基于煤粉燃烧器喷口温度测量的一次风调节方法及装置与流程

1.本发明属于热能动力工程领域，具体涉及一种基于煤粉燃烧器喷口温度测量的一次风调节方法及装置。


背景技术：

2.在煤粉电站锅炉运行中，一次风速的调整是重要的操作内容。一次风的作用可分为两方面，一是作为输送介质，保证一次风管中煤粉的顺利输送，不发生堵粉事故，二是为煤粉燃烧初期提供氧气，保证着火的稳定。在煤粉着火的过程中，煤粉气流的着火热是重要影响因素，着火热越低，煤粉气流越容易着火，燃烧也越稳定。在一次风速的控制中，风速越低，煤粉气流中的空气比例越小，着火热越低，为了保证燃烧稳定，通常控制尽量低的一次风速。但一次风速的下限受煤粉输送能力的限制，当风速过低时，煤粉携带能力不足，会导致一次风管堵粉事故。
3.因此，在满足煤粉输送能力的前提下，一次风速的控制，需要与所燃煤种的燃烧特性相匹配。通常情况下，煤的挥发份越高，煤粉气流越易着火，着火速率越快。当一次风速低于煤粉气流的着火速率时，煤粉气流的着火面(煤粉气流喷入炉膛时发生着火的截面)将向喷嘴移动，易导致火嘴烧损事故。反之，当一次风速高于煤粉气流的着火速率时，煤粉气流的着火面向远离火嘴的方向移动，易导致着火距离拉长，燃烧不稳定。
4.由于煤炭市场的变化，燃煤火电机组普遍存在入炉煤质偏离设计值的情况，且煤质波动较大，甚至存在以贫煤或无烟煤为设计煤种的锅炉燃用烟煤的情况。当煤质发生较大变化时，若不及时调整一次风速，极易因煤种燃烧特性与一次风速不匹配而引起事故。
5.目前一次风速的调整主要凭主观经验判断，调整水平因运行人员水平而异，当入炉煤种发生变化时，无客观依据指导调整。在火电机组深度调峰运行时，为了保证低负荷下的燃烧稳定，通常会改燃着火特性更好的调峰煤种，煤种的变化叠加低负荷下一次风压的下降，使得炉膛燃烧控制难度增加，准确判断燃烧器喷口着火状态的重要性更为突显。


