一种燃煤锅炉燃烧器喷口二次风风量热态非侵入测量方法与流程

1.本发明涉及一种燃煤锅炉燃烧器喷口二次风风量精细控制技术领域，是一种燃煤锅炉通过冷态测量实现热态非侵入风量测量方法。


背景技术：

2.随着燃煤锅炉环保要求越来越严格，为了实现锅炉低氮燃烧，降低炉膛出口氮氧化物排放；防止水冷壁结焦和高温腐蚀的发生；提高煤粉燃烧的燃尽率。确保锅炉环保、安全和经济的运行，锅炉的二次风喷口的风量控制越来越需要精准。由于燃煤锅炉二次风喷口通常是与二次风大风箱直接连接，局促的空间无法安装风量测量装置，实现风量的直接测量，也就无法做到精准控制各个喷口的二次风风量。精准的控制不同风口的二次风量，对锅炉燃烧尤其重要，合理的控制不同燃烧区域的风煤比和过剩空气系数，可以实现锅炉低氮燃烧、煤粉的燃尽、炉膛结焦和高温腐蚀等状况的平衡控制。


技术实现要素：

3.本发明提供了一种燃煤锅炉燃烧器喷口二次风风量非侵入的测量方法，弥补了现有技术的不足，锅炉热态运行情况下，每个二次风喷口的风量精准测量。
4.本发明的技术方案是通过以下步骤实现的：
5.第一步：进行送风机风量在线装置的标定工作，将标定系数输入dcs系统中。确保送风机风量显示准确。
6.第二步：启动引送风机，将送风机出口风量进入炉膛的所有二次风通道打开，通常包括二次风风门、sofa风风门、ofa风风门、周界风风门等等，逐步提高送风机出力至额定电流，调整引风机出力保持炉膛负压为-100pa，记录二次风风箱与炉膛差压p，以此差压为基础进行二次风挡板特性数据测试。
7.第三步：将送风机风机出力降至最小，并将所有二次风挡板关闭；调整引送风机出力，保持炉膛负压-100pa，风箱和炉膛差压p，在炉膛内部采用网格法测量所有二次风喷口的风速，风速通常在3m/s以下，如果大于5m/s，可能存在挡板卡涩、密封片损坏、执行器脱落、零位不准确等问题，需要对挡板进行检查处理，将喷口风速将至尽可能小，同时记录送风机总风量q’。
8.第四步：再次将全部二次风挡板打开，逐步提高送风机出力至接近额定电流运行，同时调整引风机出力保持炉膛负压为-100pa，记录二次风风箱与炉膛差压p，并通过调整送风量保持炉膛差压不变的情况下，进行不同喷口，在二次风挡板0％、25％、50％、75％、100％开度下喷口风速测量工作，并同时记录送风机总风量。
9.第五步：根据阻力损失公式(1)，由风箱和炉膛差压、喷口风速，计算出不同挡板开度下阻力系数，绘制横坐标为风门开度与纵坐标为阻力系数的曲线图，运行excel表格的拟合公式功能，拟合出多项式趋势线的对应公式(2)：
[0010][0011]
其中h：风箱和炉膛差压(pa)；
[0012]
ζ：阻力系数
[0013]
ν：喷口风速(m/s)；
[0014]
g:重力加速度10(m/s2)；
[0015]
ζ＝ax4 bx3 cx2 dx e(2)；
[0016]
其中：x：挡板开度；
[0017]
a、b、c、d、e:为系数。
[0018]
第六步：根据阻力系数的拟合公式、风箱和炉膛差压(p)、热风温度(t)、二次风口截面积(m)计算出每个二次风口的风量(q)，以及所有二次风喷口风量的总和∑q。
[0019]
先计算出喷口风速：
[0020]
ν＝(2gp/(ax4 bx3 cx2 dx e))
0.5
(m/s)；
[0021]
再计算出热风密度：
[0022]
ρ＝1.293
×
273/(273 t)(kg/m3)；
[0023]
计算出每个喷口的风量：q＝3.6mρν(t/h)
[0024]
所有二次风喷口风量总和：
[0025]
∑q＝q1 q2 ...... qn。
[0026]
第七步：根据空预器二次风侧的漏风率(η
lg.ah
)、送风机的风量(q’)计算出进入炉膛的总二次风风量q(t/h)。
[0027]
q＝(1-1.25η
lg.ah
)q’。
[0028]
其中1.25为空预器入口烟气量与空预器入口送风量的经验系数,此系数与燃煤、锅炉负荷、空预器漏风率等参数有关，具体运行锅炉可以通过热力计算可以得出相对更加准确的数值。
