一种循环流化床机组变负荷过程中给煤量合理性检测方法及系统与流程

本发明涉及到能源工程循环流化床锅炉动态变负荷控制调整相关领域，特别地，涉及一种循环流化床机组变负荷过程中给煤量合理性检测方法及系统。

背景技术：

循环流化床锅炉具有燃烧效率高，燃料适应性广等独特优势，是国内外燃烧劣质煤的主要手段，近年来发电领域应用越来越广泛。循环流化床锅炉因其独特的燃烧方式，拥有大量的燃料侧蓄能，因此在动态运行过程中，能量变化需要兼顾燃料侧蓄能变化和汽水侧蓄能变化。依据动态过程中的能量转换，给煤量和风量的控制更加准确，主蒸汽参数更加稳定，能量损失更小。建立循环流化床锅炉变负荷过程中给煤量合理性检测方法及系统，对机组的安全、环保运行和控制系统优化具有重要意义。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对目前对变负荷过程中给煤量精度较低，提供一种循环流化床机组变负荷过程中给煤量合理性检测方法及系统，通过建立循环流化床锅炉变负荷过程中理论给煤量的计算方法，充分考虑挥发分释放的能量，燃料侧蓄能变化和汽水侧蓄能变化，对机组的安全、环保运行和控制系统优化具有重要意义。

为了实现以上目的，本发明采用的技术方案如下：

一种循环流化床机组变负荷过程中给煤量合理性检测系统，

所述系统包括：

挥发分燃烧模块

汽水侧蓄能模块；

燃料侧蓄能模块；

经济给煤计算模块；

给煤比较模块；

所述经济给煤计算模块与所述挥发分燃烧模块、汽水侧蓄能模块、燃料侧蓄能模块连接；所述给煤比较模块与所述经济给煤计算模块连接。

其中，所述挥发分燃烧模块用于计算挥发分燃烧释放的能量；

所述汽水侧蓄能模块用于计算变负荷过程中汽水侧能量变化；

所述燃料侧蓄能模块用于计算变负荷过程中燃料侧能量变化；

所述经济给煤计算模块用于计算变负荷过程中理论给煤量；

所述给煤比较模块用于计算理论给煤量和实际给煤量的偏差，得到反馈信号。

采用上述的检测系统进行循环流化床机组变负荷过程中给煤量合理性检测方法，所述检测方法进一步包括：

步骤1)利用挥发分燃烧模块计算挥发分燃烧释放的能量；

步骤2)利用所述汽水侧蓄能模块计算变负荷过程中汽水侧能量变化；

步骤3)利用所述燃料侧蓄能模块计算变负荷过程中燃料侧能量变化；

步骤4)所述经济给煤计算模块根据步骤1)、步骤2)和步骤3)计算的挥发分释放的能量、汽水侧和燃料侧能量变化得出变负荷过程的理论给煤量。

步骤5)利用给煤比较模块计算理论给煤量和实际给煤量的偏差，得到反馈信号。

其中，

步骤1)挥发分燃烧模块计算步骤为：

步骤1.1)煤中挥发分主要成分包括CH₄,H₂,CO,焦油(CH_0.689O_0.014)和CO₂,H₂0，其中前四种为可燃物质，在析出挥发分总量中的质量份额按下式计算：

式中M_V为燃料量量挥发分质量分数,％。

步骤1.2)挥发分燃烧释放热量为：

Q_V(t)＝F(t)·∑M_iH_i

式中Q_V(t)为挥发分释放热量，MJ/s；H_i为各可燃成分热值，取CH₄燃烧热为50.016MJ/kg，H₂燃烧热为124.2375MJ/kg，CO燃烧热为10.077MJ/kg，焦油燃烧热为37.0MJ/kg。

其中，

步骤2)汽水侧蓄能模块计算公式为：

式中：△Q_w为汽水侧蓄热的改变量,kJ/s；C_b为汽水侧蓄能系数，kJ/Mpa；p_d为汽包压力，Mpa。

其中，

所述步骤3)燃料侧蓄能模块计算过程如下

步骤3.1)炉膛内碳颗粒质量变化按下式计算：

式中：△B为炉膛内碳颗粒的质量变化，kg/s；∑F为给煤补充炉膛内碳颗粒的量，kg/s；∑R为燃烧消耗炉膛内碳颗粒的量，kg/s；f(t)为给煤量，kg/s；C_ar为煤的含碳量，％；Q为碳颗粒燃烧释放热量，kJ/s；H为碳的燃烧发热量，kJ/kg。

步骤3.2)燃料侧蓄能变化量的计算方法如下式：

ΔQ_B＝ΔBH

式中：△Q_B为燃料侧蓄热的改变量，kJ/s。

其中，

所述步骤4)包括以下步骤：

步骤4.1)在机组动态过程中，根据能量守恒可以得到理论需要给煤提供的热量，如下式：

Q_f＝ΔQ_B+ΔQ_W+Q-Q_v

式中：Q_f为给煤提供的热量，kJ/s。

步骤4.2)根据上式得到的Q_f和煤的热值，可以得到经济给煤量：

式中：f_l为经济给煤量，kg/s；Q_net为对应煤的低位发热量，kJ/kg。

其中，

所述步骤5)包括以下步骤：

步骤5.1)对比该动态过程中的实际给煤量，就可以得到经济给煤评价：

式中：f为实际给煤量，kg/s；b为经济给煤评价，％，其值等于0，说明动态过程中给煤量和风量的配比较为精确；其值大于0，说明动态过程中给煤量和风量的配比失衡，给煤量偏大，易造成后期主蒸汽参数超标；其值小于0，说明动态过程中给煤量和风量的配比失衡，给煤量偏小，易造成后期主蒸汽参数偏低。

