2007通过控制烟气参数改善锅炉性能(精)

1、第 3 期（总第 139 期）2007 年 6 月山西电力SHANXI ELECTRIC POWERNo13（Ser1139）Jun12007通过控制烟气参数改善锅炉性能李涛 1,任生友 2 刘淑敏 3（11 山西电建四公司，山西太原 030001;21 江西丰城发电有限公司，江西丰城331100;31 北京普瑞电力科技有限公司，北京 100055）摘要:,、可靠性、经济性以及降低污染物排放，技术手段的欠缺，算,，有关键词：;炉膛 测温仪;CO2 气体辐射光谱:K22711文献标识码:B 文章编号:167120320（2007）0320028204f）燃料:煤质（可燃基挥发分）。g）煤粉与二次

2、风的分配。h）给水温度等。1 烟气参数的监测和控制传统的锅炉运行对于烟气参数的监测和控制是在设计的假定和热工分散控制下进 行的。锅炉设计中涉及到烟气侧和蒸汽侧的能量平衡。现代控制理论指导下的锅 炉控制系统,需要更多过程参数来建立系统的数学模型，炉膛出口烟气温度,FEGT（FurnaceExitGasTemperature 是反映炉膛燃烧、能量平衡和热量交换 1 个 重要过程参数，这一特别控制点 FEGT，对锅炉的运行的安全性、可靠性、经济性以 及降低污染物排放，延长锅炉使用寿命有着重要的作用和影响。通常，炉膛出口是 对流区和辐射区的分界点,FEGT 是锅炉设计和运行的非常重要的边界参数。FEG

3、T 受以下运行参数影响。a）过量空气系数：风量的影响。b）炉膛热吸收率：炉膛换热面脏污程度。c）磨煤机的投运情况：煤粉量和细度。d） 运行方式:燃烧器投运情况及燃烧器摆角；一次风温度，配风风速等。e） 低 NOX 运行。收稿日期:2006212230 修回日期:2007202226 作者简介:李 涛（19682）,男，江苏南通人,1988 年毕业于南昌航空学院无损检测专业，工程师；任生友（19722）男，江西丰城人,1992 年毕业于江西电力技术学院热动专业，工程师;刘淑敏（19672）女，北京人,1989 年毕业于北京理工大学热动专业，高级工程师。 通过对 FEGT 这一关键参数的控制，锅炉

4、专业人员可以更准确的掌握锅炉运行情况 和有效的控制和改善锅炉的性能（包括经济性、安全性、可靠性、排放物等）,如果 FEGT偏离了设计值，可能产生如下情况。a） 炉膛结焦、结渣。b） 过热器和再热器部位的腐蚀加快；缩短重要部件寿命,增加维修费用。c） 可能造成超温；发生过热器、再热器管的超温爆管或金属蠕变、失效。d） 造成过热蒸汽或再热蒸汽温度偏差，增加减温水投用，热效率降低。e） 排烟温度升高，排烟损失增大，热效率降低。111 结焦和积灰控制控制炉膛出口温度可能减少炉膛上部的结焦问题；控制 FEGT 低于煤灰的熔融、软 化温度，可以使干燥的煤灰不能粘附在换热管上，因此避免了结焦的发生。同时能

5、明显的改善对流通道内的积灰问题；如果对流烟道的积灰得到减少，过热器和引风 机的能耗将会降低，从而提高了热负荷，也能防止吹灰器的腐蚀。112 吹灰 煤灰的粘结和沉积阻碍了换热也限制了烟气的流动。因此锅炉烟气侧换热管的清 洁对于维持锅? 28?2007 年 6 月李 涛，等:通过控制烟气参数改善锅炉性能研究与实践炉的正常运行是必须的。保证烟气的正常流动和换热器的正常工作，吹灰是清除煤灰的有效手段。为了使吹灰器有效运行，应建立 1 套科学合理的管理方法。吹灰器 投运的基本目的是为了最低限度的减少锅炉换热的损失，但吹灰器的使用也会损失热能和对换热器造成冲刷腐蚀，利用 FEGT 确定吹灰时机和吹扫方案会

