一种煤粉锅炉碳燃尽系数的在线监测方法

本发明涉及电站煤粉锅炉监测与诊断领域，公开了一种煤粉锅炉碳燃尽系数的在线监测方法。

背景技术：

1、锅炉运行过程中，未燃尽的固体燃料随灰渣从炉膛排出落到冷灰斗中，或以飞灰形式随烟气一起排出，是造成机械未完全燃烧热损失的主要原因。机械未完全燃烧热损失是燃煤锅炉主要热损失之一，其大小仅次于锅炉排烟热损失。因此，对电站煤粉锅炉灰渣中残留可燃物的实时准确监测对于火电机组的经济运行意义重大。

2、锅炉运行中，主要通过热平衡试验来测定机械未完全燃烧损失，需收集每小时飞灰和灰渣的质量，并测出灰渣所含可燃物的百分数。由这种方法得到的灰渣含碳量往往实时性差，不能及时反映锅炉的燃烧水平，不便于锅炉运行人员进行及时的燃烧调整。目前装设在锅炉尾部的飞灰含碳量在线监测装置，主要通过燃烧失重法来实现在线测量飞灰中的含碳量。但这种采样装置通常维护成本高、准确度较低，同时，存在中间燃烧和信号传输环节、测量结果也比较滞后。据多数电厂反映，这种飞灰含碳量在线监测装置在锅炉运行中多出现故障而失去在线监测功能。以上所述装置也仅能在线监测飞灰中的含碳量，而对锅炉炉渣含碳量的在线监测一直以来找不到更为有效的方法。

3、鉴于锅炉炉内未燃尽碳受锅炉负荷、煤种、煤粉细度及燃烧方式等多种因素的综合影响，且由于相互之间的影响关系相当的复杂，很难直接找到未燃尽碳同这些因素之间的函数依变关系。因此，本发明结合新的过量空气系数的计算方法提出了一种煤粉锅炉碳燃尽系数的在线监测方法。本发明的有益之处在于可以优化锅炉燃烧调整，提高锅炉运行中的锅炉热效率，进而降低煤电机组发电煤耗，对于提高锅炉运行经济性及控制水平具有重要的工程实际意义。

技术实现思路

1、本发明的目的是，针对目前飞灰和炉渣难以实时采集测量，测量结果滞后等问题，提出碳燃尽系数的概念，即表征每千克燃料中燃尽的碳占总碳量的百分比。建立碳燃尽系数与过量空气系数之间的函数联系，从而提出一种能够自动在线计算、准确监测电厂锅炉碳燃尽系数的在线诊断方法。

2、本发明采用的技术方案是：一种煤粉锅炉碳燃尽系数的在线监测方法，其特征在于，它包括以下步骤:

3、(a)数据采集环节：在线监测电厂锅炉运行过程中锅炉尾部干烟气中的氧气含量，采集电厂燃煤收到基低位发热量和全厂的燃煤消耗量和锅炉的总风量。

4、(b)过量空气系数的计算环节

5、过量空气系数计算公式为：

6、

7、式中：α为锅炉的过量空气系数；μ为锅炉的风煤比，即锅炉总风量和总煤量的比值，kg(空气)/kg(煤)；ρo为标准状态下空气的密度，m3/kg；可近似取值1.306，vo为理论空气量，m3(空气)/kg(煤)；vk为实际空气量，m3/kg。

8、其中风煤比μ的计算方程为：

9、

10、式中：v总为锅炉总风量，kg/h；b总为锅炉的总煤量，kg/h。

11、在锅炉运行中，对于特定的煤种，通常煤的发热量和理论空气量具有一定的比例关系，理论空气量为：

12、

13、式中：γ为比例系数，可取经验值2.63；qar.net为燃料的收到基低位发热量，kj/kg；vo为理论空气量，m3(空气)/kg(煤)。

14、由方程(1)和(3)可得到过量空气系数的计算方程为：

15、

16、式中：α为锅炉的过量空气系数；ρo为标准状态下空气的密度，可近似取值1.306，kg/m3；μ为锅炉的风煤比，kg(空气)/kg(煤)；γ为比例系数，可取经验值2.63；qar.net为燃料的收到基低位发热量，kj/kg。

