CFB锅炉运行状态监测系统的制作方法

本实用新型涉及锅炉设计生产技术领域，特别涉及一种cfb锅炉运行状态监测系统。

背景技术：

cfb锅炉英文全称为circulatingfluidizedbedboiler，中文名称为循环流化床锅炉具有煤种适应广、清洁以及环保等优点，因而循环流化床锅炉燃烧技术已经成为当今世界上应用前景良好的洁净煤燃烧技术。

物料循环量是循环流化床设计以及运行的重要参数，它对锅炉内的物料流动特性、燃烧特性、传热特性以及变工况特性等均有直接影响，循环流化床锅炉正常运行时，其入炉物料和炉内循环物料将达到动态平衡，锅炉在每一个工况点均会有与之对应的入炉物料量和循环物料量，为了定量地表达物料循环量，锅炉设计时引入了循环倍率的概念，在循环流化床锅炉中，物料循环倍率即为单位时间的物料循环量与入炉煤量之比。

物料循环倍率是循环流化床锅炉设计和运行的一个重要技术指标，它对锅炉关键参数(如燃烧效率、分离器分离效率、脱硫效率、脱氮效率、流化风速和床温等)的选取与计算具有重要的指导意义。当物料循环倍率提高时，循环物料中的细颗粒对受热面的传热量及从密相区带走的热量增加，有利于密相区的热量平衡而有效抑制床温，同时也营造了低氮燃烧的氛围；当物料循环倍率过小时，炉膛上部悬浮细颗粒浓度过小，密相区物料量增加且释放的热量过多，会导致床温超温而难以提升锅炉负荷。

目前循环流化床锅炉一直以炉膛差压值来表征循环倍率的大小，所谓炉膛差压是指炉膛密相区上部的压力与炉膛出口压力的差值，是一个反映炉膛内物料循环量的参数，然而由于炉膛密相区与炉膛出口之间的高度差值较大，现有的炉膛差压测量值因不同的炉型结构、不同的测点布置位置及不同的入炉燃料等导致其测量值偏差很大，难以真实地反映循环流化床锅炉的实际循环倍率。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种cfb锅炉运行状态监测系统，以便能够准确测量循环流化床锅炉实际运行时的物料循环倍率，为循环流化床锅炉的高效稳定运行提供参考和指导数据。

为了达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种cfb锅炉运行状态监测系统，包括：

至少一个用于获取第一高度处炉膛压力的第一压力测试装置，至少一个用于获取第二高度处炉膛压力的第二压力测试装置，其中，炉膛出口中心所在高度为第一高度；低于所述炉膛出口中心且与所述炉膛出口中心垂向距离为h处的高度为第二高度，所述cfb锅炉的炉膛的设计流化风速值为v，h＝v×1s；

设置于所述第一高度和所述第二高度之间并用于测量炉膛实际流化风速值v1的烟气流速传感器；

设置于给料装置上并用于获取单位时间入炉煤量gs的煤量传感器；

第一计算模块，用于计算所述第一高度处和所述第二高度处炉膛压力之间的差值δp；

第二计算模块，用于根据所述实际流化风速值v1和所述设计流化风速值v计算修正系数k；

第三计算模块，用于根据修正系数k、炉膛横截面f以及差值δp计算得出单位时间的物料循环量gc，并根据单位时间的物料循环量gc以及单位时间入炉煤量gs计算得出物料循环倍率r。

优选地，还包括显示装置，所述显示装置至少与所述第三计算模块通讯连接，以显示所述物料循环倍率r。

优选地，所述显示装置还与所述第一计算模块通讯连接，以显示所述第一高度处和所述第二高度处炉膛压力之间的差值δp。

优选地，所述第一高度与所述第二高度之间的距离h为4.5m～6m。

优选地，所述第一高度与所述第二高度之间的距离h为5m。

优选地，在所述第一高度上设置有两个以上第一压力测试装置，全部所述第一压力测试装置所检测到的压力的平均值为所述第一高度处的炉膛压力；

在所述第二高度上设置有两个以上第二压力测试装置，全部所述第二压力测试装置所检测到的压力的平均值为第二高度处的炉膛压力。

优选地，所述第一压力测试装置和所述第二压力测试装置在竖直方向上一一对应设置。

优选地，若所述cfb锅炉容量不大于240t/h，则所述第一压力测试装置和所述第二压力测试装置的个数均为4～6；若所述cfb锅炉容量大于240t/h，则所述第一压力测试装置和所述第二压力测试装置的个数均为6～8。

优选的，还包括第四计算模块，所述第四计算模块用于根据修正系数k、差值δp以及所述第一高度与所述第二高度之间的距离h计算得出循环物料浓度cp，所述显示装置还与所述第四计算模块通讯连接，以显示所述循环物料浓度cp。

优选的，还包括参数输入模块以及第五计算模块，所述参数输入模块用于输入飞灰份额afh，飞灰含碳量cfh以及收到基灰分aar；

所述第五计算模块用于根据物料循环倍率r、飞灰份额afh、飞灰含碳量cfh以及收到基灰分aar计算得到分离效率η，所述显示装置还与所述第五计算模块通讯连接，以显示所述分离效率η。