6、给运行人员 很大帮助。FEGT 可以作为基本参数用以建立自动的吹灰程序或指导运行人员进行手动吹 灰。如果FEGT 超过了原始的设计值，表明炉膛换热面表面已经受到了污染，运行 人员应进行炉膛吹灰；当 FEGT 达到或低于设计值后，应停止吹灰。过多的炉膛吹 灰不仅浪费了能量，而且可能产生吹灰器附近水冷壁的冲刷腐蚀问题。113 煤灰（液态）量大于 315025%时，这些成分促腐蚀性。当锅炉在偏高的炉膛出口温度（直接反映水冷壁的清洁度）下运行时,具有上述灰成分的煤灰易造成灰腐蚀。对于高硫分的燃煤,维持 FEGT 低于煤灰熔融温度 50C,使干燥的煤灰流过对流道,能减少煤灰对过热器的腐蚀。114 过热蒸

7、汽温度的控制热器系统的吸热量、受热面的布置和烟气通道尺寸等因素有关。目前电厂使用的大型燃煤锅炉，运行时的炉膛出口烟温（FEGT）决定 了过热器和再热器各级受热面的进口烟温，它对各级受热面的吸热量和汽温影响很 大。例如，在某电厂 420t 超高压中间再热锅炉的热力试验表明，炉膛出口烟温变化 出 C,过热蒸汽温度同向变化约 C。2 运用远红外测温系统测量炉膛出口温度对电厂锅炉来说,FEGT 是一个关键性的参数，测进行监测,FEGT，超过其所能承受的 限度时必须将其收缩回来，以免被烧毁。过去以往的问题在于缺少在线测量高温烟 气温度的仪器和技术。随着科学技术的飞速发展，一种发源于航天测控的远红外线温度

8、测量技术已被应用 于烟气温度的测量，这种特殊的探测器可以准确测量燃烧进程中炉膛内产生的炙热 CO2气体的辐射的特征光谱，并通过特别的窄带窗口（滤波器）滤掉其它辐射源发出 的谱线，远红外探测器可以测定辐射源的密度（能量）。因为远红外探测器仅仅对高 温（发热）CO2 气体辐射的特征谱线具有敏感性，因此其可对于四角切圆锅炉，通常用燃烧器上下的摆动来控制最终和主蒸汽温度。在中、低 负荷情况下,燃烧器上摆，用以得到要求的主汽温度；在高负荷时，燃烧器下摆或水平 可以增大燃料在炉内的停留时间，有利于完全燃烧。燃烧器的上摆可能使 FEGT 升 高，从而可能产生结渣和积灰问题。如果最后的主汽温度没有达到要求值，

9、可以通过过剩空气量（过氧量）和燃烧器的摆动相结合来维持 FEGT 在允许极限值内。115 低NOX 燃烧以直接测试某一区域内的 CO2 气体的温度。远红外辐射式高温测量仪是远距离非接触式测量装置，其可以安装在任何观察孔、 检修口或穿过锅炉和墙面安装。具有可靠的保护性外壳（防护等级 IP）并配有压缩空气冷却、吹扫设施。压缩空气带有过滤净化装置，可在线工作于环境恶劣的测试 环境。其安装使用极其简便，输出信号可以直接显示和远传，测量炉膛内烟气的温 度范围是 1201750C。如果用户有特殊的需求，该仪器可以设置更大的量程。211 炉膛测温仪传感器原理和应用远红外线辐射测温仪是对锅炉烟气温度具有敏感性

10、的探测器。被加热的CO2 气体处于原子被激励的状态，其特定的波长通过远红外线遥测的方法能够准确检测到，随着锅炉内温度的升高，在特定远红外光谱的远红外线的密度也随之增大。以碳为主体燃料成分的锅炉，燃烧过程都要产生 C02 气体，所以 C02 气体辐射光谱 的测量适合于所有锅炉。在电站锅炉和民用锅炉的燃烧产物中 ,C02 气体的浓度在 10%12%以上，这一浓度达到了远红外线辐射测温仪检测温度的界限值。? 29?锅炉安装低 NOX 燃烧器通常会导致火焰增长和未燃尽碳量的增加，存在二次燃烧 的可能性，加剧了在对流烟道和省煤器发生结渣和煤灰沉积。缺氧燃烧被广泛的应 用于低 NOX燃烧中，由于炉膛区域的

