煤粉锅炉数字化燃烧控制和优化方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种煤粉锅炉数字化燃烧控制和优化方法及系统，该方法包括：实时调整每根煤粉输送管的煤粉流速和煤粉浓度，使得各煤粉输送管的煤粉流速偏差小于±5%，煤粉质量流量偏差小于±10%；根据每只煤粉燃烧器当前二次风量、煤粉输入量和一次风的空气含量，得到每个燃烧器的空燃比数值或过量空气系数，通过调整煤粉燃烧器的二次风调节门，使各煤粉燃烧器之间的空燃比偏差小于±10%；根据飞灰含碳量、尾部烟气中的氧量和一氧化碳浓度的变化趋势调整输煤量和二次风量，使各燃烧器的空燃比或过量空气系数达到最佳设定值。本发明，通过煤粉分配调平以及燃烧器内空燃比的合理调整，实现了煤粉锅炉燃烧过程的数字化控制和优化，优化锅炉燃烧过程。
【专利说明】煤粉锅炉数字化燃烧控制和优化方法及系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及大型燃煤电厂煤粉锅炉，具体涉及煤粉锅炉数字化燃烧控制和优化方法及系统。
【背景技术】
[0002]煤粉锅炉数字化燃烧控制和优化是实现火电厂节能减排的重要技术途径。对于大型煤粉锅炉，运行中煤粉燃料的分配是否均匀，一、二次配风是否合理，将直接影响到机组运行的经济性、安全性和环保水平。由于锅炉炉内煤粉燃烧过程的复杂性，运行人员只能根据自己长期积累的运行经验进行燃烧调整。
[0003]如今，国内大型火电发电机组一般都配有DCS (Distributed Control System,分布式控制系统)，DCS虽提高了锅炉运行的自动化水平，但缺少对锅炉燃烧运行配风、配煤方式的优化。主要体现在:
[0004](I)煤粉锅炉每台磨煤机通常都配有4?8只煤粉燃烧器，由于煤粉锅炉在运行过程中，每只煤粉燃烧器输入的煤粉质量流量可能会发生改变而不尽相同，因此，需要实时调节每只煤粉燃烧器的煤粉质量流量，并保证每台磨煤机各煤粉燃烧器之间的偏差不超过±10%，这就是煤粉分配调平。然而，由于没有仪器可以直接在线测量煤粉质量流量，因此，目前通常的作法是:在冷态工况下以空气代替煤粉进行分配调平的标定，然后以可调缩孔挡板的调整空气流速，这种分配调平方式可能会导致相当高的分配偏差，最高可达±30?±50%，不但影响锅炉的安全运行，也不利于降低煤耗以及污染物的排放。
[0005](2)现有的二次风控制是根据锅炉尾部烟气中的含氧量作为反馈量进行控制，没有针对每个煤粉燃烧器的空燃比或过量空气系数进行精确调整。因此造成煤粉燃烧达不到最佳效果，效率较低，进而影响煤粉锅炉的安全性、经济性和环保性。
[0006]由此可见，对现有煤粉锅炉的燃烧优化控制方法进行改进，以进一步提高煤粉燃烧的效率，使煤粉锅炉可靠、安全、经济地运行，是目前燃煤发电行业的当务之急。
【发明内容】
[0007]本发明所要解决的技术问题是解决现有煤粉锅炉的燃烧优化控制方式无法进一步提高煤粉燃烧的效率及降低氮氧化物排放浓度的问题。
[0008]为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是提供一种煤粉锅炉数字化燃烧优化控制方法，包括以下步骤:
[0009]步骤10:实时调整各煤粉输送管Tji的煤粉流速Vji和煤粉浓度Cji,使得各煤粉输送管Tji的煤粉流速Vji偏差小于±5%,使各煤粉输送管Tji内的煤粉质量流量Qji偏差小于土 10%，其中，每根煤粉输送管Tji的煤粉质量流量Qji=粉煤浓度Cji X煤粉流速Vji X煤粉输送管横截面积Sji, j = I?m, m为每台磨煤机的煤粉燃烧器个数，i=l?η, η为每台锅炉的磨煤机数量；
