一种燃煤锅炉最佳氧量确认方法及系统与流程

本发明涉及一种燃煤锅炉最佳氧量确认方法及系统，属于火力发电领域。

背景技术：

烟气含氧量是燃煤机组运行重要监控参数，可直观反映出炉膛内燃烧的优劣，氧量变化将引起锅炉效率、辅机电耗、蒸汽温度等发生改变，其中尤其对锅炉效率的影响最大，因此合理的氧量对控制燃烧过程，实现安全、高效燃烧有着重要意义。

随着火电机组深度调峰的日趋常态化，机组将频繁运行于中低负荷段，而运行人员可以精确掌控的氧量范围一般处于额定负荷、高负荷段，对于中低负荷段氧量的控制还存在较大的随意性。

通常，燃煤锅炉运行氧量通过燃烧优化调整试验确定，进行多组变氧量试验，计算锅炉效率，根据氧量-炉效曲线，寻找最佳氧量范围，这种方法需试验人员具备较强的运行经验及判断能力，确保最佳氧量点处于试验变氧量范围内。燃烧优化调整试验是摸索锅炉运行规律，提高运行经济性的常规方法，为绝大多数电厂所采用，但通过试验确定最佳控制氧量一般为氧量区间，难以精确到具体值。

技术实现要素：

本发明提供了一种燃煤锅炉最佳氧量确认方法及系统，解决了现有方法难以将最佳氧量精确到具体值的问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种燃煤锅炉最佳氧量确认方法，包括，

基于预设的简化规则和锅炉实际运行特性，构建锅炉效率关于氧量导数的函数表达式；

根据采集的试验测定数据，计算函数表达式中的待求系数；

将计算出的系数带入函数表达式，获得最佳氧量。

简化规则为，

计算干烟气比热时，只计入氧气、二氧化碳和氮气；

计算烟气中水蒸气的体积时，忽略燃油雾化蒸汽流量；

计算气体不完全燃烧热损失时，未完全燃烧气体为一氧化碳，忽略其余气体；

忽略未经锅炉系统空预器的其他空气质量流量；

计算进入锅炉系统的干空气携带热量时，进入锅炉系统空气加权温度简化为其中，ta.p、ta.s分别为进入锅炉系统的一次风温度和二次风温度；；

干烟气、干空气、水蒸气比热对氧量的导数为0；

燃料量对氧量的导数为0

锅炉系统空预器入口一次风量对氧量的导数为0。

锅炉效率关于氧量导数的函数表达式为，

其中，a、n1、n2、n3、n4、m均为待求系数，o2为锅炉炉膛出口氧量。

待求系数的计算公式为，

n3＝21cp.fg.den.entfg,den.en(0.0333ωs.ar+0.2647ωh.ar-0.0334ωo.ar)+1.8648ωc.bcp.fg.den.entfg,den.en

其中，o2a为锅炉系统空预器进口氧量，k为空预器漏风率，cp.fg.d为空预器出口干烟气定压比热容，tfg.ah.lv为空预器出口烟气温度，tre基准温度，为干烟气中一氧化碳体积分数，ωs.ar为入炉燃料中硫的质量分数，ωh.ar为入炉燃料中氢的质量分数，ωo.ar为入炉燃料中氧的质量分数，ωc.b为实际燃烧掉的碳占入炉燃料的质量分数，ha.ab为空气绝对湿度，cp.wv为进入锅炉系统的水蒸气定压比热容，cp.a.s为进入锅炉系统的二次风定压比热容，ta.s为进入锅炉系统的二次风温度，ρa.s为进入锅炉系统的二次风定压比热容，cp.a.re为基准温度下空气定压比热容，ρa.re为基准温度下空气密度，ta.p为进入锅炉系统的一次风温度，cp.fg.den.lv为锅炉系统脱硝装置出口烟气定压比热容，cp.fg.den.en为锅炉系统脱硝装置进口烟气定压比热容，tfg,den.lv为脱硝装置出口烟气温度，tfg,den.en为脱硝装置进口烟气温度，ωas.ar为入炉燃料中灰分的质量分数，ωc.s为炉渣中可燃物的质量分数，ωc.as为飞灰中可燃物的质量分数，ωn.ar为入炉燃料中氮的质量分数，ωm.ar为入炉燃料中水分的质量分数。

