基于煤量測量的燃燒優(yōu)化解決方案

1、2006年2月第7卷第2期電力設備ElectricalEquipmentFeb·2006Vo.l 7 No. 2基于煤量測量的燃燒優(yōu)化解決方案肖國濤1,劉勇2(1.西門子電站自動化有限公司,江蘇省南京市210096;2.江蘇新源電力建設監(jiān)理有限公司,江蘇省南京市210008 )摘要:介紹了西門子公司基于在線煤量測量的燃燒優(yōu)化解決方案,使用專利技術靜電方式(ECT)實現(xiàn)對每個燃燒器的煤粉量的測量,根據(jù)測量的結果對每個燃燒器的二次風進行調(diào)整,保持每個燃燒器的風煤比,然后根據(jù)氧量對總風量進行優(yōu)化調(diào)整,以保持整個鍋爐燃燒達到最優(yōu)狀態(tài)。文章指出,采用基于煤量測量的燃燒優(yōu)化方案,一般可提高燃燒效

2、率0.3% 1%。關鍵詞:燃燒優(yōu)化;煤量測量;風煤比;發(fā)電廠中圖分類號:TK227. 1圖1燃燒器實際耗煤量如何提高發(fā)電機組的效率,降低發(fā)電成本是電廠關注的重點。鍋爐效率是影響機組效率的主要因素,所以如何提高機組的鍋爐效率成為了研究的主要課題。燃燒的好壞決定了鍋爐效率的高低,保持良好的燃燒狀態(tài)也就能保持較高的鍋爐效率,所以燃燒優(yōu)化的研究就具有很大的現(xiàn)實意義。目前燃燒優(yōu)化主要有基于各個風粉管中煤量和氧量測量進行燃燒的優(yōu)化調(diào)整、基于氧量和CO的測量來進行優(yōu)化調(diào)整2大類。本文介紹基于西門子公司煤量和氧量測量的燃燒優(yōu)化調(diào)整情況。1影響燃燒效率的因素在目前的燃燒系統(tǒng)中,由于在每個風粉管中缺乏有效的煤量測

3、量,所以在配風過程中,都是按照每1臺磨煤機對應的燃燒器的煤粉量都相同的情況來匹配二次風的,即每個燃燒器都配同樣的二次風量,但實際的燃燒過程并不是這樣的。圖1是在實際的燃燒過程中測到的數(shù)據(jù),圖(a)為運行中基本相同的風量,圖(b)為每個燃燒器實際對應的煤量。從圖1可以看出,每個燃燒器之間的煤量差別很大,最大可能達到30%。而這時每個燃燒器配以同樣的二次風,必然會導致各個燃燒器之間風煤比的失調(diào),煤量不平衡時的燃燒工況示意圖如圖2所示,雖然整個機組的氧量仍保持在比較合理的數(shù)值,但燃燒器煤粉量多而風量少,使得左側(cè)的CO和未燃燼碳增加,燃燒效率下降,而燃燒器煤粉量少,風量過剩,所以NOx含量增加,也就造

4、成了機組效率的降低,爐膛溫度分布的不均衡,增加了各個受熱面的應力。圖2煤量不平衡時的燃燒工況當在這種燃燒工況時,整個機組的燃燒效率不高。圖3為不均衡燃燒時對燃燒效率的影響。從圖中可以看出,每個燃燒器隨著風煤比的增加而使NOx含量增加,CO含量減少,效率緩慢降低;而在風煤比下降時,CO的含量會迅速增加,效率也急劇降低。比較合理的燃燒區(qū)域應該處于圖中的陰影部分。圖3不均衡燃燒時對燃燒效率的影響示意圖2燃燒優(yōu)化解決方案針對以上燃燒系統(tǒng)中的配風現(xiàn)象,西門子公司推出了基于煤量測量的燃燒優(yōu)化解決方案。解決方案如圖4所示。整個解決方案分為3步:第1步是使用基于靜電測量原理的探頭測量每個燃燒器的煤粉量;第2步

5、是根據(jù)測量的煤粉量調(diào)整每個燃燒器的二次風,以保持每個燃燒器的風煤比;第3步是根據(jù)氧量對總風量燃燒優(yōu)化專題肖國濤等:基于煤量測量的燃燒優(yōu)化解決方案27圖4基于煤量測量的燃燒優(yōu)化解決方案進行優(yōu)化調(diào)整,以保持整個鍋爐燃燒為最優(yōu)。煤量的測量是采用專利技術靜電方式(ECT)進行的。當熱風和煤粉的混合物經(jīng)過安裝有探頭的管道時,煤粉顆粒帶有電荷,在探頭上產(chǎn)生和煤粉對應的電荷的映像,并形成電流,電流的大小和煤量成比例。測量根據(jù)庫侖定律進行,通過專用軟件對電流信號進行處理,就可以分離出有效的煤量信號。采用這種測量方式測量的電量與顆粒的分散和煤顆粒的隨機傳輸沒有關系,特別適合于兩相流的測量。測量探頭由碳鎢合金材料