[0010]步骤20:根据每只煤粉燃烧器当前二次风量A2j1、煤粉输入量Qji和一次风的空气含量Alji，调整相应煤粉燃烧器的二次风调节门，使各煤粉燃烧器之间的空燃比偏差小于±10%;根据飞灰含碳量、尾部烟气中的氧量和一氧化碳浓度变化趋势调整每根煤粉输送管的煤粉流速Vj1、煤粉浓度Cji和每个燃烧器的二次风量，使各燃烧器的空燃比达到最佳值。
[0011]在上述方法中，在步骤10中，通过设置在煤粉输送管Tji上、下游的第一、第二传感器得到所述煤粉流速Vm具体步骤如下:
[0012]步骤11、通过所述第一、第二传感器分别得到煤粉在流动过程中由静电产生的第
一、第二随机信号；
[0013]步骤12、采用交叉相关计算方法得到所述第一、第二随机信号之间的时差Tji ；
[0014]步骤13、根据Vji=LjiZtji得到所述煤粉流速Vji，其中=Lji为相应煤粉输送管上第一、第二传感器之间的距离。
[0015]在上述方法中，根据每一根所述煤粉输送管Tji的煤粉流速Vji实时调整其上安装的节流阀的开度，使各煤粉输送管Tji之间的煤粉流速Vji偏差小于±5%。[0016]在上述方法中，在步骤10中，通过设置在煤粉输送管Tji内的微波发射传感器和微波接收传感器得到所述煤粉浓度(^，具体步骤如下:
[0017]步骤14、测量煤粉输送管Tji在没有输送煤粉状态下的微波信号的谐振频率Hji ；
[0018]步骤15、测量煤粉输送管Tji在输送煤粉状态下微波信号的谐振频率f2h ；
[0019]步骤16、根据Cji= Δ f,,Xkji计算得到所述煤粉浓度Cji，其中=Cji为煤粉浓度；Δ 为谐振频率变化量，Λ fjfflj1-fZji ;kji为频率浓度因子，根据磨煤机的原煤输入量、各根煤粉输送管内的煤粉流速、煤粉浓度以及Hji和f2ji预先对磨煤机进行标定获得。
[0020]在上述方法中，根据每一根所述煤粉输送管Tji的煤粉流速Vji和煤粉浓度Cji实时调整其上安装的节流阀的开度和煤粉浓度调节板的角度，使各煤粉输送管Tji之间的煤粉质量流量Qji偏差小于土 10%。
[0021]在上述方法中，步骤20中包括以下步骤:
[0022]步骤21、根据公SaU= UZg X (A1i+AMi)计算得到每只煤粉燃烧器的煤
粉输送管内一次风中空气含量Alji ;式中-.Vji为第j只煤粉燃烧器的煤粉输送管内煤粉流速，Ali为第i台磨煤机入口一次风总量，AMi为第i台磨煤机的密封风总量；
[0023]步骤22、根据测量装置得到单个燃烧器的二次风量A2ji;由此计算出每只煤粉燃烧器的空燃比AFfaU + AZjiVFji,其中Fji为每只燃烧器的煤粉质量流量。
[0024]步骤23、根据每个燃烧器内的空燃比AFji实时调整每只煤粉燃烧器的二次风AZji使得各燃烧器之间的空燃比AFji偏差小于土 10%。
[0025]步骤24、根据飞灰含碳量、烟气含氧量和一氧化碳浓度调整每根煤粉输送管的煤粉流速、煤粉浓度和每个燃烧器的二次风量，使每个燃烧器内的空燃比达到最佳值。
[0026]本发明还提供了一种煤粉锅炉数字化燃烧控制和优化系统，包括煤粉分配调平控制装置和二次风控制调整装置，