11、严重缺氧，形成还原性气氛,加剧了向火侧水冷 壁管的腐蚀。燃料的燃烧焰炬加长或二次燃烧，使 FEGT 升高，造成过热器和再热 器管的超温过热。因此，运行人员必须密切关注的问题是维持 FEGT 在设计值限度 内，否则，会给锅炉带来一系列的问题和隐患。现代大容量锅炉的炉膛出口烟温与过热器和再可研究与实践山西电力21214 低 NOX 燃烧应用2007 年第 3 期因为远红外线辐射测温仪将炉膛内的 CO2 气体作为半透明或不透明的介质来看待，在测温仪的视角锥范围内（30 : 1）,当被观测调整 得离温度感受元件最远时，气体分子的容量最大。由于窄带光谱过滤器是具有选择 性的，因此对较热的气体比较冷的气体

12、（较冷的气体离感受元件更近，因此其在测温 仪视角范围内所包含的体积更小）更易被其感受到。作为 1 个推论，远红外线辐射 测温仪感受的是锅炉内受热的烟气，并显示出 1 个代表整个锅炉环境的温度读数。 其次，响应时间快（响应时间约为 100ms），比如说在对 10s 的数据（共计 100 个读数）进行平均时,则会产生 1个代表由上游流过测温仪的受热流体的温度读数，并可将 处理过的数据绘制在 1 条时间的关系曲线上。显然,。当探测器检测到 1 个比现在温度更高的温度值时，将更新存储数据和显示，并开始1 个新的记录时间段；如果一直没有检测到更高的温度值，探测器将维持数 据，直到这一时间记录段的结束。2

13、12 炉膛测温仪的典型应用 21211 锅炉启动 过程控制此系统可以用于监测锅炉启动过程中烟气温度。电站锅炉一般装有可伸缩的测温 探测器。远红外线辐射测温仪锅炉灵敏探测器可以替代传统的可伸缩探测器，并可以进行锅炉启动和运行阶段的烟气温度监测。远红外线辐射测温仪具有造价低、使用方便、维护简单等优点。21212 吹灰器控制 通过将该系统的烟气温度设置在特定的温度窗口，控制选择性还原系统喷入尿素或氨来最大限度的减少 NOX 的生成。21215 在循环硫化床锅炉上的应用该系统可以用于硫化床锅炉的烟气温度监测，在温度能够得到有效控制的前提下，适当提高或保持床温在高限附近运行，可以明显降低飞灰可燃物；同时

14、可以辅助决 定在合适的温度下将石灰颗粒喷入到烟气中，用于脱硫和常规运行控制。21216 锅炉性能监测，通过软件 17 四角切圆锅炉火焰中心的控制 在炉膛的四角安装 2 个或更多的探测器来判断炉膛火焰的状况，通过调整改变锅炉 偏烧的问题。21218 废物焚烧炉上的应用该系统可以用来监测烟气温度，使有毒废物保持在适当的温度进行焚烧，减少二恶 英的污染，远红外线辐射测温仪能确认符合 NIST 标准。21219 监测碳黑温度 余热锅炉的烟气温度对于操作和有效的利用能量非常重要。过高的温度可能产生 过多的废气和碳黑粒子，粘污在过热器和再热器处，阻碍了热量的传递。213 FEGT 应用于锅炉系统运行优化经

15、典控制理论指导下的热工控制系统，只关注逻辑控制单元的输入和输出。在分散 和有限变量的控制模式下，无法实现锅炉系统的运行优化控制。现代控制理论提出 了过程控制观点，需要对锅炉系统的过程进行深入的了解和有效的控制。锅炉的优 化运行需要正确的烟气侧过程参数的监测和控制，然而现在大多数锅炉缺少合适的 烟气侧在线监测手段。燃烧和空气混合，在炉内产生激烈的燃烧，传统锅炉的一次 风温和排烟温度是通常的在线监测控制点，这 2 点代表了风烟系统的输入和输出的 温度参数。炉膛出口温度监测，增加了用于逻辑控制的过程参数。从传统的一次风 温、排烟温度的两点逻辑控制方式提升为燃烧器、炉膛出口温度FEGT、排烟温度 3

