本发明涉及锅炉炉膛配风调节领域，尤其涉及一种基于煤质软测量技术的燃烧配风优化方法。
背景技术：
在我国火力发电在所有发电方式中依旧处于主导地位，如何保证煤炭的高效清洁燃烧是电力行业从业人员在相当长的时间内需要研究的课题。
我国幅员辽阔，不同产地的煤品质参差不齐，而电厂对于煤炭的消耗量巨大，受地域、成本、交通等因素影响，电厂无法长期大量地燃用单一煤种。火力发电机组都对应着其参考煤种，当锅炉燃用与参考煤种偏离较大的煤种时，锅炉运行的安全性及经济性都会受到影响。煤质变差一般表现为挥发分和低位发热量降低，水分和灰分含量升高，燃用煤质较差的煤种会导致锅炉的运行工况偏离设计工况，导致燃烧不稳定，甚至熄火，以及煤粉燃尽程度低，排烟温度高，污染物排放量增大等问题。获取煤的煤质信息，并根据煤质的变化对锅炉进行燃烧调整，是优化锅炉燃烧情况的一种有效手段。
锅炉燃烧调整即根据入炉的煤质成分及负荷要求，调节给煤量及锅炉的配风方式，使燃料在炉内稳定、充分地燃烧，在保证锅炉运行安全性的基础上，提高其经济效益并减小污染物的排放，优化锅炉运行情况。电厂对锅炉进行燃烧调整一般采用燃烧调整试验的方式，但这种方法多用于新机组投运时使用，且耗时耗力，试验工况有限。计算流体力学方法的出现，为研究锅炉在不同工况下的燃烧情况提供一种有效途径。
技术实现要素：
本发明为解决目前的技术不足之处，提供了一种基于煤质软测量技术的燃烧配风优化方法，通过一系列的分析和对比，来调节煤的一次风速，并确定二次风模式，提高煤的利用率。
本发明提供的技术方案为：一种基于煤质软测量技术的燃烧配风优化方法，包括以下步骤：
步骤一、检测电厂中烟气各组成成分的含量后计算得到煤的收到基元素成分及其含量，并转化成干燥无灰基成分及其含量；
步骤二、根据所述干燥无灰基成分及其含量得到煤的挥发分含量；
步骤三、根据所述煤的元素成分及其含量计算得到煤的低位发热量；
步骤四、将所述挥发分含量及所述低位发热量与参考煤种的挥发分含量和低位发热量作比较，得到如下一次风速：
当煤的挥发分含量低于参考煤种的挥发分含量时，则降低一次风速；当煤的挥发分含量高于参考煤种的挥发分含量时，则提高一次风速；
将所述挥发分含量及所述低位发热量与参考煤种的挥发分含量和低位发热量作比较，得到如下二次风的模式：
当煤的挥发分含量低于参考煤种的挥发分含量、低位发热量低于参考煤种的低位发热量时，二次风采用缩腰式配风；当煤的挥发分含量高于参考煤种的挥发分含量、低位发热量低于参考煤种的低位发热量时，二次风采用缩腰式配风；当煤的挥发分含量低于参考煤种的挥发分含量、低位发热量高于参考煤种的低位发热量时，二次风采用倒宝塔式配风。
优选的是，
所述参考煤种为褐煤。
优选的是，在所述步骤一中，计算得到煤的收到基元素成分及其含量的过程如下：
其中，car、har、oar、nar、sar分别为煤的收到基成分中碳、氢、氧、氮、硫的含量；aar为煤的收到基灰分的含量，mar为煤的收到基水分含量，
优选的是，在所述步骤一中，所述干燥无灰基成分的含量计算方法为：
其中，
ndaf＝100-cdaf-hdaf-odaf-sdaf；
其中，cdaf、hdaf、odaf、ndaf、sdaf分别为煤的干燥无灰基中元素碳、氢、氧、氮、硫的含量；
优选的是，在所述步骤三中，计算煤的低位发热量qnet,ar过程如下：
qnet,ar＝339car+1028har-109(oar-sar)-25mar。
优选的是，在所述步骤二中，根据所述干燥无灰基成分及其含量得到煤的挥发分含量计算过程如下：
