炉膛火焰过量空气系数确定方法、系统与装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种炉膛火焰过量空气系数确定方法、系统与装置。该方法包括：获取深度空气分级燃烧中主燃区产生的欠氧烟气中CO和CO2的含量；获取燃煤收到基实际燃烧掉的碳元素的含量，或者，获取深度空气分级燃烧得到的烟气中一氧化碳的体积和二氧化碳的体积；获取理论干空气量；基于主燃区产生的欠氧烟气中CO和CO2的含量、燃煤收到基实际燃烧掉的碳元素的含量以及理论干空气量确定炉膛火焰过量空气系数，或者，基于主燃区产生的欠氧烟气中CO和CO2的含量、深度空气分级燃烧得到的烟气中一氧化碳的体积和二氧化碳的体积以及理论干空气量确定炉膛火焰过量空气系数。气量确定炉膛火焰过量空气系数。气量确定炉膛火焰过量空气系数。

【技术实现步骤摘要】
炉膛火焰过量空气系数确定方法、系统与装置


[0001]本专利技术属于锅炉燃烧
，特别涉及一种炉膛火焰过量空气系数确定方法、系统与装置。

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NO
x
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、间接地依靠最终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NO
x
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NO
x
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炉膛火焰过量空气系数确定方法与系统以及适用于进行炉膛火焰过量空气系数确定的装置，来对锅炉进行更好的控制。
[0017]为了实现上述目的，第一方面，本专利技术提供了一种炉膛火焰过量空气系数确定方法，其中，该方法包括：
[0018]获取深度空气分级燃烧中主燃区产生的欠氧烟气中CO和CO2的含量；
[0019]获取燃煤收到基实际燃烧掉的碳元素的含量(即燃煤收到基碳元素并且在锅炉中发生化学反应的含量，即燃料中实际燃烧掉的碳元素含量)；或者；获取深度空气分级燃烧得到的烟气中一氧化碳的体积和二氧化碳的体积；
[0020]获取理论干空气量；
[0021]基于主燃区产生的欠氧烟气中CO和CO2的含量、燃煤收到基实际燃烧掉的碳元素的含量以及理论干空气量确定炉膛火焰过量空气系数；或者；基于主燃区产生的欠氧烟气中CO和CO2的含量、深度空气分级燃烧得到的烟气中一氧化碳的体积和二氧化碳的体积以及理论干空气量确定炉膛火焰过量空气系数。
[0022]第二方面，本专利技术还提供了一种炉膛火焰过量空气系数确定系统，其中，该系统包括：
[0023]第一获取模块：用于获取深度空气分级燃烧中主燃区产生的欠氧烟气中CO和CO2的含量；
[0024]第二获取模块：用于获取燃煤收到基实际燃烧掉的碳元素的含量(即燃煤收到基碳元素并且在锅炉中发生化学反应的含量，即燃料中实际燃烧掉的碳元素含量)；或者；用于获取深度空气分级燃烧得到的烟气中一氧化碳的体积和二氧化碳的体积；
[0025]第三获取模块：用于获取理论干空气量；
[0026]过量空气系数确定模块：用于基于主燃区产生的欠氧烟气中CO和CO2的含量、燃煤收到基实际燃烧掉的碳元素的含量以及理论干空气量确定炉膛火焰过量空气系数；或者；用于基于主燃区产生的欠氧烟气中CO和CO2的含量、深度空气分级燃烧得到的烟气中一氧
化碳的体积和二氧化碳的体积以及理论干空气量确定炉膛火焰过量空气系数。
[0027]第三方面，本专利技术还提供了一种本专利技术还提供了一种炉膛火焰过量空气系数确定装置，该装置包括：
[0028]入口端与深度空气分级燃烧锅炉的常规燃烧器(即主燃烧器)与SOFA燃烧器之间的炉膛连通的烟气导管；
[0029]与烟气导管连通的第一烟气成分检测设备，所述第一烟气成分检测设备用于检测欠氧烟气中CO和CO2的含量。
[0030]在现有技术中，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种炉膛火焰过量空气系数确定方法，其中，该方法包括：获取深度空气分级燃烧中主燃区产生的欠氧烟气中CO和CO2的含量；获取燃煤收到基实际燃烧掉的碳元素的含量；或者；获取深度空气分级燃烧得到的烟气中一氧化碳的体积和二氧化碳的体积；获取理论干空气量；基于主燃区产生的欠氧烟气中CO和CO2的含量、燃煤收到基实际燃烧掉的碳元素的含量以及理论干空气量确定炉膛火焰过量空气系数；或者；基于主燃区产生的欠氧烟气中CO和CO2的含量、深度空气分级燃烧得到的烟气中一氧化碳的体积和二氧化碳的体积以及理论干空气量确定炉膛火焰过量空气系数。2.根据权利要求1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的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，％；获取理论干空气量基于下述公式进行：其中，式中，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，％；获取理论干空气量根基于下述公式进行：式中，为理论干空气量，m3/kg；K为与煤种相关的系数，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。3.根据权利要求1或2所述的确定方法，其中，基于主燃区产生的欠氧烟气中CO和CO2的含量、燃煤收到基实际燃烧掉的碳元素的含量以及理论干空气量确定炉膛火焰过量空气系数包括：基于主燃区产生的欠氧烟气中CO和CO2的含量，确定燃煤中碳元素燃烧成为CO的燃煤份额；
