基于CO控制的电站锅炉运行优化系统研究与应用

1、整理ppt12014年锅炉专业会议年锅炉专业会议锦州锦州2012014 4.0.08 8整理ppt2基于基于CO控制的电站锅炉运行优化控制的电站锅炉运行优化系统系统研究与应用研究与应用曹红加曹红加2012014 4.0.08 81基于基于CO控制锅炉运行优化理论基础控制锅炉运行优化理论基础2CO在线监控技术研究在线监控技术研究3基于基于CO控制的锅炉经济性评价控制的锅炉经济性评价4基于基于CO控制的锅炉运行优化实例控制的锅炉运行优化实例5适用范围适用范围燃烧调整优化燃烧调整优化锅炉运行的燃烧优化调整，即根据燃烧过程优劣的锅炉运行的燃烧优化调整，即根据燃烧过程优劣的指标，对影响燃烧工况的主要参数

2、进行优化试验，指标，对影响燃烧工况的主要参数进行优化试验，使燃烧过程达到安全可靠、经济高效、低污染的使燃烧过程达到安全可靠、经济高效、低污染的要求。要求。影响燃烧工况的主要因素有入炉煤质特性、总风量、影响燃烧工况的主要因素有入炉煤质特性、总风量、配风方式和制粉系统特性等，其中对风量的优化配风方式和制粉系统特性等，其中对风量的优化控制最为复杂。因为对风量的控制直接影响锅炉控制最为复杂。因为对风量的控制直接影响锅炉运行氧量的变化，而运行氧量的变化不仅直接影运行氧量的变化，而运行氧量的变化不仅直接影响排烟热损失、气体和固体不完全燃烧热损失及响排烟热损失、气体和固体不完全燃烧热损失及锅炉热效率的变化；

3、它还会引起其他运行参数的锅炉热效率的变化；它还会引起其他运行参数的改变，送风机总电耗、引风机总电耗、汽温和减改变，送风机总电耗、引风机总电耗、汽温和减温水特性等，同时氧量的变化也会影响锅炉运行温水特性等，同时氧量的变化也会影响锅炉运行的安全性，如结渣和高温腐蚀等。的安全性，如结渣和高温腐蚀等。 炉内氧量与热损失的关系炉内氧量与热损失的关系风量自动控制风量自动控制当前我国电站锅炉运行中对风量的控制，主当前我国电站锅炉运行中对风量的控制，主要是利用锅炉负荷与风量、送风机开度或要是利用锅炉负荷与风量、送风机开度或二次风挡板开度的近似线性关系设计的。二次风挡板开度的近似线性关系设计的。 v负荷指令前馈

4、控制负荷指令前馈控制v氧量参数反馈修正氧量参数反馈修正基于基于O2的控制的控制v煤质变化的适应性煤质变化的适应性v无组织配风的不确定性无组织配风的不确定性v炉内空气动力场特性炉内空气动力场特性v大尺寸烟道混合的均匀性大尺寸烟道混合的均匀性基于基于CO的控制的控制CO生成特性生成特性只有当炉内局部区域运行在低于化学当量配风时，只有当炉内局部区域运行在低于化学当量配风时，即只有当烟气中的过量空气系数接近于即只有当烟气中的过量空气系数接近于1时，才会时，才会产生较多的产生较多的CO(100ppm)，在此范围较小的氧量，在此范围较小的氧量波动会导致波动会导致CO指数级增长。在大型锅炉炉膛内，指数级增长

5、。在大型锅炉炉膛内，燃料燃料/空气比率及其分布不可能十分完善，也不可空气比率及其分布不可能十分完善，也不可能靠一般的炉内混合过程来纠正这种不均匀状态，能靠一般的炉内混合过程来纠正这种不均匀状态，因此对于炉内这种局部缺氧现象用烟气中的因此对于炉内这种局部缺氧现象用烟气中的CO监监测技术予以探测是非常有必要的，而检测省煤器测技术予以探测是非常有必要的，而检测省煤器出口平均氧量对此则是无能为力的。出口平均氧量对此则是无能为力的。CO生成特性生成特性CO与过量空气的关系与过量空气的关系随着总风量的减少烟气中随着总风量的减少烟气中CO含量逐渐增加，当含量逐渐增加，当减到某一临界值时，一减到某一临界值时，