6、制作,硬度非常高,而且由于探頭跟煤粉顆粒之間的直接碰撞很少,所以探頭的使用壽命可以很長,一般可達5年以上。采用這種測量探頭,其測量結果不受煤種、濕度、灰分和溫度的影響,測量精度也比較高。測量探頭本身也不需要外部供電,安裝比較方便。根據(jù)探頭安裝數(shù)量和位置的不同,系統(tǒng)還可以測出煤粉的傳輸速度和煤粒大小等信號,為磨煤機的安全運行和一次風的配比提供有效的監(jiān)視信息。在測得到煤量數(shù)據(jù)后,系統(tǒng)根據(jù)各個燃燒器的煤量分布情況,考慮分段燃燒和計算風煤配比,得到各個燃燒器的二次風的控制偏差,并疊加在二次風控制回路上,使得每個燃燒器的煤粉都處于較優(yōu)的燃燒狀態(tài),同時也對一次風量進行一定的調(diào)整。通過初步優(yōu)化調(diào)整后,改變了

7、各個燃燒器的工作點,燃燒效率得到提高。如圖5所示,燃燒器和的工作點發(fā)生了變化,燃燒器由欠氧狀態(tài)變?yōu)槠胶鉅顟B(tài),燃燒工作點從點1變化到點2,燃燒器由過氧狀態(tài)變?yōu)槠胶鉅顟B(tài),燃燒工作點從點3變化到點2,NOx和CO的含量都保持在比較合理的范圍內(nèi),二者的燃燒效率都得到了明顯的提高,從而使鍋爐的燃燒效率也得到提高。經(jīng)過上述二次風優(yōu)化初步調(diào)整,機組的燃燒已經(jīng)處于比較理想的位置。但從圖5可以看出,在允許的CO和NOx范圍內(nèi),此時機組的燃燒效率還不是最高的。為了達到最佳工作點,系統(tǒng)最后根據(jù)測量的氧量來進行總風量的優(yōu)化調(diào)整,經(jīng)過調(diào)整后,燃燒工況就變?yōu)閳D6所示。通過煤量測量、二次風調(diào)整和總風量的優(yōu)化后,整個機組的燃

8、燒達到最優(yōu)的燃燒狀態(tài),提高了機組的效率。圖5各燃燒器風量平衡時的燃燒狀態(tài)圖6最優(yōu)燃燒工況3結束語使用了基于煤量測量的燃燒優(yōu)化解決方案后,可以帶來以下效益:(1)對每個燃燒器進行精確配風,使得燃燒過程中產(chǎn)生的CO和飛灰含碳量降低,燃燒更加充分和均勻,爐膛的溫度分布更加合理。(2)根據(jù)測量的煤粉顆粒大小和煤粉傳輸速度,可以為運行人員提供磨煤機的監(jiān)視手段,保證穩(wěn)定的運行。同時通過調(diào)整一次風速,可以使煤粉傳輸保持在比較合理的范圍內(nèi),降低管道過度磨損或煤粉堆積的可能性。(3)通過分段燃燒調(diào)整可以減少煙氣中NOx的含量,有助于提高環(huán)保的指標,而總風量的優(yōu)化可以減少O2,降低排煙損失?？傊?采用基于煤量測量

9、的燃燒優(yōu)化解決方案,可以提高燃燒的效率,一般可提高0.3% 1%。收稿日期:2006 01 05作者簡介:肖國濤(1973 ),男,碩士,工程師,從事PLC、DCS的設計與調(diào)試,燃燒優(yōu)化,協(xié)調(diào)控制優(yōu)化和運行優(yōu)化方面的工作;劉勇(1974 ),男,工程師,主要從事火力發(fā)電廠和核電站建設控制方面的監(jiān)理和調(diào)試工作。(責任編輯張曉燕)Solution Scheme ofCombustion Optmi ization Based Upon CoalQuantity MeasurementXIAO Guo tao,LIUYong(1. Siemens PowerPlantAutomation Co. L

10、td.,Nanjing 210003,China; 2. Jiangsu Xinyuan PowerConstrnction Supervision Co. Ltd.,Nanjing 210008,China)Abstrac:tThis paper gives an introduction to the solution scheme of combustion optimization by using the electrostatic principle basedon line coal quantitymeasurementdeveloped by siemens company,

11、 elaborates the principles of combustion optimization scheme, to usethe patent technologyelectrostatic technique(ECT) to realize the pulverized coal quantitymeasurement of each burner, to conductthe adjustmentof secondary airof each burner according to themeasurement results tomaintain the air coal ratio of each burner, thento conduct the optimization adjustment of total air quantity according to the oxygen quantity, thus tomaintain the whole combustion ofboiler to reach the optimum state.The paper indicates that, the combustion optimization scheme based upon