insbesondere Niveau und Verteilung der Temperatur in einem Feuerraumquerschnitt, Niveau und/oder Verteilung des CO- und O₂-Gehaltes und/oder Radikale oder der NOx-Gehalt der Verbrennungsgase, repräsentiert und lokalisiert durch ein System von Meßpunkten, Meßstrecken, Meßflächen oder Meßraumelementen dienen.As parameters for the description or evaluation of the combustion results, in particular the level and distribution of the temperature in a combustion chamber cross section, the level and / or distribution of the CO and O₂ content and / or radicals or the NO x content of the combustion gases, represented and localized by a System of measuring points, measuring sections, measuring surfaces or measuring room elements.
Bei Verwendung der Temperatur wird das Temperaturniveau und die Temperaturverteilung zweckmäßigerweise in einem Feuerraumquerschnitt im Verbrennungsablauf oberhalb der Brenner erfaßt.When using the temperature, the temperature level and temperature distribution expediently in a combustion chamber cross-section in the combustion process above the Burner detected.
Aus einer Korrelation der Temperaturkenngrößen mit den Feuerungsausgangsgrößen lassen sich obere und untere Bereichsgrenzwerte für das Temperaturverhalten in Abhängigkeit der Feuerungseingangsgrößen zur Feuerführung definieren, mit denen dann die jeweils gerade gemessenen Ist-Werte verglichen werden können. So deutet z. B. ein Ansteigen des Temperaturniveaus bei gleicher thermischer Wärmeleistung auf einen größer werdenden Leistungsanteil der oberen Brenner oder auf eine steigende Verschmutzung der Feuerraumheizflächen hin. From a correlation of the temperature parameters with the combustion output parameters upper and lower range limit values for the temperature behavior in Define the dependency of the combustion input variables for fire control, with which then the currently measured actual values can be compared. So z. B. a The temperature level rises to the same for the same thermal output increasing power share of the upper burner or to a rising Contamination of the firebox heating surfaces.
So weisen Temperaturniveau und die Temperaturverteilung auf Zusammenhänge mit der Feuerungswärmeleistung und somit mit dem Gesamt-Brennstoffstrom hin. So haben z. B. unterschiedlich große Mühlen- bzw. Brennergruppen-Brennstoffströme verschiedene Temperaturniveaus und Temperaturverteilungen, insbesonders unterschiedliche Schieflagen der Temperaturmaxima und -minima in einem Feuerraumquerschnitt oberhalb der Brenner zur Folge. Ihre Auswirkungen werden mit den Meßsystemen geortet und lokalisiert. Sind z. B. zwei oder mehrere Brenner mit einer Mühle verbunden und zu einer Brennergruppe zusammengefaßt, so können aus einer ungleichmäßigen Aufteilung der Brennstoffströme zu den Einzelbrennern entsprechende Schieflagen der Feuerung mit entsprechenden Temperaturverteilungen entstehen, die mit den Meßsystemen laufend erkannt, überwacht und auf ihre Ursache mit deren Lokalisierung zurückgeführt werden können.So temperature level and the temperature distribution point to connections with the Firing heat output and thus with the total fuel flow. So z. B. different sized mill or burner group fuel flows different Temperature levels and temperature distributions, especially different ones Oblique positions of the temperature maxima and minima in a combustion chamber cross section above the burner resulted. Their effects are located with the measuring systems and localized. Are z. B. two or more burners connected to a mill and one Burner group summarized, so can from an uneven distribution of Fuel flows to the individual burners with corresponding misalignments of the furnace Corresponding temperature distributions arise, which are ongoing with the measuring systems recognized, monitored and traced back to their cause with their localization can.