vdaf＝cdaf+hdaf+odaf+ndaf+sdaf
其中，cdaf、hdaf、odaf、ndaf、sdaf分别为煤的干燥无灰基中元素碳、氢、氧、氮、硫的含量。
优选的是，
所述未燃尽碳的修正系数γcucr计算方式为：
其中，煤的收到基灰分的含量aar为：
煤的收到基水分含量mar为：
其中，
飞灰和炉底渣的平均未燃尽碳含量cucr为：
cucr＝αfhcfh+αlzclz；
其中，αfh为飞灰份额，取0.9；αlz为炉渣份额，取0.1；cfh为飞灰含碳量，clz表示炉渣含碳量；
过量空气系数α
其中，vgk,daf＝0.0889(cdaf+0.375sdaf)+0.265hdaf；
vgk为考虑未燃尽碳损失后的理论干空气量:
vgk＝0.0889(cb+0.375sar)+0.265har-0.0333oar。
优选的是，
其中，
优选的是，
优选的是，
在所述步骤四中，煤的挥发分含量与参考煤种的华发分含量每差别1％，则对一次风速改变量为0.5m/s-2m/s。
本发明所述的有益效果：本发明提供了一种基于煤质软测量技术的燃烧配风优化方法，通过一些列的分析和对比，根据入炉的煤质成分及负荷要求，调节给煤量及锅炉的配风方式，提高煤的利用率，使燃料在炉内稳定、充分地燃烧，在保证锅炉运行安全性的基础上，提高其经济效益并减小污染物的排放，优化锅炉运行情况。
具体实施方式
下面对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
本发明提供一种基于煤质软测量技术的燃烧配风优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、检测电厂中烟气各组成成分的含量，根据物质守恒及能量守恒定律建立测量模型，求解出煤的收到基元素成分及其含量，并转化成干燥无灰基成分及其含量；
步骤二、根据门捷列夫公式求解煤的低位发热量；
步骤三、建立元素分析与工业分析的数学模型，将所述煤的元素成分及其含量带入所述数学模型，求解出煤的挥发分含量；
步骤四、将煤的挥发分含量及低位发热量与参考煤种的挥发分含量和低位发热量作比较，并以此得一次风速和二次风的模式：
当煤的挥发分含量低于参考煤种的挥发分含量时，则降低一次风速；当煤的挥发分含量高于参考煤种的挥发分含量时，则提高一次风速；
当煤的挥发分含量低于参考煤种的挥发分含量、低位发热量低于参考煤种的低位发热量时，二次风采用缩腰式配风；当煤的挥发分含量高于参考煤种的挥发分含量、低位发热量低于参考煤种的低位发热量时，二次风采用缩腰式配风；当煤的挥发分含量低于参考煤种的挥发分含量、低位发热量高于参考煤种的低位发热量时，二次风采用倒宝塔式配风。
其中，所述参考煤种为褐煤。
所述步骤一中的测量模型为：
其中，car、har、oar、nar、sar分别为煤的收到基成分中碳、氢、氧、氮、硫的质量百分含量，aar为煤的收到基灰分的质量百分含量，mar为煤的收到基水分质量百分含量，％；
所述步骤一中所述干燥无灰基成分的含量计算方法为：
其中，
ndaf＝100-cdaf-hdaf-odaf-sdaf；
其中，cdaf、hdaf、odaf、ndaf、sdaf分别为煤的干燥无灰基中元素碳、氢、氧、氮、硫的质量百分含量，％；
在另一实施例中，
所述步骤二中根据门捷列夫公式计算煤的低位发热量qnet,ar
qnet,ar＝339car+1028har-109(oar-sar)-25mar。
在另一实施例中，
所述步骤三中根据数学模型求解出煤的工业分析挥发分含量方法为：
