基于CO控制的電站鍋爐運(yùn)行優(yōu)化系統(tǒng)研究與應(yīng)用

1、整理ppt12014年鍋爐專業(yè)會(huì)議年鍋爐專業(yè)會(huì)議錦州錦州2012014 4.0.08 8整理ppt2基于基于CO控制的電站鍋爐運(yùn)行優(yōu)化控制的電站鍋爐運(yùn)行優(yōu)化系統(tǒng)系統(tǒng)研究與應(yīng)用研究與應(yīng)用曹紅加曹紅加2012014 4.0.08 81基于基于CO控制鍋爐運(yùn)行優(yōu)化理論基礎(chǔ)控制鍋爐運(yùn)行優(yōu)化理論基礎(chǔ)2CO在線監(jiān)控技術(shù)研究在線監(jiān)控技術(shù)研究3基于基于CO控制的鍋爐經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)控制的鍋爐經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)4基于基于CO控制的鍋爐運(yùn)行優(yōu)化實(shí)例控制的鍋爐運(yùn)行優(yōu)化實(shí)例5適用范圍適用范圍燃燒調(diào)整優(yōu)化燃燒調(diào)整優(yōu)化鍋爐運(yùn)行的燃燒優(yōu)化調(diào)整，即根據(jù)燃燒過程優(yōu)劣的鍋爐運(yùn)行的燃燒優(yōu)化調(diào)整，即根據(jù)燃燒過程優(yōu)劣的指標(biāo)，對(duì)影響燃燒工況的主要參數(shù)

2、進(jìn)行優(yōu)化試驗(yàn)，指標(biāo)，對(duì)影響燃燒工況的主要參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化試驗(yàn)，使燃燒過程達(dá)到安全可靠、經(jīng)濟(jì)高效、低污染的使燃燒過程達(dá)到安全可靠、經(jīng)濟(jì)高效、低污染的要求。要求。影響燃燒工況的主要因素有入爐煤質(zhì)特性、總風(fēng)量、影響燃燒工況的主要因素有入爐煤質(zhì)特性、總風(fēng)量、配風(fēng)方式和制粉系統(tǒng)特性等，其中對(duì)風(fēng)量的優(yōu)化配風(fēng)方式和制粉系統(tǒng)特性等，其中對(duì)風(fēng)量的優(yōu)化控制最為復(fù)雜。因?yàn)閷?duì)風(fēng)量的控制直接影響鍋爐控制最為復(fù)雜。因?yàn)閷?duì)風(fēng)量的控制直接影響鍋爐運(yùn)行氧量的變化，而運(yùn)行氧量的變化不僅直接影運(yùn)行氧量的變化，而運(yùn)行氧量的變化不僅直接影響排煙熱損失、氣體和固體不完全燃燒熱損失及響排煙熱損失、氣體和固體不完全燃燒熱損失及鍋爐熱效率的變化；

3、它還會(huì)引起其他運(yùn)行參數(shù)的鍋爐熱效率的變化；它還會(huì)引起其他運(yùn)行參數(shù)的改變，送風(fēng)機(jī)總電耗、引風(fēng)機(jī)總電耗、汽溫和減改變，送風(fēng)機(jī)總電耗、引風(fēng)機(jī)總電耗、汽溫和減溫水特性等，同時(shí)氧量的變化也會(huì)影響鍋爐運(yùn)行溫水特性等，同時(shí)氧量的變化也會(huì)影響鍋爐運(yùn)行的安全性，如結(jié)渣和高溫腐蝕等。的安全性，如結(jié)渣和高溫腐蝕等。 爐內(nèi)氧量與熱損失的關(guān)系爐內(nèi)氧量與熱損失的關(guān)系風(fēng)量自動(dòng)控制風(fēng)量自動(dòng)控制當(dāng)前我國(guó)電站鍋爐運(yùn)行中對(duì)風(fēng)量的控制，主當(dāng)前我國(guó)電站鍋爐運(yùn)行中對(duì)風(fēng)量的控制，主要是利用鍋爐負(fù)荷與風(fēng)量、送風(fēng)機(jī)開度或要是利用鍋爐負(fù)荷與風(fēng)量、送風(fēng)機(jī)開度或二次風(fēng)擋板開度的近似線性關(guān)系設(shè)計(jì)的。二次風(fēng)擋板開度的近似線性關(guān)系設(shè)計(jì)的。 v負(fù)荷指令前饋

