基于煤量測(cè)量的燃燒優(yōu)化解決方案

1、2006年2月第7卷第2期電力設(shè)備ElectricalEquipmentFeb·2006Vo.l 7 No. 2基于煤量測(cè)量的燃燒優(yōu)化解決方案肖國(guó)濤1,劉勇2(1.西門子電站自動(dòng)化有限公司,江蘇省南京市210096;2.江蘇新源電力建設(shè)監(jiān)理有限公司,江蘇省南京市210008 )摘要:介紹了西門子公司基于在線煤量測(cè)量的燃燒優(yōu)化解決方案,使用專利技術(shù)靜電方式(ECT)實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)燃燒器的煤粉量的測(cè)量,根據(jù)測(cè)量的結(jié)果對(duì)每個(gè)燃燒器的二次風(fēng)進(jìn)行調(diào)整,保持每個(gè)燃燒器的風(fēng)煤比,然后根據(jù)氧量對(duì)總風(fēng)量進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整,以保持整個(gè)鍋爐燃燒達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)。文章指出,采用基于煤量測(cè)量的燃燒優(yōu)化方案,一般可提高燃燒效

2、率0.3% 1%。關(guān)鍵詞:燃燒優(yōu)化;煤量測(cè)量;風(fēng)煤比;發(fā)電廠中圖分類號(hào):TK227. 1圖1燃燒器實(shí)際耗煤量如何提高發(fā)電機(jī)組的效率,降低發(fā)電成本是電廠關(guān)注的重點(diǎn)。鍋爐效率是影響機(jī)組效率的主要因素,所以如何提高機(jī)組的鍋爐效率成為了研究的主要課題。燃燒的好壞決定了鍋爐效率的高低,保持良好的燃燒狀態(tài)也就能保持較高的鍋爐效率,所以燃燒優(yōu)化的研究就具有很大的現(xiàn)實(shí)意義。目前燃燒優(yōu)化主要有基于各個(gè)風(fēng)粉管中煤量和氧量測(cè)量進(jìn)行燃燒的優(yōu)化調(diào)整、基于氧量和CO的測(cè)量來進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整2大類。本文介紹基于西門子公司煤量和氧量測(cè)量的燃燒優(yōu)化調(diào)整情況。1影響燃燒效率的因素在目前的燃燒系統(tǒng)中,由于在每個(gè)風(fēng)粉管中缺乏有效的煤量測(cè)

3、量,所以在配風(fēng)過程中,都是按照每1臺(tái)磨煤機(jī)對(duì)應(yīng)的燃燒器的煤粉量都相同的情況來匹配二次風(fēng)的,即每個(gè)燃燒器都配同樣的二次風(fēng)量,但實(shí)際的燃燒過程并不是這樣的。圖1是在實(shí)際的燃燒過程中測(cè)到的數(shù)據(jù),圖(a)為運(yùn)行中基本相同的風(fēng)量,圖(b)為每個(gè)燃燒器實(shí)際對(duì)應(yīng)的煤量。從圖1可以看出,每個(gè)燃燒器之間的煤量差別很大,最大可能達(dá)到30%。而這時(shí)每個(gè)燃燒器配以同樣的二次風(fēng),必然會(huì)導(dǎo)致各個(gè)燃燒器之間風(fēng)煤比的失調(diào),煤量不平衡時(shí)的燃燒工況示意圖如圖2所示,雖然整個(gè)機(jī)組的氧量仍保持在比較合理的數(shù)值,但燃燒器煤粉量多而風(fēng)量少,使得左側(cè)的CO和未燃燼碳增加,燃燒效率下降,而燃燒器煤粉量少,風(fēng)量過剩,所以NOx含量增加,也就造

