一种基于锅炉烟气成分监测分析锅炉燃烧煤质的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于锅炉烟气成分监测分析锅炉燃烧煤质的方法。
【背景技术】
[0002] 锅炉燃烧煤质的监测，可以为预测电厂燃烧煤质的热值提供依据。随着技术的发 展，煤质的灰分已经有在线仪器可以进行监测，但如何实现燃烧煤质的元素在线分析，仍是 一个面临的难题。
[0003] 因此迫切需要一种基于现场测量数据的，能够对锅炉燃烧煤质进行在线分析的方 法来解决目前的问题。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是基于以上技术现状，提供一种基于锅炉烟气成分监测分析锅炉燃 烧煤质的方法。
[0005] 本发明采用如下技术方案：
[0006] -种基于锅炉烟气成分监测分析锅炉燃烧煤质的方法，其步骤如下：
[0007] (1)在空预器入口处对烟气成分进行监测，测定烟气中的氧气、二氧化碳、二氧化 硫及水分的体积百分比浓度，依次用Vp02、VpC02、VpS02、VpH20表示，并按式（1)计算出烟 气中的氮气百分比浓度VpN2 ;
[0008] VpN2 = 100%-Vp02-VpC02-VpS02-VpH20 (I)
[0009] (2)假定燃煤中含硫量MpSF，由式⑵和式（3)计算出MpCb ;
[0012] 其中：
[0013] MpCb表示燃煤中可燃碳的质量百分比；
[0014] MoC02Sb表示单位质量燃煤对应的脱硫剂中产生的0)2的摩尔数，单位mol/kg，对 于炉外脱硫的锅炉，取值为零；
[0015] MoFg表示单位质量燃煤对应的湿烟气摩尔数，单位mol/kg ;
[0016] MFrSc表示脱硫比，对于炉外脱硫的锅炉，取值为零；
[0017] (3)将计算所得的MpCb代入式（2)，计算出单位质量燃煤对应的湿烟气摩尔数 MoFg ；
[0018] (4)假定燃煤中未燃尽碳的质量百分比MpUbC，由式（4)计算燃煤中含碳量MpCF ;
[0019] MpCb = MpCF-MpUbC (4)
[0020] (5)假定燃煤中含氮量MpN2F，根据式（5)和（6)计算出修正后单位质量燃煤对应 的理论空气摩尔数MoThACr ;
[0023] 其中XpA表示过量空气与理论空气量的百分比；
[0024] (6)假定燃煤中含氢量MpH2F，根据式（7)计算燃煤中含水量MpWF ;
[0026] 其中，
[0027] MFrWAdz表示单位质量燃煤对应的额外进入炉内的蒸汽量（如吹灰等），单位kg/ kg，当正常运行中吹灰停运时，取值为零；
[0028] MoWSb表示单位质量燃煤对应的脱硫剂中产生的H20的摩尔数，单位mol/kg，对于 炉外脱硫的锅炉，取值为零；
[0029] MoWA表示每摩尔干空气中水分的摩尔数，单位mol/mol，当环境参数如干球温度 及相对湿度已知，或者干球温度及湿球温度已知时可以求得；
[0030] (7)根据式⑶和（9)计算燃煤含氧量Mp02F ;
[0032] MFrThACr = 0. 1151MpCb+0. 3429MpH2F+0. 0431
[0033] (1+0. 5MFrSc)MpSF-0.0432Mp02F (9)
[0034] (8)根据上述计算出的量，按照式（10)计算燃煤中灰分百分比MpASF ;
[0035] MpASF = 100%-MpCF-MpSF-MpH2F-Mp02F-MpN2F-MpWF (10)
[0036] (9)，将以上所得出的各相关量代入式（11)，计算出新的燃煤中含氢量MpH2FNEW;
[0038] 式中，a，b为拟合线性函数的常数。线性拟合的常数由各电厂燃烧煤质的分析数 据拟合可以获得。
[0039] (10)计算MpH2F与MpH2FNEW差值的绝对值是否小于0. 01，若是，进入步骤（11)，否 贝1J，将该新的燃煤中含氢量MpH2FNEW作为假定值，重复步骤（6) - (10)，直至MpH2F与MpH2FNEW 差值的绝对值小于0.0 l ;
[0040] (11)判断1^!12?、1^02?、1^1?、1^^3?是否在合理范围，若是，进入步骤（12)，否则， 按照下列逻辑进行计算：
[0041] 以MpN2F+ Δ N2作为新的假定值MpN2F NEW，按照以下逻辑计算：
[0042] 当 MpN2FNEW在合理范围内时，重复步骤（5) -(11)，直至 MpH2F、Mp02F、MpWF、MpASF 均在合理范围，转步骤（12);
[0043] 当MpN2FNEW在超出合理范围内时，以MpSF+ Δ S作为新的假定值MpSF NEW，重复步骤 (2)-(11)，直至]\^!12卩、]\^02卩、]\^肝、]\^^5卩均在合理范围，转步骤（12);
[0044] (12)根据ASME PTC4锅炉试验规程进行锅炉燃烧计算，计算出新的燃煤中未燃尽 碳MpUbCNEW，判断MpUbC与MpUbCNEW差值的绝对值是否小于0. 01，若是，则输出求解得到的 MpCF、MpSF、MpH2F、MpN2F、Mp02F、MpWF 和 MpASF，否则以 MpUbCNEW作为新的假定值，重复步 骤（4) - (12)，直至MpUbC与MpUbCNEW差值的绝对值小于0. 01。