一种燃煤锅炉最佳氧量确认系统，包括，

函数构建模块：基于预设的简化规则和锅炉实际运行特性，构建锅炉效率关于氧量导数的函数表达式；

系数求解模块：根据采集的试验测定数据，计算函数表达式中的待求系数；

氧量求解模块：将计算出的系数带入函数表达式，获得最佳氧量。

简化规则为，

计算干烟气比热时，只计入氧气、二氧化碳和氮气；

计算烟气中水蒸气的体积时，忽略燃油雾化蒸汽流量；

计算气体不完全燃烧热损失时，未完全燃烧气体为一氧化碳，忽略其余气体；

忽略未经锅炉系统空预器的其他空气质量流量；

计算进入锅炉系统的干空气携带热量时，进入锅炉系统空气加权温度简化为其中，ta.p、ta.s分别为进入锅炉系统的一次风温度和二次风温度；；

干烟气、干空气、水蒸气比热对氧量的导数为0；

燃料量对氧量的导数为0

锅炉系统空预器入口一次风量对氧量的导数为0。

锅炉效率关于氧量导数的函数表达式为，

其中，a、n1、n2、n3、n4、m均为待求系数，o2为锅炉炉膛出口氧量。

待求系数的计算公式为，

n3＝21cp.fg.den.entfg,den.en(0.0333ωs.ar+0.2647ωh.ar-0.0334ωo.ar)+1.8648ωc.bcp.fg.den.entfg,den.en

其中，o2a为锅炉系统空预器进口氧量，k为空预器漏风率，cp.fg.d为空预器出口干烟气定压比热容，tfg.ah.lv为空预器出口烟气温度，tre基准温度，为干烟气中一氧化碳体积分数，ωs.ar为入炉燃料中硫的质量分数，ωh.ar为入炉燃料中氢的质量分数，ωo.ar为入炉燃料中氧的质量分数，ωc.b为实际燃烧掉的碳占入炉燃料的质量分数，ha.ab为空气绝对湿度，cp.wv为进入锅炉系统的水蒸气定压比热容，cp.a.s为进入锅炉系统的二次风定压比热容，ta.s为进入锅炉系统的二次风温度，ρa.s为进入锅炉系统的二次风定压比热容，cp.a.re为基准温度下空气定压比热容，ρa.re为基准温度下空气密度，ta.p为进入锅炉系统的一次风温度，cp.fg.den.lv为锅炉系统脱硝装置出口烟气定压比热容，cp.fg.den.en为锅炉系统脱硝装置进口烟气定压比热容，tfg,den.lv为脱硝装置出口烟气温度，tfg,den.en为脱硝装置进口烟气温度，ωas.ar为入炉燃料中灰分的质量分数，ωc.s为炉渣中可燃物的质量分数，ωc.as为飞灰中可燃物的质量分数，ωn.ar为入炉燃料中氮的质量分数，ωm.ar为入炉燃料中水分的质量分数。

一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行燃煤锅炉最佳氧量确认方法。

一种计算设备，包括一个或多个处理器、存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行燃煤锅炉最佳氧量确认方法的指令。

本发明所达到的有益效果：本发明构建锅炉效率关于氧量导数的函数表达式，通过试验测定数据，计算函数表达式中的待求系数，获得最佳氧量，可精确定位锅炉全负荷段运行的最佳氧量具体值，提高机组运行经济性。

附图说明

图1为锅炉系统的示意图；

图2为本发明方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图2所示，一种燃煤锅炉最佳氧量确认方法，包括以下步骤：