Eine durch einen einzelnen Brenner einer Brennergruppe verursachte Schieflage läßt sich beeinflussen, wenn jeder Brenner mit eigenen Stelleinrichtungen oder Brennergruppen mit Stelleinrichtungen zur Änderung der Brennstoffaufteilung an Verzweigungsstellen der Brennstoff-Förderleitungen vor den Brennergruppen und Brennern ausgerüstet wird, so daß gezielt die Brennstoffströme der einzelnen Brennergruppen und/oder der Einzelbrenner beeinflußbar sind. Geschlossene Wirkungskreise, die einen geregelten und/oder gesteuerten Zusammenhang zwischen den definierten geometrischen Orten des Temperaturniveaus und der Temperaturverteilung im Feuerraumquerschnitt oberhalb der Brenner zu den Brennstoff- und Verbrennungsluftströmen der Brenner oder Brennergruppen herstellen, ermöglichen Korrekturen der Feuerlage im Verbrennungsablauf und von Feuerungsschieflagen. So können z. B. die Temperaturverhältnisse bzw. die Verteilung einer anderen charakteristischen Kenngröße wie CO,O₂-Gehalte der Verbrennungsgase an ausgeglichene Sollzustände, z. B. eine feuerraumachsensymmetrische Verteilung oder eine andere, jeweils einem Verbrennungssollzustand entsprechende Verteilung angepaßt werden.An imbalance caused by a single burner in a burner group can be avoided influence if each burner has its own actuators or burner groups Actuators for changing the fuel distribution at branch points of the Fuel delivery lines before the burner groups and burners is equipped, so that targeted the fuel flows of the individual burner groups and / or the Single burners can be influenced. Closed circles of action, the regulated one and / or controlled relationship between the defined geometric locations of the Temperature levels and the temperature distribution in the combustion chamber cross section above the Burner to the fuel and combustion air streams of the burners or Creating burner groups enables corrections to the fire situation in the Combustion process and combustion misalignments. So z. B. the Temperature conditions or the distribution of another characteristic parameter such as CO, O₂ contents of the combustion gases to balanced target conditions, for. Legs distribution that is symmetrical about the combustion chamber axis or another, each one Desired combustion state corresponding distribution to be adjusted.
Örtliche Kenngrößenwerte, z. B. der Temperatur an vergleichbaren Meßpunkten oder längs vergleichbarer Meßstrahlen bzw. Meßpfaden oder von vergleichbaren Raum- oder Flächenelementen lassen sich bei einer jeweils geringen Zahl von vergleichbaren Temperturmeßgrößen schneller, zuverlässiger und in einer geringeren Abhängigkeit voneinander über den zu überwachenden Querschnitt auswerten, wenn sie direkt zur Ermittlung von Gruppenkenngrößen und zu einer vergleichenden Auswertung wie Abweichungen vom jeweiligen zeitveränderlichen Gruppenmittelwert in ein entsprechendes mathematisches Modell eingegeben werden. Local characteristic values, e.g. B. the temperature at comparable measuring points or lengthways comparable measuring beams or measuring paths or of comparable spatial or Surface elements can be compared with a small number of comparable ones Temperature measurements faster, more reliably and with less dependency evaluate each other over the cross-section to be monitored if they go directly to the Determination of group parameters and for a comparative evaluation like Deviations from the respective time-varying group mean in one corresponding mathematical model can be entered.
Die Bestimmung von Temperaturniveau und Temperaturverteilung eines Feuerraumquerschnittes kann in relativ einfacher Weise durch das Erfassen der Berührungstemperaturen mit Absaugepyrometern an definierten Meßpunkten im Randbereich vor den Feuerraumwänden und ggf. von diesen Meßpunkten aus mit von Strahlungspyrometern erfaßten Strahlungstemperaturen erfolgen, wobei jeder Feuerraumwand mindestens ein Meßort in gleicher Höhe zugeordnet ist.The determination of temperature level and temperature distribution of a Firebox cross section can be obtained in a relatively simple manner by detecting the Contact temperatures with suction pyrometers at defined measuring points in the Edge area in front of the combustion chamber walls and, if necessary, from these measuring points with from Radiation pyrometers recorded radiation temperatures take place, each The combustion chamber wall is assigned at least one measuring point at the same height.
Zweckmäßigerweise werden die Temperaturverteilung und das Temperaturniveau jedoch aus den entlang geradliniger Temperaturpfade berührungslos gemessenen, mittleren Pfadtemperaturen bestimmt.However, the temperature distribution and the temperature level are expedient from the middle measured without contact along straight temperature paths Path temperatures determined.
