[發明專利]一種火力發電廠鍋爐燃燒效率智能化分析系統及方法

在審

• 申請號: 202011523023.2
• 申請日: 2020-12-14
• 公開（公告）號: CN112555896A
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發明（設計）人: 劉龍;魏小兵;王廣兵;周長偉;賈崇景;孫俊威;戴維葆
• 申請（專利權）人: 國家能源菏澤發電有限公司
• 主分類號: F23N5/00
• 分類號: F23N5/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種火力發電廠鍋爐燃燒效率智能化分析系統及方法，該系統和方法是采取開環控制和閉環控制相結合的方式；包括鍋爐實時測量和計算模塊、目標控制模塊、策略控制模塊和邊界評判模塊；分析方法基于O2/CO的耦合關系，以鍋爐熱效率為主要控制目標，兼顧NOx、CO濃度；通過燃燒優化試驗，確定了O2/CO濃度與灰渣含碳量、NOx濃度的關聯性，確定了不同負荷下制粉系統運行參數和鍋爐O2/CO最佳協同運行參數；根據試驗研究，制定出O2/CO最佳協同運行方案，并在DCS上修改相關控制邏輯，形成一套具有自主知識產權的智能化燃燒效率分析系統，智能化的提示當前最佳運行方案，指導運行人員進行燃燒調整，按照方案運行，實現了鍋爐效率提高1％以上。

技術領域

本發明涉及火電廠燃煤鍋爐的優化運行技術領域，具體的說，尤其涉及一種火力發電廠鍋爐燃燒效率智能化分析系統及方法。

背景技術

電站鍋爐爐內煤粉燃燒是一個復雜的多項流物理、化學變化過程，鍋爐燃燒系統是一個非線性、多變量、強耦合的復雜系統，單一變量的調節影響會其他參數，屬于典型的多目標的優化系統，即在保證污染物排放達標的前提下，追求鍋爐運行安全性、經濟性和環保性的綜合指標最優，使綜合成本最小化。

鍋爐效率是重要的經濟指標，主要受排煙熱損失、固體未完全燃燒熱損失和氣體未完全燃燒熱損失的影響，而這三項熱損失互相牽制，均與運行氧量及爐膛溫度相關，運行氧量又與影響氣體未完全燃燒熱損失的CO濃度有關。因此要達到鍋爐效率最高、熱損失之和最小的目的，需要通過監測爐膛溫度、爐內O2和CO濃度，得到鍋爐最佳空氣過量系數。

爐膛結渣和水冷壁高溫腐蝕是影響機組安全運行、降低鍋爐壽命的主要原因之一。運行氧量不但影響爐膛出口CO濃度分布，而且影響爐膛水冷壁近壁區還原性氣體(H2S、CO)濃度，實踐證明當水冷壁近壁區CO濃度高于3％時水冷壁高溫腐蝕問題已經較為嚴重；在強還原性氣氛中灰熔點降低，加劇爐膛區域結渣問題，同時，氧量的驟然降低導致氧氣從水冷壁管中析出，造成水冷壁管道加速老化、變薄，造成不必要的損失。為了保證鍋爐安全穩定的運行，控制水冷壁高溫腐蝕和結渣風險，需要做好運行氧量和近壁區CO濃度的協同控制。

NOx是燃煤鍋爐排放的最主要的污染物之一，按其產生主要分為燃料型和熱力型，燃料型NOx的生成主要與煤質有關，熱力型NOx受爐膛溫度影響較大。為了利用深度分級配風減少NOx的生成量、增加還原量，低氮燃燒降低了主燃區爐膛溫度和氧濃度，推遲了煤粉著火時間、提升了火焰中心高度，整個主燃燒器區域為還原性氣氛，使得大量未燃盡碳和未燃盡可燃氣體需要在燃盡區二次燃盡，爐膛出口CO濃度和飛灰含碳量升高，增加了鍋爐q3和q4熱損失，降低了鍋爐熱效率，加劇水冷壁高溫腐蝕及爐膛結焦的風險。由此可知，NOx濃度與強化燃燒在理論上是矛盾的存在，在煤質一定的情況下，其關鍵影響因素是運行氧量及配風方式。

綜上所述，鍋爐燃燒調整及控制需要綜合考慮鍋爐熱效率、NOx、近壁區和省煤器出口CO濃度等眾多指標，而鍋爐燃燒過程涉及多邊界、多變量的耦合控制，實際運行控制過程很難做到多個耦合變量的準確控制和調整，若以所有變量作為優化目標，優化控制系統就非常復雜且難以達到理想效果。

基于以上論述分析可知，鍋爐燃燒最主要的控制目標包括鍋爐熱效率、NOx、爐膛水冷壁近壁區CO、省煤器出口CO濃度和爐膛溫度分布，而這些控制目標的共同影響因素為運行氧量和配風方式，依據問題的本質提出了基于O2/CO的耦合關系為主線的解決思路，以鍋爐熱效率為主要控制目標，兼顧NOx、CO濃度控制的燃燒效率智能化分析系統和方法。基于該系統使鍋爐運行的經濟指標、環保指標(NOx、CO濃度)和安全指標達到最佳平衡狀態。

發明內容

本發明的目的在于提供一種火力發電廠鍋爐燃燒效率智能化分析系統及方法，以解決上述背景技術中提出的問題。