专利名称：煤粉锅炉改变燃煤种类后的烟气浓度调整方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及煤粉锅炉技术领域，尤其涉及一种煤粉锅炉改变燃煤种类后的烟气浓度调整方法和一种煤粉锅炉改变燃煤种类后的烟气浓度调整系统。
背景技术：
随着用电量越来越大，对煤的需求量也越来越多，电煤的生产和运输与用电需求的矛盾越来越突出，已经成为制约我国当前经济发展的瓶颈。煤炭供应持续紧张的同时，煤价也不断上涨，造成发电成本不断增加。为降低发电成本，电厂纷纷开始寻找低价位煤种，这就造成多数电厂很难保证长期燃用单一的设计煤种。另外，煤炭资源分布不平衡，使得北煤南运，西煤东运成为常态。因运力的严重不足等因素，导致很多电厂必须对锅炉进行掺烧甚至改烧。在这种情况下，电厂已经开始燃用非设计煤种，在锅炉掺烧非设计煤种。但由于客观条件的限制，掺烧的依据基本采用的是煤中各成分简单的算术加和法，该方法对部分煤质的燃烧特性、灰熔融特性接近的煤种是基本可行的，但对煤的燃烧特性或灰特性差异较大时，掺烧存在锅炉运行不安全和不经济的问题。与此同时，长期燃烧、掺烧劣质煤种带来的温室气体和有害气体排放也是引起广泛关注的一大问题。煤炭消费又是导致S02 (二氧化硫)排放的主要原因，80%以上的S02排放来自于燃煤排放，大量的S02排放已经产生大面积的酸雨区。能源消费也是造成温室气体排放的主要原因，减排温室气体的压力已经变得十分紧迫。因此，对于长期燃用非设计煤种的电厂，为了增强大型火电厂对煤种的适应性，降低发电成本，提高电厂的经济性和安全性，众多电厂不得不开始对锅炉进行系统改造来满足要求。例如天津大港发电厂对300MW机组进行了改造，改烧烟煤取代原有的贫煤设计煤种；又如云浮发电厂针对来煤煤质变化大所带来的一系列问题，对锅炉系统的燃烧器区域和制粉系统进行了改造 。但对于电厂中广泛使用的四角切圆煤粉锅炉而言，改烧非设计煤种后(例如贫煤锅炉改烧烟煤)，在不同的烟气浓度情况对锅炉燃烧特性的影响方面还缺乏成熟的工程应用，例如锅炉改烧其它燃煤种类后煤质特性变化对锅炉燃尽、结渣和积灰等方面的影响，目前大多是依靠人工经验进行控制，严重影响了锅炉运行的安全性和经济性。
发明内容
基于此，本发明提供了一种煤粉锅炉改变燃煤种类后的烟气浓度调整方法和一种煤粉锅炉改变燃煤种类后的烟气浓度调整系统。一种煤粉锅炉改变燃煤种类后的烟气浓度调整方法，包括以下步骤:根据四角切圆煤粉锅炉的设计参数，按照直流燃烧器、冷灰斗区域、燃烧器区域、燃烧器上方区域和屏式过热器区域的结构，建立所述锅炉的网格化结构模型；根据所述网格化结构模型，建立煤粉燃烧所形成的气相湍流流动过程、气固两项流动过程、辐射传热过程和氮氧化物生成过程的数学模型；
根据建立的所述数学模型，对所述锅炉改变燃煤种类后的煤粉燃烧过程进行模拟，获取所述锅炉的各种烟气浓度情况与锅炉燃烧性能指标之间的对应关系；根据获取的所述对应关系，对所述锅炉的烟气浓度进行调整，使所述锅炉满足预设的燃烧性能指标。与一般技术相比，本发明煤粉锅炉改变燃煤种类后的烟气浓度调整方法建立与煤粉燃烧所形成的各个理化过程相对应的数学模型，采用数值模拟的方法获取所述锅炉的各种烟气浓度情况与锅炉燃烧性能指标之间的对应关系，并根据获取的所述对应关系，对所述锅炉的烟气浓度进行调整，使所述锅炉满足预设的燃烧性能指标。本发明在数值模拟过程中耗时短，计算成本低，实现过程中不需电厂现场的调控配合，并且模拟结果具有很好的可视性。本发明可提高煤粉锅炉改变燃煤种类后烟气浓度控制的准确率和安全性，克服了采用人工控制所容易引起的炉内燃烧不稳定和燃烧效率低下的问题，同时大大降低了燃烧过程中产生的污染物。