基于燃煤中碳元素燃烧成为CO的燃煤份额、燃煤收到基实际燃烧掉的碳元素的含量以及理论干空气量确定炉膛火焰过量空气系数；优选地，通过下述公式确定燃煤中碳元素燃烧成为CO的燃煤份额：式中，r
COinFg
为主燃区产生的欠氧烟气中CO的体积含量；为主燃区产生的欠氧烟气中CO2的体积含量；r
CO
为燃煤中碳元素燃烧成为CO的燃煤份额。4.根据权利要求3所述的确定方法，其中，通过下述公式确定炉膛火焰过量空气系数：式中，α为炉膛火焰过量空气系数；为燃煤收到基实际燃烧掉的碳元素质量含量百分率，％；r
CO
为燃煤中碳元素燃烧成为CO的燃煤份额；为理论干空气量，m3/kg；λ为主燃区的燃烧率，％。5.根据权利要求3所述的确定方法，其中，基于燃煤中碳元素燃烧成为CO的燃煤份额、燃煤收到基实际燃烧掉的碳元素的含量以及理论干空气量确定炉膛火焰过量空气系数包括：基于燃煤中碳元素燃烧成为CO的燃煤份额以及燃煤收到基实际燃烧掉的碳元素的含量确定实际供给燃煤燃烧的干空气量；基于实际供给燃煤燃烧的干空气量与理论干空气量确定炉膛火焰过量空气系数；优选地，基于燃煤中碳元素燃烧成为CO的燃煤份额以及燃煤收到基实际燃烧掉的碳元素的含量确定实际供给燃煤燃烧的干空气量通过下述公式进行：式中，为理论干空气量，m3/kg；为实际供给燃煤燃烧的干空气量，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，％；优选地，基于实际供给燃煤燃烧的干空气量与理论干空气量确定炉膛火焰过量空气系数可以通过下述公式进行：式中，α为炉膛火焰过量空气系数；为理论干空气量，m3/kg；为实际供给燃煤燃烧的干空气量，m3/kg。6.根据权利要求1或2所述的确定方法，其中，基于主燃区产生的欠氧烟气中CO和CO2的含量、燃煤收到基实际燃烧掉的碳元素的含量以及理论干空气量确定炉膛火焰过量空气系数，通过下述公式进行：
式中，α为炉膛火焰过量空气系数；为燃煤收到基实际燃烧掉的碳元素质量含量百分率，％；为理论干空气量，m3/kg；λ为主燃区的燃烧率，％；r
COinFg
为主燃区产生的欠氧烟气中CO的体积含量；为主燃区产生的欠氧烟气中CO2的体积含量。7.根据权利要求1或2所述的确定方法，其中，基于主燃区产生的欠氧烟气中CO和CO2的含量、深度空气分级燃烧得到的烟气中一氧化碳的体积和二氧化碳的体积以及理论干空气量确定炉膛火焰过量空气系数通过下述公式进行：式中，α为炉膛火焰过量空气系数；为理论干空气量，m3/kg；r
COinFg
为主燃区产生的欠氧烟气中CO的体积含量；为主燃区产生的欠氧烟气中CO2的体积含量；为深度空气分级燃烧得到的烟气中CO的体积，m3/kg；V
CO
为深度空气分级燃烧得到的烟气中CO2的体积，m3/kg。8.根据权利要求1或2所述的确定方法，其中，基于主燃区产生的欠氧烟气中CO和CO2的含量、深度空气分级燃烧得到的烟气中一氧化碳的体积和二氧化碳的体积以及理论干空气量确定炉膛火焰过量空气系数包括：基于主燃区产生的欠氧烟气中CO和CO2的含量、深度空气分级燃烧得到的烟气中一氧化碳的体积和二氧化碳的体积，确定主燃区产生的欠氧烟气的干烟气量；基于主燃区产生的欠氧烟气的干烟气量以及理论干空气量确定炉膛火焰过量空气系数；优选地，通过下述公式确定主燃区产生的欠氧烟气的干烟气量：式中，为主燃区产生的欠氧烟气的干烟气量，m3/kg；r
COinFg
为主燃区产生的欠氧烟气中CO的体积含量；为主燃区产生的欠氧烟气中CO2的体积含量；为深度空气分级燃烧得到的烟气中CO的体积，m3/kg；V
CO
为深度空气分级燃烧得到的烟气中CO2的体积，m3/kg。9.根据权利要求8所述的确定方法，其中，通过下述公式确定炉膛火焰过量空气系数：式中，α为炉膛火焰过量空气系数；为主燃区产生的欠氧烟气的干烟气量，m3/kg；为理论干空气量，m3/kg。10.根据权利要求8所述的确定方法，其中，基于主燃区产生的欠氧烟气的干烟气量以及理论干空气量确定炉膛火焰过量空气系数包括：
基于理论干空气量，确定理论干烟气量；基于主燃区产生的欠氧烟气的干烟气量、理论干烟气量以及理论干空气量确定炉膛火焰过量空气系数；优选地，确定炉膛火焰过量空气系数通过下述公式进行：式中，α为炉膛火焰过量空气系数；为主燃区产生的欠氧烟气的干烟气量，m3/kg；为理论干空气量，m3/kg；为理论干烟气量，m3/kg。11.根据权利要求1或2所述的确定方法，其中，基于主燃区产生的欠氧烟气中CO和CO2的含量、深度空气分级燃烧得到的烟气中一氧化碳的体积和二氧化碳的体积以及理论干空气量确定炉膛火焰过量空气系数包括：基于理论干空气量，确定理论干烟气量；基于主燃区产生的欠氧烟气中CO和CO2的含量、深度空气分级燃烧得到的烟气中一氧化碳的体积和二氧化碳的体积、理论干烟气量以及理论干空气量确定炉膛火焰过量空气系数；优选地，基于主燃区产生的欠氧烟气中CO和CO...

【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：