2007通過控制煙氣參數(shù)改善鍋爐性能(精)

1、第 3 期（總第 139 期）2007 年 6 月山西電力SHANXI ELECTRIC POWERNo13（Ser1139）Jun12007通過控制煙氣參數(shù)改善鍋爐性能李濤 1,任生友 2 劉淑敏 3（11 山西電建四公司，山西太原 030001;21 江西豐城發(fā)電有限公司，江西豐城331100;31 北京普瑞電力科技有限公司，北京 100055）摘要:,、可靠性、經(jīng)濟性以及降低污染物排放，技術(shù)手段的欠缺，算,，有關(guān)鍵詞：;爐膛 測溫儀;CO2 氣體輻射光譜:K22711文獻標識碼:B 文章編號:167120320（2007）0320028204f）燃料:煤質(zhì)（可燃基揮發(fā)分）。g）煤粉與二次

2、風的分配。h）給水溫度等。1 煙氣參數(shù)的監(jiān)測和控制傳統(tǒng)的鍋爐運行對于煙氣參數(shù)的監(jiān)測和控制是在設(shè)計的假定和熱工分散控制下進 行的。鍋爐設(shè)計中涉及到煙氣側(cè)和蒸汽側(cè)的能量平衡?，F(xiàn)代控制理論指導下的鍋 爐控制系統(tǒng),需要更多過程參數(shù)來建立系統(tǒng)的數(shù)學模型，爐膛出口煙氣溫度,FEGT（FurnaceExitGasTemperature 是反映爐膛燃燒、能量平衡和熱量交換 1 個 重要過程參數(shù)，這一特別控制點 FEGT，對鍋爐的運行的安全性、可靠性、經(jīng)濟性以 及降低污染物排放，延長鍋爐使用壽命有著重要的作用和影響。通常，爐膛出口是 對流區(qū)和輻射區(qū)的分界點,FEGT 是鍋爐設(shè)計和運行的非常重要的邊界參數(shù)。FEG

3、T 受以下運行參數(shù)影響。a）過量空氣系數(shù)：風量的影響。b）爐膛熱吸收率：爐膛換熱面臟污程度。c）磨煤機的投運情況：煤粉量和細度。d） 運行方式:燃燒器投運情況及燃燒器擺角；一次風溫度，配風風速等。e） 低 NOX 運行。收稿日期:2006212230 修回日期:2007202226 作者簡介:李 濤（19682）,男，江蘇南通人,1988 年畢業(yè)于南昌航空學院無損檢測專業(yè)，工程師；任生友（19722）男，江西豐城人,1992 年畢業(yè)于江西電力技術(shù)學院熱動專業(yè)，工程師;劉淑敏（19672）女，北京人,1989 年畢業(yè)于北京理工大學熱動專業(yè)，高級工程師。 通過對 FEGT 這一關(guān)鍵參數(shù)的控制，鍋爐

4、專業(yè)人員可以更準確的掌握鍋爐運行情況 和有效的控制和改善鍋爐的性能（包括經(jīng)濟性、安全性、可靠性、排放物等）,如果 FEGT偏離了設(shè)計值，可能產(chǎn)生如下情況。a） 爐膛結(jié)焦、結(jié)渣。b） 過熱器和再熱器部位的腐蝕加快；縮短重要部件壽命,增加維修費用。c） 可能造成超溫；發(fā)生過熱器、再熱器管的超溫爆管或金屬蠕變、失效。d） 造成過熱蒸汽或再熱蒸汽溫度偏差，增加減溫水投用，熱效率降低。e） 排煙溫度升高，排煙損失增大，熱效率降低。111 結(jié)焦和積灰控制控制爐膛出口溫度可能減少爐膛上部的結(jié)焦問題；控制 FEGT 低于煤灰的熔融、軟 化溫度，可以使干燥的煤灰不能粘附在換熱管上，因此避免了結(jié)焦的發(fā)生。同時能