步骤1，基于预设的简化规则、锅炉实际运行特性和锅炉性能试验规程gbt10184-2015，构建锅炉效率关于氧量导数的函数表达式。

如图1为目前锅炉系统的结构图，锅炉炉膛的出口依次连接脱硝装置(scr)和空预器；图中不同位置处的氧量关系如下：

定义三处烟气含氧量分别为：锅炉炉膛出口氧量o2，脱硝装置出口(空预器进口)氧量o2a，空预器出口氧量o2b，其中o2为最佳氧量控制参数。

根据实际运行，o2a与o2的关系可近似表示：

o2a＝ao2

其中，a是常数，可通过试验确定；

空预器进、出口氧量通过空预器漏风率k建立关系：

对于常规煤粉炉，根据实际运行，这里规定以下简化规则：

1)因一氧化碳、二氧化硫和一氧化氮含量极少，计算干烟气比热时，只计入氧气、二氧化碳和氮气；

2)计算烟气中水蒸气的体积时，忽略燃油雾化蒸汽流量；

3)计算气体不完全燃烧热损失时，未完全燃烧气体为一氧化碳，忽略其余气体；

4)忽略未经锅炉系统空预器的其他空气质量流量；

5)计算进入锅炉系统的干空气携带热量时，进入锅炉系统空气加权温度简化为其中，ta.p、ta.s、qm.a.p、qm.a.s依次为进入锅炉系统的一次风温度、二次风温度、一次风质量流量、二次风质量流量；

6)干烟气、干空气、水蒸气比热对氧量的导数为0；

7)燃料量对氧量的导数为0

8)锅炉系统空预器入口一次风量对氧量的导数为0。

锅炉各项热损失包括：排烟热损失q2、气体未完全燃烧热损失q3、固体未完全燃烧热损失q4，因氧量变化对锅炉散热损失、灰渣物理显热损失、其他热损失的影响可忽略不计，故各项热损失之和qlost表达式为：qlost＝q2+q3+q4。

锅炉外来热量包括：进入系统边界(未经空预器)干空气所带热量qad、进入系统边界空气中水蒸气热量qwv、脱硝装置外来热量qfg,den，因氧量变化对燃料料物理显热、脱硫剂物理显热、辅助设备带入热量、雾化蒸汽带入热量影响可忽略不计，故锅炉外来热量之和qex表达式为：

qex＝qad+qwv+qfg,den。

实际运行中，维持其他运行参数不变，随着氧量由低到高，锅炉效率呈现先增大后降低的趋势，当锅炉效率对氧量的导数为0时，对应的氧量即为当前负荷下的最佳控制氧量：

锅炉效率表达式为，

其中，qnet,ar为燃料低位发热量；

因此最佳控制氧量的表达式可以变为：

带入具体的qlost和qex，可得锅炉效率关于氧量导数的函数表达式：

其中，a、n1、n2、n3、n4、m均为待求系数。

待求系数的公式为：

n3＝21cp.fg.den.entfg,den.en(0.0333ωs.ar+0.2647ωh.ar-0.0334ωo.ar)+1.8648ωc.bcp.fg.den.entfg,den.en

其中，o2a为锅炉系统空预器进口氧量，k为空预器漏风率，cp.fg.d为空预器出口干烟气定压比热容，tfg.ah.lv为空预器出口烟气温度，tre基准温度，为干烟气中一氧化碳体积分数，ωs.ar为入炉燃料中硫的质量分数，ωh.ar为入炉燃料中氢的质量分数，ωo.ar为入炉燃料中氧的质量分数，ωc.b为实际燃烧掉的碳占入炉燃料的质量分数，ha.ab为空气绝对湿度，cp.wv为进入锅炉系统的水蒸气定压比热容，cp.a.s为进入锅炉系统的二次风定压比热容，ta.s为进入锅炉系统的二次风温度，ρa.s为进入锅炉系统的二次风定压比热容，cp.a.re为基准温度下空气定压比热容，ρa.re为基准温度下空气密度，ta.p为进入锅炉系统的一次风温度，cp.fg.den.lv为锅炉系统脱硝装置出口烟气定压比热容，cp.fg.den.en为锅炉系统脱硝装置进口烟气定压比热容，tfg,den.lv为脱硝装置出口烟气温度，tfg,den.en为脱硝装置进口烟气温度，ωas.ar为入炉燃料中灰分的质量分数，ωc.s为炉渣中可燃物的质量分数，ωc.as为飞灰中可燃物的质量分数，ωn.ar为入炉燃料中氮的质量分数，ωm.ar为入炉燃料中水分的质量分数。