[0029]
第八步：通常情况下风机的风量在线装置显示数据比较准确，而二次风喷口测量风速误差较大，为了提高数据准确程度，引进计算修正系数k，
[0030]
第九步：由第六步计算出喷口风速，再乘以修正系数，即为二次风喷口比较准确的风速：q’＝kq。
[0031]
第二步中，确定基准的风箱和炉膛的差压。根据风机和风箱的特性，将送风机提高到最大出力，据此确定基准的风箱和炉膛的差压，此方法确定的炉膛差压最大，二次风喷口的风速相对较高，有利于喷口风速测量。
[0032]
第四步中，绘制风门开度与阻力系数的excel表格曲线，并据此生成拟合公式。进行二次风挡板0％、25％、50％、75％、100％开度下喷口风速测量工作，0％、100％开度的测量尤为重要，锅炉实际运行中此挡板开度经常出现。
[0033]
第六步中，根据阻力系数的拟合公式、风箱和炉膛差压(p)、热风温度(t)、二次风口截面积(m)计算出每个二次风口的风量(q)，以及所有二次风喷口风量的总和∑q。
[0034]
第七步中，根据空预器二次风侧的漏风率(η
lg.ah
)、送风机的风量(q’)计算出进入炉膛的总二次风风量q(t/h)。
[0035]
第八步中，通常情况下风机的风量在线装置显示数据比较准确，而二次风喷口测量风速误差较大，为了提高数据准确程度，引进计算修正系数k，本发明的有益效果：
[0036]
本发明弥补了现有技术的不足，可以实现锅炉热态运行下每个二次风喷口风量的比较精准测量。本发明计算简便且精确，便于技术人员理解和掌握。
附图说明
[0037]
图1为本发明实施例1挡板开度与喷口风速关系图；
[0038]
图2为本发明实施例1挡板开度与阻力系统关系图；
[0039]
图3为本发明实施例2挡板开度与喷口风速关系图；
[0040]
图4为本发明实施例2挡板开度与阻力系统关系图。
具体实施方式
[0041]
下面将结合本技术实施例中的数据，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本技术及其应用或使用的任何限制。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
[0042]
实施例1
[0043]
以河北南网某电厂2号锅炉为例，此锅炉为上海锅炉厂有限公司生产的sg-1025/17.5-m729型亚临界、一次中间再热、自然循环汽包炉。该锅炉采用单炉膛、倒u型布置、四角切圆燃烧方式、平衡通风、全钢架悬吊结构、全封闭布置、固态排渣。
[0044]
第一步：进行送风机风量在线装置的标定工作，在100％、80％、60％额定处理三个工况的标定系数平均值作为最终的标定系数，a侧送风机标定系数为0.8677，b侧送风机标定系数为0.8943，将标定系数输入dcs系统中，确保送风机风量显示准确。
[0045]
第二步：启动引送风机，将送风机出口风量进入炉膛的所有二次风通道打开，包括24个二次风风门、12个sofa风风门、8个ofa风风门、24个一次风周界风风门。逐步提高送风机出力，a侧送风机66a，b侧送风机67a，调整引风机出力保持炉膛负压为-100pa，此状态下要进行1-2小时的吹扫，吹扫结束后，记录二次风风箱与炉膛差压620pa，以此差压为基础进行二次风挡板特性数据测试。
[0046]
第三步：将送风机风机出力降至最小，并将所有二次风挡板关闭；调整引送风机出力，保持炉膛负压-100pa，风箱和炉膛差压620pa，在炉膛内部采用网格法测量所有二次风喷口的风速，所有喷口风速基本在1m/s-4m/s范围内，电厂不再对挡板进行进一步处理。
[0047]
第四步：按照以上方法，进行二次风挡板0％、25％、50％、75％、100％开度下喷口风速测量工作，并同时记录送风机总风量。以下为c层3号喷口为例见表1：
[0048]
表1
[0049]
[0050][0051]