技术实现要素：

6.本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种基于煤粉燃烧器喷口温度测量的一次风调节方法及装置，本发明能够通过温度分布判断当前煤种燃烧特性是否与一次风速相匹配，有效降低燃烧器灭火和烧火嘴的风险，提高燃烧器对煤种的适应性，可为运行人员调整一次风速或一次风压提供指导。
7.为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
8.一种基于煤粉燃烧器喷口温度测量的一次风调节方法，包括：
9.1)检测煤粉燃烧器喷口射流方向的温度分布；
10.2)根据温度分布找到煤粉气流的着火位置；
11.3)判断煤粉气流的着火位置与燃烧器之间的距离小于第一预设阈值是否成立，若成立则增大一次风速，使得着火位置与燃烧器之间的距离不小于预设阈值。
12.可选地，步骤3)中还包括在一次风速大于用于保证煤粉携带能力的标定值的情况下，判断煤粉汽流着火位置与煤粉燃烧器之间的距离大于等于第二预设阈值是否成立，若成立则降低一次风的风速，所述第二预设阈值比第一预设阈值大。
13.可选地，步骤3)中还包括针对同一套制粉系统下的多个煤粉燃烧器煤粉气流的着火位置不一致的情况下，通过调节各个煤粉燃烧器对应的一次风速，达到各粉管一次风速与煤粉气流燃烧情况相匹配的目的。
14.此外，本发明还提供一种基于煤粉燃烧器喷口温度测量的一次风调节装置，包括测温单元、一次风调节单元、数据采集模块和控制单元，所述测温单元包括沿着煤粉燃烧器的喷口射流方向布置的测温枪，所述测温枪上设有多个测温元件，所述一次风调节单元包括设于一次风管上的调节阀以及用于驱动调节调节阀的驱动电机，所述测温元件的输出端通过数据采集模块与控制单元相连，所述驱动电机的控制端与控制单元相连，所述控制单元被编程或配置以执行所述基于煤粉燃烧器喷口温度测量的一次风调节方法的步骤。
15.可选地，所述测温枪连接有用于驱动测温枪沿着煤粉燃烧器的喷口射流方向做直线运动的直线驱动机构。
16.可选地，所述测温枪上设有的多个测温元件分别沿直线布置于测温枪上的测温段上，所述测温段的长度等于直线驱动机构的行程，当直线驱动机构驱动测温枪沿着煤粉燃烧器的喷口射流方向插入煤粉燃烧器时最外侧的测温元件与煤粉燃烧器的边缘齐平，当直线驱动机构驱动测温枪沿着煤粉燃烧器的喷口射流方向从煤粉燃烧器中退出时最内侧的测温元件与煤粉燃烧器的边缘齐平。
17.可选地，所述直线驱动机构位于行程的两端分别设有限位开关，所述限位开关的输出端分别与控制单元相连。
18.可选地，所述测温枪为中空结构且外侧带有用于与压缩空气源相连的通过压缩空气输入管、内端设有用于将压缩空气排入炉膛的排气口，所述压缩空气输入管上设有气阀。
19.可选地，所述测温枪的外壁上设有多个垂直于测温枪布置的测温桩，所述测温元件安装在测温桩的端部。
20.此外，本发明还提供一种煤粉燃烧装置，包括炉墙以及安装在炉墙上的煤粉燃烧器，所述煤粉燃烧器与一次风管相连，所述煤粉燃烧器还设有所述基于煤粉燃烧器喷口温度测量的一次风调节装置。
21.和现有技术相比，本发明主要具有下述优点：本发明方法包括检测煤粉燃烧器喷口射流方向的温度分布；根据温度分布找到煤粉气流的着火位置；判断煤粉气流的着火位置与煤粉燃烧器之间的距离小于第一预设阈值是否成立，若成立则增大一次风速，使得温煤粉气流的着火位置与煤粉燃烧器之间的距离不小于第一预设阈值，能够通过温度分布判断当前煤种燃烧特性是否与一次风速相匹配，有效降低燃烧器灭火和烧火嘴的风险，提高燃烧器对煤种的适应性，可为运行人员调整一次风速或一次风压提供指导。
附图说明
22.图1为本发明实施例方法的基本流程示意图。
23.图2为本发明实施例中检测得到的煤粉燃烧器喷口射流方向的温度分布示例。
24.图3为本发明实施例装置的基本结构示意图。
具体实施方式
25.下面结合实例对本发明作详细的说明，应当理解，此处所描述的具体实例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
26.如图1所示，本实施例基于煤粉燃烧器喷口温度测量的一次风调节方法包括：
27.1)检测煤粉燃烧器喷口射流方向的温度分布，参见图2；
28.2)根据温度分布找到煤粉气流的着火位置；
29.3)判断煤粉气流的着火位置与煤粉燃烧器之间的距离小于第一预设阈值是否成立，若成立则增大一次风速，使得煤粉气流的着火位置与煤粉燃烧器之间的距离不小于第一预设阈值，从而，能够通过温度分布判断当前煤种燃烧特性是否与一次风速相匹配，有效降低燃烧器灭火和烧火嘴的风险，提高燃烧器对煤种的适应性，可为运行人员调整一次风速或一次风压提供指导。
30.煤粉被送入炉膛后，会经历干燥，挥发分析出，挥发分着火燃烧，焦炭燃烧的阶段，随着各阶段的发展，煤粉射流(一次风)存在一定的温度分布，通常在挥发分和焦炭着火燃烧的阶段温度会阶跃上升，参见图2，其中第6个点发生温度阶跃，即第6个点为煤粉气流的着火位置。在一定的一次风速下，当煤种着火特性好，着火会提前，煤粉气流的挥发分和焦炭着火燃烧发生温度阶跃的位置会向煤粉燃烧器的喷口靠近，此时会存在烧火嘴的风险，可通过增加一次风速，延迟着火，从而起到防止烧火嘴的风险的目的，可适用于不同着火特性的煤种，可为运行人员调整一次风速或一次风压提供指导。
31.进一步地，考虑到煤种着火特性较差时，煤粉气流的挥发分和焦炭着火燃烧发生温度阶跃的温度阶跃位置会远离煤粉燃烧器的喷口，有脱火的风险。为了解决上述技术问题，本实施例中步骤3)中还包括在一次风的风速大于用于保证煤粉携带能力的标定值的情况下，判断煤粉汽流着火位置与煤粉燃烧器之间的距离大于等于第二预设阈值是否成立，若成立则降低一次风速，所述第二预设阈值比第一预设阈值大，通过上述方式，可降低脱火的风险、防止灭火。