步骤5.2)将b作为反馈信号，指导总风量和给煤量配比。

附图说明

图1为变负荷过程中给煤量合理性检测系统的结构图；

图2升负荷过程1；

图3升负荷过程1的经济给煤量与经济给煤评价；

图4升负荷过程2；

图5升负荷过程2的经济给煤量与经济给煤评价。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。

本发明涉及一种循环流化床机组变负荷过程中给煤量合理性检测方法及系统，所述一种循环流化机组变负荷过程中给煤量合理性检测系统，包括挥发分燃烧模块、汽水侧蓄能模块、燃料侧蓄能模块、经济给煤计算模块、给煤比较模块。

所述挥发分燃烧模块用于计算挥发分燃烧释放的能量；所述汽水侧蓄能模块计算变负荷过程中汽水侧能量变化；所述燃料侧蓄能模块计算变负荷过程中燃料侧能量变化；所述经济给煤计算模块用于计算变负荷过程中理论给煤量；所述给煤比较模块用于理论给煤量和实际给煤量的比较，作为反馈信号。

所述一种循环流化床机组变负荷过程中给煤量合理性检测方法，根据变负荷过程的DCS锅炉运行实时数据，通过挥发分燃烧模块计算挥发分燃烧释放的能量，利用燃料侧蓄能模块和汽水侧蓄能模块计算燃料侧蓄能变化量和汽水侧蓄能变化量，通过经济给煤计算模块计算变负荷过程中理论给煤量，利用给煤比较模块计算理论给煤量和实际给煤量之间的偏差，反馈控制信号。

具体系统的结合框图以及实现过程如图1所示。

下面以某300MW机组两个升负荷过程为例，分析动态过程中给煤量、风量、炉膛碳颗粒总量、主蒸汽压力变化，然后通过各项能量计算和比较，验证经济给煤评价在实际工程中的意义。

图2是一段负荷由167MW升到250MW的过程，变负荷速率为5MW/min，升负荷时间约为17min。在升负荷阶段，增加给煤量和风量，同时炉膛内碳颗粒总量也直线上升，说明给煤补充的碳颗粒含量要大于燃烧消耗的碳颗粒含量，初期风煤比偏小；在升负荷中期随着风煤比的不断增加，炉膛内碳颗粒总量开始波动。另一方面，主蒸汽压力快速上升，在升负荷后期仍然以较快速度升高，主汽压未稳定在设定值附近，主蒸汽压力控制效果较差。

根据计算方法计算动态过程中各项能量变化，根据煤热值将能量转化为煤量，得到图3的结果。

图3中，△Q_wm为升负荷过程中最大汽包压力变化对应的能量，△Q_Bm为升负荷过程中最大碳颗粒含量变化对应的能量。为整个升负荷过程中，说明实际给煤量大于经济给煤量，经济给煤评价为-4.64％，在整个升负荷工况的风煤比偏大，应当在后一段时间降低风煤比补偿动态过程不足的能量。到达负荷要求后，炉膛内的碳颗粒燃烧消耗速度大于给煤补充速度，碳颗粒的存储量下降，由于负荷不再升高，这部分的能量大都加到了汽水侧，导致主蒸汽压力快速上升，最高时超过主蒸汽压力设定值1MPa以上，主汽压控制强制切手动，调整风煤比回调主蒸汽压力。这样的情况必然造成大量能量的损失，而且机组的不稳定性也将大大升高。

图4是一段机组负荷由225MW升到280MW的过程，变负荷速率为5MW/min，变负荷总时间约为11min。在升负荷初期，为了维持主汽压的稳定，风量和给煤量同时增加，由于风量的响应速度要远大于给煤量，炉膛内存储的碳颗粒的消耗速度要大于补充速度，因此炉膛内碳颗粒含量迅速下降；在升负荷中期，由于给煤量的持续加大，炉膛内的碳颗粒含量回升。升负荷过程中，主蒸汽压力波动较小，与设定值偏差小，控制效果较好。

根据计算方法计算动态过程中各项能量变化，根据煤热值将能量转化为煤量，得到图5的结果。

在升负荷过程中，实际给煤量略大于经济给煤量，经济给煤评价为1.76％，说明变负荷过程中风煤比相对适中，不需要进行过多的能量补偿。因此主蒸汽参数波动小于0.3MPa，控制效果良好。在到达要求负荷后，风量和给煤量趋于稳定值，主蒸汽压力和炉膛内的碳颗粒含量均稳定在一定的范围内，机组很快进入稳态运行的状态。

通过上述两个升负荷过程，工程实例验证了理论方法的正确性。在变负荷过程中，经济给煤评价确实能够体现机组动态过程中风煤配比所导致的控制效果。在变工况过程计算基础上，及时调整风煤比进行能量补偿，有利于主蒸汽压力的稳定，大大提升机组的控制品质。

以上所述仅是本发明优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应该视为本发明的保护范围。