燃烧器出口燃料实时放热量的确定方法与系统技术方案

本发明专利技术提供了一种燃烧器出口燃料实时放热量的确定方法与系统。该方法包括：获取深度空气分级燃烧中燃烧器单位量燃煤燃烧得到的CO完全燃烧释放的总热量；获取单位量燃煤完全燃烧成二氧化碳的发热量；基于获取得到的单位量燃煤燃烧得到的CO完全燃烧释放的总热量以及单位量燃煤完全燃烧成二氧化碳的发热量，确定燃烧器出口燃料实时放热量。定燃烧器出口燃料实时放热量。定燃烧器出口燃料实时放热量。

【技术实现步骤摘要】
燃烧器出口燃料实时放热量的确定方法与系统


[0001]本专利技术属于锅炉燃烧
，特别涉及一种燃烧器出口燃料实时放热量的确定方法与系统。

技术介绍

[0002]深度空气分级燃烧技术是本世纪才发展起来的技术，该技术能有效实现NO
x
减排，在我国得到了普遍应用。我国目前90％以上的锅炉都完成了深度空气分级技术的改造，其安全可靠的应用非常重要。
[0003]深度空气分级燃烧技术是使燃烧先在深度欠氧的条件下进行，抑制NO
x
的生成并让已经生成的NO
x
还原成N2，从而最大程度上减少NO
x
的浓度；然后再进行氧气补充，使后续燃烧在富氧环境下完成；由于此区域的温度已经降低，新生成的NO
x
量十分有限，因此总体上NO
x
的排放量明显减少。
[0004]深度空气分级燃烧技术的构造方法包括：
[0005]1)通过低NOx燃烧器实现空气分级送入，如浓淡分离、风包粉技术等，在燃烧器出口构建局部欠氧燃烧环境；
[0006]2)利用不同燃烧器间的配合，在炉膛垂直高度上分级配风，即在主燃烧器(送入煤粉的燃烧器)区域附近只给燃烧所需风量的75％
‑
100％的份额(过量系数控制在0.75
‑
1.0)左右，让煤粉在这一区域显著地、大范围的进行欠氧燃烧，然后在主燃烧器的上方通入剩余空气，让剩余煤粉在该区域内进行富氧条件下的完全燃烧。其中，紧贴着主燃烧器区域给入的空气称为火上风OFA(over fire air)，如果火上风OFA离主燃烧器区域有显著的距离则称为分离火上风SOFA(Separated over fire air)。
[0007]深度空气分级技术普遍采用分离火上风SOFA，通过将空气分级燃烧将范围扩大到接近整个炉膛，更接近极限地控制燃料在欠氧区的停留时间，并使富氧区的温度降得更低。此时典型的燃烧器布置如图1所示。
[0008]在深度空气分级燃烧技术中，合理的分配两级燃烧的过量空气系数是影响NO
x
排放控制效果的关键因素：
[0009]1)主燃烧器区的过量空气系数如果太低，煤粉不易点燃而且燃烧不稳定、燃尽率差、飞灰含碳量高，主燃烧器附近还原性气氛过于强烈，在这样的环境下灰熔点比氧化气氛中降低100
‑
120℃，引起锅炉结渣与高温腐蚀，最终的NO
x
浓度还有可能恶化；
[0010]2)主燃烧器的过量空气系数如果太高，虽然煤粉的燃烧稳定性可靠，但NO
x
的浓度大且因为主燃区燃烧过于强烈导致炉膛严重结渣，给锅炉的安全稳定运行带来严重威胁。
[0011]由此可见，燃烧器区域的氧量对于锅炉的安全运行与运行效果至关重要，过大、过小都不行，应当予以重点监测。然而由于炉膛主燃烧器的火焰温度高达1300℃以上，且充满了粘性的灰粒，因而目前尚未有有效的监测手段。目前现有技术，锅炉对于主燃烧器区的过量空气系数只是用燃烧器的开度、间接地靠最终NO
x
的浓度来反馈调节而无没有任何的直接控制，对于低NO
x
燃烧技术的控制非常不利。
[0012]从设计角度来看，深度空气分级低NO
x
燃烧技术与传统燃烧技术相比，煤粉在炉膛中的放热行为有明显差异：
[0013]1)传统炉膛主燃烧区的氧量是给足的，煤粉磨得很细；传统燃烧技术中，煤粉在主燃烧器出口处96％左右的成分会完成燃烧；燃烧状况良好时略高于96％，燃烧状况较差时候略低于96％；具体反映在飞灰与大渣的可燃物含量上。每只燃烧器出口的火焰高度，即燃烧出来的煤焰气流火炬中燃烧温度最高的点，通常在稍高于燃烧器出口上方的位置；
[0014]2)在深度空气分级低NOx燃烧技术中，虽然煤粉依旧磨得很细，但由于用于燃烧的氧化剂成分严重缺乏，主燃烧器出口即刻完成燃烧的成分远低于96％，因而每只燃烧器出口后的火焰温度最高点，决不会在稍高于燃烧器出口上方的位置；
[0015]锅炉炉膛是辐射式换热面，火焰温度对于炉膛的换热非常重要。煤粉进入锅炉后的放热行为发生如此大的变化，应该由炉膛的设计中有相应的体现，遗憾的是深度空气分级低NOx燃烧技术发展太快，目前还只能套用传统的设计理念来进行相应的工作。为了保证与实践中相符合，大家通常经验系数来修正计算结果。