6、一氧化碳含量急剧增加。氧化碳含量急剧增加。燃用不同燃料锅炉的临燃用不同燃料锅炉的临界风量各不相同，但在界风量各不相同，但在临界风量附近的临界风量附近的CO含含量是接近的，这与燃料量是接近的，这与燃料种类关系不大。种类关系不大。 CO生成特性生成特性CO与炉内局部缺氧（风）的关系与炉内局部缺氧（风）的关系在一定的风量下，烟气中在一定的风量下，烟气中CO浓度的高低反映浓度的高低反映了燃烧器以及炉内的混合与燃烧性能的优了燃烧器以及炉内的混合与燃烧性能的优劣。烟气中的劣。烟气中的CO含量升高，表明炉内出现含量升高，表明炉内出现局部缺氧，风粉配合不当，燃烧恶化，呈局部缺氧，风粉配合不当，燃烧恶化，呈现还

7、原性气氛。现还原性气氛。 CO生成特性生成特性CO、O2与未燃尽碳热损与未燃尽碳热损失失 入炉总风量不足或炉内入炉总风量不足或炉内局部缺风不仅仅使烟气局部缺风不仅仅使烟气中的中的CO浓度增加，而且浓度增加，而且使飞灰可燃物含量增加，使飞灰可燃物含量增加，两者具有一致的关系，两者具有一致的关系，即烟气中即烟气中CO浓度高，未浓度高，未燃碳损失也高，反之亦燃碳损失也高，反之亦然然 。CO、O2与未燃尽碳及总与未燃尽碳及总损失的关系损失的关系 基于基于CO控制的锅炉运行优化优点：控制的锅炉运行优化优点：v煤种适应性更好煤种适应性更好v炉内混合特性的监控炉内混合特性的监控vCO含量与飞灰可燃物、排烟热

8、损失及过含量与飞灰可燃物、排烟热损失及过量空气之间存在着一定的关系量空气之间存在着一定的关系 v安全、经济、环保的统一安全、经济、环保的统一缺点：缺点：临界点以上临界点以上O2时，时，CO的变化非常平缓。因此的变化非常平缓。因此提出提出“CO控制为主、氧量控制为辅控制为主、氧量控制为辅”的的燃烧调整新理念。燃烧调整新理念。CO检测方法检测方法v检测管，标示卡检测管，标示卡 v压电晶体传感元件压电晶体传感元件 v半导体气敏元件半导体气敏元件 v霍加拉特测温霍加拉特测温 v定电位电解法定电位电解法 在线式在线式CO检测方法检测方法v非分散红外吸收法非分散红外吸收法v半导体激光吸收光谱法半导体激光吸

9、收光谱法 非分散红外吸收法非分散红外吸收法非分散红外吸收法就是利用待测气体对特定波长红非分散红外吸收法就是利用待测气体对特定波长红外线的吸收进行分析，如果待测气体的浓度不外线的吸收进行分析，如果待测气体的浓度不同，吸收的辐射能不同，根据检测到的辐射能同，吸收的辐射能不同，根据检测到的辐射能量的衰减程度就可间接测量出待测气体的浓度。量的衰减程度就可间接测量出待测气体的浓度。非分散红外吸收法在非分散红外吸收法在CO检测方面主要是利用检测方面主要是利用CO对对4.67和和4.72波长下的辐射具有选择性吸收进行的。波长下的辐射具有选择性吸收进行的。由于该方法稳定可靠，抗干扰能力强，可长期由于该方法稳定

10、可靠，抗干扰能力强，可长期使用，而且利用滤光器可以消除其他无关气体使用，而且利用滤光器可以消除其他无关气体的干扰，是目前使用最广泛的方法之一。的干扰，是目前使用最广泛的方法之一。 半导体激光吸收光谱法半导体激光吸收光谱法 利用激光能量被气体分子利用激光能量被气体分子“选频选频”吸收形成吸收光吸收形成吸收光谱的原理来测量气体浓度。半导体激光器发射谱的原理来测量气体浓度。半导体激光器发射出特定波长激光束出特定波长激光束(仅被被测气体吸收仅被被测气体吸收)，穿过被，穿过被测气体时，激光强度的衰减与被测气体浓度成测气体时，激光强度的衰减与被测气体浓度成一定函数关系，因此，通过测量激光强度衰减一定函数关