5、明顯的改善對流通道內(nèi)的積灰問題；如果對流煙道的積灰得到減少，過熱器和引風 機的能耗將會降低，從而提高了熱負荷，也能防止吹灰器的腐蝕。112 吹灰 煤灰的粘結(jié)和沉積阻礙了換熱也限制了煙氣的流動。因此鍋爐煙氣側(cè)換熱管的清 潔對于維持鍋? 28?2007 年 6 月李 濤，等:通過控制煙氣參數(shù)改善鍋爐性能研究與實踐爐的正常運行是必須的。保證煙氣的正常流動和換熱器的正常工作，吹灰是清除煤灰的有效手段。為了使吹灰器有效運行，應建立 1 套科學合理的管理方法。吹灰器 投運的基本目的是為了最低限度的減少鍋爐換熱的損失，但吹灰器的使用也會損失熱能和對換熱器造成沖刷腐蝕，利用 FEGT 確定吹灰時機和吹掃方案會

6、給運行人員 很大幫助。FEGT 可以作為基本參數(shù)用以建立自動的吹灰程序或指導運行人員進行手動吹 灰。如果FEGT 超過了原始的設(shè)計值，表明爐膛換熱面表面已經(jīng)受到了污染，運行 人員應進行爐膛吹灰；當 FEGT 達到或低于設(shè)計值后，應停止吹灰。過多的爐膛吹 灰不僅浪費了能量，而且可能產(chǎn)生吹灰器附近水冷壁的沖刷腐蝕問題。113 煤灰（液態(tài)）量大于 315025%時，這些成分促腐蝕性。當鍋爐在偏高的爐膛出口溫度（直接反映水冷壁的清潔度）下運行時,具有上述灰成分的煤灰易造成灰腐蝕。對于高硫分的燃煤,維持 FEGT 低于煤灰熔融溫度 50C,使干燥的煤灰流過對流道,能減少煤灰對過熱器的腐蝕。114 過熱蒸

7、汽溫度的控制熱器系統(tǒng)的吸熱量、受熱面的布置和煙氣通道尺寸等因素有關(guān)。目前電廠使用的大型燃煤鍋爐，運行時的爐膛出口煙溫（FEGT）決定 了過熱器和再熱器各級受熱面的進口煙溫，它對各級受熱面的吸熱量和汽溫影響很 大。例如，在某電廠 420t 超高壓中間再熱鍋爐的熱力試驗表明，爐膛出口煙溫變化 出 C,過熱蒸汽溫度同向變化約 C。2 運用遠紅外測溫系統(tǒng)測量爐膛出口溫度對電廠鍋爐來說,FEGT 是一個關(guān)鍵性的參數(shù)，測進行監(jiān)測,FEGT，超過其所能承受的 限度時必須將其收縮回來，以免被燒毀。過去以往的問題在于缺少在線測量高溫煙 氣溫度的儀器和技術(shù)。隨著科學技術(shù)的飛速發(fā)展，一種發(fā)源于航天測控的遠紅外線溫度

8、測量技術(shù)已被應用 于煙氣溫度的測量，這種特殊的探測器可以準確測量燃燒進程中爐膛內(nèi)產(chǎn)生的炙熱 CO2氣體的輻射的特征光譜，并通過特別的窄帶窗口（濾波器）濾掉其它輻射源發(fā)出 的譜線，遠紅外探測器可以測定輻射源的密度（能量）。因為遠紅外探測器僅僅對高 溫（發(fā)熱）CO2 氣體輻射的特征譜線具有敏感性，因此其可對于四角切圓鍋爐，通常用燃燒器上下的擺動來控制最終和主蒸汽溫度。在中、低 負荷情況下,燃燒器上擺，用以得到要求的主汽溫度；在高負荷時，燃燒器下擺或水平 可以增大燃料在爐內(nèi)的停留時間，有利于完全燃燒。燃燒器的上擺可能使 FEGT 升 高，從而可能產(chǎn)生結(jié)渣和積灰問題。如果最后的主汽溫度沒有達到要求值，