第五步：根据阻力损失公式(1)，由风箱和炉膛差压、喷口风速，计算出不同挡板开度下阻力系数，绘制横坐标为风门开度与纵坐标为阻力系数的曲线图，运行excel表格的拟合公式功能，拟合出多项式趋势线的对应公式：ζ＝ax4 bx3 cx2 dx e仍然以c层3号喷口为例ζ＝-0.027x3 2.462x
2-93.84x 1290；
[0052]
第六步：以c层3号喷口为例，根据阻力系数的拟合公式、风箱和炉膛差压(p)、热风温度(t)、二次风口截面积(m)计算出每个二次风口的风量(q)，以及所有二次风喷口风量的总和∑q。
[0053]
c层3号喷口的风量公式为：
[0054]
q＝3.6
×
0.24
×
1.293
×
273/(273 t)
×
(19.6
×
p/(-0.027x3 2.462x
2-93.84x 1290))
0.5
。
[0055]
每个喷口的风量都建立一个这样的公式，根据挡板开度、风箱差压、风温即可计算出热态工况下喷口的风量。
[0056]
第七步：根据空预器二次风侧的漏风率(5.8％)、送风机的风量(960.9t/h)计算出进入炉膛的总二次风风量q(t/h)。
[0057]
q＝(1-1.25η
lg.ah
)q’＝(1-1.25
×
0.058)
×
960.9＝891.2t/h。
[0058]
第八步：通常情况下风机的风量在线装置显示数据比较准确，而二次风喷口测量风速误差较大，为了提高数据准确程度，引进计算修正系数k，通过计算所有二次风喷口的风量总和为938.2t/h，进入炉膛二次风大风箱的风量总和为891.2t/h，k＝891.2/938.2＝0.9499。
[0059]
第九步：由第六步计算出喷口风速，再乘以修正系数，即为二次风喷口相对更加准确的风速：q’＝0.9499q。
[0060]
实施例2
[0061]
一种燃煤锅炉燃烧器喷口二次风风量热态非侵入测量方法。
[0062]
第一步：将所有二次风挡板打开，启动两侧送风机，调整引送风机出力，保持炉膛负压-100pa，风箱和炉膛差压p保持在400-700pa之间的某个定值，逐个关闭每个二次风挡板，测量喷口风速，检查挡板的安装和运行质量，当喷口风速大于5m/s时，对挡板进行处理。
[0063]
第二步：再次将送风机出口风量进入炉膛的所有二次风通道打开，通常包括二次风风门、sofa风风门、ofa风风门、周界风风门等等，逐步提高送风机出力至额定电流，调整引风机出力保持炉膛负压为-100pa，记录二次风风箱与炉膛差压p，以此差压为基础进行二次风挡板特性数据测试。
[0064]
第三步：从上层二次风喷口向下层二次风喷口依次进行二次风挡板100％、75％、50％、25％、0％开度下喷口风速测量，本层测量结束后，将本层二次风挡板开度置100％开度，进行下一层风速测量工作，记录炉膛差压。
[0065]
第四步：根据阻力损失公式(1)，由风箱和炉膛差压、喷口风速，计算出不同挡板开度下阻力系数，绘制横坐标为风门开度与纵坐标为阻力系数的曲线图，运行excel表格的拟合公式功能，拟合出多项式趋势线的对应公式(2)：
[0066][0067]
其中h：风箱和炉膛差压(pa)；
[0068]
ζ：阻力系数；
[0069]
ν：喷口风速；(m/s)；
[0070]
g:重力加速度10(m/s2)；
[0071]
ζ＝ax4 bx3 cx2 dx e(2)；
[0072]
其中：x：挡板开度；
[0073]
a、b、c、d、e:为系数。
[0074]
第五步：根据阻力系数的拟合公式、风箱和炉膛差压(p)、热风温度(t)、二次风口截面积(m)计算出每个二次风口的风量(q)，以及所有二次风喷口风量的总和∑q。
[0075]
先计算出喷口风速：
[0076]
ν＝(2gp/(ax4 bx3 cx2 dx e))
0.5
(m/s)；
[0077]
再计算出热风密度：
[0078]
ρ＝1.293
×
273/(273 t)(kg/m3)；
[0079]
计算出每个喷口的风量：q＝3.6mρν(t/h)；
[0080]
所有二次风喷口风量总和：
[0081]
∑q＝q1 q2 ...... qn。
[0082]