[0027]所述煤粉分配调平控制装置包括第一控制单元和设置在每根煤粉输送管内的煤粉流速传感器、煤粉浓度传感器、节流阀以及设置在煤粉分配器内的煤粉浓度调节板；所述煤粉流速传感器实时检测获得每根煤粉输送管Tji内的煤粉流速Vji，并传送给所述第一控制单元；所述煤粉浓度传感器实时检测获得每根煤粉输送管Tji内的煤粉浓度Cji,并传送给所述第一控制单元；所述第一控制单元上设有第一比较模块和第一控制模块，所述第一比较模块根据每根煤粉输送管Tji内的煤粉流速Vji和煤粉质量流量Qji获得各煤粉输送管之间的煤粉流速偏差和煤粉质量流量偏差，所述第一控制模块根据所述煤粉流速偏差和煤粉质量流量偏差发出第一控制信号，实时调整各煤粉输送管内的节流阀的开度和各煤粉分配器内的煤粉调整板的角度，使每组燃烧器之间的煤粉流速和煤粉质量流量偏差分别小于土 5%和土 10%，其中，每根煤粉输送管Tji的煤粉质量流量Qji=粉煤浓度Cji X煤粉流速Vji X煤粉输送管横截面积Sji, j = I~m，m为煤粉燃烧器的个数，i=l~η，η为每台锅炉所配的磨煤机的数量；
[0028]所述燃烧器空燃比控制调整装置包括第二控制单元以及设置在每根二次送风管内的风速传感器以及二次风调节门，所述风速传感器实时检测得到二次送风管中的二次风流速，并传送给所述第二控制单元；所述第二控制单元上设有第二比较模块和第二控制模块，所述第二比较模块根据二次风流速获得每只煤粉燃烧器的当前二次风量A2y并根据当前二次风量A2j1、煤粉输入量Qji和一次风中的空气含量Alji获得每个燃烧器的空燃比和每个燃烧器之间的空燃比偏差；所述第二控制模块根据各燃烧器的空燃比和每个燃烧器之间的空燃比偏差发出第二控制信号，实时调整相应煤粉燃烧器的二次风调节门的开度，使各燃烧器之间的空燃比偏差小于10% ;所述第二控制模块根据根据飞灰含碳量、尾部烟气中的氧量和一氧化碳浓度变化趋势，发出第三控制信号，实时调整每根煤粉输送管的煤粉流速',、煤粉浓度C^i和二次风量和每个燃烧器二次风调节门的开度，使每只燃烧器的空燃比达到最佳值。
[0029]在上述系统中，所述煤粉流速传感器包括设置在煤粉输送管Tji上、下游的第一、第二传感器，每根煤粉输送管Tji内的煤粉流速Vji=Lji/!^, Lji为相应煤粉输送管上第一、第二传感器之间的距离，Tji为采用交叉相关计算方法得到的第一、第二随机信号之间的时差，第一、第二随机信号为所述第一、第二传感器检测得到的煤粉在流动过程中由静电产生的信号。
[0030]在上述系统中，所述煤粉浓度传感器包括设置在煤粉输送管Tji内的微波发射传感器和微波接收传感器，每根煤粉输送管Tji内的煤粉浓度Cji= Δ fji X kji; Cji为煤粉浓度；Δ 为谐振频率变化量，Λ^lji为煤粉输送管L在没有输送煤粉状态下的微波信号的谐振频率，f2ji为煤粉输送管Tji在输送煤粉状态下微波信号的谐振频率，kj,为频率浓度因子，根据磨煤机的原煤输入量、各根煤粉输送管内的煤粉流速、煤粉浓度以及flji和￡2爿预先对磨煤机进行标定获得。
[0031]本发明，通过煤粉分配调平以及一、二次风量的合理调整，精确地控制每只煤粉燃烧器的空燃比，实现了煤粉锅炉数字化燃烧控制和优化，大大提高了煤粉燃烧的效率，使煤粉锅炉可靠、安全、经济地运行，减少了尾气排放，节能环保。
【专利附图】
【附图说明】
图一为本发明的结构示意图。
【具体实施方式】
[0032]本发明提供的煤粉锅炉数字化燃烧控制和优化方法及系统，通过煤粉分配调平以及一、二次风量的合理调整，精确地控制每只煤粉燃烧器的空燃比，大大提高了煤粉燃烧的效率，下面结合说明书附图和【具体实施方式】对本发明做出详细的说明。
[0033]本发明提供煤粉锅炉数字化燃烧控制和优化方法，包括以下步骤:
[0034]步骤10:实时调整各煤粉输送管Tji的煤粉流速Vji和煤粉浓度Cji,使得各煤粉输送管Tji的煤粉流速Vji偏差小于±5%,使各煤粉输送管Tji内的煤粉质量流量Qji偏差小于土 10%，其中，每根煤粉输送管Tji的煤粉质量流量Qji=粉煤浓度Cji X煤粉流速Vji X煤粉输送管横截面积Sji, j = I~m, m为每台磨煤机的煤粉燃烧器个数，i=l~η, η为每台锅炉的煤粉磨煤机数量；
[0035]步骤20:实时调整每个燃烧器内的空燃比或过量空气系数，即根据每只煤粉燃烧器当前二次风量A2j1、煤粉输入量Qji和一次风的空气含量Alji,调整相应煤粉燃烧器的二次风调节门，使各煤粉燃烧器之间的空燃比偏差小于±10% ;根据飞灰含碳量、尾部烟气中的氧量和一氧化碳浓度变化趋势调整每根煤粉输送管的煤粉流速Vp煤粉浓度Cji和二次风量，使各燃烧器的空燃比达到最佳值。
[0036]步骤10的主要目的是实现煤粉分配的精确调平。目前的煤粉分配调平方法所依据的仅为煤粉流速，但是，由于煤粉浓度同样会对煤粉质量流量产生重要的影响，为此，本发明提供的方法，对于煤粉的分配调平采用了煤粉流速和煤粉浓度两个参数进行控制。
[0037]首先，通过设置在煤粉输送管Tji上、下游的第一、第二传感器得到所述煤粉流速Vji，然后，分别比较每一根煤粉输送管Tji的煤粉流速Vji，并根据各煤粉输送管之间的煤粉流速偏差，实时自动调整设置在相应煤粉输送管内的节流阀(的全自动节流缩孔)的开度，使各煤粉输送管Tji之间的煤粉流速Vji偏差小于±5%。
[0038]再通过设置在煤粉输送管Tji内的微波发射传感器和微波接收传感器得到煤粉浓度Cji，并分别比较每一根煤粉输送管Tji的煤粉质量流量Qji，根据各煤粉输送管之间的煤粉质量流量偏差，实时调整各煤粉输送管内的节流阀的开度和各煤粉输送管入口处的煤粉调整板的角度，使得各煤粉输送管Tji内的煤粉质量流量Qji偏差小于±10%。
[0039]其中，通过设置在煤粉输送管Tji上、下游的第一、第二传感器获得煤粉流速Vji的具体步骤如下:
[0040]步骤11、通过第一、第二传感器分别得到煤粉在流动过程中由静电产生的第一、第二随机信号；
[0041]步骤12、采用交叉相关计算方法得到所述第一、第二随机信号之间的时差Tji ；
[0042]步骤13、根据Vji=LjiZtji得到所述煤粉流速Vji，其中=Lji为相应煤粉输送管上第一、第二传感器之间的距离。
[0043]通过设置在煤粉输送管Tji内的微波发射传感器和微波接收传感器，采用微波谐振测量原理，得到所述煤粉浓度(^，具体步骤如下:
[0044]步骤14、测量煤粉输送管Tji在没有输送煤粉状态下的微波信号的谐振频率Hji ；
[0045]步骤15、测量煤粉输送管Tji在输送煤粉状态下微波信号的谐振频率f2u ；
[0046] 步骤16、根据Cji=AfjiXk计算得到所述煤粉浓度Cji，其中=Cji为煤粉浓度；八匕为谐振频率变化量，Δ；k为频率浓度因子，根据磨煤机的原煤输入量、各根煤粉输送管内的煤粉流速、煤粉浓度以及Hji和f2ji预先对磨煤机进行标定获得。
[0047]通过磨煤机标定频率浓度因子k的方法如下:
[0048](I)通过皮带输送机均匀向磨煤机供煤，并通过皮带输送机上的皮带称测量一段时间(如10分钟)内第i台磨煤机的原煤输入量Mi ；
[0049](2)测量该磨煤机每根煤粉输送管的煤粉流速Vji和相应的谐振频率flp谐振频率 Hji ；
[0050](3)根据公式:
【权利要求】