9、可以通過過?？諝饬浚ㄟ^氧量）和燃燒器的擺動相結(jié)合來維持 FEGT 在允許極限值內(nèi)。115 低NOX 燃燒以直接測試某一區(qū)域內(nèi)的 CO2 氣體的溫度。遠紅外輻射式高溫測量儀是遠距離非接觸式測量裝置，其可以安裝在任何觀察孔、 檢修口或穿過鍋爐和墻面安裝。具有可靠的保護性外殼（防護等級 IP）并配有壓縮空氣冷卻、吹掃設(shè)施。壓縮空氣帶有過濾凈化裝置，可在線工作于環(huán)境惡劣的測試 環(huán)境。其安裝使用極其簡便，輸出信號可以直接顯示和遠傳，測量爐膛內(nèi)煙氣的溫 度范圍是 1201750C。如果用戶有特殊的需求，該儀器可以設(shè)置更大的量程。211 爐膛測溫儀傳感器原理和應用遠紅外線輻射測溫儀是對鍋爐煙氣溫度具有敏感性

10、的探測器。被加熱的CO2 氣體處于原子被激勵的狀態(tài)，其特定的波長通過遠紅外線遙測的方法能夠準確檢測到，隨著鍋爐內(nèi)溫度的升高，在特定遠紅外光譜的遠紅外線的密度也隨之增大。以碳為主體燃料成分的鍋爐，燃燒過程都要產(chǎn)生 C02 氣體，所以 C02 氣體輻射光譜 的測量適合于所有鍋爐。在電站鍋爐和民用鍋爐的燃燒產(chǎn)物中 ,C02 氣體的濃度在 10%12%以上，這一濃度達到了遠紅外線輻射測溫儀檢測溫度的界限值。? 29?鍋爐安裝低 NOX 燃燒器通常會導致火焰增長和未燃盡碳量的增加，存在二次燃燒 的可能性，加劇了在對流煙道和省煤器發(fā)生結(jié)渣和煤灰沉積。缺氧燃燒被廣泛的應 用于低 NOX燃燒中，由于爐膛區(qū)域的

11、嚴重缺氧，形成還原性氣氛,加劇了向火側(cè)水冷 壁管的腐蝕。燃料的燃燒焰炬加長或二次燃燒，使 FEGT 升高，造成過熱器和再熱 器管的超溫過熱。因此，運行人員必須密切關(guān)注的問題是維持 FEGT 在設(shè)計值限度 內(nèi)，否則，會給鍋爐帶來一系列的問題和隱患。現(xiàn)代大容量鍋爐的爐膛出口煙溫與過熱器和再可研究與實踐山西電力21214 低 NOX 燃燒應用2007 年第 3 期因為遠紅外線輻射測溫儀將爐膛內(nèi)的 CO2 氣體作為半透明或不透明的介質(zhì)來看待，在測溫儀的視角錐范圍內(nèi)（30 : 1）,當被觀測調(diào)整 得離溫度感受元件最遠時，氣體分子的容量最大。由于窄帶光譜過濾器是具有選擇 性的，因此對較熱的氣體比較冷的氣體

12、（較冷的氣體離感受元件更近，因此其在測溫 儀視角范圍內(nèi)所包含的體積更?。└妆黄涓惺艿?。作為 1 個推論，遠紅外線輻射 測溫儀感受的是鍋爐內(nèi)受熱的煙氣，并顯示出 1 個代表整個鍋爐環(huán)境的溫度讀數(shù)。 其次，響應時間快（響應時間約為 100ms），比如說在對 10s 的數(shù)據(jù)（共計 100 個讀數(shù)）進行平均時,則會產(chǎn)生 1個代表由上游流過測溫儀的受熱流體的溫度讀數(shù)，并可將 處理過的數(shù)據(jù)繪制在 1 條時間的關(guān)系曲線上。顯然,。當探測器檢測到 1 個比現(xiàn)在溫度更高的溫度值時，將更新存儲數(shù)據(jù)和顯示，并開始1 個新的記錄時間段；如果一直沒有檢測到更高的溫度值，探測器將維持數(shù) 據(jù)，直到這一時間記錄段的結(jié)束。2