4、成了機(jī)組效率的降低,爐膛溫度分布的不均衡,增加了各個(gè)受熱面的應(yīng)力。圖2煤量不平衡時(shí)的燃燒工況當(dāng)在這種燃燒工況時(shí),整個(gè)機(jī)組的燃燒效率不高。圖3為不均衡燃燒時(shí)對(duì)燃燒效率的影響。從圖中可以看出,每個(gè)燃燒器隨著風(fēng)煤比的增加而使NOx含量增加,CO含量減少,效率緩慢降低;而在風(fēng)煤比下降時(shí),CO的含量會(huì)迅速增加,效率也急劇降低。比較合理的燃燒區(qū)域應(yīng)該處于圖中的陰影部分。圖3不均衡燃燒時(shí)對(duì)燃燒效率的影響示意圖2燃燒優(yōu)化解決方案針對(duì)以上燃燒系統(tǒng)中的配風(fēng)現(xiàn)象,西門子公司推出了基于煤量測(cè)量的燃燒優(yōu)化解決方案。解決方案如圖4所示。整個(gè)解決方案分為3步:第1步是使用基于靜電測(cè)量原理的探頭測(cè)量每個(gè)燃燒器的煤粉量;第2步

5、是根據(jù)測(cè)量的煤粉量調(diào)整每個(gè)燃燒器的二次風(fēng),以保持每個(gè)燃燒器的風(fēng)煤比;第3步是根據(jù)氧量對(duì)總風(fēng)量燃燒優(yōu)化專題肖國(guó)濤等:基于煤量測(cè)量的燃燒優(yōu)化解決方案27圖4基于煤量測(cè)量的燃燒優(yōu)化解決方案進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整,以保持整個(gè)鍋爐燃燒為最優(yōu)。煤量的測(cè)量是采用專利技術(shù)靜電方式(ECT)進(jìn)行的。當(dāng)熱風(fēng)和煤粉的混合物經(jīng)過安裝有探頭的管道時(shí),煤粉顆粒帶有電荷,在探頭上產(chǎn)生和煤粉對(duì)應(yīng)的電荷的映像,并形成電流,電流的大小和煤量成比例。測(cè)量根據(jù)庫侖定律進(jìn)行,通過專用軟件對(duì)電流信號(hào)進(jìn)行處理,就可以分離出有效的煤量信號(hào)。采用這種測(cè)量方式測(cè)量的電量與顆粒的分散和煤顆粒的隨機(jī)傳輸沒有關(guān)系,特別適合于兩相流的測(cè)量。測(cè)量探頭由碳鎢合金材料

6、制作,硬度非常高,而且由于探頭跟煤粉顆粒之間的直接碰撞很少,所以探頭的使用壽命可以很長(zhǎng),一般可達(dá)5年以上。采用這種測(cè)量探頭,其測(cè)量結(jié)果不受煤種、濕度、灰分和溫度的影響,測(cè)量精度也比較高。測(cè)量探頭本身也不需要外部供電,安裝比較方便。根據(jù)探頭安裝數(shù)量和位置的不同,系統(tǒng)還可以測(cè)出煤粉的傳輸速度和煤粒大小等信號(hào),為磨煤機(jī)的安全運(yùn)行和一次風(fēng)的配比提供有效的監(jiān)視信息。在測(cè)得到煤量數(shù)據(jù)后,系統(tǒng)根據(jù)各個(gè)燃燒器的煤量分布情況,考慮分段燃燒和計(jì)算風(fēng)煤配比,得到各個(gè)燃燒器的二次風(fēng)的控制偏差,并疊加在二次風(fēng)控制回路上,使得每個(gè)燃燒器的煤粉都處于較優(yōu)的燃燒狀態(tài),同時(shí)也對(duì)一次風(fēng)量進(jìn)行一定的調(diào)整。通過初步優(yōu)化調(diào)整后,改變了