4、控制負(fù)荷指令前饋控制v氧量參數(shù)反饋修正氧量參數(shù)反饋修正基于基于O2的控制的控制v煤質(zhì)變化的適應(yīng)性煤質(zhì)變化的適應(yīng)性v無組織配風(fēng)的不確定性無組織配風(fēng)的不確定性v爐內(nèi)空氣動(dòng)力場(chǎng)特性爐內(nèi)空氣動(dòng)力場(chǎng)特性v大尺寸煙道混合的均勻性大尺寸煙道混合的均勻性基于基于CO的控制的控制CO生成特性生成特性只有當(dāng)爐內(nèi)局部區(qū)域運(yùn)行在低于化學(xué)當(dāng)量配風(fēng)時(shí)，只有當(dāng)爐內(nèi)局部區(qū)域運(yùn)行在低于化學(xué)當(dāng)量配風(fēng)時(shí)，即只有當(dāng)煙氣中的過量空氣系數(shù)接近于即只有當(dāng)煙氣中的過量空氣系數(shù)接近于1時(shí)，才會(huì)時(shí)，才會(huì)產(chǎn)生較多的產(chǎn)生較多的CO(100ppm)，在此范圍較小的氧量，在此范圍較小的氧量波動(dòng)會(huì)導(dǎo)致波動(dòng)會(huì)導(dǎo)致CO指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。在大型鍋爐爐膛內(nèi)，指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)

5、。在大型鍋爐爐膛內(nèi)，燃料燃料/空氣比率及其分布不可能十分完善，也不可空氣比率及其分布不可能十分完善，也不可能靠一般的爐內(nèi)混合過程來糾正這種不均勻狀態(tài)，能靠一般的爐內(nèi)混合過程來糾正這種不均勻狀態(tài)，因此對(duì)于爐內(nèi)這種局部缺氧現(xiàn)象用煙氣中的因此對(duì)于爐內(nèi)這種局部缺氧現(xiàn)象用煙氣中的CO監(jiān)監(jiān)測(cè)技術(shù)予以探測(cè)是非常有必要的，而檢測(cè)省煤器測(cè)技術(shù)予以探測(cè)是非常有必要的，而檢測(cè)省煤器出口平均氧量對(duì)此則是無能為力的。出口平均氧量對(duì)此則是無能為力的。CO生成特性生成特性CO與過量空氣的關(guān)系與過量空氣的關(guān)系隨著總風(fēng)量的減少煙氣中隨著總風(fēng)量的減少煙氣中CO含量逐漸增加，當(dāng)含量逐漸增加，當(dāng)減到某一臨界值時(shí)，一減到某一臨界值時(shí)，

6、一氧化碳含量急劇增加。氧化碳含量急劇增加。燃用不同燃料鍋爐的臨燃用不同燃料鍋爐的臨界風(fēng)量各不相同，但在界風(fēng)量各不相同，但在臨界風(fēng)量附近的臨界風(fēng)量附近的CO含含量是接近的，這與燃料量是接近的，這與燃料種類關(guān)系不大。種類關(guān)系不大。 CO生成特性生成特性CO與爐內(nèi)局部缺氧（風(fēng)）的關(guān)系與爐內(nèi)局部缺氧（風(fēng)）的關(guān)系在一定的風(fēng)量下，煙氣中在一定的風(fēng)量下，煙氣中CO濃度的高低反映濃度的高低反映了燃燒器以及爐內(nèi)的混合與燃燒性能的優(yōu)了燃燒器以及爐內(nèi)的混合與燃燒性能的優(yōu)劣。煙氣中的劣。煙氣中的CO含量升高，表明爐內(nèi)出現(xiàn)含量升高，表明爐內(nèi)出現(xiàn)局部缺氧，風(fēng)粉配合不當(dāng)，燃燒惡化，呈局部缺氧，風(fēng)粉配合不當(dāng)，燃燒惡化，呈現(xiàn)還