32.作为一种可选的实施方式，本实施例步骤3)中还包括针对同一套制粉系统下的多个煤粉燃烧器煤粉气流的着火位置不一致的情况下，通过调节各个煤粉燃烧器对应的一次风速，达到各粉管一次风速与煤粉气流燃烧情况相匹配的目的。当同一套制粉系统的一次风管之间风速存在偏差时，也能由煤粉气流射流方向温度分布反映出来，因此本实施例方法也可以用于基于煤粉气流的着火位置调整各粉管一次风速与煤粉气流燃烧情况相匹配。
33.作为一种可选的实施方式，本实施例步骤1)中检测煤粉燃烧器喷口射流方向的温度分布是指通过沿着煤粉燃烧器喷口射流方向布置的多个温度传感器来检测煤粉燃烧器喷口射流方向的温度分布。
34.如图3所示，本实施例还提供一种基于煤粉燃烧器喷口温度测量的一次风调节装置，包括测温单元、一次风调节单元、数据采集模块10和控制单元4，测温单元包括沿着煤粉燃烧器3的喷口射流方向布置的测温枪1，测温枪1上设有多个测温元件2，一次风调节单元包括设于一次风管7上的调节阀5以及用于驱动调节调节阀5的驱动电机6，测温元件2的输出端通过数据采集模块10与控制单元4相连，驱动电机6的控制端与控制单元4相连，控制单元4被编程或配置以执行前述基于煤粉燃烧器喷口温度测量的一次风调节方法的步骤。测温枪1上的布置有测温元件2，测温元件2与控制单元4相连接，在进行测量时，测温元件2直
接与高温烟气接触，并将烟气温度值反馈给控制单元4，控制单元4实时获取煤粉燃烧器3的喷口温度分布，能够实时监测煤粉燃烧器喷口温度分布，为运行人员调节一次风管可调缩孔提供指导。可根据需要布置多个测量元件2，建议布置三个以上，从而得到煤粉气流射流方向的温度分布。
35.如图3所示，本实施例测温枪1连接有用于驱动测温枪1沿着煤粉燃烧器3的喷口射流方向做直线运动的直线驱动机构8，测温枪1可由直线驱动机构8驱动，可根据投入或退出使用的需要，沿轴向(煤粉燃烧器3的喷口射流方向)水平来回移动。需要说明的是，直线驱动机构8可根据需要采用各类现有直线驱动设备，例如直线电机等。作为一种可选的实施方式，本实施例中直线驱动机构8包括电机、减速机和涡轮螺杆组件，电机驱动力矩经减速机减速后，再通过涡轮螺杆组件将圆周运动转变为测温枪1的水平运动。
36.如图3所示，本实施例测温枪1上设有的多个测温元件2分别沿直线布置于测温枪1上的测温段上，测温段的长度等于直线驱动机构8的行程，当直线驱动机构8驱动测温枪1沿着煤粉燃烧器3的喷口射流方向插入煤粉燃烧器3时最外侧的测温元件2与煤粉燃烧器3的边缘齐平，当直线驱动机构8驱动测温枪1沿着煤粉燃烧器3的喷口射流方向从煤粉燃烧器3中退出时最内侧的测温元件2与煤粉燃烧器3的边缘齐平。
37.作为一种可选的实施方式，本实施例中直线驱动机构8位于行程的两端分别设有限位开关，限位开关的输出端分别与控制单元4相连。
38.参见图3，本实施例中测温枪1为中空结构且外侧带有用于与压缩空气源相连的通过压缩空气输入管、内端设有用于将压缩空气排入炉膛的排气口，压缩空气输入管上设有气阀9，在测温枪1投入使用时可通压缩空气对测温枪1的测温枪本体进行冷却，保证测温枪1在测量过程中接触高温烟气时不被烧坏。
39.本实施例中，测温枪1的外壁上设有多个垂直于测温枪1布置的测温桩，测温元件2安装在测温桩的端部，可防止测温枪1的本体温度对测量结果的影响。本实施例中，多个测温元件2之间均匀分布，测温元件2之间距离为100mm，测温桩伸出约30mm。
40.本实施例中，测温元件2采用热电偶。
41.本实施例中，控制单元4用于采集测温元件2的测量值，并实时显示，控制单元4与用于驱动调节调节阀5的驱动电机6相连接，可向驱动电机6发出控制指令，驱动电机6接受控制单元4的指令，分别控制调节阀5发生运动调节流通截面积。此外，本实施例中控制单元4集成通信模块，可用于实现远程操控。
42.本实施例中，调节阀5为可调缩孔，控制单元4与用于驱动调节可调缩孔的驱动电机6相连接，可向驱动电机6发出控制指令；驱动电机6接受控制单元4的指令，分别带动可调缩孔的两半圆板移动，调节缩孔的流通截面积，从而实现一次风速的调节。
43.本实施例基于煤粉燃烧器喷口温度测量的一次风调节装置的工作原理如下：测温元件2的温度信号经数据采集模块10送入控制单元4。控制单元4中以曲线的方式显示煤粉气流射流方向的温度分布，在手动模式下，运行人员可根据温度分布判断煤粉气流着火情况，再根据需要通过控制单元4对调节阀5进行调节；在自动模式下，控制单元4则自动对调节阀5进行调节。驱动电机6接受控制单元4的指令，对调节阀5进行调节，从而调节一次风管流通阻力，达到调节风速的目的。压缩空气由软管经气阀9送入测温枪1内部，冷却测温枪1本体后的压缩空气直接排入炉膛。能够有效降低燃烧器灭火和烧火嘴的风险，提高燃烧器
对煤种的适应性，可为运行人员调整一次风速或一次风压提供指导。
44.此外，参见图3，本实施例还提供一种煤粉燃烧装置，包括炉墙11以及安装在炉墙11上的煤粉燃烧器3，煤粉燃烧器3与一次风管7相连，煤粉燃烧器3还设有本实施例前述基于煤粉燃烧器喷口温度测量的一次风调节装置。其中煤粉燃烧器3的数量可以为一个或多个，当数量为多个时，可基于煤粉气流的着火位置调整各粉管一次风速与煤粉气流燃烧情况相匹配。
45.本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可读存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd
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rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
46.以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。