17、(c)碳燃尽系数的定义和计算环节

18、定义碳燃尽系数为每千克燃料中燃尽的碳占总碳量的百分比，即可以表示为：

19、

20、式中：为碳燃尽系数；car为收到基碳含量，％，x为每千克燃料中未燃尽的碳含量，kg/kg。

21、经通过燃烧方程推导得出，过量空气系数与碳燃尽系数的关系为:

22、

23、式中：α为锅炉的过量空气系数；为碳燃尽系数；o2为干烟气中氧的容积份额，％。

24、因此，由方程(5)和方程(6)可推导得出碳燃尽系数的计算方程为：

25、

26、式中：α为锅炉的过量空气系数；为碳燃尽系数；o2为干烟气中氧气的容积成分，％。

27、通过采集得到的烟气中的含氧量o2和由方程(4)计算得到的过量空气系数即可由方程(7)计算得到煤粉锅炉碳燃尽系数。

28、本发明的一种煤粉锅炉碳燃尽系数的在线监测方法的提出，基于以下构思：

29、在过量空气系数是影响固体未完全燃烧热损失的主要因素的认识情况下，定义新燃料的碳燃尽系数并通过风煤比计算过量空气系数，然后再由过量空气系数与碳燃尽系数之间的关系式即可实时准确的计算得到煤粉锅炉的碳燃尽系数。

30、按照本发明的以上构思，根据过量空气系数的定义和风煤比计算过量空气系数的方法结合煤粉锅炉碳燃尽系数的定义，进一步提出了实现本发明技术方案所遵循的原理，即：

31、1.首先在线监测电厂锅炉运行中干烟气中的氧气含量，以及收到基低位发热量和锅炉总风量及锅炉消耗的总煤量；

32、2.依据锅炉总风量和总煤量计算得到的风煤比并结合燃料收到基低位发热量计算过量空气系数；

33、3.依据过量空气系数与碳燃尽系数之间的关系，依据采集得到的烟气中氧气的含量和计算出的过量空气系数进一步计算得到燃料的碳燃尽系数。

34、本发明的一种煤粉锅炉碳燃尽系数的在线监测方法，攻克了难以准确采集测定，传统试验方法结果滞后的缺陷，为锅炉运行过程中在线监测燃料燃尽率提供了精准有效的方法，且所需数据少，计算方法简单精确，能够实现为锅炉的安全和经济运行提供更加准确的数据的目的。

技术特征：

1.一种煤粉锅炉碳燃尽系数的在线监测方法，其特征在于，它包括：

技术总结
本发明是一种煤粉锅炉碳燃尽系数的在线监测方法,其特点是，包括锅炉的数据采集、锅炉过量空气系数的计算环节、锅炉碳燃尽系数的定义和计算环节等步骤。本发明通过在线监测电厂锅炉运行过程中锅炉尾部干烟气中的氧气含量，采集电厂燃煤收到基低位发热量和全厂的燃煤消耗量和锅炉的总风量计算锅炉风煤比和锅炉的过量空气系数，定义碳燃尽系数为每千克燃料中燃尽的碳占总碳量的百分比，结合由燃烧方程推导得出的过量空气系数与碳燃尽系数之间额关系方程，推导得到碳燃尽系数的在线计算方程。达到对锅炉碳燃尽系数的在线精确监测的目的，解决了锅炉碳燃尽系数无法准确在线监测的技术问题。

技术研发人员：王艳红,卢可,李琪,胡鹏飞,李兴灿,姜铁骝,司和勇,王迪,李盼
受保护的技术使用者：东北电力大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15