1.煤粉锅炉数字化燃烧控制和优化方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤10:实时调整各煤粉输送管L的煤粉流速^和煤粉浓度Cm，使得各煤粉输送管Tji的煤粉流速Vji偏差小于±5%,使各煤粉输送管Tji内的煤粉质量流量Qji偏差小于土 10%，其中，每根煤粉输送管Tji的煤粉质量流量Qji=粉煤浓度Cji X煤粉流速Vji X煤粉输送管横截面积Sji, j = I~m, m为每台磨煤机的煤粉燃烧器个数，i=l~η, η为每台锅炉的煤粉磨煤机数量； 步骤20:根据每只煤粉燃烧器当前二次风量Α2μ、煤粉输入量Qji和一次风的空气含量Alji，调整相应煤粉燃烧器的二次风调节门，使各煤粉燃烧器之间的空燃比偏差小于土 10% ；根据飞灰含碳量、尾部烟气中的氧量和一氧化碳浓度变化趋势调整每根煤粉输送管的煤粉流速Vj1、煤粉浓度Cji和二次风量，使各燃烧器的空燃比达到最佳设定值。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤10中，通过设置在煤粉输送管L上、下游的第一、第二传感器得到所述煤粉流速Vm具体步骤如下: 步骤11、通过所述第一、第二传感器分别得到煤粉在流动过程中由静电产生的第一、第二随机信号； 步骤12、采用交叉相关计算方法得到所述第一、第二随机信号之间的时差Tji ； 步骤13、根据得到所述煤粉流速^，其中、为相应煤粉输送管上第一、第二传感器之间的距离。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据每一根所述煤粉输送管Tji的煤粉流速Vji实时调整其上安装的节流阀的开度，使各煤粉输送管Tji之间的煤粉流速Vji偏差小于+ 5% ο
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤10中，通过设置在煤粉输送管Tji内的微波发射传感器和微波接收传感器得到所述煤粉浓度Cp具体步骤如下: 步骤14、测量煤粉输送管Tji在没有输送煤粉状态下的微波信号的谐振频率Hji ； 步骤15、测量煤粉输送管Li在输送煤粉状态下微波信号的谐振频率f2ji ； 步骤16、根据Cf Δ GXk计算得到所述煤粉浓度Cp其中&为煤粉浓度；Λ &为谐振频率变化量，Λ fji=f;kji为频率浓度因子，Iiji为频率浓度因子，根据磨煤机的原煤输入量、各根煤粉输送管内的煤粉流速、煤粉浓度以及Hji和f2ji预先对磨煤机进行标定获得。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据每一根所述煤粉输送管Tji的煤粉流速Vji和煤粉浓度Cji实时调整其上安装的节流阀的开度和煤粉浓度调节板的角度，使各煤粉输送管Tji之间的煤粉质量流量Qji偏差小于土 10%。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤20中包括以下步骤:
m 步骤21、根据公X (A1i+AMi)计算得到每只煤粉燃烧器的煤粉输送管内一次风中空气含量Alji ;式中=Vji为第j只煤粉燃烧器的煤粉输送管内煤粉流速,Ali为第i台磨煤机入口一次风总量,AMi为第i台磨煤机的密封风总量； 步骤22、根据测量装置得到单个燃烧器的二次风量A2ji;由此计算出每只煤粉燃烧器的空燃比AFji= (Alji + AZjiVFji,其中Fji为每只燃烧器内的煤粉质量流量。 步骤23、根据每个燃烧器内的空燃比AFji实时调整每只煤粉燃烧器的二次风Α2μ使得各燃烧器之间的空燃比AFji偏差小于土 10%。 步骤24、根据飞灰含碳量、烟气含氧量和一氧化碳浓度调整每根煤粉输送管的煤粉流速、煤粉浓度和每个燃烧器的二次风量，使每个燃烧器内的空燃比达到最佳值。