第六步：根据两侧空预器出口送风量表盘数据，计算出进入炉膛的总二次风风量q(t/h)。
[0083]
q＝qa qb。
[0084]
第七步：通常情况下热风风道上的风量在线装置显示数据比较准确，而二次风喷口测量风速误差较大，为了提高数据准确程度，引进计算修正系数k，此系数在所有二次风挡板全开，送风机额定出力工况下进行计算。
[0085]
第八步：由第五步计算出喷口风速，再乘以修正系数，即为二次风喷口比较准确的风速：q’＝kq。
[0086]
本发明实例以河北南网某电厂1号锅炉为例，1号锅炉为东方锅炉(集团)股份有限公司生产的dg1110/17.4
‑ⅱ
12型亚临界、一次中间再热、自然循环、燃煤汽包炉。该锅炉采用单炉膛∏型布置、四角切圆燃烧方式、尾部双烟道、固态排渣、平衡通风、全钢架悬吊结构。
[0087]
第一步：将24个二次风挡板和16个sofa风二次风挡板全部关闭打开，启动两侧送风机，调整引送风机出力，保持炉膛负压-100pa，风箱和炉膛差压p保持在550pa，逐个关闭每个二次风挡板，测量喷口风速，发现a层4号角和b层2号角风速再20m/s左右，其他喷口风速基本在4m/s以下，电厂对相应喷口的二次风挡板检查，发现挡板门轴脱落，处理后挡板在关闭状态下喷口风速在3m/s以下，全部挡板在关闭状态合格。
[0088]
第二步：再次将送风机出口风量进入炉膛的所有二次风通道打开，包括24个二次风挡板和16个sofa风挡板，逐步提高送风机出力至甲侧送风机电流89a、乙侧送风机电流90a，调整引风机出力保持炉膛负压为-100pa，记录二次风风箱与炉膛差压为780pa，以此差
压为基础进行二次风挡板特性数据测试。
[0089]
第三步：利用炉膛内检修升降平台从上层sofa风喷口开始，逐层向下进行喷口风速测量，每个喷口进行100％、75％、50％、25％、0％开度下五个工况下的喷口风速测量，本层测量结束后将本层的二次风挡板全部打开，同样方法进行下层喷口风速测量。整个测量锅炉炉膛差压波动不大，基本维持在780pa左右，对送风机出力未做调整。
[0090]
第四步：由风箱和炉膛差压、喷口风速，计算出不同挡板开度下阻力系数，绘制横坐标为风门开度与纵坐标为阻力系数的曲线图，运行excel表格的拟合公式功能，拟合出多项式趋势线的对应公式，以d层2号角二次风喷口为例，如表2所示：
[0091]
表2
[0092]
风箱差压pa780780780780780挡板开度％1007550250喷口风速m/s312923112阻力系数/16.2330918.5493529.4896128.92563900
[0093]
由风箱和炉膛差压、不同挡板开度下的喷口风速，计算出二次风不同挡板开度下阻力系数，拟合出每个燃烧器喷口二次风挡板的阻力系数公式：仍然以d层2号角喷口为例，拟合公式为：y＝-0.094x3 8.372x
2-307.0x 3900。
[0094]
第五步：仍然以d层2号角喷口为例，其喷口的风量公式为q＝3.6
×
0.24
×
1.293
×
273/(273 t)
×
(20.8
×
p/(-0.094x3 8.372x
2-307.0x 3900-0.094x3 8.372x
2-307.0x 3900))
0.5
,每个喷口的风量都建立一个这样的公式，所有二次风喷口风量总和：∑q＝q1 q2 ...... qn。根据挡板开度、风箱差压、风温即可计算出热态工况下喷口的风量。为了使风量测量根据准确，需要做以下工作。
[0095]
第六步：1号锅炉所有二次风全部打开，并将两侧送风机出力提高到最大出力，每个二次风口根据风量公式，以及挡板开度、风箱差压和风温，计算出所有二次风喷口的风量之和为945t/h，记录锅炉dcs画面上两侧空预器出口的风量之和为1025t/h。
[0096]
第七步：计算修正系数k，k＝1025/945＝1.0847。
[0097]
第八步：第五步中喷口的计算的每个二次风风量再乘以修正系数1.0847，即为更加准确的风量数值：q’＝1.0847q。