16、点逻辑控制方式。实测炉膛出口烟温作为控制逻辑回馈参数具有实时准确等 优势,在燃烧控制、性能优化等方面均有实际意义。FEGT 这个关键点位于燃烧流 程的中间位置，它的正常运行数据、瞬间变化和变化趋势等等，可以作为判断炉内 燃烧状况、氮氧化物排放、受热面污染以及过热器、再 实时 FEGT 数据传送到控制室，运行人员可以根据 FEGT 值进行吹灰器投/停的自 动控制。它也可以用于提醒运行人员进行手动吹灰操作。例如：如果炉膛出口温度FEGT 超过了原始设计值后，应该停止炉膛吹扫。过多的炉膛吹扫不仅造成能源的 浪费,也可能造成水冷壁的冲刷腐蚀问题。通过监测炉膛出口温度FEGT 与主蒸汽温度,可以指导吹灰

17、器的正确使用。21213 结焦/积灰控制与过/再热器保护 炉膛出口温度FEGT 应该低于煤灰的软化（熔融）温度,减少结焦和积灰。FEGT 超 过设计值，会造成运行环境的改变和吊屏的超温。运行人员可以通过吹灰，改变过剩空气量，改变燃烧器的组合方式和摆角，改变火焰长度和其它的方法进行调整，也可以采用其作为基础数据，设计自动控制系统对这些操作方式进行优化组合。？303 |2007 年 6 月李 涛，等:通过控制烟气参数改善锅炉性能研究与实践热器运行工况的重要依据。远红外线辐射测温仪系统提供了4001700E的烟气温度测量范围，可以实现炉膛出口温度 FEGT 的在线监测，为锅炉系统进一步优化 提供关键

18、参数并拓展了空间。1 个很重要的参数，同时影响炉膛出口烟气温度的因素又很多。在线实时对其进行监测和控制，可以更好的保证锅炉运行的经济性、 安全性和实现氮氧化物合理排放。3 结束语锅炉设计、运行过程中，炉膛出口烟气温度是Improveme ntofBoilerPerforma ncebytheC ony tolofFlueGasParameter LITao1,RENSheng2you2,LIUShu2mi n3（11Sha nxiNo14ElectricPowerC on structio nCompa ny,Taiyua n, Sha nxi030001,China;21JiangxiFen

19、gchengPowerGenerationCo1,Ltd,Jiangxi ,;31BeijingAipuruiElectricPowerScie nce&T,Abstract:Themethodsto mon itera ndcon trolfurnaceexiti nlightoff urn aceexittemperature in powerpla ntwhichisto,emissi on reduceofboil2eroperatio nandboilermakesmaga nifica ntse nseduetotheadva ntagesofnewlacktech no

20、logytocontroltempe raturec ontinu ously,sothatthecaculat in gresultlostthea ndKeywords:;furnaceexittemperature;cokefurnacetemperaturemeasuri ng;CO2radiatio nspectra（上接第 2 页）表 1 节点 8 三相短路故障中间计算结果 时间010001010102012001210122012901303 110193111111239111493148126555119911551895788123559315686323219604331

21、032133126203 3-1813369-1914843-2113849341217190121940513136975718561621391967115743 53172013185774116953 6-3719221-3719145-3718781多机模型最大)角度间隙/( 2210570231342025155443A-1819617-2010723-2119111-22411800-23615710-24714520-28715060-291131003B12173101219001131245049105595217230561553287187639219998两机模型最大

22、)角度间隙/( 31169283219724351156127312354289129383041004837513821384130966710220-224118007018998-236157107510204-24714520401080643123684614203-321560419116190-321006820415640-311423921610277-26148642611019525166232651647511010206-287150601071937511517937-291131001151005569125777216406量信息，可以对计及各种复杂模型因素影响的系统 进行分析。参考文献：1陈亚民电力系统计算程序及其实现M.北京:水利电4 UrosGabrijel,RafaelMihalic.DirectMethodsforTra nsie ntStabilityAssessme ntin PowerSystemCompris in gControlla2bleSeriesDevicesJ.2002,17( 4):111621122.关政球,陈辉华，唐外文.以单机等面积稳定判据分析多机lEEETra nson PowerSystem,力出版社,199