vdaf＝cdaf+hdaf+odaf+ndaf+sdaf
其中，cdaf、hdaf、odaf、ndaf、sdaf分别为煤的干燥无灰基中元素碳、氢、氧、氮、硫的含量。
在另一实施例中，
所述未燃尽碳的修正系数γcucr计算方式为：
其中，煤的收到基灰分的含量aar为：
煤的收到基水分含量mar为：
其中，
飞灰和炉底渣的平均未燃尽碳质量百分含量cucr为：
cucr＝αfhcfh+αlzclz；
其中，αfh为飞灰份额，取0.9；αlz为炉渣份额，取0.1；cfh为飞灰含碳量，clz表示炉渣含碳量；
过量空气系数α
其中，vgk,daf＝0.0889(cdaf+0.375sdaf)+0.265hdaf；
vgk为考虑未燃尽碳损失后的理论干空气量:
vgk＝0.0889(cb+0.375sar)+0.265har-0.0333oar。
在另一实施例中，
其中，
在另一实施例中，
在另一实施例中，
在所述步骤四中，煤的挥发分含量与参考煤种的华发分含量每差别1％，则对一次风速改变量为0.5m/s-2m/s。
本发明以褐煤为参考煤种，采用了贺斯格乌拉煤、兴安煤、葛铺三种非参考煤种进行试验，这三种煤种，分别是挥发分含量低于参考煤种、低位发热量低于参考煤种；挥发分含量高于参考煤种、低位发热量高于参考煤种；挥发分含量低于参考煤种、低位发热量高于参考煤种。由于挥发分含量高于参考煤种、低位发热量低于参考煤种的煤种几乎很少，本发明便不涉及其煤种研究，以此来验证本发明的可行性。
步骤一、以监测到的烟气中各气体成分含量，来推算煤的各种元素成分。
以1kg入炉煤为基准，进入锅炉的物质包括：煤的收到基成分和湿空气，燃烧产生的烟气，主要为co2、n2及o2等。以进入和流出锅炉系统的元素守恒建立方程为：
其中，car、har、oar、nar、sar分别为煤的收到基成分中碳、氢、氧、氮、硫的质量百分含量，aar为煤的收到基灰分的质量百分含量，mar为煤的收到基水分质量百分含量，％；
步骤二、燃煤收到基ar具体计算方法如下：
vgk＝0.0889(cb+0.375sar)+0.265har-0.0333oar
其中，cb为每kg燃料中烧掉的碳的份额(质量份数)，％；
步骤三、忽略烟气中的微量气体∑vi将煤收到基ar转换为干燥无灰基成分daf：
式中，vgk,daf、
vgk,daf＝0.0889(cdaf+0.375sdaf)+0.265hdaf
γcucr为未燃尽碳的修正系数：
式中，
cucr＝αfhcfh+αlzclz
其中，αfh表示飞灰份额，通常取0.9；αlz表示炉渣份额，通常取0.1；cfh表示飞灰含碳量，clz表示炉渣含碳量，二者可由实验得出。
煤中的c-h化学键及o-c化学键在燃烧反应中起到主要作用，则在干燥无灰基中h元素与o元素含量之间、o元素与c元素含量之间存在一定关系：
则干燥无灰基中氮元素可用下式表示：
ndaf＝100-cdaf-hdaf-odaf-sdaf
qnet,ar可由门捷列夫公式计算得出：
qnet,ar＝339car+1028har-109(oar-sar)-25mar
各个煤种的干燥无灰基挥发分中c元素的含量cv，其与各煤种中干燥无灰基c元素总含量cdaf的拟合方程为
cv＝0.00390cdaf2-0.4466cdaf+25.3882
步骤四、对于1kg入炉煤经过燃烧后产生的烟气，根据元素守恒和化学方程式建立煤的元素分析模型。该模型中涉及到的主要参数整合于表1中。
表1模型涉及的量
