電站鍋爐燃燒穩(wěn)定性的判別及調(diào)整

1、電站鍋爐燃燒穩(wěn)定性的判別及調(diào)整    【摘要】通過分析電站鍋爐燃燒影響因素，了解保持鍋爐燃燒穩(wěn)定性的重要意義，詳盡介紹四種判別燃燒穩(wěn)定性的方法：著火指數(shù)爐數(shù)據(jù)常規(guī)表示法、Lockwood旋流煤粉燃燒器穩(wěn)定判別法、基于火焰圖像的燃燒穩(wěn)定性檢測分析方法、燃煤鍋爐燃燒過程穩(wěn)定性評價指數(shù)CSI。并通過分析影響燃燒穩(wěn)定性的原因，提出調(diào)整燃燒穩(wěn)定性的方法。 【關(guān)鍵詞】燃燒穩(wěn)定性；判別；調(diào)整 中圖分類號： TK229 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 引言 我國的電站鍋爐以煤粉爐為主。燃燒過程的穩(wěn)定性直接關(guān)系到鍋爐運行的可靠性。如燃燒過程不穩(wěn)定將引起蒸汽參數(shù)發(fā)生波動；爐內(nèi)

2、溫度過低或一、二次風(fēng)配合失當(dāng)將影響燃料的著火和正常燃燒，造成鍋爐滅火；爐內(nèi)溫度過高或火焰中心偏斜將引起水冷壁、爐膛出口受熱面結(jié)渣并可能增大過熱器的熱偏差，造成局部管壁超溫等。因此研究鍋爐的燃燒穩(wěn)定性也就更加重要。 鍋爐燃燒影響因素分析 燃燒的穩(wěn)定性直接影響鍋爐的安全性，即鍋爐能否穩(wěn)定、持續(xù)的燃燒是關(guān)系燃燒安全性的最重要的因素。影響鍋爐燃燒過程穩(wěn)定性的因素除燃燒器的結(jié)構(gòu)外，煤粉本身的因素和燃燒環(huán)境起著重要的作用。通過對煤粉著火及穩(wěn)燃機(jī)理的研究和對現(xiàn)場運行實際狀況的了解，知道影響鍋爐燃燒穩(wěn)定性的因素如下：煤質(zhì)變化、煤粉濃度、煤粉細(xì)度、鍋爐負(fù)荷、一次風(fēng)速、煤粉氣流的初溫、二次風(fēng)溫和風(fēng)速等。此外，一些

3、其他的因素包括斷粉、堵管等都對鍋爐燃燒穩(wěn)定性有一定的影響。 鍋爐燃燒穩(wěn)定性的判別方法以及調(diào)整形式。 2.1著火指數(shù)爐數(shù)據(jù)常規(guī)表示法 用著火指數(shù)爐確定煤的著火溫度是國內(nèi)外常用的較為簡單的判別各種煤的著火及燃燒穩(wěn)定性差異的方法，國內(nèi)已積累了不少數(shù)據(jù)。為了用常規(guī)分析（工業(yè)分析）數(shù)據(jù)來表示著火指數(shù)，可采用逐步回歸方法對其經(jīng)行選擇，把作用較大者保留作為影響因素。 2.2Lockwood方法 Lockwood等試驗研究了旋流煤粉燃燒器的穩(wěn)定性，如果火焰貼近燃燒器出口、位于由旋流產(chǎn)生的回流區(qū)內(nèi)，則火焰是穩(wěn)定的。燃燒器的火焰穩(wěn)定性由旋流數(shù)和一次風(fēng)與二次風(fēng)氣流的動量比經(jīng)行評價。 如果旋流數(shù)大到足以產(chǎn)生一個合適的

