一种自动优化配风的链条炉系统及优化方法与流程

本发明涉及一种链条炉，特别涉及一种自动优化配风的链条炉系统及优化方法。

背景技术：

我国工业锅炉中以链条炉为主，链条炉结构简单，自动化监控设备不完善，司炉工往往是凭经验进行操作，导致链条炉效率较低，平均运行效率仅为65％左右，比发达国家低15到20个百分点，不仅造成了煤炭资源的极大浪费，而且排放大量的温室气体和污染物。

链条炉燃烧效率的一个重要影响因素是空气过量系数，需要通过合理配风进行调节。如果空气系数太小，空气量不足，则燃烧不完全，造成气体不完全燃烧热损失q3和固体不完全燃烧热损失q4的增加，锅炉效率不高。如空气系数太大，不仅增加烟气量，加大排烟热损失q2，而且会降低火焰温度，影响锅炉出力。空气过量系数存在一个最佳值，链条炉过量空气系数最佳值范围为1.3-1.4，但对于每一台锅炉这个值也会存在一定程度的变化，因此寻找单台锅炉的最佳过量空气系数可以提升锅炉运行效率。

链条炉横向配风同样是影响燃烧效率的关键因素之一。煤在炉排上依次经历了干燥预热阶段、挥发分析出阶段、剧烈燃烧阶段和燃尽阶段。炉排两端的预热阶段和燃尽阶段只需要少量空气，而炉排中间的挥发分燃烧和煤的剧烈燃烧需要大量空气。因此沿着炉排方向进行合理的分段给风可以显著提高锅炉效率。然而，目前炉排横向给风的设置通常是凭借经验，无法保证链条炉横向的最佳配风。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种自动优化配风的链条炉系统及优化方法。

本发明所采用的技术方案是：一种自动优化配风的链条炉系统，包括链条炉炉膛、炉排、风室、布袋除尘器及dcs控制系统，其技术要点是，还包括烟气采样装置，烟气采样组件由自动伸缩杆组件、粉尘过滤器、冷凝除湿器、气体传感器及真空泵构成，两个烟气采样装置相对设置，一个安装在链条炉前拱，另一个安装在链条炉后拱；自动伸缩杆组件进气端连接粉尘过滤器，自动伸缩杆组件出气端依次与冷凝除湿器、气体传感器及真空泵连接，自动伸缩杆组件带动粉尘过滤器沿各风室上方移动，气体通过电动伸缩杆内腔在真空泵的作用下进入气体传感器对各风室上方的烟气浓度进行检测。

上述方案中，所述的自动伸缩杆组件包括丝杠螺母传动副、电机、电机轴及外管，所述的丝杠为中空结构，内部设有供气体通过的烟气通道，丝杠的进气端连接粉尘过滤器，丝杠的出气端连接冷凝除湿器，丝杠前半段设有弧形螺旋槽，丝杠后半段设有外螺纹，螺母内侧设有与丝杠前半段匹配的弧形螺旋槽并与丝杠共轴设置，外管内侧设有与丝杠后半段外螺纹相配合的内螺纹，外管外壁通过法兰与链条炉炉膛连接；外管固定在链条炉炉膛上保持不动，电机轴通过齿轮与螺母连接并带动螺母转动，螺母旋转带动与它连接的丝杠水平移动，进而带动粉尘过滤器沿各风室上方移动。

上述方案中，丝杠的出气端通过金属软管连接冷凝除湿器的入口。

上述方案中，所述自动伸缩杆组件距离链条炉炉排上方的煤层10～15厘米。

上述方案中，在与布袋除尘器输入端相连接的烟道上设有粉尘在线检测仪和飞灰含碳量在线监测仪。

一种链条炉各风室配风的方法，其技术要点是，各风室横向配风步骤如下：

监测步骤，逐一对不同风室上方的气体浓度进行监测；

氧浓度调节步骤，调整各风室上方风量直至各风室上方氧气浓度相差不超过±10％。

上述方案中，调整各风室风量步骤如下：当检测到风室上方烟气的氧浓度在21％±0.5％以内，则认为该风室不消耗氧气，无需供风；若检测到风室上方烟气的氧浓度高于平均氧气浓度，则认为此风室空气供应过剩，应减少风门开度逐步调低此风室的风量；若检测到风室上方烟气的氧气浓度低于平均氧气浓度，则认为该风室空气供应不足，应通过增大风门开度逐步增大此风室的空气供应；直至各风室上方氧气浓度相差不超过±10％，停止调节。

一种链条炉内的配风优化方法，其技术要点是，包括:

炉膛总风量调节步骤，保持炉排配风比不变，以排烟热损失、气体不完全燃烧热损失、固体不完全燃烧热损失之和(q2-4)最小为目标，调整炉膛内总风量使炉膛出口氧浓度分布在3.5％-6％之间,具体如下:

首先,记录炉膛出口氧浓度分布为3.5％时的总风量，对应为最小风量；炉膛出口氧浓度为6％时的总风量，对应为最大风量；其次,在最大风量和最小风量的范围内调整风量:

步骤1，获取某一时刻的总风量,并记录此时的q2-4；

步骤2，调整总风量，使得炉膛出口氧含量增加或减少0.2％；

步骤3，获取调整后下一时刻的总风量,并记录该下一时刻的q2-4,比较两个时刻的q2-4,取热损失总和最小的值；

步骤4，重复执行步骤1-步骤3，直至获得q2-4最小时的链条炉燃烧的总风量为止；

步骤5，若煤种或工况不变，则一直保持上面的配风量进行配风,若煤种或工况任一因素改变，则重新调整配风风量，继续执行步骤1-步骤5。

本发明的有益效果是：该自动优化配风的链条炉系统及优化方法，根据监测链条炉炉排方向不同位置的氧气浓度实现链条炉横向配风的自动优化；以排烟热损失、气体不完全燃烧热损失、固体不完全燃烧热损失总和最小为目标，实现炉膛总给风量的自动优化。本发明可以使锅炉始终保持最佳的配风，显著提升锅炉效率，达到节能减排的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，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，还可根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中配风可调节的链条炉系统的机构示意图；

图2为本发明实施例中烟气采样装置结构示意图；

图3为本发明实施例中链条炉各风室配风的方法的流程图；

图4为本发明实施例中链条炉内的配风优化方法的流程图；

图中序号说明如下：1链条炉炉膛、2炉排、3风室、4粉尘过滤器、5烟气采样装置、51丝杠、52外管、53法兰、54螺母、55电机、56电机轴、6冷凝除湿器、7气体传感器、8真空泵、9粉尘检测仪、10飞灰含碳量在线监测仪、11炉渣含碳量分析仪、12布袋除尘器、13金属软管。

具体实施方式

使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图1～图4和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例1：

本实施例采用的自动优化配风的链条炉系统，包括链条炉炉膛1、炉排2、风室3、烟气采样装置5、线粉尘检测仪9、飞灰含碳量在线监测仪10、炉渣含碳量分析仪11、布袋除尘器12及dcs控制系统(图中未示出)，烟气采样装置5由自动伸缩杆组件、粉尘过滤器4、冷凝除湿器6、气体传感器7及真空泵8构成，本实施例采用两个烟气采样装置5，一个安装在链条炉前拱，另一个安装在链条炉后拱，且两个自动伸缩杆组件距离链条炉炉排2上方的煤层10～15厘米。自动伸缩杆组件进气端连接粉尘过滤器4，自动伸缩杆组件出气端依次与冷凝除湿器6、气体传感器7及真空泵8连接，自动伸缩杆组件带动粉尘过滤器4沿各风室3上方移动，采集不同风室3上方的烟气浓度，烟气在真空泵8的作用下依次通过粉尘过滤器4、自动伸缩杆内腔、冷凝除湿器6及气体传感器7，其中，冷凝除湿器6可将烟气冷凝到250℃以下。气体传感器7为氧气、二氧化碳、co、h2四合一传感器。

本实施例中的自动伸缩杆组件包括丝杠螺母传动副、电机55、电机轴56及外管52，其中丝杠螺母传动副由丝杠51和螺母54组成，均采用耐高温不锈钢管制作，可以承受1300℃高温，丝杠51为中空结构，内部设有供气体通过的烟气通道，丝杠51的进气端连接粉尘过滤器4的出气端，丝杠51的出气端连接冷凝除湿器6的进气端，丝杠51前半段(即距炉膛较远的一侧)设有弧形螺旋槽，丝杠51后半段(即距炉膛较近的一侧)上设有外螺纹，螺母54和外管52分别与丝杠51共轴设置，螺母54内侧设有与丝杠匹配的弧形螺旋槽，螺母54和丝杠51弧形螺旋槽内装有滚珠。外管52内侧设有与丝杠51外螺纹相配合的内螺纹，电机55的电机轴56外侧和螺母54外侧分别设有相互匹配的齿轮，外管52的外壁通过法兰53与链条炉炉膛连接，作用是丝杠前进或后退时保证炉膛的密封。

