通過(guò)控制煙氣參數(shù)改善鍋爐性能精

1、第3期(總第139期)2007年6月山西電力SHANXIELECTRICPOWERNo13(Ser1139)Jun12007通過(guò)控制煙氣參數(shù)改善鍋爐性能李濤1,任生友2,劉淑敏3(11山西電建四公司,山西太原030001;21江西豐城發(fā)電有限公司,江西豐城331100;31北京普瑞電力科技有限公司,北京100055)摘要:,、可靠性、經(jīng)濟(jì)性以及降低污染物排放,技術(shù)手段的欠缺,算,有關(guān)鍵詞:;爐膛測(cè)溫儀;CO2氣體輻射光譜:K22711文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B文章編號(hào):167120320(2007)0320028204f)燃料:煤質(zhì)(可燃基揮發(fā)分)。g)煤粉與二次風(fēng)的分配。h)給水溫度等。1煙氣參數(shù)的監(jiān)測(cè)

2、和控制傳統(tǒng)的鍋爐運(yùn)行對(duì)于煙氣參數(shù)的監(jiān)測(cè)和控制是在設(shè)計(jì)的假定和熱工分散控制下進(jìn)行的。鍋爐設(shè)計(jì)中涉及到煙氣側(cè)和蒸汽側(cè)的能量平衡?，F(xiàn)代控制理論指導(dǎo)下的鍋爐控制系統(tǒng),需要更多過(guò)程參數(shù)來(lái)建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,爐膛出口煙氣溫度,FEGT(FurnaceExitGasTemperature)是反映爐膛燃燒、能量平衡和熱量交換1個(gè)重要過(guò)程參數(shù),這一特別控制點(diǎn)FEGT,對(duì)鍋爐的運(yùn)行的安全性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性以及降低污染物排放,延長(zhǎng)鍋爐使用壽命有著重要的作用和影響。通常,爐膛出口是對(duì)流區(qū)和輻射區(qū)的分界點(diǎn),FEGT是鍋爐設(shè)計(jì)和運(yùn)行的非常重要的邊界參數(shù)。FEGT受以下運(yùn)行參數(shù)影響。a)過(guò)量空氣系數(shù):風(fēng)量的影響。b)爐膛熱

3、吸收率:爐膛換熱面臟污程度。c)磨煤機(jī)的投運(yùn)情況:煤粉量和細(xì)度。d)運(yùn)行方式:燃燒器投運(yùn)情況及燃燒器擺角;一次風(fēng)溫度,配風(fēng)風(fēng)速等。e)低NOX運(yùn)行。收稿日期:2006212230,修回日期:2007202226作者簡(jiǎn)介:李濤(19682),男,江蘇南通人,1988年畢業(yè)于南昌航空學(xué)院無(wú)損檢測(cè)專業(yè),工程師;任生友(19722),男,江西豐城人,1992年畢業(yè)于江西電力技術(shù)學(xué)院熱動(dòng)專業(yè),工程師;劉淑敏(19672),女,北京人,1989年畢業(yè)于北京理工大學(xué)熱動(dòng)專業(yè),高級(jí)工程師。通過(guò)對(duì)FEGT這一關(guān)鍵參數(shù)的控制,鍋爐專業(yè)人員可以更準(zhǔn)確的掌握鍋爐運(yùn)行情況和有效的控制和改善鍋爐的性能(包括經(jīng)濟(jì)性、安全性