7、原性氣氛?，F(xiàn)還原性氣氛。 CO生成特性生成特性CO、O2與未燃盡碳熱損與未燃盡碳熱損失失 入爐總風(fēng)量不足或爐內(nèi)入爐總風(fēng)量不足或爐內(nèi)局部缺風(fēng)不僅僅使煙氣局部缺風(fēng)不僅僅使煙氣中的中的CO濃度增加，而且濃度增加，而且使飛灰可燃物含量增加，使飛灰可燃物含量增加，兩者具有一致的關(guān)系，兩者具有一致的關(guān)系，即煙氣中即煙氣中CO濃度高，未濃度高，未燃碳損失也高，反之亦燃碳損失也高，反之亦然然 。CO、O2與未燃盡碳及總與未燃盡碳及總損失的關(guān)系損失的關(guān)系 基于基于CO控制的鍋爐運(yùn)行優(yōu)化優(yōu)點(diǎn)：控制的鍋爐運(yùn)行優(yōu)化優(yōu)點(diǎn)：v煤種適應(yīng)性更好煤種適應(yīng)性更好v爐內(nèi)混合特性的監(jiān)控爐內(nèi)混合特性的監(jiān)控vCO含量與飛灰可燃物、排煙熱

8、損失及過含量與飛灰可燃物、排煙熱損失及過量空氣之間存在著一定的關(guān)系量空氣之間存在著一定的關(guān)系 v安全、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的統(tǒng)一安全、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的統(tǒng)一缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：臨界點(diǎn)以上臨界點(diǎn)以上O2時(shí)，時(shí)，CO的變化非常平緩。因此的變化非常平緩。因此提出提出“CO控制為主、氧量控制為輔控制為主、氧量控制為輔”的的燃燒調(diào)整新理念。燃燒調(diào)整新理念。CO檢測(cè)方法檢測(cè)方法v檢測(cè)管，標(biāo)示卡檢測(cè)管，標(biāo)示卡 v壓電晶體傳感元件壓電晶體傳感元件 v半導(dǎo)體氣敏元件半導(dǎo)體氣敏元件 v霍加拉特測(cè)溫霍加拉特測(cè)溫 v定電位電解法定電位電解法 在線式在線式CO檢測(cè)方法檢測(cè)方法v非分散紅外吸收法非分散紅外吸收法v半導(dǎo)體激光吸收光譜法半導(dǎo)體激光吸

9、收光譜法 非分散紅外吸收法非分散紅外吸收法非分散紅外吸收法就是利用待測(cè)氣體對(duì)特定波長(zhǎng)紅非分散紅外吸收法就是利用待測(cè)氣體對(duì)特定波長(zhǎng)紅外線的吸收進(jìn)行分析，如果待測(cè)氣體的濃度不外線的吸收進(jìn)行分析，如果待測(cè)氣體的濃度不同，吸收的輻射能不同，根據(jù)檢測(cè)到的輻射能同，吸收的輻射能不同，根據(jù)檢測(cè)到的輻射能量的衰減程度就可間接測(cè)量出待測(cè)氣體的濃度。量的衰減程度就可間接測(cè)量出待測(cè)氣體的濃度。非分散紅外吸收法在非分散紅外吸收法在CO檢測(cè)方面主要是利用檢測(cè)方面主要是利用CO對(duì)對(duì)4.67和和4.72波長(zhǎng)下的輻射具有選擇性吸收進(jìn)行的。波長(zhǎng)下的輻射具有選擇性吸收進(jìn)行的。由于該方法穩(wěn)定可靠，抗干擾能力強(qiáng)，可長(zhǎng)期由于該方法穩(wěn)定