13、12 爐膛測溫儀的典型應用 21211 鍋爐啟動 過程控制此系統(tǒng)可以用于監(jiān)測鍋爐啟動過程中煙氣溫度。電站鍋爐一般裝有可伸縮的測溫 探測器。遠紅外線輻射測溫儀鍋爐靈敏探測器可以替代傳統(tǒng)的可伸縮探測器，并可以進行鍋爐啟動和運行階段的煙氣溫度監(jiān)測。遠紅外線輻射測溫儀具有造價低、使用方便、維護簡單等優(yōu)點。21212 吹灰器控制 通過將該系統(tǒng)的煙氣溫度設(shè)置在特定的溫度窗口，控制選擇性還原系統(tǒng)噴入尿素或氨來最大限度的減少 NOX 的生成。21215 在循環(huán)硫化床鍋爐上的應用該系統(tǒng)可以用于硫化床鍋爐的煙氣溫度監(jiān)測，在溫度能夠得到有效控制的前提下，適當提高或保持床溫在高限附近運行，可以明顯降低飛灰可燃物；同時

14、可以輔助決 定在合適的溫度下將石灰顆粒噴入到煙氣中，用于脫硫和常規(guī)運行控制。21216 鍋爐性能監(jiān)測，通過軟件 17 四角切圓鍋爐火焰中心的控制 在爐膛的四角安裝 2 個或更多的探測器來判斷爐膛火焰的狀況，通過調(diào)整改變鍋爐 偏燒的問題。21218 廢物焚燒爐上的應用該系統(tǒng)可以用來監(jiān)測煙氣溫度，使有毒廢物保持在適當?shù)臏囟冗M行焚燒，減少二惡 英的污染，遠紅外線輻射測溫儀能確認符合 NIST 標準。21219 監(jiān)測碳黑溫度 余熱鍋爐的煙氣溫度對于操作和有效的利用能量非常重要。過高的溫度可能產(chǎn)生 過多的廢氣和碳黑粒子，粘污在過熱器和再熱器處，阻礙了熱量的傳遞。213 FEGT 應用于鍋爐系統(tǒng)運行優(yōu)化經(jīng)

15、典控制理論指導下的熱工控制系統(tǒng)，只關(guān)注邏輯控制單元的輸入和輸出。在分散 和有限變量的控制模式下，無法實現(xiàn)鍋爐系統(tǒng)的運行優(yōu)化控制。現(xiàn)代控制理論提出 了過程控制觀點，需要對鍋爐系統(tǒng)的過程進行深入的了解和有效的控制。鍋爐的優(yōu) 化運行需要正確的煙氣側(cè)過程參數(shù)的監(jiān)測和控制，然而現(xiàn)在大多數(shù)鍋爐缺少合適的 煙氣側(cè)在線監(jiān)測手段。燃燒和空氣混合，在爐內(nèi)產(chǎn)生激烈的燃燒，傳統(tǒng)鍋爐的一次 風溫和排煙溫度是通常的在線監(jiān)測控制點，這 2 點代表了風煙系統(tǒng)的輸入和輸出的 溫度參數(shù)。爐膛出口溫度監(jiān)測，增加了用于邏輯控制的過程參數(shù)。從傳統(tǒng)的一次風 溫、排煙溫度的兩點邏輯控制方式提升為燃燒器、爐膛出口溫度FEGT、排煙溫度 3

16、點邏輯控制方式。實測爐膛出口煙溫作為控制邏輯回饋參數(shù)具有實時準確等 優(yōu)勢,在燃燒控制、性能優(yōu)化等方面均有實際意義。FEGT 這個關(guān)鍵點位于燃燒流 程的中間位置，它的正常運行數(shù)據(jù)、瞬間變化和變化趨勢等等，可以作為判斷爐內(nèi) 燃燒狀況、氮氧化物排放、受熱面污染以及過熱器、再 實時 FEGT 數(shù)據(jù)傳送到控制室，運行人員可以根據(jù) FEGT 值進行吹灰器投/停的自 動控制。它也可以用于提醒運行人員進行手動吹灰操作。例如：如果爐膛出口溫度FEGT 超過了原始設(shè)計值后，應該停止爐膛吹掃。過多的爐膛吹掃不僅造成能源的 浪費,也可能造成水冷壁的沖刷腐蝕問題。通過監(jiān)測爐膛出口溫度FEGT 與主蒸汽溫度,可以指導吹灰