4、、可靠性、排放物等),如果FEGT偏離了設(shè)計(jì)值,可能產(chǎn)生如下情況。a)爐膛結(jié)焦、結(jié)渣。b)過(guò)熱器和再熱器部位的腐蝕加快;縮短重要部件壽命,增加維修費(fèi)用。c)可能造成超溫;發(fā)生過(guò)熱器、再熱器管的超溫爆管或金屬蠕變、失效。d)造成過(guò)熱蒸汽或再熱蒸汽溫度偏差,增加減溫水投用,熱效率降低。e)排煙溫度升高,排煙損失增大,熱效率降低。111結(jié)焦和積灰控制控制爐膛出口溫度可能減少爐膛上部的結(jié)焦問(wèn)題;控制FEGT低于煤灰的熔融、軟化溫度,可以使干燥的煤灰不能粘附在換熱管上,因此避免了結(jié)焦的發(fā)生。同時(shí)能明顯的改善對(duì)流通道內(nèi)的積灰問(wèn)題;如果對(duì)流煙道的積灰得到減少,過(guò)熱器和引風(fēng)機(jī)的能耗將會(huì)降低,從而提高了熱負(fù)荷,

5、也能防止吹灰器的腐蝕。112吹灰煤灰的粘結(jié)和沉積阻礙了換熱,也限制了煙氣的流動(dòng)。因此鍋爐煙氣側(cè)換熱管的清潔對(duì)于維持鍋282007年6月李濤,等:通過(guò)控制煙氣參數(shù)改善鍋爐性能研究與實(shí)踐爐的正常運(yùn)行是必須的。保證煙氣的正常流動(dòng)和換熱器的正常工作,吹灰是清除煤灰的有效手段。為了使吹灰器有效運(yùn)行,應(yīng)建立1套科學(xué)合理的管理方法。吹灰器投運(yùn)的基本目的是為了最低限度的減少鍋爐換熱的損失,但吹灰器的使用也會(huì)損失熱能和對(duì)換熱器造成沖刷腐蝕,利用FEGT確定吹灰時(shí)機(jī)和吹掃方案會(huì)給運(yùn)行人員很大幫助。FEGT可以作為基本參數(shù)用以建立自動(dòng)的吹灰程序或指導(dǎo)運(yùn)行人員進(jìn)行手動(dòng)吹灰。如果FEGT超過(guò)了原始的設(shè)計(jì)值,表明爐膛換熱

6、面表面已經(jīng)受到了污染,運(yùn)行人員應(yīng)進(jìn)行爐膛吹灰;當(dāng)FEGT達(dá)到或低于設(shè)計(jì)值后,應(yīng)停止吹灰。過(guò)多的爐膛吹灰不僅浪費(fèi)了能量,而且可能產(chǎn)生吹灰器附近水冷壁的沖刷腐蝕問(wèn)題。113煤灰(液態(tài))量大于315025%時(shí),這些成分促腐蝕性。當(dāng)鍋爐在偏高的爐膛出口溫度(直接反映水冷壁的清潔度)下運(yùn)行時(shí),具有上述灰成分的煤灰易造成灰腐蝕。對(duì)于高硫分的燃煤,維持FEGT低于煤灰熔融溫度50,使干燥的煤灰流過(guò)對(duì)流道,能減少煤灰對(duì)過(guò)熱器的腐蝕。114過(guò)熱蒸汽溫度的控制熱器系統(tǒng)的吸熱量、受熱面的布置和煙氣通道尺寸等因素有關(guān)。目前電廠使用的大型燃煤鍋爐,運(yùn)行時(shí)的爐膛出口煙溫(FEGT)決定了過(guò)熱器和再熱器各級(jí)受熱面的進(jìn)口煙溫

7、,它對(duì)各級(jí)受熱面的吸熱量和汽溫影響很大。例如,在某電廠420t超高壓中間再熱鍋爐的熱力試驗(yàn)表明,爐膛出口煙溫變化3,過(guò)熱蒸汽溫度同向變化約1。2運(yùn)用遠(yuǎn)紅外測(cè)溫系統(tǒng)測(cè)量爐膛出口溫度對(duì)電廠鍋爐來(lái)說(shuō),FEGT是一個(gè)關(guān)鍵性的參數(shù),測(cè)進(jìn)行監(jiān)測(cè),FEGT,超過(guò)其所能承受的限度時(shí)必須將其收縮回來(lái),以免被燒毀。過(guò)去以往的問(wèn)題在于缺少在線測(cè)量高溫?zé)煔鉁囟鹊膬x器和技術(shù)。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展,一種發(fā)源于航天測(cè)控的遠(yuǎn)紅外線溫度測(cè)量技術(shù)已被應(yīng)用于煙氣溫度的測(cè)量,這種特殊的探測(cè)器可以準(zhǔn)確測(cè)量燃燒進(jìn)程中爐膛內(nèi)產(chǎn)生的炙熱CO2氣體的輻射的特征光譜,并通過(guò)特別的窄帶窗口(濾波器)濾掉其它輻射源發(fā)出的譜線,遠(yuǎn)紅外探測(cè)器可以測(cè)定

