基于超超临界锅炉O2 CO燃烧控制技术研究

Haimen thermal power plant of Huaneng Group-The research based on O2 / CO ultra supercritical boiler burning control technology,冯庭有 1 ，庞力平 2 ，孙伟鹏 1 ，曾壁群 11 华能海门电厂，广东 汕头 5151322 华北电力大学，北京， 102206冯庭有，男（ 1985- ），大学本科，华能海门电厂，副值长，工程师，从事大型火电机组运行管理及其优化工作。,Haimen thermal power plant of Huaneng Group,Huaneng Group subsidiary Huaneng Haimen Power Plant is,located in Huaneng Haimen town, Chaoyang Haimen District, Power Shantou City, Plant,Guangdong Province, China, southeast corner of Hongdong village.which have installed four million-kilowatt coal-fired units. Thepower plant of the economic and technical indicators leadingdomestic, has won the Asia PowerTechnology Innovation Award,the National Labor Award, National High Quality Gold Awardand other honorary titles.,通过采集某电厂 1036MW 机组锅炉一个月运行数据分析，发现高负荷时烟气排放 CO 偏大，额定负荷时最大影响锅炉效率 0.6% ，,对应导致供电煤耗增大 ABSTRACT 1.22g/Kw.h ，严重影响锅炉运行安全及效,率。针对煤粉炉及燃用混煤的锅炉，燃烧率变化易造成燃烧不稳定及参数波动大、锅炉效率降低等问题，通过分析燃烧特性曲线，本文试图从反平衡计算手段出发，基于燃烧控制技术和自适应优化控制技术，通过寻优，实现各阶段负荷下锅炉效率、煤耗最经济。,INTRODUCTION,NO.1- 最佳燃烧NO.2- 锅炉实际运行NO.3- 燃烧控制措施NO.4- 燃烧控制策略,确保煤粉在炉内完全燃烧是锅炉经济性和安全性的保障，燃烧是否完全，除了飞灰含碳量指标的监视，在线显示的排烟 CO 含量能及时反应燃烧完全情况。锅炉排烟 CO 含量高，会导致锅炉效率减低，加剧受热面金属表面腐蚀，燃烧不完全会引起尾部烟道积碳，引起尾部二次燃烧和脱硫 GGH 堵塞。由于印尼煤有可观的价格较优势，成为我国东部沿海地区火电厂燃用的重要煤种之一。所以，机组投入商业运行以来，大部分时间锅炉均为单烧印尼煤种，面对印尼煤的高挥发份高、水份高、粘度大，热值变化大等系列极端特性，由此带来一系列问题。,2.1 最佳过量空气系数,锅炉烟气成分中， O2 和 CO 存,在一定的关系，而且可以发现用,CO 可以更加准确的找到最佳氧量值，也就是说用 CO 可以更加准确,的分析燃烧效率的高低。过量空气系数的大小是决定燃烧和燃尽程,度的关键 2 。如果过量空气系数过大，将使 q2 增加，而且从环保角度看， NOx 的排放量此时也将,增加。反之，过小，就会产生不完全燃烧热损失和黑烟。因此，总存在一个位于两者之间的区段。如,图 1 所 示 ， 在 该 区 域 内 热 损 最 小 ，,而热效率最高。,2.2 最佳锅炉效率及供电煤耗,A 、 锅 炉 效 率B 、 锅 炉 排 烟 损 失,C 、 气 体 不 完 全 燃 烧 热 损 失,D 、 全 厂 供 电 标 准 煤 耗 率, = 100 ( q 2 + q 3 + q 4 + q 5 + q 6 ), %Q 2 （H py - py H 0 Ik ）(100- q 4 )q 2 = 100 = ,%Q r Q r,q 3 = 236,C ar + 0.375 S ar CO 100 q 4 100,%Q r RO 2 + CO 100,),*,n,b,p,q cp,( 29.270* ,b cp =,*(1 ap ),2.3 最佳过量空气系数,大型锅炉烟道截面很大，烟气又缺少,大规模的混合，结果存在较严重的气体分层现象，如模拟图，且浓度随时间和负荷而变化；而通常在烟道截面上测点的个数,有限，因此所测得的 O2 与实际值有一定,误差。因而烟气含氧量不足以反映燃烧器各局部部分的完全燃烧情况。所以它也不能根本地评价出燃烧状态的好坏。而测量,烟气中的 CO 含量可以避免上述问题，即使过量空气量超过给定值，通过测量 CO,含量即可指示出燃料的不完全燃烧状态，而且不受煤质和负荷变化的影响，且大气,中没有 CO ，不会因漏气造成误差，可以,直接测量可燃物，还可以有效地防止黑烟。,然而，实际,锅炉在组织燃烧,时，由于煤种偏,离设计值、锅炉,容量、机组负,荷、燃烧控制技,术等相关因素的,影响下，往往偏,离最佳工况，导,致排烟损失或气,体不完全燃烧偏,离较大，严重影,响锅炉安全及效,月各负荷（均,值）下 O2 、,CO 、锅炉排烟损,失 q2 、气体不完,全燃烧损失 q3 对,应动态分布曲,线,然而，实际,锅炉在组织燃烧时，由于煤种偏离设计值、锅炉容量、机组负,荷、燃烧控制技术等相关因素的影响下，往往偏离最佳工况，导致排烟损失或气体不完全燃烧偏离较大，严重影响锅炉安全及效,率。