入炉煤元素分析和飞灰含碳量的软测量实时监测.pdf

华北电力大学（北京）硕士学位论文入炉煤元素分析和飞灰含碳量的软测量实时监测姓名：常建平申请学位级别：硕士专业：控制理论与控制工程指导教师：常太华20070101华北电力大学硕士学位论文摘要本文提出了一种入炉煤元素分析和发热量以及飞灰含碳量、烟气二氧化碳含量的实时监测技术。该技术提出一种利用锅炉风量和排烟氧量计算热量的方法。对国内大量煤质特性进行分析后发现，单位质量煤燃烧消耗的空气量与发热量之间存在近似线性的关系，由此关系可以推导出利用风量和氧量计算热量的方法。利用煤干燥无灰基元素的组成特性的基础性研究结果和能量守恒原理，从排烟气体成分中提取煤的干燥无灰基元素含量的信息；从磨煤机的运行状态中提取入炉煤收到基水分的信息；通过锅炉本体的能量平衡分析，采用灰份校正的方法，实现了入炉煤元素分析和飞灰含碳量、烟气含二氧化碳含量的实时监测。在1 台6 0 0 唧机组上进行实验，结果表明，有较好结果。关键词：元素分析，发热量，烟气分析，飞灰含碳量A B S T R A C TT h i sp a p e rp r e s e n t sam o d e lf o rr e a lt i m em o n i t o r i n go fe l e m e n tc o n t e n t sa n dn e tc a l o r i f i cv a l u eo fb u r n i n gc o a li nu t i1 it yb o i l e ra n dc a r b o nc o n t e n ti nf l ya s h Am e t h o di sb e i n gp r o p o s e df o rc a l c u l a t i n gt h eh e a tr e l e a s ec o n c e r n e d，b ym e a n so fab o i l e r Sk n o w na m o u n to fa i rf l o w，t o g e t h e rw i t ht h eo x y g e nc o n t e n ti nt h ef l u eg a s A ne x a m i n a t i o no fp r o p e r t i e so fa 1 1k i n d so fd o m e s t i cc o a l se x h i b i t e dq u a s i 一1 i n e a rr e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h ea m o u n to fa i rr e q u i r e df o rc o m b u s t i n gu n i tm a S So fc o a la n dt h ea m o u n to fh e a tr e l e a s e d A c c o r d i n gt ot h i Sr e l a t i o n s h i p，am e t h o dc a nb ed e r i v e df o rc a l c u l a t i n gt h er e l e a s e dh e a tb yk n o w i n gt h ea m o u n ta i ra n do x y g e nc o n c e r n e d A c c o r d i n gt ot h er e l a t i o n s h i pb e t w e e ne l e m e n t si nd r ya n da s hf r e eb a s i Sc o a la n de n e r g yc o n s e r v a t i o np r i n e i p l e，t h i sm o d e lp i c k su pu l t i m a t ea n a l y s i si n f o r m a t i o no fc o a lf r o mf l u eg a sa n a l y s i S，a n dc o a lm o i s t u r ei n f o r m a t i o nf r o mm i I i i n gs y s t e m；c h e c k sa s hc o n t e n to