8、輻射源的密度(能量)。因?yàn)檫h(yuǎn)紅外探測(cè)器僅僅對(duì)高溫(發(fā)熱)CO2氣體輻射的特征譜線具有敏感性,因此其可對(duì)于四角切圓鍋爐,通常用燃燒器上下的擺動(dòng)來(lái)控制最終和主蒸汽溫度。在中、低負(fù)荷情況下,燃燒器上擺,用以得到要求的主汽溫度;在高負(fù)荷時(shí),燃燒器下擺或水平可以增大燃料在爐內(nèi)的停留時(shí)間,有利于完全燃燒。燃燒器的上擺可能使FEGT升高,從而可能產(chǎn)生結(jié)渣和積灰問(wèn)題。如果最后的主汽溫度沒(méi)有達(dá)到要求值,可以通過(guò)過(guò)?？諝饬?過(guò)氧量)和燃燒器的擺動(dòng)相結(jié)合來(lái)維持FEGT在允許極限值內(nèi)。115低NOX燃燒以直接測(cè)試某一區(qū)域內(nèi)的CO2氣體的溫度。遠(yuǎn)紅外輻射式高溫測(cè)量?jī)x是遠(yuǎn)距離非接觸式測(cè)量裝置,其可以安裝在任何觀察孔、檢修

9、口或穿過(guò)鍋爐和墻面安裝。具有可靠的保護(hù)性外殼(防護(hù)等級(jí)IP)并配有壓縮空氣冷卻、吹掃設(shè)施。壓縮空氣帶有過(guò)濾凈化裝置,可在線工作于環(huán)境惡劣的測(cè)試環(huán)境。其安裝使用極其簡(jiǎn)便,輸出信號(hào)可以直接顯示和遠(yuǎn)傳,測(cè)量爐膛內(nèi)煙氣的溫度范圍是1201750。如果用戶有特殊的需求,該儀器可以設(shè)置更大的量程。211爐膛測(cè)溫儀傳感器原理和應(yīng)用遠(yuǎn)紅外線輻射測(cè)溫儀是對(duì)鍋爐煙氣溫度具有敏感性的探測(cè)器。被加熱的CO2氣體處于原子被激勵(lì)的狀態(tài),其特定的波長(zhǎng)通過(guò)遠(yuǎn)紅外線遙測(cè)的方法能夠準(zhǔn)確檢測(cè)到,隨著鍋爐內(nèi)溫度的升高,在特定遠(yuǎn)紅外光譜的遠(yuǎn)紅外線的密度也隨之增大。以碳為主體燃料成分的鍋爐,燃燒過(guò)程都要產(chǎn)生CO2氣體,所以CO2氣體輻射