步骤2，根据采集的试验测定数据，计算函数表达式中的待求系数。

在稳定负荷下，进行三个工况的试验，分别为基准工况、变氧量工况ⅰ、变氧量工况ⅱ。基准工况氧量为运行习惯值，维持其他运行参数不变，将氧量分别增长10％、20％，进行变氧量工况ⅰ和变氧量工况ⅱ，各参数获取方式如表1所示；

表1各参数获取

注：所述试验获取，可采取现场测试，也可采用表盘数据(需具备在线测点)。

其中等的求解采用了线性比值的方法。将上述参数带入系数公式，即可获得具体的系数值。

步骤3，将计算出的系数带入函数表达式，获得最佳氧量；即系数带入后可获得氧量的一元多次方程，解这个方程得到最佳氧量。

上述方法首先构建锅炉效率关于氧量导数的函数表达式，通过试验测定数据，计算函数表达式中的待求系数，获得最佳氧量，可精确定位锅炉全负荷段运行的最佳氧量具体值，提高机组运行经济性。

一种燃煤锅炉最佳氧量确认系统，包括，

函数构建模块：基于预设的简化规则和锅炉实际运行特性，构建锅炉效率关于氧量导数的函数表达式。

简化规则为，

计算干烟气比热时，只计入氧气、二氧化碳和氮气；

计算烟气中水蒸气的体积时，忽略燃油雾化蒸汽流量；

计算气体不完全燃烧热损失时，未完全燃烧气体为一氧化碳，忽略其余气体；

忽略未经锅炉系统空预器的其他空气质量流量；

计算进入锅炉系统的干空气携带热量时，进入锅炉系统空气加权温度简化为

干烟气、干空气、水蒸气比热对氧量的导数为0；

燃料量对氧量的导数为0

锅炉系统空预器入口一次风量对氧量的导数为0。

锅炉效率关于氧量导数的函数表达式为，

其中，a、n1、n2、n3、n4、m均为待求系数，o2为锅炉炉膛出口氧量。

待求系数的计算公式为，

n3＝21cp.fg.den.entfg,den.en(0.0333ωs.ar+0.2647ωh.ar-0.0334ωo.ar)+1.8648ωc.bcp.fg.den.entfg,den.en

其中，o2a为锅炉系统空预器进口氧量，k为空预器漏风率，cp.fg.d为空预器出口干烟气定压比热容，tfg.ah.lv为空预器出口烟气温度，tre基准温度，为干烟气中一氧化碳体积分数，ωs.ar为入炉燃料中硫的质量分数，ωh.ar为入炉燃料中氢的质量分数，ωo.ar为入炉燃料中氧的质量分数，ωc.b为实际燃烧掉的碳占入炉燃料的质量分数，ha.ab为空气绝对湿度，cp.wv为进入锅炉系统的水蒸气定压比热容，cp.a.s为进入锅炉系统的二次风定压比热容，ta.s为进入锅炉系统的二次风温度，ρa.s为进入锅炉系统的二次风定压比热容，cp.a.re为基准温度下空气定压比热容，ρa.re为基准温度下空气密度，ta.p为进入锅炉系统的一次风温度，cp.fg.den.lv为锅炉系统脱硝装置出口烟气定压比热容，cp.fg.den.en为锅炉系统脱硝装置进口烟气定压比热容，tfg,den.lv为脱硝装置出口烟气温度，tfg,den.en为脱硝装置进口烟气温度，ωas.ar为入炉燃料中灰分的质量分数，ωc.s为炉渣中可燃物的质量分数，ωc.as为飞灰中可燃物的质量分数，ωn.ar为入炉燃料中氮的质量分数，ωm.ar为入炉燃料中水分的质量分数。

系数求解模块：根据采集的试验测定数据，计算函数表达式中的待求系数。

氧量求解模块：将计算出的系数带入函数表达式，获得最佳氧量。

一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行燃煤锅炉最佳氧量确认方法。

一种计算设备，包括一个或多个处理器、存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行燃煤锅炉最佳氧量确认方法的指令。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。