[發(fā)明專利]一種電站鍋爐爐膛溫度場(chǎng)的平衡控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310576921.8
• 申請(qǐng)日: 2013-11-19
• 公開（公告）號(hào): CN103557535A
• 公開（公告）日: 2014-02-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王東風(fēng);劉千;江溢洋;牛成林
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華北電力大學(xué)（保定）
• 主分類號(hào): F23N5/00
• 分類號(hào): F23N5/00
• 代理公司: 石家莊新世紀(jì)專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 13100
• 代理人: 楊欽祥;張素靜

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電站鍋爐爐膛溫度場(chǎng)控制方法，尤其是涉及一種電站鍋爐爐膛溫度場(chǎng)平衡控制方法，適用于四角切圓燃煤機(jī)組，屬于自動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

火電機(jī)組的燃燒優(yōu)化是電站鍋爐控制中的難點(diǎn)問(wèn)題，當(dāng)前電站鍋爐的運(yùn)行面臨降低運(yùn)行成本與降低氮氧化物排放的雙重壓力，高效低污染的鍋爐燃燒優(yōu)化技術(shù)日益引起人們的關(guān)注，其目標(biāo)是在一定的鍋爐負(fù)荷條件下，通過(guò)調(diào)整鍋爐配風(fēng)、給煤等運(yùn)行參數(shù)而使鍋爐處于高效率、低污染排放以及更安全的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀態(tài)。鍋爐燃燒是一個(gè)極其復(fù)雜的非線性過(guò)程，鍋爐效率和氮氧化物排放受到氧量、配風(fēng)方式、負(fù)荷、風(fēng)粉分配均勻性等燃燒控制參數(shù)的影響，并且各個(gè)因素之間還具有強(qiáng)耦合關(guān)系。一般而言，煤粉高效燃燒與低氮氧化物排放是互為矛盾的，降低氮氧化物生成的關(guān)鍵在于控制燃燒區(qū)域煤粉高濃度和高溫不同時(shí)存在，但是他們不同時(shí)存在又會(huì)影響煤粉燃燒效率，為達(dá)到最優(yōu)的爐膛燃燒效果，就要求對(duì)煤粉燃燒全過(guò)程加以優(yōu)化控制，采用既保證煤粉著火穩(wěn)定，同時(shí)具有較低的燃燒溫度，而且在此溫度下又能保證煤粉燃盡的鍋爐燃燒優(yōu)化技術(shù)。為達(dá)到上述目標(biāo)，調(diào)整爐膛火焰中心位于爐膛的幾何中心是關(guān)鍵因素之一，這樣還可以避免爐膛局部結(jié)焦、結(jié)渣甚至過(guò)熱器爆管。但是長(zhǎng)期以來(lái)由于缺乏爐膛內(nèi)部的監(jiān)測(cè)手段，對(duì)爐膛火焰中心的控制一直是個(gè)空白。

鍋爐燃燒優(yōu)化技術(shù)研究的熱點(diǎn)是采用數(shù)據(jù)挖掘或者是人工智能的方法。數(shù)據(jù)挖掘方法就是在大量過(guò)去不同負(fù)荷下的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)中，通過(guò)應(yīng)用機(jī)器學(xué)習(xí)的方法，挖掘出鍋爐燃燒目標(biāo)和運(yùn)行參數(shù)間的最佳關(guān)系模型，再利用智能優(yōu)化的算法結(jié)合挖掘出的關(guān)系模型進(jìn)行鍋爐的在線燃燒優(yōu)化。人工智能方法是從電廠分散控制系統(tǒng)中提取數(shù)據(jù)或者是根據(jù)鍋爐燃燒調(diào)整優(yōu)化試驗(yàn)的數(shù)據(jù)建立燃燒系統(tǒng)的輸入、輸出模型，然后利用智能優(yōu)化算法對(duì)鍋爐效率和污染物排放進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)而得到污染物排放和鍋爐效率綜合最優(yōu)的鍋爐運(yùn)行控制參數(shù)，從而指導(dǎo)電廠的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。但是由于鍋爐設(shè)備的特性會(huì)隨著使用時(shí)間的增長(zhǎng)會(huì)有所改變，而且燃用的煤種有時(shí)也會(huì)發(fā)生變化，同時(shí)由于這些采用人工智能方法的優(yōu)化過(guò)程計(jì)算成本往往較大，在線實(shí)時(shí)計(jì)算運(yùn)行比較困難，因此如何保證模型能夠快速、高效地更新以適應(yīng)新的情況成為了這類方法的瓶頸問(wèn)題。