10、光譜的測(cè)量適合于所有鍋爐。在電站鍋爐和民用鍋爐的燃燒產(chǎn)物中,CO2氣體的濃度在10%12%以上,這一濃度達(dá)到了遠(yuǎn)紅外線輻射測(cè)溫儀檢測(cè)溫度的界限值。29鍋爐安裝低NOX燃燒器通常會(huì)導(dǎo)致火焰增長(zhǎng)和未燃盡碳量的增加,存在二次燃燒的可能性,加劇了在對(duì)流煙道和省煤器發(fā)生結(jié)渣和煤灰沉積。缺氧燃燒被廣泛的應(yīng)用于低NOX燃燒中,由于爐膛區(qū)域的嚴(yán)重缺氧,形成還原性氣氛,加劇了向火側(cè)水冷壁管的腐蝕。燃料的燃燒焰炬加長(zhǎng)或二次燃燒,使FEGT升高,造成過(guò)熱器和再熱器管的超溫過(guò)熱。因此,運(yùn)行人員必須密切關(guān)注的問(wèn)題是維持FEGT在設(shè)計(jì)值限度內(nèi),否則,會(huì)給鍋爐帶來(lái)一系列的問(wèn)題和隱患?，F(xiàn)代大容量鍋爐的爐膛出口煙溫與過(guò)熱器和再

11、研究與實(shí)踐山西電力21214低NOX燃燒應(yīng)用2007年第3期因?yàn)檫h(yuǎn)紅外線輻射測(cè)溫儀將爐膛內(nèi)的CO2氣體作為半透明或不透明的介質(zhì)來(lái)看待,在測(cè)溫儀的視角錐范圍內(nèi)(301),當(dāng)被觀測(cè)調(diào)整得離溫度感受元件最遠(yuǎn)時(shí),氣體分子的容量最大。由于窄帶光譜過(guò)濾器是具有選擇性的,因此對(duì)較熱的氣體比較冷的氣體(較冷的氣體離感受元件更近,因此其在測(cè)溫儀視角范圍內(nèi)所包含的體積更小)更易被其感受到。作為1個(gè)推論,遠(yuǎn)紅外線輻射測(cè)溫儀感受的是鍋爐內(nèi)受熱的煙氣,并顯示出1個(gè)代表整個(gè)鍋爐環(huán)境的溫度讀數(shù)。其次,響應(yīng)時(shí)間快(響應(yīng)時(shí)間約為100ms),比如說(shuō)在對(duì)10s的數(shù)據(jù)(共計(jì)100個(gè)讀數(shù))進(jìn)行平均時(shí),則會(huì)產(chǎn)生1個(gè)代表由上游流過(guò)測(cè)溫儀

12、的受熱流體的溫度讀數(shù),并可將處理過(guò)的數(shù)據(jù)繪制在1條時(shí)間的關(guān)系曲線上。顯然,。當(dāng)探測(cè)器檢測(cè)到1個(gè)比現(xiàn)在溫度更高的溫度值時(shí),將更新存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和顯示,并開始1個(gè)新的記錄時(shí)間段;如果一直沒(méi)有檢測(cè)到更高的溫度值,探測(cè)器將維持?jǐn)?shù)據(jù),直到這一時(shí)間記錄段的結(jié)束。212爐膛測(cè)溫儀的典型應(yīng)用21211鍋爐啟動(dòng)過(guò)程控制此系統(tǒng)可以用于監(jiān)測(cè)鍋爐啟動(dòng)過(guò)程中煙氣溫度。電站鍋爐一般裝有可伸縮的測(cè)溫探測(cè)器。遠(yuǎn)紅外線輻射測(cè)溫儀鍋爐靈敏探測(cè)器可以替代傳統(tǒng)的可伸縮探測(cè)器,并可以進(jìn)行鍋爐啟動(dòng)和運(yùn)行階段的煙氣溫度監(jiān)測(cè)。遠(yuǎn)紅外線輻射測(cè)溫儀具有造價(jià)低、使用方便、維護(hù)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。21212吹灰器控制通過(guò)將該系統(tǒng)的煙氣溫度設(shè)置在特定的溫度窗口,控

