基于CO控制的电站锅炉运行优化系统研究与应用

基于CO控制的电站锅炉运行优化系统研究与应用第1页/共42页2基于CO控制的电站锅炉运行优化系统研究与应用曹红加2014.08第2页/共42页主要内容1基于CO控制锅炉运行优化理论基础2CO在线监控技术研究3基于CO控制的锅炉经济性评价4基于CO控制的锅炉运行优化实例5适用范围第3页/共42页基于CO控制锅炉运行优化理论基础燃烧调整优化锅炉运行的燃烧优化调整，即根据燃烧过程优劣的指标，对影响燃烧工况的主要参数进行优化试验，使燃烧过程达到安全可靠、经济高效、低污染的要求。影响燃烧工况的主要因素有入炉煤质特性、总风量、配风方式和制粉系统特性等，其中对风量的优化控制最为复杂。因为对风量的控制直接影响锅炉运行氧量的变化，而运行氧量的变化不仅直接影响排烟热损失、气体和固体不完全燃烧热损失及锅炉热效率的变化；它还会引起其他运行参数的改变，送风机总电耗、引风机总电耗、汽温和减温水特性等，同时氧量的变化也会影响锅炉运行的安全性，如结渣和高温腐蚀等。第4页/共42页基于CO控制锅炉运行优化理论基础炉内氧量与热损失的关系第5页/共42页风量自动控制当前我国电站锅炉运行中对风量的控制，主要是利用锅炉负荷与风量、送风机开度或二次风挡板开度的近似线性关系设计的。负荷指令前馈控制氧量参数反馈修正基于CO控制锅炉运行优化理论基础第6页/共42页基于O2的控制煤质变化的适应性无组织配风的不确定性炉内空气动力场特性大尺寸烟道混合的均匀性基于CO控制锅炉运行优化理论基础第7页/共42页基于CO的控制CO生成特性只有当炉内局部区域运行在低于化学当量配风时，即只有当烟气中的过量空气系数接近于1时，才会产生较多的CO(>100ppm)，在此范围较小的氧量波动会导致CO指数级增长。在大型锅炉炉膛内，燃料/空气比率及其分布不可能十分完善，也不可能靠一般的炉内混合过程来纠正这种不均匀状态，因此对于炉内这种局部缺氧现象用烟气中的CO监测技术予以探测是非常有必要的，而检测省煤器出口平均氧量对此则是无能为力的。基于CO控制锅炉运行优化理论基础第8页/共42页CO生成特性CO与过量空气的关系随着总风量的减少烟气中CO含量逐渐增加，当减到某一临界值时，一氧化碳含量急剧增加。燃用不同燃料锅炉的临界风量各不相同，但在临界风量附近的CO含量是接近的，这与燃料种类关系不大。基于CO控制锅炉运行优化理论基础第9页/共42页CO生成特性CO与炉内局部缺氧（风）的关系在一定的风量下，烟气中CO浓度的高低反映了燃烧器以及炉内的混合与燃烧性能的优劣。烟气中的CO含量升高，表明炉内出现局部缺氧，风粉配合不当，燃烧恶化，呈现还原性气氛。

基于CO控制锅炉运行优化理论基础第10页/共42页

CO生成特性CO、O2与未燃尽碳热损失入炉总风量不足或炉内局部缺风不仅仅使烟气中的CO浓度增加，而且使飞灰可燃物含量增加，两者具有一致的关系，即烟气中CO浓度高，未燃碳损失也高，反之亦然。基于CO控制锅炉运行优化理论基础CO、O2与未燃尽碳及总损失的关系