鍋爐燃燒狀況的最直觀的反映。之前由于缺乏有效的爐膛溫度測(cè)量手段，直接影響了燃燒優(yōu)化結(jié)果的準(zhǔn)確性。近年來(lái)，隨著測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)外出現(xiàn)了越來(lái)越多且有效的爐膛溫度測(cè)量方法，比如基于圖像處理的測(cè)溫技術(shù)、聲波測(cè)溫技術(shù)以及激光光譜測(cè)溫技術(shù)等，有效解決了爐膛溫度測(cè)量的問(wèn)題，為燃燒過(guò)程中爐膛溫度場(chǎng)這一重要參數(shù)的在線測(cè)量和控制提供了可能。在電站鍋爐實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，如果通過(guò)能精確地得到爐膛溫度場(chǎng)這一優(yōu)勢(shì)，針對(duì)具體的負(fù)荷指令、具體的鍋爐和燃用煤種的情況，運(yùn)行人員便可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或者導(dǎo)航判斷當(dāng)前的鍋爐燃燒情況，調(diào)節(jié)燃燒器的出口一、二、三次風(fēng)風(fēng)速、風(fēng)率，各燃燒器之間的負(fù)荷分配和運(yùn)行方式，以及爐膛風(fēng)量、燃料量和煤粉細(xì)度等參數(shù)，從而保證正常穩(wěn)定的汽壓、汽溫和蒸發(fā)量，這一過(guò)程也可以由控制系統(tǒng)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)，從而保證著火穩(wěn)定、燃燒完全，火焰均勻充滿爐膛，不結(jié)渣，不燒壞燃燒器和水冷壁，過(guò)熱器不超溫；使機(jī)組保持最高的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，減少燃燒污染物的排放。

目前，大容量鍋爐的燃燒器主要分為直流燃燒器和旋流燃燒器兩種形式，而在我國(guó)，直流式煤粉燃燒器占據(jù)了很大的比重，而且大部分采用四角切圓燃燒方式。四角切圓燃燒鍋爐是將直流式燃燒器布置在四角，出口氣流幾何軸線在爐膛中央相交形成燃燒切圓，造成氣流在爐內(nèi)強(qiáng)烈旋轉(zhuǎn)，并呈現(xiàn)螺旋式上升。由于四角射流著火相交后強(qiáng)烈旋轉(zhuǎn)，相互點(diǎn)燃，湍流的熱量、質(zhì)量和動(dòng)量交換十分強(qiáng)烈，火焰在爐內(nèi)充滿系數(shù)高，因此具有煤粉著火穩(wěn)定性好，煤粉燃盡程度高，爐內(nèi)熱負(fù)荷分配均勻和煤種適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)。四角切圓鍋爐燃燒時(shí)的切圓大小與爐膛火焰位置主要是由燃燒器噴口的二次風(fēng)（主要是燃料風(fēng)）和一次風(fēng)（輸送煤粉）進(jìn)行控制的，四角風(fēng)粉分配均勻才能保證鍋爐安全穩(wěn)定的運(yùn)行。但是，由于各燃燒器配風(fēng)不當(dāng)或者個(gè)別燃燒器工作不正常，會(huì)造成火焰中心偏向一側(cè)，整個(gè)爐膛溫度場(chǎng)也會(huì)隨之偏移，造成離火焰中心近的水冷壁過(guò)熱或者結(jié)焦，局部地區(qū)管壁溫度升高，熱應(yīng)力高而造成爆管，而遠(yuǎn)離火焰中心的水冷壁管則加熱不足，水循環(huán)減慢，造成整個(gè)鍋爐水循環(huán)失去平衡；同時(shí)，由于溫度場(chǎng)的不均勻還會(huì)造成爐內(nèi)燃燒工況惡化，低溫處煤粉得不到充分燃燒，煤粉在爐膛內(nèi)燃盡率降低，會(huì)把未燃盡煤粉帶入尾部受熱面，造成過(guò)熱器、省煤器的磨損，降低了鍋爐的使用壽命。