13、制選擇性還原系統(tǒng)噴入尿素或氨來(lái)最大限度的減少NOX的生成。21215在循環(huán)硫化床鍋爐上的應(yīng)用該系統(tǒng)可以用于硫化床鍋爐的煙氣溫度監(jiān)測(cè),在溫度能夠得到有效控制的前提下,適當(dāng)提高或保持床溫在高限附近運(yùn)行,可以明顯降低飛灰可燃物;同時(shí)可以輔助決定在合適的溫度下將石灰顆粒噴入到煙氣中,用于脫硫和常規(guī)運(yùn)行控制。21216鍋爐性能監(jiān)測(cè),通過(guò)軟件17四角切圓鍋爐火焰中心的控制在爐膛的四角安裝2個(gè)或更多的探測(cè)器來(lái)判斷爐膛火焰的狀況,通過(guò)調(diào)整改變鍋爐偏燒的問(wèn)題。21218廢物焚燒爐上的應(yīng)用該系統(tǒng)可以用來(lái)監(jiān)測(cè)煙氣溫度,使有毒廢物保持在適當(dāng)?shù)臏囟冗M(jìn)行焚燒,減少二惡英的污染,遠(yuǎn)紅外線輻射測(cè)溫儀能確認(rèn)符合NIST標(biāo)準(zhǔn)。2

14、1219監(jiān)測(cè)碳黑溫度余熱鍋爐的煙氣溫度對(duì)于操作和有效的利用能量非常重要。過(guò)高的溫度可能產(chǎn)生過(guò)多的廢氣和碳黑粒子,粘污在過(guò)熱器和再熱器處,阻礙了熱量的傳遞。213FEGT應(yīng)用于鍋爐系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化經(jīng)典控制理論指導(dǎo)下的熱工控制系統(tǒng),只關(guān)注邏輯控制單元的輸入和輸出。在分散和有限變量的控制模式下,無(wú)法實(shí)現(xiàn)鍋爐系統(tǒng)的運(yùn)行優(yōu)化控制?，F(xiàn)代控制理論提出了過(guò)程控制觀點(diǎn),需要對(duì)鍋爐系統(tǒng)的過(guò)程進(jìn)行深入的了解和有效的控制。鍋爐的優(yōu)化運(yùn)行需要正確的煙氣側(cè)過(guò)程參數(shù)的監(jiān)測(cè)和控制,然而現(xiàn)在大多數(shù)鍋爐缺少合適的煙氣側(cè)在線監(jiān)測(cè)手段。燃燒和空氣混合,在爐內(nèi)產(chǎn)生激烈的燃燒,傳統(tǒng)鍋爐的一次風(fēng)溫和排煙溫度是通常的在線監(jiān)測(cè)控制點(diǎn),這2點(diǎn)代表了

15、風(fēng)煙系統(tǒng)的輸入和輸出的溫度參數(shù)。爐膛出口溫度監(jiān)測(cè),增加了用于邏輯控制的過(guò)程參數(shù)。從傳統(tǒng)的一次風(fēng)溫、排煙溫度的兩點(diǎn)邏輯控制方式提升為燃燒器、爐膛出口溫度FEGT、排煙溫度3點(diǎn)邏輯控制方式。實(shí)測(cè)爐膛出口煙溫作為控制邏輯回饋參數(shù)具有實(shí)時(shí)準(zhǔn)確等優(yōu)勢(shì),在燃燒控制、性能優(yōu)化等方面均有實(shí)際意義。FEGT這個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)位于燃燒流程的中間位置,它的正常運(yùn)行數(shù)據(jù)、瞬間變化和變化趨勢(shì)等等,可以作為判斷爐內(nèi)燃燒狀況、氮氧化物排放、受熱面污染以及過(guò)熱器、再實(shí)時(shí)FEGT數(shù)據(jù)傳送到控制室,運(yùn)行人員可以根據(jù)FEGT值進(jìn)行吹灰器投/停的自動(dòng)控制。它也可以用于提醒運(yùn)行人員進(jìn)行手動(dòng)吹灰操作。例如:如果爐膛出口溫度FEGT超過(guò)了原始設(shè)計(jì)