技术实现思路

[0016]本专利技术的目的在于提供一种燃烧器出口燃料实时放热量的确定方法与系统，以用于炉膛的设计计算和运行中控制。
[0017]为了实现上述目的，第一方面，本专利技术提供了一种燃烧器出口燃料实时放热量的确定方法，其中，该方法包括：
[0018]获取深度空气分级燃烧中燃烧器单位量燃煤燃烧得到的CO完全燃烧释放的总热量；
[0019]获取单位量燃煤完全燃烧成二氧化碳的发热量；
[0020]基于获取得到的单位量燃煤燃烧得到的CO完全燃烧释放的总热量以及单位量燃煤完全燃烧成二氧化碳的发热量，确定燃烧器出口燃料实时放热量。
[0021]第二方面，本专利技术还提供了一种燃烧器出口燃料实时放热量的确定系统，其中，该系统包括：
[0022]第一获取模块：用于获取深度空气分级燃烧中燃烧器单位量燃煤燃烧得到的CO完全燃烧释放的总热量；
[0023]第二获取模块：用于获取单位量燃煤完全燃烧成二氧化碳的发热量；
[0024]放热量确定模块：用于基于获取得到的单位量燃煤燃烧得到的CO完全燃烧释放的总热量以及单位量燃煤完全燃烧成二氧化碳的发热量，确定燃烧器出口燃料实时放热量。
[0025]本专利技术提供的技术方案能够很好的实现确定炉膛燃烧器出口一定范围内在过量空气不足的条件下煤的真实发热量，以用于炉膛的设计计算和运行中控制。本专利技术提供的技术方案将炉内燃料不完全燃烧产生的放热量与燃料中燃烧生成一氧化碳CO相结合，实现了真实发热量的确定。
附图说明
[0026]图1为炉膛内深度空气分级燃烧器布置与NOx浓度分布示意图。
[0027]图2为本专利技术一实施例提供的燃烧器出口燃料实时放热量的确定方法的流程示意
图。
[0028]图3为本专利技术一实施例提供的燃烧器出口燃料实时放热量的确定系统的结构示意图。
具体实施方式
[0029]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚完整的描述。显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术的保护范围。
[0030]下面参考本专利技术的若干代表性实施方式，详细阐述本专利技术的原理和精神。
[0031]参见图2，为了实现上述目的，本专利技术提供了一种燃烧器出口燃料实时放热量的确定方法，其中，该方法包括：
[0032]步骤S1：获取本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃烧器出口燃料实时放热量的确定方法，其中，该方法包括：获取深度空气分级燃烧中燃烧器单位量燃煤燃烧得到的CO完全燃烧释放的总热量；获取单位量燃煤完全燃烧成二氧化碳的发热量；基于获取得到的单位量燃煤燃烧得到的CO完全燃烧释放的总热量以及单位量燃煤完全燃烧成二氧化碳的发热量，确定燃烧器出口燃料实时放热量。2.根据权利要求1所述的确定方法，其中，获取深度空气分级燃烧中燃烧器单位量燃煤燃烧得到的CO完全燃烧释放的总热量包括：获取深度空气分级燃烧中燃烧器的过量空气系数；获取燃煤收到基实际燃烧掉的碳元素含量；基于深度空气分级燃烧中燃烧器的过量空气系数以及燃煤收到基实际燃烧掉的碳元素质量含量确定单位量燃煤燃烧得到的CO完全燃烧释放的总热量；其中，当所述过量空气系数大于1时，单位量燃煤燃烧得到的CO完全燃烧释放的总热量为0；当所述过量空气系数不大于1时，单位量燃煤燃烧得到的CO完全燃烧释放的总热量通过下述公式进行确定：式中，q