本实用新型中所公开的cfb锅炉运行状态监测系统中，通过第一压力测试装置和第二压力测试装置分别测量第一高度处和第二高度处的炉膛压力，然后通过第一计算模块计算出第一高度处和第二高度处炉膛压力的差值，通过烟气流速传感器获取第一高度和第二高度之间的实际流化风速值，通过第二计算模块计算出修正系数，进而由第三计算模块通过公式结合修正系数计算得出物料循环倍率；

该cfb锅炉运行状态监测系统仅需测量第一高度处和第二高度处的炉膛压力值，以及第一高度处和第二高度处的实际流化风速值即可，所需测量的量少，并且第一高度位置实际接近分离器进口的中心，该位置所测得的压力更能够反映炉膛出口的烟气浓度值，采用该位置处的压力值所计算出的物料循环倍率更接近于真实值，因而循环流化床锅炉的实际循环倍率的测量精度容易保证；而且第一高度和第二高度之间的距离为额定工况下单位时间内烟气以设计流化风速值运行的距离，该距离通常为5m左右，相比于现有技术测量炉膛压差而言，测量距离大大减小，这使得压差准确度得以提高，计算得出的物料循环倍率更逼近于真实值，能够更加真实的反应出循环流化床锅炉的实际循环倍率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例中所公开的cfb锅炉的结构示意图。

附图中标记如下：

1为炉膛，2为旋风分离器，3为尾部烟道，4为第一高度，5为第二高度。

具体实施方式

本实用新型的核心在于提供一种cfb锅炉运行状态监测系统，以便能够准确测量循环流化床锅炉实际运行时的物料循环倍率，为循环流化床锅炉的高效稳定运行提供参考和指导数据。

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型中所公开的cfb锅炉运行状态监测系统，包括第一压力测试装置、第二压力测试装置、烟气流速传感器、煤量传感器、第一计算模块、第二计算模块以及第三计算模块，第一压力测试装置至少包括一个，其作用在于获取第一高度处的炉膛压力，第二压力测试装置也至少包括一个，其作用在于获取第二高度处的炉膛压力，炉膛出口中心所在的高度为第一高度，低于炉膛出口中心并且与炉膛出口中心垂向距离为h(单位为m)处的高度为第二高度，若cfb锅炉的炉膛的设计流化风速值为v(单位为m/s)，则h＝v×1s，h代表额定负荷工况下，单位时间内(1s)炉膛内的烟气按照设计流化风速所流动的距离；

烟气流速传感器设置在第一高度和第二高度之间，其作用在于测量炉膛实际流化风速v1(单位为m/s)，煤量传感器设置在cfb锅炉的给料装置上，其作用在于获取单位时间内的入炉煤量gs(单位为kg/s)；

第一计算模块用于计算所述第一高度处和所述第二高度处炉膛压力之间的差值δp(单位为pa)；第二计算模块用于根据公式k＝v1/v计算修正系数k；第三计算模块用于根据公式gc＝k×f×δp/g，其中，f为炉膛横截面积(单位为m²)，g为重力加速度，计算得出单位时间的物料循环量gc(单位为kg/s)，并由物料循环倍率公式r＝gc/gs计算得出物料循环倍率r。

由上述实施例可以看出，该cfb锅炉运行状态监测系统仅需测量第一高度处和第二高度处的炉膛压力值，以及第一高度处和第二高度处的实际流化风速值，所需测量的量少，并且第一高度位置实际在分离器进口的中心，该位置所测得的压力更能够反映炉膛出口的烟气浓度值，采用该位置处的压力值所计算出的物料循环倍率更接近于真实值，因而循环流化床锅炉的实际循环倍率的测量精度容易保证；而且第一高度和第二高度之间的距离为单位时间内烟气以设计流化风速值运行的距离，该距离通常为5m左右，相比于现有技术测量炉膛压差而言，测量距离大大减小，这使得压差准确度得以提高，计算得出的物料循环倍率更逼近于真实值，能够更加真实的反应出循环流化床锅炉的实际循环倍率。

本领域技术人员能够理解的是，根据容量的不同，cfb锅炉的设计流化风速值也并不相同，通常情况下，设计流化风速值v为4.5m/s～6m/s，因而h值也就为4.5m～6m，优选的，设计流化风速值v为5m/s(即额定负荷下炉膛上部的平均流化风速)，此时h为5m。

考虑到压力值测量的精准性，当炉膛出口(烟气出口)位于cfb锅炉的前墙和/或后墙上时，第一压力测试装置和第二压力测试装置布置在cfb锅炉的左墙和/或右墙上；若炉膛出口位于cfb锅炉的左墙和/或右墙上时，则第一压力测试装置和第二压力测试装置布置在cfb锅炉的前墙和/或后墙上。