[0045] 其中，式（11)表示燃煤的干燥无灰基氢与干燥无灰基碳之间存在良好的线性关 系，a，b为拟合线性函数的常数，可通过电厂燃烧煤质的干燥无灰基氢与干燥无灰基碳分析 数据拟合得到。
[0046] 具体地，MpH2F、Mp02F、MpWF和MpASF的合理范围的取值取决于具体电厂燃烧的 煤种。本发明中，合理范围参数取下列数据，可以覆盖绝大多数电厂煤质的煤质元素变化范 围。如 MpH2F 取 0-6 % ;Mp02F 取 0-10 % ;MpWF 取 0-15 % ;MpASF 取 5 % -40 %。
[0047] 进一步的，其中步骤（11)中判断MpASF的合理范围时，可以将计算出的煤质灰分 含量MpASF可以与电厂现场煤质灰分在线仪器获得数据相互校验，如果计算结果数据与灰 分在线仪器偏差超过2%，则认为该计算出的煤质灰分含量MpASF不在合理范围内。计算出 的煤质灰分含量MpASF合理的判据表达为：
[0048] |MpASF-MpASFins|彡2, MpASFins为电厂现场煤质灰分在线仪器测得的灰分数据。
[0049] 优选地，步骤（11)中 Δ N2= 0.1%，AS = O. 1%。
[0050] 具体地，各烟气成分浓度均基于湿基测量数据，关于燃烧的计算公式采用ASME PTC4标准中公式进行。
[0051] 采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
[0052] 本发明基于空预器入口烟气成分的浓度分析数据包括氧量、二氧化硫、二氧化碳、 水分及氮气，结合现场燃烧煤质的灰分数据，通过特定的计算方法及步骤，可以确定正常运 行中燃烧煤质的各元素成分组成，解决了正常运行中电厂锅炉燃烧煤质如何进行准确监测 的问题，可以为电厂运行中提供燃烧煤质元素成分的定量数据，为准确预测电厂燃烧煤质 的发热值及锅炉效率的在线监测提供了重要的基础数据。
【附图说明】
[0053] 图1为本发明方法的原理框图。
【具体实施方式】
[0054] 下面通过具体实施例来对本发明方法进行详细说明。
[0055] -种基于锅炉烟气成分监测分析锅炉燃烧煤质的方法，步骤如下：
[0056] (1)在空预器入口处对烟气成分进行监测，测定烟气中的氧气、二氧化碳、二氧化 硫及水分的体积百分比浓度，依次用Vp02、VpC02、VpS02、VpH20表示，并按式（1)计算出烟 气中的氮气百分比浓度VpN2 ;
[0057] VpN2 = 100%-Vp02-VpC02-VpS02-VpH20 (I)
[0058] 某机组，采用炉外脱硫，正常运行中吹灰停运。现场烟气成分的数据如下表：
[0060] 现场煤质灰分在线仪器测得的灰分数据为21 %。
[0061] (2)假定燃煤中含硫量MpSF，由式⑵和式（3)计算出MpCb ;
[0064]其中：
[0065] MpCb表示燃煤中可燃碳的质量百分比；
[0066] MoC02Sb表示单位质量燃煤对应的脱硫剂中产生的0)2的摩尔数，单位mol/kg，对 于炉外脱硫的锅炉，取值为零；
[0067] MoFg表示单位质量燃煤对应的湿烟气摩尔数，单位mol/kg ;
[0068] MFrSc表示脱硫比，对于炉外脱硫的锅炉，取值为零；
[0069] 由于采用炉外脱硫，因此MoC02Sb = 0, MFrSc = 0。
[0070] 假定含硫量MpSF = 5%，则可计算出MpCb = 54. 224%
[0071] (3)将计算所得的MpCb代入式（2)，计算出单位质量燃煤对应的湿烟气摩尔数 MoFg ；
[0072] MpCb = 54. 224%，则 MoFg = 35. 50176
[0073] (4)假定燃煤中未燃尽碳的质量百分比MpUbC，由式（4)计算燃煤中含碳量MpCF ;
[0074] MpCb = MpCF-MpUbC (4)
[0075] 初始假定 MpUbC = 0· 5 %，则 MpCb = 54. 224 %，则 MpCF = 54. 724 %
[0076] (5)假定燃煤中含氮量MpN2F，根据式（5)和（6)计算出修正后单位质量燃煤对应 的理论空气摩尔数MoThACr ;
[0079] 其中XpA表示过量空气与理论空气量的百分比；
[0080] 假定 MpN2F = 1. 7 %，则 MoThACr = 26. 60634
[0081] (6)假定燃煤中含氢量MpH2F，根据式（7)计算燃煤中含水量MpWF ;
[0083] 其中，
[0084] MFrWAdz表示单位质量燃煤对应的额外进入炉内的蒸汽量（如吹灰等），单位kg/ kg，当正常运行中吹灰停运时，取值为零；
[0085] MoWSb表示单位质量燃煤对应的脱硫剂中产生的H20的摩尔数，单位mol/kg，对于 炉外脱硫的锅炉，取值为零；
[0086] MoWA表示每摩尔干空气中水分的摩尔数，单位mol/mol，当环境参数如干球温度 及相对湿度已知，或者干球温度及湿球温度已知时可以求得；
[0087] 正常运行中吹灰停