7.煤粉锅炉数字化燃烧控制和优化系统，其特征在于，包括煤粉分配调平控制装置和燃烧器空燃比数字化调整装置，所述煤粉分配调平控制装置包括第一控制单元和设置在每根煤粉输送管内的煤粉流速传感器、煤粉浓度传感器、节流阀以及设置在煤粉分配器内的煤粉浓度调节板；所述煤粉流速传感器实时检测获得每根煤粉输送管Tji内的煤粉流速Vji,并传送给所述第一控制单元；所述煤粉浓度传感器实时检测获得每根煤粉输送管Tji内的煤粉浓度Cp并传送给所述第一控制单元；所述第一控制单元上设有第一比较模块和第一控制模块，所述第一比较模块根据每根煤粉输送管Tji内的煤粉流速Vji和煤粉质量流量Qji获得各煤粉输送管之间的煤粉流速偏差和煤粉质量流量偏差，所述第一控制模块根据所述煤粉流速偏差和煤粉质量流量偏差发出第一控制信号，实时调整各煤粉输送管内的节流阀的开度和各煤粉分配器内的煤粉调整板的角度，使每组燃烧器之间的煤粉流速和煤粉质量流量偏差分别小于±5%和±10%，其中，每根煤粉输送管Tji的煤粉质量流量Qji=粉煤浓度Cji X煤粉流速Vji X煤粉输送管横截面积Sji, j = 1~m，m为煤粉燃烧器的个数，i=l~n，η为每台锅炉所配的磨煤机的数量； 所述燃烧器空燃比控制调整装置包括第二控制单元以及设置在每根二次送风管内的风速传感器以及二次风调节门，所述风速传感器实时检测得到二次送风管中的二次风流速，并传送给所述第二控制单元；所述第二控制单元上设有第二比较模块和第二控制模块，所述第二比较模块根据二次风流速获得每只煤粉燃烧器的当前二次风量A2y并根据当前二次风量A2p煤粉输入量Qm和一 次风中的空气含量AU获得每个燃烧器的空燃比和每个燃烧器之间的空燃比偏差；所述第二控制模块根据各燃烧器的空燃比和每个燃烧器之间的空燃比偏差发出第二控制信号，实时调整相应煤粉燃烧器的二次风调节门的开度，使各燃烧器之间的空燃比偏差小于10% ;所述第二控制模块根据根据飞灰含碳量、尾部烟气中的氧量和一氧化碳浓度变化趋势，发出第三控制信号，实时调整每根煤粉输送管的煤粉流速VjP煤粉浓度Cji和二次风量和每个燃烧器二次风调节门的开度，使每只燃烧器的空燃比达到最佳值。
8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述煤粉流速传感器包括设置在煤粉输送管Tji上、下游的第一、第二传感器，每根煤粉输送管Tji内的煤粉流速Vji=LjiZtji, Lji为相应煤粉输送管上第一、第二传感器之间的距离，L为采用交叉相关计算方法得到的第一、第二随机信号之间的时差，第一、第二随机信号为所述第一、第二传感器检测得到的煤粉在流动过程中由静电产生的信号。
9.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述煤粉浓度传感器包括设置在煤粉输送管Tji内的微波发射传感器和微波接收传感器，每根煤粉输送管Tji内的煤粉浓度Cji= Δ ^iXkji7Cji为煤粉浓度；Λ fji为谐振频率变化量，Λifiji为煤粉输送管Tji在没有输送煤粉状态下的微波信号的谐振频率，f2jt为煤粉输送管Tji在输送煤粉状态下微波信号的谐振频率，h为频率浓度因子，根据磨煤机的原煤输入量、各根煤粉输送管内的煤粉流速、煤粉浓度以及Hji和f2ji预先对磨煤机进行标定获得。
【文档编号】F23N5/00GK103939939SQ201410093121
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年3月13日 优先权日:2014年3月13日
【发明者】程加东 申请人:青岛立宇科技开发有限公司