第一压力测试装置和第二压力测试装置的个数不受限制，但本领域技术人员应当理解，若布置多个第一压力测试装置以及多个第二压力测试装置，然后取平均值的方式更为准确，因而在本实施例中，第一压力测试装置和第二压力测试装置在竖直方向上一一对应设置，第一高度上设置有两个以上的第一压力测试装置，全部第一压力测试装置的数据的平均值作为第一高度处的炉膛压力；在第二高度上设置有两个以上的第二压力测试装置，全部第二压力测试装置所检测到的压力的平均值为第二高度处的炉膛压力。

不同容量的锅炉其锅炉横截面积大小不同，因而所需布置的第一压力测试装置和第二压力测试装置的个数也不相同，本实用新型实施例中所公开的cfb锅炉物料循环倍率的获取方法中，若cfb锅炉容量不大于240t/h，则第一压力测试装置和第二压力测试装置的个数均为4～6；若cfb锅炉容量大于240t/h，则第一压力测试装置和所述第二压力测试装置的个数均为6～8。

循环物料浓度cp实际也是锅炉运行时所需监测的一项重要参数，在本实施例中所公开的cfb锅炉运行状态监测系统中，还包括第四计算模块，所述第四计算模块用于根据公式cp＝kδp/hg得出循环物料浓度cp，所述显示装置还与所述第四计算模块通讯连接，以显示所述循环物料浓度cp(以百分比表示)。

更进一步的，为了能够检测到cfb锅炉运行时旋风分离器的分离效率，本实施例中所公开的cfb锅炉运行状态监测系统进一步还包括参数输入模块以及第五计算模块，参数输入模块用于输入飞灰份额afh(以百分比表示)，飞灰含碳量cfh(以百分比表示)以及收到基灰分aar(以百分比表示)；

所述第五计算模块用于根据公式η＝r/(r+afh×aar/100(100-cfh))计算得到分离效率η，所述显示装置还与所述第五计算模块通讯连接，以显示所述分离效率η。

至此，通过本实用新型中所公开的cfb锅炉运行状态监测系统不仅可以实现物料循环倍率r的检测，而且还能够实现循环物料浓度cp以及分离效率η的检测。

进一步的，为了能够直观显示检测到的参数，该cfb锅炉运行状态监测系统还可以设置显示装置，该显示装置至少与第三计算模块通讯连接，以显示物料循环倍率r；当然该显示装置还可与第一计算模块连接，以显示第一高度处和第二高度处炉膛压力之间的差值δp；该显示装置还可与第四计算模块通讯连接，以显示循环物料浓度cp；显示装置与第五计算模块通讯连接，以显示分离效率η。

本实用新型中通过两个实际运行例做进一步详细说明：

实际运行例1

容量为75t/h的cfb锅炉，炉膛截面积f为20m²，根据锅炉运行过程中的灰渣称重可获取飞灰份额afh为50％，灰渣取样化验数据可获得飞灰含碳量cfh为10％。

表1实际运行例1部分参数

锅炉在75t/h负荷工况下运行，第一高度和第二高度处的炉膛压力差值δp＝90pa，实际流化风速值v1＝5m/s，设计额定负荷工况时流化风速值v为5m/s，根据公式gc＝k×f×δp/g可求得单位时间的物料循环量gc为183.67kg/s，由循环倍率公式r＝gc/gs计算得出物料循环倍率r为48.34；

根据公式η＝r/(r+afh×aar/100(100-cfh))，计算得到分离器的分离效率为99.44％；

改变运行工况，降低锅炉负荷至72t/h，第一高度和第二高度处的炉膛压力差值δp＝70pa，实际流化风速值v1＝4.8m/s，根据公式gc＝k×f×δp/g可求得单位时间的物料循环量gc为137.14kg/s，由循环倍率公式r＝gc/gs计算得出物料循环倍率r为36.09；

根据公式η＝r/(r+afh×aar/100(100-cfh))，计算得到分离器的分离效率为99.25％。

实际运行例2

容量为240t/h的cfb锅炉，炉膛截面积f为54m²，根据锅炉运行过程中的灰渣称重可获取飞灰份额afh为70％，灰渣取样化验数据可获得飞灰含碳量cfh为5％。

表2实际运行例2部分参数

锅炉在240t/h负荷工况下运行，第一高度和第二高度处的炉膛压力差值δp＝95pa，实际流化风速值v1＝5m/s，设计额定负荷工况时流化风速值v为5m/s，根据公式gc＝k×f×δp/g可求得单位时间的物料循环量gc为523.47kg/s，由循环倍率公式r＝gc/gs计算得出物料循环倍率r为36.53；

根据公式η＝r/(r+afh×aar/100(100-cfh))，计算得到分离器的分离效率为99.45％；

改变运行工况，降低锅炉负荷至230t/h，第一高度和第二高度处的炉膛压力差值δp＝80pa，实际流化风速值v1＝4.8m/s，根据公式gc＝k×f×δp/g可求得单位时间的物料循环量gc为422.45kg/s，由循环倍率公式r＝gc/gs计算得出物料循环倍率r为29.48；

根据公式η＝r/(r+afh×aar/100(100-cfh))，计算得到分离器的分离效率为99.30％。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。