fc o a lu s i n ge n e r g yb a l a n c eo fb o i l e rr e a l i z e st h er e a lt i m em o n i t o r i n go fu l t i m a t ea n a l y s i Sa n dc a r b o nc o n t e n to ff l ya s ha n dc a r b o nd i o x i d eo ff l u eg a s T e s t Sp e r f o r m e do na6 0 0M Ws e ts h o w t h a tt h er e s u l ti sp r e f e r a b l y C h a n gJ i a n P i n g(C o n t r o lT h e o r ya n dC o n t r o lE n g i n e r r i n g)D i r e c t e db yP r o f C h a n gT a i h u aK E YW O R D S：U l t i m a t ea n a l y s i s N e tc a l o r i f i cv a l u e F l u eg a sa n a l y s i s C a r b o nc o n t e n to ff l ya s h声明本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文入炉煤元素分析和飞灰含碳量的软测量实时监测，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：率鸶日期：幽：2：!)关于学位论文使用授权的说明本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件：学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文：同意学校可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。(涉密的学位论文在解密后遵守此规定)作者签名：E t期：堡Z：兰：哆导师签名：需太哞导师签名：红垒!日期：型华北电力大学硕士学位论文1 1选题的背景及意义第一章引言在我国火力发电的比重很大，虽然近些年来核电、水电和一些清洁、高效、低污染能源得到了大力的发展，其所占比重逐年升高，但就是到2 0 1 0 年，用煤发电仍将占到我国发电总量的6 5 5。我国火力发电厂多以燃煤为主，锅炉则是火电厂中的燃烧设备，因其内部燃烧工况复杂并且难于精确控制，所以锅炉就成为火电厂监视和控制的重点。锅炉运行的安全性和经济性在很大程度上决定了整个机组运行的安全性和经济性。烟气中的含碳量是运行人员判断锅炉运行好坏和降低煤耗的一项重要指标，是指导评价锅炉燃烧优劣的依据，对煤粉炉尤其如此。锅炉飞灰含碳量的大小直接影响锅炉效率。通常每降低飞灰含碳量三个百分点，锅炉效率就提高一个百分点。目前由于国内煤炭供应紧张，一些电厂燃料来源呈多样化，与当初设计的煤种偏差很大；此外，不少火电厂为了追求低的发电成本和更大的经济效益，常常燃用劣质的煤。因此，现在电厂用煤大多表现为煤质差而且煤质多变，造成煤粉着火困难，燃烧不稳定，锅炉的灭火次数增加、效率降低，影响了整个机组的安全性和经济性。还有，现在很多机组承担着调峰任务，为了调节电负荷的峰谷差，要频繁的升降机组的负荷，负荷变化，燃烧也要随之变化，这就更加重了燃烧过程控制的难度和燃烧的不稳定。飞灰含碳量是电厂燃煤锅炉的主要运行经济指标和技术指标之一，实时监测飞灰含碳量有利于调整风煤比，提高锅炉燃烧控制水平，降低发电成本，提高机组运行的经济性。如果能实现飞灰含碳量的在线测量，操作人员就能随时调整运行方式，将飞灰含碳量控制在最佳范围，从而尽量提高燃烧程度，提高机组运行水平，这对于电厂节能，提高经济效益有着现实意义。另外，含碳量很低的飞灰可以作为良好的建筑材料，因此，锅炉中燃料充分燃烧，降低飞灰含碳量。不但可以节约能源，而且可以把废物加以利用，产生良好的经济效益。，电站锅炉入炉煤质对机组运行的安全性和经济性同样有很大影响，是火力发电厂少数还没有实现实时监测的参数之一。1 2 相关研究过去，一直采用灼烧称重法来测定飞灰含碳量，也就是将一定重量的灰样在高温下完全燃烧，然后按燃烧前后的重量差求出飞灰含碳量，但结果的得出比锅炉实际工况至少要滞后几个小时。