[发明专利]一种火力发电厂锅炉燃烧效率智能化分析系统及方法

说明书

本发明公开了一种火力发电厂锅炉燃烧效率智能化分析系统及方法，该系统和方法是采取开环控制和闭环控制相结合的方式；包括锅炉实时测量和计算模块、目标控制模块、策略控制模块和边界评判模块；分析方法基于O2/CO的耦合关系，以锅炉热效率为主要控制目标，兼顾NOx、CO浓度；通过燃烧优化试验，确定了O2/CO浓度与灰渣含碳量、NOx浓度的关联性，确定了不同负荷下制粉系统运行参数和锅炉O2/CO最佳协同运行参数；根据试验研究，制定出O2/CO最佳协同运行方案，并在DCS上修改相关控制逻辑，形成一套具有自主知识产权的智能化燃烧效率分析系统，智能化的提示当前最佳运行方案，指导运行人员进行燃烧调整，按照方案运行，实现了锅炉效率提高1％以上。

技术领域

本发明涉及火电厂燃煤锅炉的优化运行技术领域，具体的说，尤其涉及一种火力发电厂锅炉燃烧效率智能化分析系统及方法。

背景技术

电站锅炉炉内煤粉燃烧是一个复杂的多项流物理、化学变化过程，锅炉燃烧系统是一个非线性、多变量、强耦合的复杂系统，单一变量的调节影响会其他参数，属于典型的多目标的优化系统，即在保证污染物排放达标的前提下，追求锅炉运行安全性、经济性和环保性的综合指标最优，使综合成本最小化。

锅炉效率是重要的经济指标，主要受排烟热损失、固体未完全燃烧热损失和气体未完全燃烧热损失的影响，而这三项热损失互相牵制，均与运行氧量及炉膛温度相关，运行氧量又与影响气体未完全燃烧热损失的CO浓度有关。因此要达到锅炉效率最高、热损失之和最小的目的，需要通过监测炉膛温度、炉内O2和CO浓度，得到锅炉最佳空气过量系数。

炉膛结渣和水冷壁高温腐蚀是影响机组安全运行、降低锅炉寿命的主要原因之一。运行氧量不但影响炉膛出口CO浓度分布，而且影响炉膛水冷壁近壁区还原性气体(H2S、CO)浓度，实践证明当水冷壁近壁区CO浓度高于3％时水冷壁高温腐蚀问题已经较为严重；在强还原性气氛中灰熔点降低，加剧炉膛区域结渣问题，同时，氧量的骤然降低导致氧气从水冷壁管中析出，造成水冷壁管道加速老化、变薄，造成不必要的损失。为了保证锅炉安全稳定的运行，控制水冷壁高温腐蚀和结渣风险，需要做好运行氧量和近壁区CO浓度的协同控制。

NOx是燃煤锅炉排放的最主要的污染物之一，按其产生主要分为燃料型和热力型，燃料型NOx的生成主要与煤质有关，热力型NOx受炉膛温度影响较大。为了利用深度分级配风减少NOx的生成量、增加还原量，低氮燃烧降低了主燃区炉膛温度和氧浓度，推迟了煤粉着火时间、提升了火焰中心高度，整个主燃烧器区域为还原性气氛，使得大量未燃尽碳和未燃尽可燃气体需要在燃尽区二次燃尽，炉膛出口CO浓度和飞灰含碳量升高，增加了锅炉q3和q4热损失，降低了锅炉热效率，加剧水冷壁高温腐蚀及炉膛结焦的风险。由此可知，NOx浓度与强化燃烧在理论上是矛盾的存在，在煤质一定的情况下，其关键影响因素是运行氧量及配风方式。

综上所述，锅炉燃烧调整及控制需要综合考虑锅炉热效率、NOx、近壁区和省煤器出口CO浓度等众多指标，而锅炉燃烧过程涉及多边界、多变量的耦合控制，实际运行控制过程很难做到多个耦合变量的准确控制和调整，若以所有变量作为优化目标，优化控制系统就非常复杂且难以达到理想效果。

基于以上论述分析可知，锅炉燃烧最主要的控制目标包括锅炉热效率、NOx、炉膛水冷壁近壁区CO、省煤器出口CO浓度和炉膛温度分布，而这些控制目标的共同影响因素为运行氧量和配风方式，依据问题的本质提出了基于O2/CO的耦合关系为主线的解决思路，以锅炉热效率为主要控制目标，兼顾NOx、CO浓度控制的燃烧效率智能化分析系统和方法。基于该系统使锅炉运行的经济指标、环保指标(NOx、CO浓度)和安全指标达到最佳平衡状态。

发明内容

本发明的目的在于提供一种火力发电厂锅炉燃烧效率智能化分析系统及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。