当电机55接到dcs控制系统发送的控制信号正转时,电机55带动电机轴56顺时针转动,电机轴56通过齿轮带动螺母54正向旋转，螺母54通过内部滚珠带动丝杠51沿着炉膛方向水平移动,进而带动粉尘过滤器4移动,采集不同风室上方的烟气浓度。通过调整电机55正向旋转的时间来控制丝杠51移动的距离。此时，外管52固定在炉膛上保持不动，外管52与丝杠51的后半段通过螺纹进行相对运动。

当电机55接到dcs控制系统发送的控制信号反转时,电机55带动电机轴56逆时针转动,电机轴56通过齿轮带动螺母54反向旋转，螺母54通过内部滚珠带动丝杠51向远离炉膛的方向水平移动，进而带动粉尘过滤器4移动,采集不同风室上方的烟气浓度。通过调整电机55反正向旋转的时间来控制丝杠51移动的距离。此时，外管52固定在炉膛上保持不动，外管52与丝杠51的后半段通过螺纹进行相对运动。

丝杠51的出气端通过金属软管13连接冷凝除湿器6的入口。

在与布袋除尘器12输入端相连接的烟道上设有线粉尘检测仪9和飞灰含碳量在线监测仪10。在线粉尘检测仪9用于监测飞灰的质量，飞灰含碳量在线监测仪10用于监测飞灰的碳含量。在炉膛排渣处还安装炉渣碳含量分析仪11，用于分析炉渣的碳含量。

本实施例中的烟气采样装置5、线粉尘检测仪9、飞灰含碳量在线监测仪10、炉渣含碳量分析仪11、布袋除尘器12分别与dcs控制系统连接，用于将采集到的数据传递给dcs控制系统。

实施例2：

dcs控制系统接收到烟气采样装置5传递来的数据后，对链条炉内各风室的配风进行优化，包括如下步骤：

监测步骤，自动调整丝杠螺母副长度，将采样口的位置逐一布置在不同风室中央的正上方，对风室上方的气体浓度进行监测。

氧浓度调节步骤，当检测到风室上方烟气的氧浓度在21％±0.5％以内，则认为该风室不消耗氧气，无需供风；若检测到风室上方烟气的氧浓度高于平均氧气浓度，则认为此风室空气供应过剩，应减少风门开度逐步调低此风室的风量；若检测到风室上方烟气的氧气浓度低于平均氧气浓度，则认为该风室空气供应不足，应通过增大风门开度逐步增大此风室的空气供应；直至各风室上方氧气浓度相差不超过±10％，停止调节。本实施例中的平均氧气浓度是指，在氧气浓度低于20.5％时，分别采集各风室上方的氧气浓度并取平均值，该平均值即为平均氧气浓度。

保持炉排配风比不变，对整个炉膛内的总风量进行调节的步骤如下：

以排烟热损失q2、气体不完全燃烧热损失q3、固体不完全燃烧热损失q4三者之和q2-4最小为目标，调整炉膛内总风量使炉膛出口氧浓度分布在3.5％-6％之间。其中，排烟热损失q2、气体不完全燃烧热损失q3、固体不完全燃烧热损失q4的计算公式如下：

式中，qyq---烟气流量，m3/h；cyq---烟气的比热容，kj/(m3·℃)；tyq---烟气温度，℃；qgf---给风流量，m3/h；tgf---风温，℃；b---燃煤量，kg/h；q---煤的热值，kj/kg；φco---烟气中co含量，ppm；mfh---飞灰的质量，mg/m3；cfh---飞灰含碳量，％；mlz---炉渣的质量，kg/h；clz---炉渣含碳量，％。

首先,记录炉膛出口氧浓度分布为3.5％时的总风量，对应为最小风量；炉膛出口氧浓度为6％时的总风量，对应为最大风量；

其次,在最大风量和最小风量的范围内调整风量:

步骤1：获取某一时刻的总风量qi,并记录此时的q2-4；

步骤2：调整总风量，使得炉膛出口氧含量增加或减少0.2％；

步骤3，获取下一时刻的总风量qi+1,并记录该下一时刻的q2-4,比较两个时刻的q2-4,取其中热损失总合最小的值；

步骤4，重复执行步骤1-步骤3，直至获得q2-4最小时的链条炉燃烧的总风量为止；按照计算出的总风量，保持炉排配风比不变，对各风室的风量进行调节。

步骤5，若煤种或工况不变，则一直保持上面的配风量进行配风，若煤种或工况任一因素改变，则重新调整配风风量，继续执行步骤1-步骤5。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。