图 3 为一个,月各负荷（均,值）下 O2 、,CO 、锅炉排烟损失 q2 、气体不完全燃烧损失 q3 对,应动态分布曲线,由曲线可以发现：（ （ 1 ） CO 在低于 650MW ，近似为 0 。在高于 950MW 后明显增大；对应 q3- 气体不完全燃烧迅速增大，最大为 1036MW 下的 1.27% ；（ （ 2 ）氧量在低于 550MW 后明显增大；对应 q2- 排烟损失增大， 400MW 为 5.32% ；（ （ 3 ） q2+q3 叠加曲线 5 ，呈凹形。在 2-3 月份运行工况下，负荷大于 950MW ，锅炉效率下降明显， 1036MW 额定工况下，效率影响 0.6% 。影响供电煤耗 1.22g/KW.h 。,图,CO 浓度对 q 3 影响曲线,图 锅炉效率对供电煤耗影响曲线,4.1 锅炉燃烧完全指标标准,（ 1 ）锅炉排烟 CO 含量标准：低于 900MW 在 100mg/Nm3 以下， 1000MW 在,300mg/Nm3 以下， 1036MW 在 500mg/Nm3 以下；,（ 2 ）飞灰含碳量：燃烧印尼煤（或接近印尼煤）小于 0.7% ，燃烧优混煤（或接近优,混煤）小于 1.5% ；,（ 3 ）炉渣含碳量：燃烧印尼煤（或接近印尼煤）小于 0.7% ，燃烧优混煤（或接近优,混煤）小于 1.5% ；,（ 4 ）受热面管屏吸热偏差小于 1.15 ；（ 5 ）炉膛宽度 O2 偏差小于 15% 。,4.2 锅炉排烟 CO 控制值,当燃煤热值低于表中热值，总煤量达到表中煤量，值班员要进行燃烧调整，调平锅,系数及实际煤种情况，得出 950MW 、 1000MW 、 1036MW 对应总风量及 CO 控制值，煤质,越差，所需送风量越高。,4.2 锅炉排烟 CO 控制值,当燃煤热值低于表中热值，总煤量达到表中煤量，值班员要进行燃烧调整，调平锅,炉燃烧，尽可能降低 CO ，特别是高负荷。如图 6 所示，当变煤种时，基于最佳过量空气系数及实际煤种情况，得出 950MW 、 1000MW 、 1036MW 对应总风量及 CO 控制值，煤质,越差，所需送风量越高。,以额定,负荷为例，,设计煤耗,375t/h ，总,风量,3400t/h ，锅,炉尾部烟气,氧量控制在,2.75 ，能确,保 CO 小于,400mg/m3,，随着煤质,变差，风量,要求不断增,大，以确保,以额定,负荷为例，设计煤耗,375t/h ，总,风量,3400t/h ，锅,炉尾部烟气氧量控制在,2.75 ，能确保 CO 小于400mg/m3,，随着煤质变差，风量要求不断增大，以确保燃烧所需氧,5.1 自适应优化控制,锅炉的风量控制虽然是根据锅炉负荷指令而计算出的理论空气流量来进行,的，但还必须经氧量修正，才能与运行过程中煤质和负荷的变化相适应，进一步,5.1 自适应优化控制,锅炉的风量控制虽然是根据锅炉负荷指令而计算出的理论空气流量来进行的，但还必须经氧量修正，才能与运行过程中煤质和负荷的变化相适应，进一步,保证最佳风 / 煤比，使煤粉在炉膛中能完全燃烧，保证燃烧的经济与安全。,5.1 自适应优化控制,对于送风控制系统，一般为带 O2 修正的串级系统，在过量空气系数较小时，,CO 值增大且变化较快，此时把 CO 作为控制信号较为合适，但过量空气系数较大,时， CO 值变小且稳定、变化缓慢，这时用 CO 作为控制信号则不合适。,方式；,式；,（由于漏风造成误差）则手动设偏置（ BIAS ）纠正。,CO 含量增量，根据 CO 变化量和上一周期输出控制量决定本次控制量。,5.1 自适应优化控制,对于送风控制系统，一般为带 O2 修正的串级系统，在过量空气系数较小时，CO 值增大且变化较快，此时把 CO 作为控制信号较为合适，但过量空气系数较大时， CO 值变小且稳定、变化缓慢，这时用 CO 作为控制信号则不合适。,（ （ 1 ） CO 低于 100ppm 时，判断 O2 测量的准确性，保持氧量修正的串级 PI 控制,方式；,（ （ 2 ） CO 高于 200ppm 时，判断 O2 测量的准确性，进入 O2&CO 优化控制方,式；,（ （ 3 ） CO 介于 100 至 200ppm 时，若为氧量修正控制方式且当前氧量值过高,（由于漏风造成误差）则手动设偏置（ BIAS ）纠正。,控制原则以 O2/CO 最佳值为指标，寻找最佳的风 / 煤比。在每个采样周期测量CO 含量增量，根据 CO 变化量和上一周期输出控制量决定本次控制量。,5.2 寻优曲线,实际锅炉燃烧调整，特别是高负荷，如何确保锅炉高效燃烧，这主要由锅,炉排烟损失、气体不完全燃烧损失所决定，如何区别损失之和最小，保证锅炉效,率最高是燃烧调整的关键。,5.2 寻优曲线,实际锅炉燃烧调整，特别是高负荷，如何确保锅炉高效燃烧，这主要由锅炉排烟损失、气体不完全燃烧损失所决定，如何区别损失之和最小，保证锅炉效率最高是燃烧调整的关键。,q 2 （K 1 +K 2 ） ( t py t 1 )q 3 3.2 CO,如何获得最佳 ，使得 取,得最小值，通过遗传法计算,获得改煤种下额定负荷对应,最佳过量空气系数，如图所,示。,如何获得最佳 ，使得 取,得最小值，通过遗传法计算获得改煤种下额定负荷对应最佳过量空气系数，如图所示。,Thankyou ！,地址：广东省汕头市潮阳区海门镇洪洞村华能海门电厂运行部