Es ist vorteilhaft, mehrere gleichartig von Feuerungsart, Ausführung und Anordnung der Brenner und Brennergruppen gleichartig abhängige Temperaturpfade jeweils zu einer Pfadgruppe zusammenzufassen und die Abweichung der Pfadtemperatur jedes Einzelpfades der Pfadgruppe vom Gruppenmittelwert zu bestimmen. Daraus läßt sich in sehr einfacher Weise eine sog. Schieflage der Feuerung erkennen und orten und ihre Ursache lokalisieren.It is advantageous to have several similar types of furnaces, designs and arrangements Burners and burner groups of similarly dependent temperature paths each to one To summarize the path group and the deviation of the path temperature each To determine individual paths of the path group from the group mean. This can be seen in Detect and locate a so-called skewed position of the furnace in a very simple way Localize the cause.
Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, zur Bestimmung des Temperaturniveaus in konzentrischen Bereichen und der Temperaturverteilung innerhalb des Feuerraumquerschnittes eine oder mehrere, geschlossene, konzentrische Vielecke bildende Pfadgruppen anzuwählen, deren Temperaturpfade den Mittelpunkt des Feuerraumquerschnittes jeweils in gleichen oder verschiedenen Abständen regelmäßig und symmetrisch umgeben, während zur Bestimmung des Temperaturniveaus in zentralen Bereichen des Feuerraumquerschnittes und Ermittlung der Maximaltemperatur den Feuerraumquerschnitt durchquerende Temperaturpfade herangezogen werden.It has proven to be useful for determining the temperature level in concentric areas and the temperature distribution within the Firebox cross section one or more, closed, concentric polygons select path groups whose temperature paths form the center of the Firebox cross-section regularly at the same or different intervals and surrounded symmetrically while determining the temperature level in central Areas of the combustion chamber cross section and determination of the maximum temperature Temperature paths crossing the combustion chamber cross-section can be used.
Da die einzelnen gemessenen Pfadtemperaturen lediglich den integralen Mittelwert des Temperaturverlaufes über die gesamte Pfadlänge darstellen, wird eine weitere Verbesserung des Meßergebnisses erreicht, wenn zusätzlich in den Pfadendpunkten an den Feuerraumwänden die tatsächlichen Eckpunkttemperaturen gemessen werden. Zusammen mit der einen integralen Mittelwert darstellenden Pfadtemperatur läßt sich dann das Pfadtemperaturmaximum des jeweiligen Temperaturpfades bestimmen. Since the individual measured path temperatures are only the integral mean of the Representing the temperature curve along the entire path length will be another Improvement in the measurement result achieved if additionally in the path endpoints the actual corner temperatures are measured on the combustion chamber walls. Together with the path temperature, which represents an integral mean, determine the path temperature maximum of the respective temperature path.
Sollen durch repräsentative Pfade und Pfadgruppen beschriebene Temperaturniveaus und Temperaturverteilungen zur Feuerführung, Überwachung, Steuerung und Regelung der Brennstoff- und Verbrennungsluftströme und ihrer Verteilungen eingesetzt werden, ist es erforderlich, die Meßwerte innerhalb ausreichend kurzer Zeit erfassen und auswerten zu können.Should temperature levels described by representative paths and path groups and temperature distributions for fire control, monitoring, control and regulation the fuel and combustion air flows and their distributions are used it is necessary to record and evaluate the measured values within a sufficiently short time to be able to.
Eine Verkürzung der Meßzeit wird erreicht, wenn nicht die einzelnen Pfade nacheinander gemessen werden. Es wird daher erfindungsgemäß vorgeschlagen, die Pfadtemperaturen jeweils einer Pfadgruppe gleichzeitig oder in geringstem Zeitabstand voneinander und die verschiedenen Pfadgruppen eines Meßzyklus zeitlich nacheinander in möglichst kurzen Zeitabständen zu messen.The measuring time is shortened if the individual paths are not successively be measured. The path temperatures are therefore proposed according to the invention one path group at a time or at the shortest time from each other and the different path groups of a measuring cycle in succession in the shortest possible time Measure time intervals.