11、系，因此，通过测量激光强度衰减信息就可以分析获得被测气体的浓度。信息就可以分析获得被测气体的浓度。半导体激光吸收光谱法（半导体激光吸收光谱法（DLAS）实际上是由非分）实际上是由非分散红外吸收法衍生出来的，用特定波长的激光散红外吸收法衍生出来的，用特定波长的激光束替代了红外线，但该方法相对于非分散红外束替代了红外线，但该方法相对于非分散红外吸收法具有如下优势：吸收法具有如下优势： 半导体激光吸收光谱法半导体激光吸收光谱法 与传统非分散红外分析技术使用谱宽很宽且固定波长的红外与传统非分散红外分析技术使用谱宽很宽且固定波长的红外光源不同，光源不同，DLAS技术使用谱宽非常小技术使用谱宽非常小(也就

12、是单色性非也就是单色性非常好常好)且波长可调谐的半导体激光器作为光源。且波长可调谐的半导体激光器作为光源。不受背景气体交叉干扰，半导体激光器发射的激光谱宽小于不受背景气体交叉干扰，半导体激光器发射的激光谱宽小于0.0001nm，远小于红外光源谱宽和被测气体单吸收谱线，远小于红外光源谱宽和被测气体单吸收谱线宽度，其频率调制扫描范围也仅包含被测气体单吸收谱宽度，其频率调制扫描范围也仅包含被测气体单吸收谱线，因此成功消除了背景气体交叉干扰影响。线，因此成功消除了背景气体交叉干扰影响。不受粉尘和视窗污染干扰，气体浓度由透射光强的二次谐波不受粉尘和视窗污染干扰，气体浓度由透射光强的二次谐波信号与直流信号

13、的比值来决定。当激光传输光路中的粉信号与直流信号的比值来决定。当激光传输光路中的粉尘或视窗污染产生光强衰减时，两信号会等比例下降，尘或视窗污染产生光强衰减时，两信号会等比例下降，从而保持比值不变。因此过程气体中的粉尘和视窗污染从而保持比值不变。因此过程气体中的粉尘和视窗污染对于仪器的测量结果没有影响。试验结果表明，即使粉对于仪器的测量结果没有影响。试验结果表明，即使粉尘和视窗污染导致光透过率下降到尘和视窗污染导致光透过率下降到1%时，仪器示值误时，仪器示值误差仍然不超过差仍然不超过3%。 电厂在线式电厂在线式CO监控技术应用监控技术应用 v系统安装位置，系统安装位置，AH入口入口v烟气处理方式

14、烟气处理方式v系统稳定性和经济性系统稳定性和经济性 基于非分散红外吸收法和激光吸收光谱法的仪器系基于非分散红外吸收法和激光吸收光谱法的仪器系统可以实现电厂烟气中统可以实现电厂烟气中CO浓度的在线监测，而浓度的在线监测，而且激光吸收光谱法在准确性和抗干扰性上有一且激光吸收光谱法在准确性和抗干扰性上有一定优势。定优势。 v锅炉效率锅炉效率v辅机单耗辅机单耗v汽温特性汽温特性锅炉参数耗差分析锅炉参数耗差分析热偏差法，也称公式法。热偏差法，也称公式法。锅炉效率变化量计算模型为：锅炉效率变化量计算模型为：根据根据GB10184-1988电站锅炉性能试验规程电站锅炉性能试验规程中的标准反平衡方法来计算锅炉

15、热效率，中的标准反平衡方法来计算锅炉热效率，可得到：可得到： 120(,)()igliif x xxxxx222H OH O000000H O0000.6200()(1.61)(1.61)()10012636(1)33727()()5.82100100gygypgyrpkrprpkrpyglrgyrarfhpyfhedarlzlzlzccrrlzfhCVVCVd VC VCd VtQCO VVCtcDAttcQDQCC要将锅炉热效率的变化折算到供电煤耗上，要将锅炉热效率的变化折算到供电煤耗上，则需要根据供电煤耗与锅炉热效率的函数则需要根据供电煤耗与锅炉热效率的函数关系式得到：关系式得到：锅炉效