4、內(nèi)回流區(qū)，并且一次風(fēng)的流速小到足以產(chǎn)生一個合適的內(nèi)回流區(qū)，并且一次風(fēng)的速度小到足以避免一次風(fēng)射流直接穿透這個回流區(qū)，則可以保證火焰的穩(wěn)定性。圖中曲線附近為不確定區(qū)，表示穩(wěn)定與非穩(wěn)定火焰區(qū)域之間是漸變的。注意：一次風(fēng)速存在一個最小值，低于該值煤粉將不能被均勻地輸送。在所有的情況下，穩(wěn)定的燃燒區(qū)域由一個最小的旋流數(shù)和一個最大的動量比所界定。在大多數(shù)情況下，輪廓線很陡。 增加過?？諝饬浚軌蛟黾痈蝗嫉幕亓鲄^(qū)以外的區(qū)域的燃燒過程可以獲得的空氣量，從而提高燃燒穩(wěn)定性。提高過?？諝庀禂?shù)有一個上限，這個上限是反應(yīng)被抑制、甚至火焰被吹熄的空氣量。不過，正常的運行工況的過?？諝庀禂?shù)則遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于這個上限。 燃燒穩(wěn)定

5、性隨燃燒率和過剩空氣系數(shù)的變化關(guān)系，與穩(wěn)定性隨煤粉細(xì)度的變化一樣。增加煤粉細(xì)度可以顯著加寬由和表示的火焰穩(wěn)定的范圍。 2.3基于火焰圖像的燃燒穩(wěn)定性檢測分析方法 鍋爐內(nèi)的燃燒火焰圖像是爐內(nèi)燃燒狀況最直接的反應(yīng)，運用計算機(jī)圖像處理技術(shù)可以從火焰圖像中提取爐內(nèi)輻射能信號，進(jìn)而得到輻射能與機(jī)組相關(guān)參數(shù)之間的關(guān)系，用于分析鍋爐的燃燒狀況。在鍋爐燃燒不穩(wěn)定的情況下，從火焰圖像中提取的特征信息，可以提前發(fā)出預(yù)警，以避免鍋爐滅火事故的發(fā)生，為判斷爐膛熄火提供了更為可靠的依據(jù)。 火焰圖像特征量的提取。國內(nèi)外很多專家、學(xué)者從火焰圖像中提取特征量，并利用人工智能等方法來診斷燃燒狀況。然而，這些方法大都是針對單角燃

6、燒器的著火火焰圖像，沒有進(jìn)一步將火焰圖像劃分出特征區(qū)，并針對特征區(qū)的圖像信息來進(jìn)行鍋爐的燃燒分析。實際上，對于燃煤鍋爐，由于不能根據(jù)某個檢測裝置斷定某個燃燒器的燃燒情況，要嚴(yán)格控制單只煤粉噴嘴的火焰信號相當(dāng)困難。對于切圓燃燒的爐膛，四個角的火焰在沒有輔助燃料投入時是相互依存的，因此，通過布置在鍋爐不同高度。不同位置的火焰探頭獲取的多幅火焰圖像，綜合處理后可得到反映整個爐膛的圖像信息。然后，在從中提取通用特征量，將特征值與設(shè)定合理的閥值比較后，可進(jìn)一步診斷全爐膛燃燒的穩(wěn)定性 2.4燃煤鍋爐燃燒過程穩(wěn)定性評價指數(shù)CSI 燃燒過程穩(wěn)定性評價應(yīng)以控制理論的穩(wěn)定性概念為基礎(chǔ)進(jìn)行才具有通用性。對非線性行系

7、統(tǒng)來說，“系統(tǒng)的穩(wěn)定性”是指系統(tǒng)的原點或某個確定平衡狀態(tài)的穩(wěn)定性。在李亞普諾夫意義下，某運動的穩(wěn)定性是初始擾動相對給定運動偏離的漸進(jìn)性質(zhì)。簡單的說，當(dāng)一個線性系統(tǒng)的輸入在一個有界的范圍內(nèi)變化時，如果其輸出能維持在一個有界的范圍內(nèi)，則該系統(tǒng)是BIBO（有界輸入有界輸出）穩(wěn)定的。這個定義只適用于線性系統(tǒng)，對于非線性性系統(tǒng)則不然。但如果一個非線性系統(tǒng)能夠在其輸入在一個較大范圍內(nèi)變化時維持有界的輸出則該系統(tǒng)具有較高的穩(wěn)定性。 所有的工業(yè)燃燒裝置共有的輸入是其燃料和氧化劑的質(zhì)量流量，共有的輸出可以是燃燒溫度或者燃燒放熱量。燃燒過程的平衡狀態(tài)可以認(rèn)為是其理想的設(shè)計狀態(tài)。因此，其輸入的變化均指相對于理想的設(shè)