CO
为单位量燃煤燃烧得到的CO完全燃烧释放的总热量，kJ/(kg燃煤)；为燃煤收到基实际燃烧掉的碳元素质量含量百分率，％；Q
CO
为单位质量一氧化碳的热值，kJ/kg；α为过量空气系数；其中，基于燃煤收到基实际燃烧掉的碳元素质量含量、过量空气系数、燃烧率和理论干空气量确定k的取值；基于燃煤收到基实际燃烧掉的碳元素质量含量、过量空气系数、燃烧率和理论干空气量确定k的取值通过下述公式进行：式中，α为过量空气系数；为燃煤收到基实际燃烧掉的碳元素质量含量百分率，％；V
a0
为理论干空气量，m3/kg；λ为燃烧率。3.根据权利要求1所述的确定方法，其中，获取深度空气分级燃烧中燃烧器单位量燃煤燃烧得到的CO完全燃烧释放的总热量包括：获取深度空气分级燃烧中燃烧器燃煤燃烧成为CO的碳元素占燃煤燃烧了的碳元素的份额；获取燃煤收到基实际燃烧掉的碳元素含量；基于燃煤燃烧成为CO的碳元素占燃煤燃烧了的碳元素的份额以及燃煤收到基实际燃烧掉的碳元素质量含量确定深度空气分级燃烧中燃烧器单位量燃煤燃烧得到的CO完全燃烧释放的总热量；优选地，单位量燃煤燃烧得到的CO完全燃烧释放的总热量通过下述公式进行确定：
式中，q
CO
为单位量燃煤燃烧得到的CO完全燃烧释放的总热量，kJ/(kg燃煤)；r
CO
为燃煤燃烧成为CO的碳元素占燃煤燃烧了的碳元素的份额；为燃煤收到基实际燃烧掉的碳元素质量含量百分率，％；Q
CO
为单位质量一氧化碳的热值，kJ/kg。4.根据权利要求3所述的确定方法，其中，获取深度空气分级燃烧中燃烧器燃煤燃烧成为CO的碳元素占燃煤燃烧了的碳元素的份额包括：获取深度空气分级燃烧中燃烧器燃煤燃烧产生的烟气中CO和CO2的含量；基于深度空气分级燃烧中燃烧器燃煤燃烧产生的烟气中CO和CO2的含量，确定深度空气分级燃烧中燃烧器燃煤燃烧成为CO的碳元素占燃煤燃烧了的碳元素的份额；优选地，通过下述公式确定深度空气分级燃烧中燃烧器燃煤燃烧成为CO的碳元素占燃煤燃烧了的碳元素的份额：式中，烟气中CO的体积含量；为烟气中CO2的体积含量；r
CO
为燃煤燃烧成为CO的碳元素占燃煤燃烧了的碳元素的份额。5.根据权利要求3所述的确定方法，其中，获取深度空气分级燃烧中燃烧器燃煤燃烧成为CO的碳元素占燃煤燃烧了的碳元素的份额包括：获取深度空气分级燃烧中燃烧器的过量空气系数；获取理论干空气量；基于所述燃煤收到基实际燃烧掉的碳元素质量含量、所述过量空气系数和所述理论干空气量确定深度空气分级燃烧中燃烧器燃煤燃烧成为CO的碳元素占燃煤燃烧了的碳元素的份额；优选地，当所述过量空气系数大于1时，深度空气分级燃烧中燃烧器燃煤燃烧成为CO的碳元素占燃煤燃烧了的碳元素的份额为0；优选地，当所述过量空气系数不大于1时，通过下述公式确定深度空气分级燃烧中燃烧器燃煤燃烧成为CO的碳元素占燃煤燃烧了的碳元素的份额：式中，α为过量空气系数；为燃煤收到基实际燃烧掉的碳元素质量含量百分率，％；r
CO
