锅炉炉膛近水冷壁还原性气氛测试及燃烧巡优调整系统的制作方法

本发明属于火电机组安全技术领域，尤其涉及一种锅炉炉膛近水冷壁还原性气氛测试及燃烧巡优调整系统。

背景技术：

水冷壁高温腐蚀是指燃料中的硫在燃烧过程中生成腐蚀性灰污层或渣层以及腐蚀性气氛，使水冷壁管表面受到侵蚀的现象。已有许多学者对高温腐蚀的判断依据进行了研究，普遍认为判断标准主要是煤的含硫量和烟气中co、h２s和o2的体积分数。

因此，为研究锅炉相关参数变化对水冷壁区域还原性气氛的影响，需要通过试验手段从炉膛水冷壁贴壁处抽取烟气，测试烟气中co、h２s和o2的体积分数。目前主要采用的测量方法为：预先在锅炉水冷壁四周墙体上加装直径约8mm的烟气取样管，利用试验仪器抽取近水冷壁烟气进行分析。但这种测试方法测试时效性有限，很多电厂未曾开展此项工作，或年度性进行测试，测量值的代表性较长，不能实时了解炉内燃烧工况，无法指导电厂合理配煤、合理进行燃烧调整。此外，电厂运行人员对还原性气氛调整手段有限，往往调整考虑内容较少，依然会导致水冷壁严重腐蚀。

另一方面，由于炉膛还原性烟气分析仪属精密仪器，投资较大，如果每一个测点设置单一烟气分析仪，会导致投资增大，维护量增加。

技术实现要素：

本发明目的在于克服现有技术的不足，提供了一种锅炉炉膛近水冷壁还原性气氛测试及燃烧巡优调整系统，具体由以下技术方案实现：

所述锅炉炉膛近水冷壁还原性气氛测试及燃烧巡优调整系统，包括：

烟气取样点，在煤粉燃烧器区域的相邻两层燃烧器中间水冷壁上、煤粉燃烧器与锅炉sofa风燃烧器之间以及在锅炉sofa风燃烧器上部分别等间距安装若干个烟气取样点；并在锅炉出口处设置了尾部烟气取样点；各烟气取样点采样得到还原性气氛测量数据与炉膛出口烟气成分测量数据；

巡测单元，与锅炉尾部烟道负压系统连接，巡测单元包括还原性气氛分析设备、烟气取样管、压缩空气吹扫管以及压缩空气系统，还原性气氛分析设备通过烟气取样管与各烟气取样点联通对采集的气体样本进行分析，每个烟气取样管均设有一个取样快关阀，压缩空气系统通过压缩空气吹扫管与各个烟气取样管一一对应联通，每个压缩空气吹扫管设有一个吹扫快关阀；

尾部烟气采样分析单元，分析尾部烟气取样点采集的气体样本，实时监测的废气排放至尾部烟道负系统中；

采样控制单元，采用循环控制方式实现对各测点烟气样品的巡测功能；在任一烟气取样点进行取样时控制对应烟气取样管的取样快关阀开启、其余烟气取样管的的取样快关阀关闭，将对应压缩空气吹扫管的吹扫快关阀关闭、其余压缩空气吹扫管的吹扫快关阀关闭开启，对管道进行吹扫；

巡优调控单元，包括：氧量控制模块、磨煤机出力控制模块、一次风压控制模块以及二次风门控制模，根据所述还原性气氛测量数据与炉膛出口烟气成分测量数据分别对运行氧量控制、磨组给煤量合理配置、一次风压控制以及二次风门与燃尽风进行调控。

所述锅炉炉膛近水冷壁还原性气氛测试及燃烧巡优调整系统的进一步设计在于，设置于锅炉sofa风燃烧器上部的烟气取样点距sofa风燃烧器[1m，2m]。

所述锅炉炉膛近水冷壁还原性气氛测试及燃烧巡优调整系统的进一步设计在于，所述氧量控制模块，针对氧量控制，设定了条件判断：若在一个巡测周期内有三分之二测试值高于设定值a，且炉膛出口nox低于设定的基准值b，则触发氧量控制模块，所述氧量控制模块叠加有一个正向氧量偏置，提高炉膛总体送风量，增加炉膛氧量，若nox含量超过设定的基准值b，则停止所述正向氧量偏置的增加；若所有测试值均低于设定值a，且炉膛出口测量co低于设定值d，则在运行氧量上设置一个负偏置，降低运行氧量，直到炉膛三分之二测量值高于设定值a，触发氧量正向偏置。