根据表1，求解元素分析模型，可得到煤的干燥无灰基中各元素cdaf、hdaf、odaf、ndaf、sdaf的含量及煤的低位发热量，根据煤干燥无灰基挥发分含量与元素分析之间的关系，建立方程
vdaf＝cdaf+hdaf+odaf+ndaf+sdaf
则煤的工业分析所需测量数据：水分mt即为收到基水分mar；灰分aar、挥发分vdaf及低位发热量qnet,ar均可算出。
步骤五、以贺斯格乌拉煤煤、兴安煤、葛铺煤为例，进行煤的工业分析与元素分析，并与参考煤种进行对比。锅炉的参考煤种为褐煤。
表2各煤种的工业分析与元素分析
步骤六、保持入炉总风量不变的情况下，根据入炉煤质的挥发分含量调节一次风速，对于贺斯格乌拉煤及葛铺煤，其挥发分比参考煤种低，应降低一次风速；兴安煤的挥发分含量比参考煤种高，应提高其一次风速。一般地，挥发分含量每差别1％，一次风速改变0.5m/s-2m/s。结合表3所述的各煤种适宜的一、二次风范围，得出表4中调整后的一次风速。
表3各煤种对应的一、二次风风速
表4一次风工况
步骤七、对于二次风，则分别对三种煤在倒宝塔、正宝塔、缩腰三种二次风配风方式下的燃烧工况进行对比，结合表3所述的各煤种适宜的一、二次风范围，得出表5所示的本文所研究的仿真工况：
表5不同配风方式的二次风速
对于三种非参考煤种，分别从仿真模拟的温度场、co浓度场、o2浓度场及nox浓度场来分析不同二次配风方式对于炉膛燃烧效果的影响。
对于贺斯格乌拉煤，挥发分含量低于参考煤种、低位发热量低于参考煤种，通过炉膛出口温度、co含量、o2质量分数及nox浓度的大小比，三种方案中，倒宝塔热经济性最低，煤粉燃尽程度最差，但nox排放量最低；缩腰配风的热经济性最高，燃尽效果最好，nox排放量低，故锅炉燃用挥发分及低位发热量都低的乌拉煤时推荐采用缩腰式配风。
对于兴安煤，挥发分含量高于参考煤种、低位发热量高于参考煤种，三种方案中，正宝塔热经济性最低，煤粉燃尽程度最好，但nox排放量最高；缩腰配风的热经济性、燃尽效果及nox排放量都处于中间水平。故锅炉燃用挥发分及低位发热量都高的兴安煤时，若只考虑热经济性及燃尽率，推荐采用正宝塔配风，若协同考虑nox排放，则推荐采用缩腰式配风。
对于葛铺煤，挥发分含量低于参考煤种、低位发热量高于参考煤种，三种方案中，倒宝塔热经济性最低，煤粉燃尽程度最好，且nox排放量最低；正宝塔的热经济性最低，燃尽效果最差，nox排放量最高；缩腰配风的上述指标都处于中间水平。故锅炉燃用挥发分低而低位发热量高的葛铺煤时，推荐采用倒宝塔式配风。
当燃用非参考煤种时，采用本发明方法，通过对烟气成分的测量，建立煤的元素分析模型，进而得出工业分析。利用工业分析模型来对比非参考煤种与参考煤种的低位发热量、挥发分的成分高低，得出对比结果采用下述调整方法：
当投入煤种的挥发分含量低于参考煤种、低位发热量低于参考煤种时，减小一次风速，一般地，挥发分含量每差别1％，减小量为0.5m/s-2m/s，二次风推荐采用缩腰式配风；当投入煤种的挥发分含量高于参考煤种、低位发热量高于参考煤种时，增大一次风速，一般地，挥发分含量每差别1％，增大量为0.5m/s-2m/s，二次风推荐采用缩腰式配风；当投入煤种的挥发分含量低于参考煤种、低位发热量高于参考煤种时，减小一次风速，一般地，挥发分含量每差别1％，减小量为0.5m/s-2m/s，二次风推荐采用倒宝塔式配风。由于挥发分含量高于参考煤种、低位发热量低于参考煤种的煤种几乎很少，本发明便不涉及其煤种研究。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的实施例。