7、各個(gè)燃燒器的工作點(diǎn),燃燒效率得到提高。如圖5所示,燃燒器和的工作點(diǎn)發(fā)生了變化,燃燒器由欠氧狀態(tài)變?yōu)槠胶鉅顟B(tài),燃燒工作點(diǎn)從點(diǎn)1變化到點(diǎn)2,燃燒器由過氧狀態(tài)變?yōu)槠胶鉅顟B(tài),燃燒工作點(diǎn)從點(diǎn)3變化到點(diǎn)2,NOx和CO的含量都保持在比較合理的范圍內(nèi),二者的燃燒效率都得到了明顯的提高,從而使鍋爐的燃燒效率也得到提高。經(jīng)過上述二次風(fēng)優(yōu)化初步調(diào)整,機(jī)組的燃燒已經(jīng)處于比較理想的位置。但從圖5可以看出,在允許的CO和NOx范圍內(nèi),此時(shí)機(jī)組的燃燒效率還不是最高的。為了達(dá)到最佳工作點(diǎn),系統(tǒng)最后根據(jù)測(cè)量的氧量來進(jìn)行總風(fēng)量的優(yōu)化調(diào)整,經(jīng)過調(diào)整后,燃燒工況就變?yōu)閳D6所示。通過煤量測(cè)量、二次風(fēng)調(diào)整和總風(fēng)量的優(yōu)化后,整個(gè)機(jī)組的燃

8、燒達(dá)到最優(yōu)的燃燒狀態(tài),提高了機(jī)組的效率。圖5各燃燒器風(fēng)量平衡時(shí)的燃燒狀態(tài)圖6最優(yōu)燃燒工況3結(jié)束語使用了基于煤量測(cè)量的燃燒優(yōu)化解決方案后,可以帶來以下效益:(1)對(duì)每個(gè)燃燒器進(jìn)行精確配風(fēng),使得燃燒過程中產(chǎn)生的CO和飛灰含碳量降低,燃燒更加充分和均勻,爐膛的溫度分布更加合理。(2)根據(jù)測(cè)量的煤粉顆粒大小和煤粉傳輸速度,可以為運(yùn)行人員提供磨煤機(jī)的監(jiān)視手段,保證穩(wěn)定的運(yùn)行。同時(shí)通過調(diào)整一次風(fēng)速,可以使煤粉傳輸保持在比較合理的范圍內(nèi),降低管道過度磨損或煤粉堆積的可能性。(3)通過分段燃燒調(diào)整可以減少煙氣中NOx的含量,有助于提高環(huán)保的指標(biāo),而總風(fēng)量的優(yōu)化可以減少O2,降低排煙損失?？傊?采用基于煤量測(cè)量

9、的燃燒優(yōu)化解決方案,可以提高燃燒的效率,一般可提高0.3% 1%。收稿日期:2006 01 05作者簡(jiǎn)介:肖國(guó)濤(1973 ),男,碩士,工程師,從事PLC、DCS的設(shè)計(jì)與調(diào)試,燃燒優(yōu)化,協(xié)調(diào)控制優(yōu)化和運(yùn)行優(yōu)化方面的工作;劉勇(1974 ),男,工程師,主要從事火力發(fā)電廠和核電站建設(shè)控制方面的監(jiān)理和調(diào)試工作。(責(zé)任編輯張曉燕)Solution Scheme ofCombustion Optmi ization Based Upon CoalQuantity MeasurementXIAO Guo tao,LIUYong(1. Siemens PowerPlantAutomation Co. L

10、td.,Nanjing 210003,China; 2. Jiangsu Xinyuan PowerConstrnction Supervision Co. Ltd.,Nanjing 210008,China)Abstrac:tThis paper gives an introduction to the solution scheme of combustion optimization by using the electrostatic principle basedon line coal quantitymeasurementdeveloped by siemens company,

11、 elaborates the principles of combustion optimization scheme, to usethe patent technologyelectrostatic technique(ECT) to realize the pulverized coal quantitymeasurement of each burner, to conductthe adjustmentof secondary airof each burner according to themeasurement results tomaintain the air coal ratio of each burner, thento conduct the optimization adjustment of total air quantity according to the oxygen quantity, thus tomaintain the whole combustion ofboiler to reach the optimum state.The paper indicates that, the combustion optimization scheme based upon