16、值后,應(yīng)該停止?fàn)t膛吹掃。過(guò)多的爐膛吹掃不僅造成能源的浪費(fèi),也可能造成水冷壁的沖刷腐蝕問(wèn)題。通過(guò)監(jiān)測(cè)爐膛出口溫度FEGT與主蒸汽溫度,可以指導(dǎo)吹灰器的正確使用。21213結(jié)焦/積灰控制與過(guò)/再熱器保護(hù)爐膛出口溫度FEGT應(yīng)該低于煤灰的軟化(熔融)溫度,減少結(jié)焦和積灰。FEGT超過(guò)設(shè)計(jì)值,會(huì)造成運(yùn)行環(huán)境的改變和吊屏的超溫。運(yùn)行人員可以通過(guò)吹灰,改變過(guò)?？諝饬?改變?nèi)紵鞯慕M合方式和擺角,改變火焰長(zhǎng)度和其它的方法進(jìn)行調(diào)整,也可以采用其作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù),設(shè)計(jì)自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)這些操作方式進(jìn)行優(yōu)化組合。302007年6月李濤,等:通過(guò)控制煙氣參數(shù)改善鍋爐性能研究與實(shí)踐熱器運(yùn)行工況的重要依據(jù)。遠(yuǎn)紅外線輻射測(cè)溫儀系

17、統(tǒng)提供了4001700的煙氣溫度測(cè)量范圍,可以實(shí)現(xiàn)爐膛出口溫度FEGT的在線監(jiān)測(cè),為鍋爐系統(tǒng)進(jìn)一步優(yōu)化提供關(guān)鍵參數(shù)并拓展了空間。1個(gè)很重要的參數(shù),同時(shí)影響爐膛出口煙氣溫度的因素又很多。在線實(shí)時(shí)對(duì)其進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制,可以更好的保證鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性、安全性和實(shí)現(xiàn)氮氧化物合理排放。3結(jié)束語(yǔ)鍋爐設(shè)計(jì)、運(yùn)行過(guò)程中,爐膛出口煙氣溫度是ImprovementofBoilerPerformancebytheConytolofFlueGasParameterLITao1,RENSheng2you2,LIUShu2min3(11ShanxiNo14ElectricPowerConstructionCompany,T

18、aiyuan,Shanxi030001,China;21JiangxiFengchengPowerGenerationCo1,Ltd,Jiangxi,;31BeijingAipuruiElectricPowerScience&T,Abstract:Themethodstomoniterandcontrolfurnaceexitinlightoffurnaceexittemperatureinpowerplantwhichisto,emissionreduceofboil2eroperationandboilermakesmaganificantsenseduetotheadvantagesof

19、newlacktechnologytocontroltemperaturecontinuously,sothatthecaculatingresultlosttheandKeywords:;furnaceexittemperature;cokefurnacetemperaturemeasuring;CO2radiationspectra(上接第2頁(yè))表1節(jié)點(diǎn)8三相短路故障中間計(jì)算結(jié)果時(shí)間123-1813369-1914843-2113849456-3719221-3719145-3718781多機(jī)模型最大)角度間隙/(A-1819617-2010723-2119111-22411800-236

20、15710-24714520-28715060-29113100B兩機(jī)模型最大)角度間隙/(量信息,可以對(duì)計(jì)及各種復(fù)雜模型因素影響的系統(tǒng)進(jìn)行分析。參考文獻(xiàn):1陳亞民.電力系統(tǒng)計(jì)算程序及其實(shí)現(xiàn)M.北京:水利電4UrosGabrijel,RafaelMihalic.DirectMethodsforTransientStabilityAssessmentinPowerSystemComprisingControlla2bleSeriesDevicesJ.2002,17(4):111621122.5關(guān)政球,陳輝華,唐外文.以單機(jī)等面積穩(wěn)定判據(jù)分析多機(jī)IEEETransonPowerSystem,力出版社,1999.2付書逷,倪以信,薛禹勝,等.直接法穩(wěn)定分析M.北系統(tǒng)暫態(tài)性J.中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào),2003,23(4):200220