17、器的正確使用。21213 結(jié)焦/積灰控制與過/再熱器保護 爐膛出口溫度FEGT 應該低于煤灰的軟化（熔融）溫度,減少結(jié)焦和積灰。FEGT 超 過設(shè)計值，會造成運行環(huán)境的改變和吊屏的超溫。運行人員可以通過吹灰，改變過?？諝饬?，改變?nèi)紵鞯慕M合方式和擺角，改變火焰長度和其它的方法進行調(diào)整，也可以采用其作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，設(shè)計自動控制系統(tǒng)對這些操作方式進行優(yōu)化組合。？303 |2007 年 6 月李 濤，等:通過控制煙氣參數(shù)改善鍋爐性能研究與實踐熱器運行工況的重要依據(jù)。遠紅外線輻射測溫儀系統(tǒng)提供了4001700E的煙氣溫度測量范圍，可以實現(xiàn)爐膛出口溫度 FEGT 的在線監(jiān)測，為鍋爐系統(tǒng)進一步優(yōu)化 提供關(guān)鍵

18、參數(shù)并拓展了空間。1 個很重要的參數(shù)，同時影響爐膛出口煙氣溫度的因素又很多。在線實時對其進行監(jiān)測和控制，可以更好的保證鍋爐運行的經(jīng)濟性、 安全性和實現(xiàn)氮氧化物合理排放。3 結(jié)束語鍋爐設(shè)計、運行過程中，爐膛出口煙氣溫度是Improveme ntofBoilerPerforma ncebytheC ony tolofFlueGasParameter LITao1,RENSheng2you2,LIUShu2mi n3（11Sha nxiNo14ElectricPowerC on structio nCompa ny,Taiyua n, Sha nxi030001,China;21JiangxiFen

19、gchengPowerGenerationCo1,Ltd,Jiangxi ,;31BeijingAipuruiElectricPowerScie nce&T,Abstract:Themethodsto mon itera ndcon trolfurnaceexiti nlightoff urn aceexittemperature in powerpla ntwhichisto,emissi on reduceofboil2eroperatio nandboilermakesmaga nifica ntse nseduetotheadva ntagesofnewlacktech no

20、logytocontroltempe raturec ontinu ously,sothatthecaculat in gresultlostthea ndKeywords:;furnaceexittemperature;cokefurnacetemperaturemeasuri ng;CO2radiatio nspectra（上接第 2 頁）表 1 節(jié)點 8 三相短路故障中間計算結(jié)果 時間010001010102012001210122012901303 110193111111239111493148126555119911551895788123559315686323219604331

21、032133126203 3-1813369-1914843-2113849341217190121940513136975718561621391967115743 53172013185774116953 6-3719221-3719145-3718781多機模型最大)角度間隙/( 2210570231342025155443A-1819617-2010723-2119111-22411800-23615710-24714520-28715060-291131003B12173101219001131245049105595217230561553287187639219998兩機模型最大

22、)角度間隙/( 31169283219724351156127312354289129383041004837513821384130966710220-224118007018998-236157107510204-24714520401080643123684614203-321560419116190-321006820415640-311423921610277-26148642611019525166232651647511010206-287150601071937511517937-291131001151005569125777216406量信息，可以對計及各種復雜模型因素影響的系統(tǒng) 進行分析。參考文獻：1陳亞民電力系統(tǒng)計算程序及其實現(xiàn)M.北京:水利電4 UrosGabrijel,RafaelMihalic.DirectMethodsforTra nsie ntStabilityAssessme ntin PowerSystemCompris in gControlla2bleSeriesDevicesJ.2002,17( 4):111621122.關(guān)政球,陳輝華，唐外文.以單機等面積穩(wěn)定判據(jù)分析多機lEEETra nson PowerSystem,力出版社,199