10、可靠，抗干擾能力強(qiáng)，可長(zhǎng)期使用，而且利用濾光器可以消除其他無關(guān)氣體使用，而且利用濾光器可以消除其他無關(guān)氣體的干擾，是目前使用最廣泛的方法之一。的干擾，是目前使用最廣泛的方法之一。 半導(dǎo)體激光吸收光譜法半導(dǎo)體激光吸收光譜法 利用激光能量被氣體分子利用激光能量被氣體分子“選頻選頻”吸收形成吸收光吸收形成吸收光譜的原理來測(cè)量氣體濃度。半導(dǎo)體激光器發(fā)射譜的原理來測(cè)量氣體濃度。半導(dǎo)體激光器發(fā)射出特定波長(zhǎng)激光束出特定波長(zhǎng)激光束(僅被被測(cè)氣體吸收僅被被測(cè)氣體吸收)，穿過被，穿過被測(cè)氣體時(shí)，激光強(qiáng)度的衰減與被測(cè)氣體濃度成測(cè)氣體時(shí)，激光強(qiáng)度的衰減與被測(cè)氣體濃度成一定函數(shù)關(guān)系，因此，通過測(cè)量激光強(qiáng)度衰減一定函數(shù)關(guān)

11、系，因此，通過測(cè)量激光強(qiáng)度衰減信息就可以分析獲得被測(cè)氣體的濃度。信息就可以分析獲得被測(cè)氣體的濃度。半導(dǎo)體激光吸收光譜法（半導(dǎo)體激光吸收光譜法（DLAS）實(shí)際上是由非分）實(shí)際上是由非分散紅外吸收法衍生出來的，用特定波長(zhǎng)的激光散紅外吸收法衍生出來的，用特定波長(zhǎng)的激光束替代了紅外線，但該方法相對(duì)于非分散紅外束替代了紅外線，但該方法相對(duì)于非分散紅外吸收法具有如下優(yōu)勢(shì)：吸收法具有如下優(yōu)勢(shì)： 半導(dǎo)體激光吸收光譜法半導(dǎo)體激光吸收光譜法 與傳統(tǒng)非分散紅外分析技術(shù)使用譜寬很寬且固定波長(zhǎng)的紅外與傳統(tǒng)非分散紅外分析技術(shù)使用譜寬很寬且固定波長(zhǎng)的紅外光源不同，光源不同，DLAS技術(shù)使用譜寬非常小技術(shù)使用譜寬非常小(也就

12、是單色性非也就是單色性非常好常好)且波長(zhǎng)可調(diào)諧的半導(dǎo)體激光器作為光源。且波長(zhǎng)可調(diào)諧的半導(dǎo)體激光器作為光源。不受背景氣體交叉干擾，半導(dǎo)體激光器發(fā)射的激光譜寬小于不受背景氣體交叉干擾，半導(dǎo)體激光器發(fā)射的激光譜寬小于0.0001nm，遠(yuǎn)小于紅外光源譜寬和被測(cè)氣體單吸收譜線，遠(yuǎn)小于紅外光源譜寬和被測(cè)氣體單吸收譜線寬度，其頻率調(diào)制掃描范圍也僅包含被測(cè)氣體單吸收譜寬度，其頻率調(diào)制掃描范圍也僅包含被測(cè)氣體單吸收譜線，因此成功消除了背景氣體交叉干擾影響。線，因此成功消除了背景氣體交叉干擾影響。不受粉塵和視窗污染干擾，氣體濃度由透射光強(qiáng)的二次諧波不受粉塵和視窗污染干擾，氣體濃度由透射光強(qiáng)的二次諧波信號(hào)與直流信號(hào)