为燃煤燃烧成为CO的碳元素占燃煤燃烧了的碳元素的份额；为理论干空气量，m3/kg；λ为燃烧率。6.根据权利要求1所述的确定方法，其中，获取深度空气分级燃烧中燃烧器单位量燃煤燃烧得到的CO完全燃烧释放的总热量包括：获取深度空气分级燃烧中燃烧器单位量燃煤燃烧得到的CO的量；基于获取得到的深度空气分级燃烧中燃烧器单位量燃煤燃烧得到的CO的量确定单位量燃煤燃烧得到的CO完全燃烧释放的总热量；其中，
单位量燃煤燃烧得到的CO完全燃烧释放的总热量基于下述公式确定：q
CO
＝m
CO
·
Q
CO
式中，q
CO
为单位量燃煤燃烧得到的CO完全燃烧释放的总热量，kJ/(kg燃煤)；Q
CO
为单位质量一氧化碳的热值，kJ/kg；m
CO
为单位量燃煤燃烧得到的CO的量，kg/(kg燃煤)。7.根据权利要求2或3所述的确定方法，其中，获取燃煤收到基实际燃烧掉的碳元素含量基于下述公式进行：式中，C
ar
为燃煤收到基碳元素质量含量百分率，％；C
f,as
为飞灰中碳元素质量含量百分率，％；C
s,as
为大渣中碳元素质量含量百分率，％；r
f,as
为飞灰中灰量占燃煤总灰量的质量份额，％；r
s,as
为大渣中灰量占燃煤总灰量的质量份额，％；A
ar
为燃煤收到基灰分质量含量百分率，％；为燃煤收到基实际燃烧掉的碳元素质量含量百分率，％。8.根据权利要求2或5所述的确定方法，其中，干空气量基于下述公式进行：其中，式中，V
a0
为理论干空气量，m3/kg；H
ar
为燃煤收到基氢元素质量含量百分率，％；O
ar
为燃煤收到基氧元素质量含量百分率，％；S
ar
为燃煤收到基硫元素质量含量百分率，％；为燃煤收到基实际燃烧掉的碳元素质量含量百分率，％；C
ar
为燃煤收到基碳元素质量含量百分率，％；C
f,as
为飞灰中碳元素质量含量百分率，％；C
s,as
为大渣中碳元素质量含量百分率，％；r
f,as
为飞灰中灰量占燃煤总灰量的质量份额，％；r
s,as
为大渣中灰量占燃煤总灰量的质量份额，％；A
ar
为燃煤收到基灰分质量含量百分率，％；理论干空气量基于下述公式进行：式中，为理论干空气量，m3/kg；K为与煤种相关的，其取值参考电力行业标准DL/T904
‑
2015；Q
net.ar
为燃煤收到基低位发热量，kJ/kg。9.根据权利要求1所述的确定方法，其中，燃烧器出口燃料实时放热量基于下述公式确定：式中，q
CO
为单位量燃煤燃烧得到的CO完全燃烧释放的总热量，kJ/(kg燃煤)；为单位量燃煤完全燃烧成二氧化碳的发热量，kJ/(kg燃煤)；Q
af,net,ar
为燃烧器出口燃料实时放热量，kJ/(kg燃煤)。10.根据权利要求1所述的确定方法，其中，获取单位量燃煤完全燃烧成二氧化碳的发热量基于下述公式进行：
式中，为单位量燃煤完全燃烧成二氧化碳的发热量，kJ/(kg燃煤)；Q
net.ar
为燃煤收到基低位发热量，kJ/(kg燃煤)；C
f,as
为飞灰中碳元素质量含量百分率，％；C
s,as
为大渣中碳元素质量含量百分率，％；r
f,as
为飞灰中灰量占燃煤总灰量的质量份额，％；r
s,as
为大...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵振宁，
申请(专利权)人：国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：