一种燃煤锅炉经济性适用煤种的筛选方法与流程

本发明涉及燃煤发电领域，具体涉及燃煤锅炉经济性适用煤种的筛选方法。

背景技术：

1、在未来相当长一段时间内，采用掺煤锅炉发电及供热仍是用能的主要形式，随着锅炉容量及参数的不断加大，电厂耗煤量也在逐渐增加，但受锅炉原设计煤种的采购及运输成本的影响，发电企业不得不采用不同种类的劣质煤进行掺混燃烧以达到降低发电成本的目的。然而，如何筛选出不同性质的劣质煤掺混搭配燃烧，以使其整体性能达到或接近锅炉原设计煤种，对发电企业来讲是一项急需解决的关键技术。故研究适用性特定锅炉经济环保运行的不同劣质煤筛选方法对于指导发电企业经济安全运行意义重大。许多学者对此问题进行了研究，并给出了许多判别方法，比如专利cn201610165473.6公开了一种非接触式煤种自动识别及示踪系统及方法，专利cn201120557857.5公开了一种在线入厂煤质检测系统装置，cn200910181428.x公开了一种输送带上煤炭成分实时检测装置，基于改进信度函数分配法[赵亮宇，田亮，王琪，等，华北电力大学学报，2011，38(04)：70-75]，基于联合概率密度判别器和神经网络技术法[谭丞，李晓敏，徐立军，等，机械工程学报，2010，46(18)：18-23]等。但这些方法均基于燃煤本身的“燃料热值”、“挥发分”和“硫份”等指标进行检测，而这些指标并不能直接给出该煤种是否适合在特定锅炉里燃尽的直接判断。理论上，在炉内正常的停留时间内能够完全燃尽的燃煤，是最可能符合锅炉灵活性、超低排放和超低能耗要求的经济性燃煤，所以发展一种燃煤锅炉经济性适用煤种的筛选方法具有重要的实际意义。

技术实现思路

1、为了克服现有方法只针对燃煤本身的“燃料热值”、“挥发分”和“硫份”等指标进行检测，而忽略燃煤本身是否满足特定锅炉的适用煤种判别参数，本发明提供了一种燃煤锅炉经济性适用煤种的筛选方法，该方法能够将特定锅炉燃尽指标飞灰含碳量cfh、炉渣含碳量chz与煤种的失重起始温度ts、燃尽温度tf相关联起来，从而确定特定锅炉适用煤种的判别参数ts,opt、tf,opt。

2、本发明所采用的技术方案如下：一种燃煤锅炉经济性适用煤种的筛选方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：

3、(a)锅炉燃煤燃烧特征曲线(tg)生成

4、在步骤(a)中采用的试验设备为热重分析仪，其主要指标包括：1)测量温度范围为tg-dsc，室温到-1000℃。2)重量测量精度为10μg。3)测量的气氛是空气和惰性气体，升温速度：tga：0.1-200℃/分(以0.1℃为增量)；温度精度：±2℃，dta：准确度：1％，扫描速率：100℃/min。试验参数为升温速：20℃/min；工作气氛：压缩空气，气体流量130ml/min；煤样质量：11-13mg，煤粉细度180目筛分，试验时，以20℃/min的升温速率升至110℃，并在110℃保温5min失去水分，再以20℃/min的升温速率从110℃升温至850℃，并在850℃下保温5min，得到燃煤燃烧特征曲线(tg曲线)；

5、(b)锅炉燃煤失重起始温度ts和燃尽温度tf的确定

6、通过上述步骤(a)得到tg燃烧特征曲线，其中tg曲线为燃煤重量随燃烧温度的变化曲线。将tg曲线进行数学处理，得到燃煤的燃煤失重起始温度ts和燃尽温度tf，具体做法为：tg曲线台阶前水平处作切线与曲线拐点处作切线的相交点，作为失重起始温度ts的参考温度点，tg台阶后水平处作切线与曲线拐点处作切线的相交点，作为燃尽温度tf的参考温度点；