所述锅炉炉膛近水冷壁还原性气氛测试及燃烧巡优调整系统的进一步设计在于，所述磨煤机出力控制模块，对主燃区每层还原性气氛测量数据进行取高值判断，接着将所述高值与所有层的高值的平均值进行比较，如果测量数据比均值高出f，则对对应层磨煤机出力设置一个负向偏置，降低该层出力，但对应出力需设置下限值。

所述锅炉炉膛近水冷壁还原性气氛测试及燃烧巡优调整系统的进一步设计在于，所述一次风压控制模块，若一个巡测周期有四分之三测试值高于设定值a，则进行一次风压控制程序，叠加一个负向风压偏置，所述负向风压偏置设定一个下限值c，下限值c需根据不同类型机组进行人工设定。

所述锅炉炉膛近水冷壁还原性气氛测试及燃烧巡优调整系统的进一步设计在于，所述二次风门控制模块，采取了平均递进的控制方法对主燃区每层的还原性气氛测量数据进行取高值判断，将每层的高值与所有层的高值的平均值进行比较，如果测量数据比均值高出f，则在本层二次风门的开度上增加一个开度k值，若本层风门开度达到95%，还原性气氛测量数据依然高于设定值a，则进行燃尽风门的开度-5%的调整，从最上层燃尽风开始，逐渐减小燃尽风开度，当炉膛出口nox含量高于基准值b，则停止对应燃尽风开度调整。

所述锅炉炉膛近水冷壁还原性气氛测试及燃烧巡优调整系统的进一步设计在于，所述k值根据本层还原性气氛测量数据得出，当还原性气氛测试值高于设定值a时，k=10%，当还原性气氛测试值不大于设定值a时，k=0%。

所述锅炉炉膛近水冷壁还原性气氛测试及燃烧巡优调整系统的进一步设计在于，所述主燃区设定为燃尽风层以下的测量层。

所述锅炉炉膛近水冷壁还原性气氛测试及燃烧巡优调整系统的进一步设计在于，所述吹扫快关阀与取样快关阀具备联开、联闭功能，若烟气取样管的烟气取样快关阀关闭，则联开烟气取样管对应的吹扫快关阀，延时30s联开下一组烟气取样系统的烟气取样快关阀，同时联关对应的吹扫快关阀。

所述锅炉炉膛近水冷壁还原性气氛测试及燃烧巡优调整系统的进一步设计在于，所述还原性气氛分析设备要求co测量采用红外法进行测量，h2s采用紫外法进行测量，o2则使用电化学法测量；尾部烟气采样分析单元通过电化学法监测nox、co、o2的排放量。本发明的优点如下：

本发明的锅炉炉膛近水冷壁还原性气氛测试及燃烧巡优调整系统采用了巡测单元，仅仅使用一个还原性烟气分析仪既保证了测试样点的数量，又可实现还原性气氛测量数据的实时监测，降低了投资、维护成本；巡测单元、尾部烟气采样分析系统均与锅炉尾部烟道负压系统连接，系统形成负压体系，可以实现自抽吸功能，不必辅助增加抽吸动力；通过控制单元的巡优处理，实现对二次风门、运行氧量、运行一次风压、磨煤机出力配置的优化调整，降低了炉膛近水冷壁还原性气氛，缓解或消除炉膛高温腐蚀问题。

附图说明

图1是本发明的总体结构及流程示意图。

图2为还原性气氛分析设备取样及测试系统结构。

图3为巡优调控单元中氧量控制模块（关于nox的检测部分）、磨煤机出力控制模块以及二次风门控制模块的逻辑控制图。

图4为氧量控制模块（关于co的检测部分）的逻辑控制图。

图5为一次风压控制模块的逻辑控制图。

1-煤粉锅炉，2-锅炉煤粉燃烧器，3-锅炉sofa风燃烧器，4-炉膛近水冷壁烟气取样点，5-烟气取样管，6-还原性气氛分析设备，7-锅炉尾部烟气成分分析仪，8-锅炉dcs系统，9-反馈调整参数，10-压缩空气系统，11-采样废气排放点，12-尾部烟气取样点，13-压缩空气吹扫管，14-压缩空气吹扫快关阀，15-烟气取样快关阀。