13、的比值來決定。當(dāng)激光傳輸光路中的粉信號(hào)與直流信號(hào)的比值來決定。當(dāng)激光傳輸光路中的粉塵或視窗污染產(chǎn)生光強(qiáng)衰減時(shí)，兩信號(hào)會(huì)等比例下降，塵或視窗污染產(chǎn)生光強(qiáng)衰減時(shí)，兩信號(hào)會(huì)等比例下降，從而保持比值不變。因此過程氣體中的粉塵和視窗污染從而保持比值不變。因此過程氣體中的粉塵和視窗污染對(duì)于儀器的測(cè)量結(jié)果沒有影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，即使粉對(duì)于儀器的測(cè)量結(jié)果沒有影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，即使粉塵和視窗污染導(dǎo)致光透過率下降到塵和視窗污染導(dǎo)致光透過率下降到1%時(shí)，儀器示值誤時(shí)，儀器示值誤差仍然不超過差仍然不超過3%。 電廠在線式電廠在線式CO監(jiān)控技術(shù)應(yīng)用監(jiān)控技術(shù)應(yīng)用 v系統(tǒng)安裝位置，系統(tǒng)安裝位置，AH入口入口v煙氣處理方式

14、煙氣處理方式v系統(tǒng)穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性系統(tǒng)穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性 基于非分散紅外吸收法和激光吸收光譜法的儀器系基于非分散紅外吸收法和激光吸收光譜法的儀器系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)電廠煙氣中統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)電廠煙氣中CO濃度的在線監(jiān)測(cè)，而濃度的在線監(jiān)測(cè)，而且激光吸收光譜法在準(zhǔn)確性和抗干擾性上有一且激光吸收光譜法在準(zhǔn)確性和抗干擾性上有一定優(yōu)勢(shì)。定優(yōu)勢(shì)。 v鍋爐效率鍋爐效率v輔機(jī)單耗輔機(jī)單耗v汽溫特性汽溫特性鍋爐參數(shù)耗差分析鍋爐參數(shù)耗差分析熱偏差法，也稱公式法。熱偏差法，也稱公式法。鍋爐效率變化量計(jì)算模型為：鍋爐效率變化量計(jì)算模型為：根據(jù)根據(jù)GB10184-1988電站鍋爐性能試驗(yàn)規(guī)程電站鍋爐性能試驗(yàn)規(guī)程中的標(biāo)準(zhǔn)反平衡方法來計(jì)算鍋爐

15、熱效率，中的標(biāo)準(zhǔn)反平衡方法來計(jì)算鍋爐熱效率，可得到：可得到： 120(,)()igliif x xxxxx222H OH O000000H O0000.6200()(1.61)(1.61)()10012636(1)33727()()5.82100100gygypgyrpkrprpkrpyglrgyrarfhpyfhedarlzlzlzccrrlzfhCVVCVd VC VCd VtQCO VVCtcDAttcQDQCC要將鍋爐熱效率的變化折算到供電煤耗上，要將鍋爐熱效率的變化折算到供電煤耗上，則需要根據(jù)供電煤耗與鍋爐熱效率的函數(shù)則需要根據(jù)供電煤耗與鍋爐熱效率的函數(shù)關(guān)系式得到：關(guān)系式得到：鍋爐效

16、率引起的供電煤耗變化率為鍋爐效率引起的供電煤耗變化率為: 則鍋爐耗差參數(shù)引起的供電煤耗變化率可表則鍋爐耗差參數(shù)引起的供電煤耗變化率可表示為示為: 0.2391(1)rtgglgdHb ggglglbb ggglggligliglibbbxxx 排煙溫度引起的供電煤耗變化率：排煙溫度引起的供電煤耗變化率： 排煙氧量引起的供電煤耗變化率：排煙氧量引起的供電煤耗變化率： 飛灰含碳量引起的供電煤耗變化率飛灰含碳量引起的供電煤耗變化率 ：222H OH O000000H O(100)()(1.61) (1.61) 1100ggglpyglpycgygyarfhfhfhpgyrpkrprpkrgcglrf

17、hbbA cCCVVCVd VC VCd VbQC222H O000022(1.61)() 1263621(210.5)ggglglgygprpkrpyrglrbbOObC VCd VtCOVQOCO023372700()(100)ggglgpyfharfhcccfhglfhglrfhbbbtcACCQC考慮考慮CO濃度影響的鍋爐耗差在線分析濃度影響的鍋爐耗差在線分析 ： 以往的耗差分析系統(tǒng)均未考慮以往的耗差分析系統(tǒng)均未考慮CO對(duì)煤耗的影對(duì)煤耗的影響。響。2H O00000022()12636(1)(1.61)()1263621 0.5()(210.5)ggglglglgyggyrprpkrp