16、率引起的供电煤耗变化率为锅炉效率引起的供电煤耗变化率为: 则锅炉耗差参数引起的供电煤耗变化率可表则锅炉耗差参数引起的供电煤耗变化率可表示为示为: 0.2391(1)rtgglgdHb ggglglbb ggglggligliglibbbxxx 排烟温度引起的供电煤耗变化率：排烟温度引起的供电煤耗变化率： 排烟氧量引起的供电煤耗变化率：排烟氧量引起的供电煤耗变化率： 飞灰含碳量引起的供电煤耗变化率飞灰含碳量引起的供电煤耗变化率 ：222H OH O000000H O(100)()(1.61) (1.61) 1100ggglpyglpycgygyarfhfhfhpgyrpkrprpkrgcglrf

17、hbbA cCCVVCVd VC VCd VbQC222H O000022(1.61)() 1263621(210.5)ggglglgygprpkrpyrglrbbOObC VCd VtCOVQOCO023372700()(100)ggglgpyfharfhcccfhglfhglrfhbbbtcACCQC考虑考虑CO浓度影响的锅炉耗差在线分析浓度影响的锅炉耗差在线分析 ： 以往的耗差分析系统均未考虑以往的耗差分析系统均未考虑CO对煤耗的影对煤耗的影响。响。2H O00000022()12636(1)(1.61)()1263621 0.5()(210.5)ggglglglgyggyrprpkrp

18、yrglrrbbCOCOCObVVC VCd VtCOVQQOCO某某600MW机组锅炉为机组锅炉为DG-2070/17.5-II4型亚临界参型亚临界参数、自然循环、前后墙对冲燃烧方式、一次中数、自然循环、前后墙对冲燃烧方式、一次中间再热、单炉膛平衡通风、固态排渣、紧身封间再热、单炉膛平衡通风、固态排渣、紧身封闭、全钢构架的闭、全钢构架的型汽包炉。设计煤种是准格尔型汽包炉。设计煤种是准格尔烟煤。尾部设置分烟道，采用烟气分流挡板调烟煤。尾部设置分烟道，采用烟气分流挡板调节再热器出口汽温。节再热器出口汽温。制粉系统为中速磨正压直吹式系统，磨煤机型号为制粉系统为中速磨正压直吹式系统，磨煤机型号为HP

19、1103型中速磨煤机，共型中速磨煤机，共6台。燃用设计煤种台。燃用设计煤种BMCR工况时，五台磨煤机运行，一台备用。工况时，五台磨煤机运行，一台备用。煤粉细度为煤粉细度为R9020。 CO在线监测系统是基于半导体激光吸收光谱在线监测系统是基于半导体激光吸收光谱法原理，监测烟道内法原理，监测烟道内CO和和O2的浓度，安的浓度，安装在省煤器出口烟道的两侧。装在省煤器出口烟道的两侧。发射端A发射端B接收端B接收端A脱硝入口烟道A脱硝入口烟道B原有运行方式数据趋势原有运行方式数据趋势风量控制方法风量控制方法基于基于CO控制调整优化前后数据控制调整优化前后数据550MW负荷时负荷时CO和飞灰可燃物的变化和飞灰可燃物的变化510MW负荷时负荷时CO和飞灰可燃物的变化和飞灰可燃物的变化380MW负荷时负荷时CO和飞灰可燃物的变化和飞灰可燃物的变化550MW负荷时负荷时CO和锅炉效率随风量变化和锅炉效率随风量变化550MW负荷时减温水和辅机电流随风量变化负荷时减温水和辅机电流随风量变化380MW负荷时负荷时CO和锅炉效率随风量变化和锅炉效率随风量变化380MW负荷时减温水和辅机电流随风量变化负荷时减温水和辅机电流随风量变化各负荷工况下的各负荷工况下的耗差分析耗差分析负荷工况