具体实施方式

结合具体实施例与附图对本发明的技术方案进一步说明。

如图1，本实施例锅炉炉膛近水冷壁还原性气氛测试及燃烧巡优调整系统，主要由烟气取样点、巡测单元、尾部烟气采样分析系统、采样控制单元以及巡优调控单元组成。

在锅炉水冷壁对应位置加装炉膛近水冷壁烟气取样点（4），测点安装于相邻水冷壁管道之间的鳍片处，在鳍片处去直径约8mm的取样孔，然后用烟气取样管（5）引致还原性气氛分析设备（6）进行分析。对于本实施例提供的燃烧器为四角切圆布置方式的锅炉，炉膛近水冷壁烟气取样点（4）分别安装于水冷壁四周，煤粉燃烧器（2）区域，安装位置位于相邻两层燃烧器中间水冷壁上，等间距安装三个炉膛近水冷壁烟气取样点（4），可以同时监测向火侧及背火侧区域还原性气氛，具体层数按照实际锅炉设计燃烧器层数而定，若水冷壁两侧设有大风箱，则不进行安装。在煤粉燃烧器（2）与锅炉sofa风燃烧器（3）之间区域为水冷壁易服饰区域，该区域为欠氧燃烧区域，需在此区域四周水冷壁分别等间距加装一层炉膛近水冷壁烟气取样点（4），在锅炉sofa风燃烧器（3）上层[1m，2m]水冷壁四周同样需要加装炉膛近水冷壁烟气取样点（4）。对于燃烧器前后墙对冲布置锅炉，其高温腐蚀区域主要位于左右墙水冷壁，所有的炉膛近水冷壁烟气取样点（4）加装与锅炉左右墙水冷壁上，安装方式与燃烧器为四角切圆方式布置锅炉相同，需在相邻主燃烧器之间、主燃烧器与sofa风层之间、sofa风上层[1m，2m]水冷壁上等间距加装炉膛近水冷壁烟气取样点（4）。各烟气取样点采样得到还原性气氛测量数据。

本实施例的系统同时需要在锅炉出口处（省煤器出口）监测nox、co、o2的排放量。在尾部烟气取样点（12）处取样，采用锅炉尾部烟气成分分析仪(7)对抽取样气进行实时监测得到尾气测量数据，测量原理采用电化学法即可。

巡测单元主要由烟气取样管（5）、还原性气氛分析设备（6）、压缩空气吹扫管（13）以及压缩空气系统（10）组成。每一个炉膛近水冷壁烟气取样点（4）分别通过一根烟气取样管（5）与还原性气氛分析设备（6）相连，每一根烟气取样管（5）均设有一个烟气取样快关阀（15），每一根烟气取样管（5）均可以分开控制进行单独取样。压缩空气取自压缩空气系统（10），通过压缩空气吹扫管（13）与每一个烟气取样管（5）连接，对烟气取样管进行吹扫，每个压缩空气吹扫管（13）均设置一个压缩空气吹扫快关阀（14），其中压缩空气吹扫管与烟气取样管的接口位于烟气取样快关阀（15）上游。当还原性气氛分析设备（6）对某一测点进行取样时，对应烟气取样快关阀（15）开启，对应压缩空气吹扫快关阀关闭，进行烟气取样，而其余烟气取样快关阀关闭，其余所有压缩空气吹扫快关阀开启，起到对管道吹扫的作用，保证取样管中无残余气体，同时起到防堵作用。此外，压缩空气通入炉内，一定程度可以减轻对应区域烟气刷墙问题。本实施例的还原性气氛分析设备（6）设置了自清洗功能，持续30s，排除分析系统中残余烟气。吹扫快关阀与取样快关阀具备联开、联闭功能，若烟气取样管的烟气取样快关阀关闭，则联开烟气取样管对应的吹扫快关阀，延时30s联开下一组烟气取样系统的烟气取样快关阀，同时联关对应的吹扫快关阀。由此逐一对各取样点进行分析。采用巡测的方法，既保证了测试样点的数量，同时节约了大量投资和维护成本。巡测单元与锅炉尾部烟道负压系统连接，系统形成负压体系，可以实现自抽吸功能，不必辅助增加抽吸动力。本实施例的还原性气氛分析设备需同时具备测量co、h2s、o2的功能，由于采用电化学法，测量co和h2s有互相干扰的问题，本系统设计co测量采用红外法进行测量，h2s采用紫外法进行测量，o2则使用电化学法测量。其中co测量范围为0-30%vol，h2s测量范围为0-2000ppm。