Zur Bestimmung der Pfadtemperaturen wird mit Vorteil ein schallpyrometrisches oder ein spektroskopisches Verfahren eingesetzt. Schallpyrometrische Verfahren nutzen den Effekt, daß die Schallgeschwindigkeit in Gasen im wesentlichen von der Temperatur des Gases abhängt und Meßfehler bedingt durch die Gaszusammensetzung bei bekanntem Brennstoff klein sind.A sound pyrometric or a is advantageously used to determine the path temperatures spectroscopic method used. Sound pyrometric methods use the Effect that the speed of sound in gases depends essentially on the temperature of the Gases depends and measurement errors due to the gas composition in known Fuel are small.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht auf die Verwendung der Temperatur als Kenngröße begrenzt. Zur Überwachung der Feuerführung eignen sich insbesondere auch der CO- und O₂-Gehalt der Verbrennungsgase. Die Bestimmung von CO,O₂-Punktmessungen kann dann beispielsweise durch Infrarotmeßverfahren oder die Bestimmung der integralen Pfadwerte durch Spektroskopie erfolgen. Die Systematik der Messung, wie z. B. die Zusammenfassung gleichartig verlaufender Meßpfade zu Pfadgruppen, kann auch hier entsprechend der beschriebenen Verfahrensweise erfolgen.The method of the invention is not based on the use of temperature Characteristic limited. To monitor the fire control are also particularly suitable the CO and O₂ content of the combustion gases. The determination of CO, O₂ point measurements can then, for example, by infrared measurement or The integral path values are determined by spectroscopy. The systematics of Measurement, such as B. the summary of similar measuring paths Path groups can also be carried out here in accordance with the procedure described.
Auch bei der Verwendung von CO- und O₂-Gehalt bzw. NOx-Gehalt werden Niveau- und Verteilung zweckmäßigerweise in Feuerraumquerschnitten im Verbrennungsablauf oberhalb der Brenner vor und/oder nach der Oberluftebene an mindestens einem repräsentativen Ort - d. h. an mindestens einem definierten Meßpunkt oder entlang eines definierten Meßpfades, oder in einer definierten Meßfläche oder in einem definierten Raumelement bestimmt.Even when using CO and O₂ content or NOx content level and Distribution expediently in cross sections of the combustion chamber in the combustion process above the burner before and / or after the upper air level on at least one representative place - d. H. at at least one defined measuring point or along one defined measuring path, or in a defined measuring area or in a defined Room element determined.
Sind die Brenner in mehreren Ebenen angeordnet, kann es auch zweckmäßig sein, zwischen den Brennerebenen liegende Feuerraumquerschnitte zu wählen. Die dort ermittelten Werte können vorteilhafterweise als Leitgrößen für die Einstellung der Luftzahlen an jedem der Meßorte verwendet werden. If the burners are arranged in several levels, it can also be useful choose combustion chamber cross-sections between the burner levels. These The values determined can advantageously be used as guide values for setting the Air numbers can be used at each of the measuring locations.
Die gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen Meßwerte können auch zusammen in einem Semi-Verfahren zu einem dynamischen, mathematischen Feuerungsmodell zusammengefaßt und verwendet werden. Dazu werden die im Feuerraum gemessenen und lokalisierten Feuerungsmeßgrößen in ein dynamisch- mathematisches Feuerungsmodell laufend eingegeben und in modellinternen Rückkopplungen mit den gerechneten Ergebnissen verglichen, um die Modellparameter so zu verbessern und zu adaptieren, daß auch über eine Messung nicht erfaßbare Verbrennungszustände ausreichend gut ermittelt werden können.The measured values obtained according to the method according to the invention can also together in a semi-process to a dynamic, mathematical Firing model can be summarized and used. For this, the in Combustion chamber measured and localized combustion parameters in a dynamic mathematical combustion model continuously entered and in the model Feedbacks with the calculated results compared to the model parameters so to improve and adapt that even through a measurement not detectable Combustion conditions can be determined sufficiently well.
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