8、計狀態(tài)而言。一個有界的輸出意味著具有一定的燃燒溫度（產(chǎn)生一定的燃燒放熱量），一旦燃燒溫度趨于環(huán)境溫度則認(rèn)為其輸出發(fā)散。據(jù)此提出一個新的燃燒穩(wěn)定性評價CSI(Combustion Stability Index): （12） 式中為燃燒過程的輸入燃料質(zhì)量流量的設(shè)計值；為在氧化劑輸入恒定的條件下穩(wěn)定燃燒過程能夠克服的最大燃料質(zhì)量流量的擾動；若燃燒過程在受到小于或等于的燃料質(zhì)量流量的擾動時，其動態(tài)變化的結(jié)果是達(dá)到一個新的穩(wěn)定燃燒狀態(tài)，否則，燃燒溫度將不斷下降，最后燃燒過程終止，燃燒過程不穩(wěn)定。 因此，CSI的變化范圍為0到1之間。CSI=0，意味著一個穩(wěn)態(tài)燃燒過程不能承受任何微弱的燃料量擾動，其穩(wěn)定

9、性最低；，意味著燃料量在快要全部停止供應(yīng)時燃燒過程仍在進(jìn)行，其穩(wěn)定性當(dāng)然趨于極大值1（不可能為1），穩(wěn)定性最高。 CSI與燃料與氧化劑的化學(xué)當(dāng)量比對燃燒穩(wěn)定性的影響是一致的。CSI值越高，表明穩(wěn)定燃燒能夠在更大的化學(xué)當(dāng)量比范圍內(nèi)進(jìn)行，同樣也說明燃燒穩(wěn)定性越強(qiáng)。之所以沒有直接把化學(xué)當(dāng)量比的變化范圍作為燃燒穩(wěn)定性定量評價的依據(jù)，是因為不同燃料、不同負(fù)荷下燃燒裝置設(shè)計的化學(xué)當(dāng)量比是變化的。從控制論的角度采用系統(tǒng)輸入?yún)?shù)的變化作為衡量穩(wěn)定程度的選擇也符合系統(tǒng)分析的原理。 3總結(jié) 本文主要通過對鍋爐燃燒影響因素分析，對四種燃燒穩(wěn)定性的判別方法的做了詳盡的介紹，其中著火指數(shù)爐數(shù)據(jù)常規(guī)表示法從可燃性出發(fā)對燃

10、燒穩(wěn)定性進(jìn)行了探討，通過著火指數(shù)可以了解不同煤種在各溫度下的燃燒穩(wěn)定性。Lockwood方法研究了旋流煤粉燃燒器的穩(wěn)定性，對燃燒器的燃燒穩(wěn)定性在由和作縱、橫坐標(biāo)的二維平面上進(jìn)行評價。基于火焰圖像的燃燒穩(wěn)定性檢測分析方法通過提取鍋爐內(nèi)的燃燒火焰圖像，運用計算機(jī)圖像處理技術(shù)從火焰圖像中提取爐內(nèi)輻射能信號，進(jìn)而得到輻射能與機(jī)組相關(guān)參數(shù)之間的關(guān)系，用于分析鍋爐的燃燒穩(wěn)定狀況。而CSI指標(biāo)評價則是從控制論的角度采用系統(tǒng)輸入?yún)?shù)的變化作為衡量穩(wěn)定程度的選擇。方法不同但總的目的都是為了判別燃燒過程的穩(wěn)定性，以確定鍋爐運行的可靠性，從而提高鍋爐運行效率以及經(jīng)濟(jì)性。 參考文獻(xiàn) 1 韓才元，徐明厚，周懷春，等.煤粉燃燒M.北京：科學(xué)出版社，2001. 2 常太華.煤粉鍋爐火焰檢測及燃燒診斷J.華北電力大學(xué)學(xué)報,1999,26（1）：57-62. 3 陳宇，劉吉臻，張闊.電站鍋爐燃燒穩(wěn)定性診斷模型的研究J.華北電力大學(xué)學(xué)報,2005，（2）：50-53. 4 黃本元,羅自學(xué)，周懷春.爐膛燃燒穩(wěn)定性的火焰圖像診斷方法J.熱力發(fā)電,2007,（12）：19-22. 5 陳春元.