18、yrglrrbbCOCOCObVVC VCd VtCOVQQOCO某某600MW機(jī)組鍋爐為機(jī)組鍋爐為DG-2070/17.5-II4型亞臨界參型亞臨界參數(shù)、自然循環(huán)、前后墻對(duì)沖燃燒方式、一次中數(shù)、自然循環(huán)、前后墻對(duì)沖燃燒方式、一次中間再熱、單爐膛平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、緊身封間再熱、單爐膛平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、緊身封閉、全鋼構(gòu)架的閉、全鋼構(gòu)架的型汽包爐。設(shè)計(jì)煤種是準(zhǔn)格爾型汽包爐。設(shè)計(jì)煤種是準(zhǔn)格爾煙煤。尾部設(shè)置分煙道，采用煙氣分流擋板調(diào)煙煤。尾部設(shè)置分煙道，采用煙氣分流擋板調(diào)節(jié)再熱器出口汽溫。節(jié)再熱器出口汽溫。制粉系統(tǒng)為中速磨正壓直吹式系統(tǒng)，磨煤機(jī)型號(hào)為制粉系統(tǒng)為中速磨正壓直吹式系統(tǒng)，磨煤機(jī)型號(hào)為HP

19、1103型中速磨煤機(jī)，共型中速磨煤機(jī)，共6臺(tái)。燃用設(shè)計(jì)煤種臺(tái)。燃用設(shè)計(jì)煤種BMCR工況時(shí)，五臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行，一臺(tái)備用。工況時(shí)，五臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行，一臺(tái)備用。煤粉細(xì)度為煤粉細(xì)度為R9020。 CO在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是基于半導(dǎo)體激光吸收光譜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是基于半導(dǎo)體激光吸收光譜法原理，監(jiān)測(cè)煙道內(nèi)法原理，監(jiān)測(cè)煙道內(nèi)CO和和O2的濃度，安的濃度，安裝在省煤器出口煙道的兩側(cè)。裝在省煤器出口煙道的兩側(cè)。發(fā)射端A發(fā)射端B接收端B接收端A脫硝入口煙道A脫硝入口煙道B原有運(yùn)行方式數(shù)據(jù)趨勢(shì)原有運(yùn)行方式數(shù)據(jù)趨勢(shì)風(fēng)量控制方法風(fēng)量控制方法基于基于CO控制調(diào)整優(yōu)化前后數(shù)據(jù)控制調(diào)整優(yōu)化前后數(shù)據(jù)550MW負(fù)荷時(shí)負(fù)荷時(shí)CO和飛灰可燃物的變化和飛灰可燃物的變化510MW負(fù)荷時(shí)負(fù)荷時(shí)CO和飛灰可燃物的變化和飛灰可燃物的變化380MW負(fù)荷時(shí)負(fù)荷時(shí)CO和飛灰可燃物的變化和飛灰可燃物的變化550MW負(fù)荷時(shí)負(fù)荷時(shí)CO和鍋爐效率隨風(fēng)量變化和鍋爐效率隨風(fēng)量變化550MW負(fù)荷時(shí)減溫水和輔機(jī)電流隨風(fēng)量變化負(fù)荷時(shí)減溫水和輔機(jī)電流隨風(fēng)量變化380MW負(fù)荷時(shí)負(fù)荷時(shí)CO和鍋爐效率隨風(fēng)量變化和鍋爐效率隨風(fēng)量變化380MW負(fù)荷時(shí)減溫水和輔機(jī)電流隨風(fēng)量變化負(fù)荷時(shí)減溫水和輔機(jī)電流隨風(fēng)量變化各負(fù)荷工況下的各負(fù)荷工況下的耗差分析耗差分析負(fù)荷工況