一种煤粉锅炉改变燃煤种类后的烟气浓度调整系统，包括结构模型建立模块、数学模型建立模块、模拟模块和调整模块；所述结构模型建立模块，用于根据四角切圆煤粉锅炉的设计参数，按照直流燃烧器、冷灰斗区域、燃烧器区域、燃烧器上方区域和屏式过热器区域的结构，建立所述锅炉的网格化结构模型； 所述数学模型建立模块，用于根据所述网格化结构模型，建立煤粉燃烧所形成的气相湍流流动过程、气固两项流动过程、辐射传热过程和氮氧化物生成过程的数学模型；所述模拟模块，用于根据建立的所述数学模型，对所述锅炉改变燃煤种类后的煤粉燃烧过程进行模拟，获取所述锅炉的各种烟气浓度情况与锅炉燃烧性能指标之间的对应关系;所述调整模块，用于根据获取的所述对应关系，对所述锅炉的烟气浓度进行调整，使所述锅炉满足预设的燃烧性能指标。与一般技术相比，本发明煤粉锅炉改变燃煤种类后的烟气浓度调整系统建立与煤粉燃烧所形成的各个理化过程相对应的数学模型，采用数值模拟的方法获取所述锅炉的各种烟气浓度情况与锅炉燃烧性能指标之间的对应关系，并根据获取的所述对应关系，对所述锅炉的烟气浓度进行调整，使所述锅炉满足预设的燃烧性能指标。本发明在数值模拟过程中耗时短，计算成本低，实现过程中不需电厂现场的调控配合，并且模拟结果具有很好的可视性。本发明可提高煤粉锅炉改变燃煤种类后烟气浓度控制的准确率和安全性，克服了采用人工控制所容易引起的炉内燃烧不稳定和燃烧效率低下的问题，同时大大降低了燃烧过程中产生的污染物。
图1为本发明煤粉锅炉改变燃煤种类后的烟气浓度调整方法的流程示意图；图2为炉膛结构的网格化示意图；图3为燃烧器中心截面烟气成分的浓度分布示意图；图4为中层燃烧器和燃尽风截面烟气成分的浓度分布示意图；图5为燃烧器中心截面的速度场示意图6为最下层运行二次风燃烧器截面和燃尽风截面的速度场示意图；图7为燃烧器截面和炉膛中心截面的温度分布示意图；图8为各截面燃烧器温度分布示意图；图9为不同粒径的煤粉颗粒运动轨迹图；图10为本发明煤粉锅炉改变燃煤种类后的烟气浓度调整系统的结构示意图。
具体实施例方式为更进一步阐述本发明所采取的技术手段及取得的效果，下面结合附图及较佳实施例，对本发明的技术方案，进行清楚和完整的描述。请参阅图1，为本发明煤粉锅炉改变燃煤种类后的烟气浓度调整方法的流程示意图。本发明煤粉锅炉改变燃煤种类后的烟气浓度调整方法，包括以下步骤:SlOl根据四角切圆煤粉锅炉的设计参数，按照直流燃烧器、冷灰斗区域、燃烧器区域、燃烧器上方区域和屏式过热器区域的结构，建立所述锅炉的网格化结构模型；根据燃烧器出口的流动特性，作为锅炉燃烧器入口边界条件，构建求解区域并进行网格划分，在炉膛出口增加4m的水平和4m的收缩段，以在出口处获得充分发展流。为了获得高质量的计算网格，采用分区网格划分方法，采用结构化六面体网格，为了准确模拟燃烧器出口空气动力场，燃烧器入口区域需要进行网格局部加密，总的网格数为200万。如图2所示，为炉膛结构的网格化示意图。作为其中一个实施例，在所述建立所述锅炉的网格化结构模型的步骤中，所述设计参数包括蒸发量、主蒸汽 压力、主蒸汽温度、再热蒸汽流量、再热蒸汽进口压力、再热蒸汽出口压力、再热蒸汽进口温度、再热蒸汽出口温度、给水温度、排烟温度、热风温度、锅炉效率、计算燃料消耗量、实际燃料消耗量以及燃烧器设计参数。建立网格化模型时，必要的设计参数需全部包括，这样可确保能够建立有效的模型。另外，设计参数越多，则建立的模型越准确。表I是一个锅炉主要设计参数的实施例。表I锅炉主要设计参数
权利要求