尾部烟气采样分析系统，监测值为nox、co、o2。本实施例在尾部烟气取样点（12）处取样，采用锅炉尾部烟气成分分析仪(7)对抽取样气进行实时监测，测量原理采用电化学法。本实施例提供的采样废气排放系统，将还原性气氛分析设备（6）及锅炉尾部烟气成分分析仪（7）实时监测的废气排放至尾部烟道负系统中，减少排放废气对环境的污染。

采样控制单元，本实施例的采样控制单元采用plc独立控制，采样系统采用循环控制方式实现对各测点烟气样品的巡测功能；在任一烟气取样点进行取样时控制对应烟气取样管（5）的烟气取样快关阀（15）开启、其余烟气取样管（5）的烟气取样快关阀（15）关闭，将对应压缩空气吹扫管（13）的压缩空气吹扫快关阀（14）关闭、其余压缩空气吹扫管（13）的压缩空气吹扫快关阀（14）关闭开启，对管道进行吹扫；本实施例的压缩空气吹扫快关阀（14）与烟气取样快关阀（15）具备联开、联闭功能，若烟气取样管（5）的烟气取样快关阀（15）关闭，则联开烟气取样管（5）对应的压缩空气吹扫快关阀（14），延时30s联开下一组烟气取样系统的烟气取样快关阀，同时联关对应的压缩空气吹扫快关阀。

巡优调控单元，主要由氧量控制模块、磨煤机出力控制模块、一次风压控制模块以及二次风门控制模组成，根据经调控后的所述调整参数分别对运行氧量控制、磨组给煤量合理配置、一次风压控制以及二次风门与燃尽风进行调控。

如图3、图4，本实施例的氧量控制模块，针对氧量控制，设定了条件判断：如果在一个巡测周期内有三分之二测试值高于设定值a，且炉膛出口nox低于设定的基准值b，则触发氧量控制模块，氧量控制系统上叠加一个正向氧量偏置，提高炉膛总体送风量，增加炉膛氧量。但氧量的增值同时受炉膛出口nox含量的限制，若nox含量超过设定的基准值b，则停止氧量正向偏置的增加。为增加机组节能降耗能力，如果在一个巡测周期内，所有测试值均低于设定值a，且炉膛出口测量co低于设定值d，则在运行氧量上设置一个负偏置，降低运行氧量，直到炉膛三分之二测量值高于设定值a，触发氧量正向偏置。

本实施例的磨煤机出力控制模块，对主燃区每层还原性气氛测量数据（主燃区即燃尽风层以下测量层）进行取高值判断，然后用此高值与所有层的高值的平均值进行比较，如果测量数据比均值高出f，则对对应层磨煤机出力设置一个负向偏置，降低该层出力，但对应出力需设置下限值。为保证机组出力，需在下两层磨煤机出力增加相应正向偏置，首选为最下层，在触发下层磨煤机出力上限时，选择在第二层磨煤机出力上设正向偏置。为保证机组安全运行，此模块设置为手动投入模式，无自动触发模式。

如图5，本实施例的一次风压控制模块，若一个巡测周期有四分之三测试值高于设定值a的情况，则进行一次风压控制程序，在一次风控制系统叠加一个负向风压偏置，降低一次风刚性，降低风粉混合物刷墙风险，降低着火热，使着火提前，且火焰中心下移。但一次风压负向偏置需设定一个下限值c，下限值c需根据不同类型机组进行人工设定。

本实施例的二次风门控制模块，采取了平均递进的控制方法。对主燃区每层还原性气氛测量数据（燃尽风层以下测量层）进行取高值判断，然后用此高值与所有层的高值的平均值进行比较，如果测量数据比均值高出f（f值为一个综合数据，结合不同现场具体设定，f值包含了h2s、co两组数据，任何一个值满足则触发f值的有效性），则在本层二次风门（测量点对应下一层燃烧器）的开度上增加一个开度k，当还原性气氛测试值高于设定值a时，k=10%，当还原性气氛测试值不大于设定值a时，k=0%。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。