通過控制煙氣參數(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

2、和控制傳統(tǒng)的鍋爐運(yùn)行對于煙氣參數(shù)的監(jiān)測和控制是在設(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),需要更多過程參數(shù)來建立系統(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)重要過程參數(shù),這一特別控制點(diǎn)FEGT,對鍋爐的運(yùn)行的安全性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性以及降低污染物排放,延長鍋爐使用壽命有著重要的作用和影響。通常,爐膛出口是對流區(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作者簡介:李濤(19682),男,江蘇南通人,1988年畢業(yè)于南昌航空學(xué)院無損檢測專業(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),高級工程師。通過對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)生過熱器、再熱器管的超溫爆管或金屬蠕變、失效。d)造成過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)能明顯的改善對流通道內(nèi)的積灰問題;如果對流煙道的積灰得到減少,過熱器和引風(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)換熱管的清潔對于維持鍋282007年6月李濤,等:通過控制煙氣參數(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,使干燥的煤灰流過對流道,能減少煤灰對過熱器的腐蝕。114過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)決定了過熱器和再熱器各級受熱面的進(jìn)口煙溫

7、,它對各級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,過熱蒸汽溫度同向變化約1。2運(yùn)用遠(yuǎn)紅外測溫系統(tǒng)測量爐膛出口溫度對電廠鍋爐來說,FEGT是一個(gè)關(guān)鍵性的參數(shù),測進(jìn)行監(jiān)測,FEGT,超過其所能承受的限度時(shí)必須將其收縮回來,以免被燒毀。過去以往的問題在于缺少在線測量高溫?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)源于航天測控的遠(yuǎn)紅外線溫度測量技術(shù)已被應(yīng)用于煙氣溫度的測量,這種特殊的探測器可以準(zhǔn)確測量燃燒進(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)紅外探測器可以測定

8、輻射源的密度(能量)。因?yàn)檫h(yuǎn)紅外探測器僅僅對高溫(發(fā)熱)CO2氣體輻射的特征譜線具有敏感性,因此其可對于四角切圓鍋爐,通常用燃燒器上下的擺動(dòng)來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)渣和積灰問題。如果最后的主汽溫度沒有達(dá)到要求值,可以通過過?？諝饬?過氧量)和燃燒器的擺動(dòng)相結(jié)合來維持FEGT在允許極限值內(nèi)。115低NOX燃燒以直接測試某一區(qū)域內(nèi)的CO2氣體的溫度。遠(yuǎn)紅外輻射式高溫測量儀是遠(yuǎn)距離非接觸式測量裝置,其可以安裝在任何觀察孔、檢修

9、口或穿過鍋爐和墻面安裝。具有可靠的保護(hù)性外殼(防護(hù)等級IP)并配有壓縮空氣冷卻、吹掃設(shè)施。壓縮空氣帶有過濾凈化裝置,可在線工作于環(huán)境惡劣的測試環(huán)境。其安裝使用極其簡便,輸出信號(hào)可以直接顯示和遠(yuǎn)傳,測量爐膛內(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爐膛測溫儀傳感器原理和應(yīng)用遠(yuǎn)紅外線輻射測溫儀是對鍋爐煙氣溫度具有敏感性的探測器。被加熱的CO2氣體處于原子被激勵(lì)的狀態(tài),其特定的波長通過遠(yuǎn)紅外線遙測的方法能夠準(zhǔn)確檢測到,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,燃燒過程都要產(chǎn)生CO2氣體,所以CO2氣體輻射

10、光譜的測量適合于所有鍋爐。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)紅外線輻射測溫儀檢測溫度的界限值。29鍋爐安裝低NOX燃燒器通常會(huì)導(dǎo)致火焰增長和未燃盡碳量的增加,存在二次燃燒的可能性,加劇了在對流煙道和省煤器發(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或二次燃燒,使FEGT升高,造成過熱器和再熱器管的超溫過熱。因此,運(yùn)行人員必須密切關(guān)注的問題是維持FEGT在設(shè)計(jì)值限度內(nèi),否則,會(huì)給鍋爐帶來一系列的問題和隱患。現(xiàn)代大容量鍋爐的爐膛出口煙溫與過熱器和再

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)來看待,在測溫儀的視角錐范圍內(nèi)(301),當(dāng)被觀測調(diào)整得離溫度感受元件最遠(yuǎn)時(shí),氣體分子的容量最大。由于窄帶光譜過濾器是具有選擇性的,因此對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),比如說在對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)代表由上游流過測溫儀

12、的受熱流體的溫度讀數(shù),并可將處理過的數(shù)據(jù)繪制在1條時(shí)間的關(guān)系曲線上。顯然,。當(dāng)探測器檢測到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;如果一直沒有檢測到更高的溫度值,探測器將維持?jǐn)?shù)據(jù),直到這一時(shí)間記錄段的結(jié)束。212爐膛測溫儀的典型應(yīng)用21211鍋爐啟動(dòng)過程控制此系統(tǒng)可以用于監(jiān)測鍋爐啟動(dòng)過程中煙氣溫度。電站鍋爐一般裝有可伸縮的測溫探測器。遠(yuǎn)紅外線輻射測溫儀鍋爐靈敏探測器可以替代傳統(tǒng)的可伸縮探測器,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。遠(yuǎn)紅外線輻射測溫儀具有造價(jià)低、使用方便、維護(hù)簡單等優(yōu)點(diǎn)。21212吹灰器控制通過將該系統(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,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,通過軟件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)或更多的探測器來判斷爐膛火焰的狀況,通過調(diào)整改變鍋爐偏燒的問題。21218廢物焚燒爐上的應(yīng)用該系統(tǒng)可以用來監(jiān)測煙氣溫度,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)紅外線輻射測溫儀能確認(rèn)符合NIST標(biāo)準(zhǔn)。2

14、1219監(jiān)測碳黑溫度余熱鍋爐的煙氣溫度對于操作和有效的利用能量非常重要。過高的溫度可能產(chǎn)生過多的廢氣和碳黑粒子,粘污在過熱器和再熱器處,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程控制觀點(diǎn),需要對鍋爐系統(tǒng)的過程進(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)過程參數(shù)的監(jiān)測和控制,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,增加了用于邏輯控制的過程參數(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,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超過了原始設(shè)計(jì)

16、值后,應(yīng)該停止?fàn)t膛吹掃。過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題。通過監(jiān)測爐膛出口溫度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/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)行人員可以通過吹灰,改變過?？諝饬?改變?nèi)紵鞯慕M合方式和擺角,改變火焰長度和其它的方法進(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)對這些操作方式進(jìn)行優(yōu)化組合。302007年6月李濤,等:通過控制煙氣參數(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)紅外線輻射測溫儀系

17、統(tǒng)提供了4001700的煙氣溫度測量范圍,可以實(shí)現(xiàn)爐膛出口溫度FEGT的在線監(jiān)測,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)對其進(jìn)行監(jiān)測和控制,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)束語鍋爐設(shè)計(jì)、運(yùn)行過程中,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)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.中國電機(jī)工程學(xué)報(bào),2003,23(4):200220