7、(c)锅炉燃尽指标飞灰含碳量cfh、炉渣含碳量chz的检测

8、进行锅炉燃尽指标飞灰含碳量cfh、炉渣含碳量chz检测，如记录周期为一个月，同时采用步骤(a)、(b)记录燃煤失重起始温度ts和燃尽温度tf，将检测数据{cfh1 cfh2 cfh3…… cfhn}、{chz1 chz2 chz3 …… chzn}、{ts1 ts2 ts3 …… tsn}和{tf1 tf2 tf3 …… tfn}进行相关联，基于最小二乘拟合成cfh/chz-ts曲线和cfh/chz-tf曲线，其中cfh/chz-ts曲线表示飞灰含碳量cfh、炉渣含碳量chz与失重起始温度ts的对应关系，如式(1)所示；cfh/chz-tf曲线表示飞灰含碳量cfh、炉渣含碳量chz与燃尽温度tf的对应关系，如式(2)所示：

9、cfh/chz＝β0+β1ts   (1)

10、cfh/chz＝α0+α1tf   (2)

11、式中β0、α0为回归常数，β1、α1为回归系数。因为记录的采样点个数远大于回归变量个数，因此回归参数估计方法使用最小二乘估计。对于记录周期中的n组检测数据，其回归模型如式(3)和(4)所示：

12、cfhi/chzi＝β0+β1tsi(i＝1,2,…,n)   (3)

13、cfhi/chzi＝α0+α1tfi(i＝1,2,…,n)   (4)

14、则相应雅可比矩阵如式(5)所示：

15、

16、记：

17、

18、则通过公式(7)可计算回归参数β,α的最小二乘估计量：

19、

20、(d)锅炉适用煤种判别参数ts,opt、tf,opt的确定

21、结合锅炉的整体经济运行情况，选定燃尽指标即临界飞灰含碳量cfh,l和临界炉渣含碳量chz,l,利用步骤(c)中得到的cfh/chz-ts曲线和cfh/chz-tf曲线，从曲线中找出满足临界飞灰含碳量cfh,l和临界炉渣含碳量chz,l所对应的失重起始温度ts和燃尽温度tf的范围值，最终确定特定锅炉适用煤种的判别参数：ts,opt和tf,opt，其中tf,opt表示满足临界飞灰含碳量cfh,l和临界炉渣含碳量chz,l所对应的燃尽温度tf的最大值，ts,opt表示满足临界飞灰含碳量cfh,l和临界炉渣含碳量chz,l所对应的失重起始温度ts的最大值；

22、(e)锅炉适用煤种的判别参数ts,opt、tf,opt的使用

23、通过步骤(a)、(b)得出候选煤种的失重起始温度ts和燃尽温度tf，将ts和tf与通过步骤(d)得出的锅炉适用煤种判别参数ts,opt、tf,opt进行比较，当候选煤种的失重起始温度ts和燃尽温度tf满足锅炉适用煤种的判别参数ts,opt、tf,opt时，即：ts≤ts,opt且tf≤tf,opt，说明该候选煤种在这台锅炉可燃尽，达到经济最大化，则该候选煤种适合采用；否则，不太适用，说明煤耗与发电成本过高。

24、本发明的一种燃煤锅炉经济性适用煤种的筛选方法基于以下构思与原理：

25、目前，锅炉掺煤选择仍以燃煤本身的“燃料热值”、“挥发分”和“硫份”等指标作为参考因素，而忽略燃煤本身是否满足特定锅炉适用煤种的判别参数。“燃料热值”测试时间相对于燃料在锅炉中的停留时间而言，是一个无限长的燃烧时间，尽管炉内燃烧温度很高，但燃料在锅炉中的停留时间仅为秒级，存在飞灰含碳量和炉渣含碳量偏高的可能，“燃料热值”指标仅仅给出了燃料可能的总发热量，并未对应其在锅炉燃烧过程中可能释放的实际热量。因此，本发明中提出锅炉掺煤筛选煤种时需要考虑燃煤本身是否满足特定锅炉适用煤种的判别参数，理论上，在炉内正常的停留时间内能够完全燃尽的煤种，是最可能符合锅炉灵活性、超低排放和超低能耗要求的经济性燃煤。基于此，本发明提出特定锅炉适用煤种的判别参数，从而确定候选煤种是否适用特定锅炉。

26、本发明涉及的一种燃煤锅炉经济性适用煤种的筛选方法与现有技术及分析方法相比，成本较低，考虑全面，能够将特定锅炉燃尽指标飞灰含碳量、炉渣含碳量与锅炉燃煤的失重起始温度、燃尽温度相关联起来，从而确定特定锅炉适用煤种的判别参数，对燃煤锅炉选择合适的煤种进行掺烧以利于燃煤锅炉的安全经济性运行具有较好的指导意义。其方法科学合理，适用性强，能够满足对煤种灵活性选择、超低排放和超低能耗的要求。