1.一种煤粉锅炉改变燃煤种类后的烟气浓度调整方法，其特征在于，包括以下步骤: 根据四角切圆煤粉锅炉的设计参数，按照直流燃烧器、冷灰斗区域、燃烧器区域、燃烧器上方区域和屏式过热器区域的结构，建立所述锅炉的网格化结构模型； 根据所述网格化结构模型，建立煤粉燃烧所形成的气相湍流流动过程、气固两项流动过程、辐射传热过程和氮氧化物生成过程的数学模型； 根据建立的所述数学模型，对所述锅炉改变燃煤种类后的煤粉燃烧过程进行模拟，获取所述锅炉的各种烟气浓度情况与锅炉燃烧性能指标之间的对应关系； 根据获取的所述对应关系，对所述锅炉的烟气浓度进行调整，使所述锅炉满足预设的燃烧性能指标。
2.根据权利要求1所述的煤粉锅炉改变燃煤种类后的烟气浓度调整方法，其特征在于，在所述建立所述锅炉的网格化结构模型的步骤中，所述设计参数包括蒸发量、主蒸汽压力、主蒸汽温度、再热蒸汽流量、再热蒸汽进口压力、再热蒸汽出口压力、再热蒸汽进口温度、再热蒸汽出口温度、给水温度、排烟温度、热风温度、锅炉效率、计算燃料消耗量、实际燃料消耗量以及燃烧器设计参数。
3.根据权利要求2所述的煤粉锅炉改变燃煤种类后的烟气浓度调整方法，其特征在于，所述燃烧器设计参数包括一次风、二次风、三次风、一次风周界风、三次风周界风和炉膛漏风。
4.根据权 利要求1所述的煤粉锅炉改变燃煤种类后的烟气浓度调整方法，其特征在于，所述锅炉改变后的燃煤种类为烟煤。
5.根据权利要求1所述的煤粉锅炉改变燃煤种类后的烟气浓度调整方法，其特征在于，所述锅炉燃烧性能指标包括煤粉燃尽率、飞灰含碳量、氮氧化物排放量和下炉膛出口温度。
6.根据权利要求1所述的煤粉锅炉改变燃煤种类后的烟气浓度调整方法，其特征在于，在所述对所述锅炉的烟气浓度进行调整的步骤之后，包括以下步骤: 在所述锅炉的运行过程中，当锅炉燃烧性能指标超过预设告警指标时，发出告警信号。
7.一种煤粉锅炉改变燃煤种类后的烟气浓度调整系统，其特征在于，包括结构模型建立模块、数学模型建立模块、模拟模块和调整模块； 所述结构模型建立模块，用于根据四角切圆煤粉锅炉的设计参数，按照直流燃烧器、冷灰斗区域、燃烧器区域、燃烧器上方区域和屏式过热器区域的结构，建立所述锅炉的网格化结构模型； 所述数学模型建立模块，用于根据所述网格化结构模型，建立煤粉燃烧所形成的气相湍流流动过程、气固两项流动过程、辐射传热过程和氮氧化物生成过程的数学模型； 所述模拟模块，用于根据建立的所述数学模型，对所述锅炉改变燃煤种类后的煤粉燃烧过程进行模拟，获取所述锅炉的各种烟气浓度情况与锅炉燃烧性能指标之间的对应关系; 所述调整模块，用于根据获取的所述对应关系，对所述锅炉的烟气浓度进行调整，使所述锅炉满足预设的燃烧性能指标。
8.根据权利要求7所述的煤粉锅炉改变燃煤种类后的烟气浓度调整系统，其特征在于，所述锅炉燃烧性能指标包括煤粉燃尽率、飞灰含碳量、氮氧化物排放量和下炉膛出口温度。
9.根据权利要求7所述的煤粉锅炉改变燃煤种类后的烟气浓度调整系统，其特征在于，还包括告警模块； 所述告警模块，用于在所述锅炉的运行过程中，当锅炉燃烧性能指标超过预设告警指标时，发出告警信 号。
全文摘要
本发明公开了一种煤粉锅炉改变燃煤种类后的烟气浓度调整方法，包括建立所述锅炉的网格化结构模型；建立煤粉燃烧所形成的各个理化过程的数学模型；对所述锅炉改变燃煤种类后的煤粉燃烧过程进行模拟，获取所述锅炉的各种烟气浓度情况与锅炉燃烧性能指标之间的对应关系；对所述锅炉的烟气浓度进行调整，使所述锅炉满足预设的燃烧性能指标。此外，还公开了一种煤粉锅炉改变燃煤种类后的烟气浓度调整系统。本发明可提高煤粉锅炉改变燃煤种类后烟气浓度控制的准确率和安全性，克服了采用人工控制所容易引起的炉内燃烧不稳定和燃烧效率低下的问题，同时大大降低了燃烧过程中产生的污染物。
文档编号F23N5/00GK103216846SQ20131014684
公开日2013年7月24日 申请日期2013年4月24日 优先权日2013年4月24日
发明者李德波 申请人:广东电网公司电力科学研究院