第11页/共42页基于CO控制的锅炉运行优化优点：煤种适应性更好炉内混合特性的监控CO含量与飞灰可燃物、排烟热损失及过量空气之间存在着一定的关系安全、经济、环保的统一缺点：临界点以上O2时，CO的变化非常平缓。因此提出“CO控制为主、氧量控制为辅”的燃烧调整新理念。基于CO控制锅炉运行优化理论基础第12页/共42页CO检测方法检测管，标示卡压电晶体传感元件半导体气敏元件霍加拉特测温定电位电解法CO在线监控技术研究第13页/共42页在线式CO检测方法非分散红外吸收法半导体激光吸收光谱法CO在线监控技术研究第14页/共42页非分散红外吸收法非分散红外吸收法就是利用待测气体对特定波长红外线的吸收进行分析，如果待测气体的浓度不同，吸收的辐射能不同，根据检测到的辐射能量的衰减程度就可间接测量出待测气体的浓度。非分散红外吸收法在CO检测方面主要是利用CO对4.67和4.72波长下的辐射具有选择性吸收进行的。由于该方法稳定可靠，抗干扰能力强，可长期使用，而且利用滤光器可以消除其他无关气体的干扰，是目前使用最广泛的方法之一。CO在线监控技术研究第15页/共42页半导体激光吸收光谱法利用激光能量被气体分子“选频”吸收形成吸收光谱的原理来测量气体浓度。半导体激光器发射出特定波长激光束(仅被被测气体吸收)，穿过被测气体时，激光强度的衰减与被测气体浓度成一定函数关系，因此，通过测量激光强度衰减信息就可以分析获得被测气体的浓度。半导体激光吸收光谱法（DLAS）实际上是由非分散红外吸收法衍生出来的，用特定波长的激光束替代了红外线，但该方法相对于非分散红外吸收法具有如下优势：CO在线监控技术研究第16页/共42页半导体激光吸收光谱法与传统非分散红外分析技术使用谱宽很宽且固定波长的红外光源不同，DLAS技术使用谱宽非常小(也就是单色性非常好)且波长可调谐的半导体激光器作为光源。不受背景气体交叉干扰，半导体激光器发射的激光谱宽小于0.0001nm，远小于红外光源谱宽和被测气体单吸收谱线宽度，其频率调制扫描范围也仅包含被测气体单吸收谱线，因此成功消除了背景气体交叉干扰影响。不受粉尘和视窗污染干扰，气体浓度由透射光强的二次谐波信号与直流信号的比值来决定。当激光传输光路中的粉尘或视窗污染产生光强衰减时，两信号会等比例下降，从而保持比值不变。因此过程气体中的粉尘和视窗污染对于仪器的测量结果没有影响。试验结果表明，即使粉尘和视窗污染导致光透过率下降到1%时，仪器示值误差仍然不超过3%。CO在线监控技术研究第17页/共42页电厂在线式CO监控技术应用系统安装位置，AH入口烟气处理方式系统稳定性和经济性基于非分散红外吸收法和激光吸收光谱法的仪器系统可以实现电厂烟气中CO浓度的在线监测，而且激光吸收光谱法在准确性和抗干扰性上有一定优势。CO在线监控技术研究第18页/共42页锅炉效率辅机单耗汽温特性基于CO控制的锅炉经济性评价第19页/共42页锅炉参数耗差分析热偏差法，也称公式法。锅炉效率变化量计算模型为：根据GB10184-1988《电站锅炉性能试验规程》中的标准反平衡方法来计算锅炉热效率，可得到：

基于CO控制的锅炉经济性评价第20页/共42页要将锅炉热效率的变化折算到供电煤耗上，则需要根据供电煤耗与锅炉热效率的函数关系式得到：锅炉效率引起的供电煤耗变化率为:

则锅炉耗差参数引起的供电煤耗变化率可表示为:基于CO控制的锅炉经济性评价第21页/共42页排烟温度引起的供电煤耗变化率：排烟氧量引起的供电煤耗变化率：飞灰含碳量引起的供电煤耗变化率：基于CO控制的锅炉经济性评价第22页/共42页考虑CO浓度影响的锅炉耗差在线分析：以往的耗差分析系统均未考虑CO对煤耗的影响。基于CO控制的锅炉经济性评价第23页/共42页某600MW机组锅炉为DG-2070/17.5-II4型亚临界参数、自然循环、前后墙对冲燃烧方式、一次中间再热、单炉膛平衡通风、固态排渣、紧身封闭、全钢构架的∏型汽包炉。设计煤种是准格尔烟煤。尾部设置分烟道，采用烟气分流挡板调节再热器出口汽温。制粉系统为中速磨正压直吹式系统，磨煤机型号为HP1103型中速磨煤机，共6台。燃用设计煤种BMCR工况时，五台磨煤机运行，一台备用。煤粉细度为R90＝20％。基于CO控制的锅炉运行优化实例第24页/共42页CO在线监测系统是基于半导体激光吸收光谱法原理，监测烟道内CO和O2的浓度，安装在省煤器出口烟道的两侧。基于CO控制的锅炉运行优化实例发射端A发射端B接收端B接收端A脱硝入口烟道A脱硝入口烟道B第25页/共42页原有运行方式数据趋势基于CO控制的锅炉运行优化实例第26页/共42页基于CO控制的锅炉运行优化实例风量控制方法第27页/共42页基于CO控制的锅炉运行优化实例基于CO控制调整优化前后数据第28页/共42页550MW负荷时CO和飞灰可燃物的变化基于CO控制的锅炉运行优化实例第29页/共42页510MW负荷时CO和飞灰可燃物的变化基于CO控制的锅炉运行优化实例第30页/共42页380MW负荷时CO和飞灰可燃物的变化基于CO控制的锅炉运行优化实例第31页/共42页550MW负荷时CO和锅炉效率随风量变化基于CO控制的锅炉运行优化实例第32页/共42页550MW负荷时减温水和辅机电流随风量变化基于CO控制的锅炉运行优化实例第33页/共42页380MW负荷时CO和锅炉效率随风量变化基于CO控制的锅炉运行优化实例第34页/共42页380MW负荷时减温水和辅机电流随风量变化基于CO控制的锅炉运行优化实例第35页/共42页基于CO控制的锅炉运行优化实例各负荷工况下的耗差分析负荷工况锅炉风量耗差550MW工况12288.030.00550MW工况22389.81-2.93550MW工况32450.91-3.04510MW工况12156.200.00510MW工况22336.43-3.38450MW工况12065.920.00450MW工况21926.32-1.79

380MW工况11666.230.00380MW工况21583.98-0.63

第36页/共42页基于CO控制的锅炉运行优化实例经济性分析：按600MW机组年利用小时5000h计算燃煤总量100万吨，供电煤耗