这样不利于电厂操作人员根据飞灰含碳量进行燃烧优化和调整运行工况。目前，国内外已经有各种形式的飞灰含碳量实时检测技术，有多种飞灰测碳仪已华北电力大学硕士学位论文经商品化或接近商品化。视测量原理的不同，可以把飞灰测碳仪分为以下6 类“1。I 硫化床C O z 测量法通过同硫化床燃烧室供给经调整的一定数量的空气将飞灰中的碳燃烧成C 0 2，测量c 0 含量并据此算出飞灰的含碳量。主要产品有英国B r i s t o lB a b r o c kL i d 公司的C l g m a飞灰测碳仪。样品量大约是2 5 9，测量时间约为5 m i n。测量精度0 5。2 光学反射法将灰样放入辉光放电室内，用单色仪和光电探测器分辨辉光放电室内所产生的发射信号。根据单色仪的范围，确定飞灰含碳量和灰的其它成分。主要产品有丹麦M&W 公司的“食蚁兽”。样品量大约是3 9，测量时间为4 5 m i n,测量精度为 o 5 3 重量燃烧法采集一定量的飞灰在高温下燃烧，按照燃烧前后的重量差求得飞灰的含碳量。该法传统上是用于离线测量用的，但美国R u p p r e c h t&P a l a s h n i c k C o 公司开发了一种在线监测的，样品量大约是3 5 岛测量时间为1 5 m i n，测量精度为 0 5。4 红外线测量法该法利用红外线对飞灰中碳粒反射率不同的原理进行测量，按事先标定的反射率直接得出测量结果。在丹麦、荷兰、英国有多家公司有此类产品，测量时间大约为3 m i n,测量精度为0 5 左右。5 放射法该法实际上是把飞灰看成是由2 类物质组分构成的混合物，一类是高原子序数物质(s i、A l、F e、C a、M g 等)，另一类是低原子序数物质(c、H、o)。低能c 射线与物质相互作用的主要机理是光电效应和康普顿散射效应。当飞灰中含碳量低时，光电效应较强而康普顿散射效应较弱；反之，则光电效应较弱而康普顿散射效应较强。因此，通过核探测器记录的反散射y 射线强度的变化就可以测量出飞灰中的含碳量。黑龙江省科学技术物理研究所进行了相关的技术开发，样品的实验测量精度 0 5。6 微波吸收法利用飞灰中碳对特定波长微波的吸收和对微波相位的影响来测量飞灰含碳量。应用该法制成的产品数量众多，主要有：深圳赛达力电力设备有限公司生产的M C M 型飞灰测碳仪，测量精度为O 5 左右，澳大利亚C S I R O 矿产和工程公司开发的微波测碳仪，测量精度在0 0 8*,-0 2 8 之间，测量时间，：譬2491+1884t2-419tr)+(24918 8 4 t-41 9 th 告C 2 t：(4-4)1 0 0O=【l+巧孚：一0 4 S M,暑”。+堕+!二丝M。1 0 0叫1 9 毒卜I(tt1000 4 8 M，已+4 L2 一，)一O，二豢l其中，需要在线提取的数据有给煤机给煤量M。，f J j l，磨煤机入口一次风流量M，t h，磨煤机入口一次风温度，磨煤机出口风粉混合物温度f 2，以及磨煤机功率W，七w，。磨煤机功率可以由磨煤机的电流与恒定电压的乘积确定。其余参数都可以设定为常数。4 2 1 3 模型的迭代运算方程 4 4)是一个一元二次方程，可以化简为下面的形式：A M 2+B M+C=0(4 5)对 4 5)式进行迭代求解，利用不动点迭代法：华北电力大学硕士学位论文M=(-C A M：)Bk 卸，l，(4 6)M。的取值根据机组集控运行规程中规定的设计燃料的特性确定。每台机组设计时都有自己的设计煤种，根据设计煤种的特性，可以确定一个肘。的近似值。本文选用的机组设计煤种是准格尔烟煤。利用公式(4 6)迭代数次，即可得到M。的值。也可以根据迭代次数的多少，适当的改变膨。的值，从而减少迭代次数，提高计算的速度和精度。由此可得到图4 2 所示的水分软测量系统。图4 2：水分软测量系统整体结构框图4 2 3 水分软测量系统的实现4 2 3 1 数据预处理该S I S 数据库中数据的记录不是等间隔的，且有的数据采集频率较低，如磨煤机入口一次风温度 和磨煤机出口风粉混合物温度t：是一分钟取一个数据，这就为数据处理带来了困难。因为磨煤机磨制煤粉的过程是个剧烈的动态过程，信号的变化较快。而S I S 数据库中的采集频率很难满足采样定理的频率要求。因此，首先应该对现场数据预处理，这里利用小波滤波方法对分析的数据进行平滑加工，消除了原数据中的由于传感器故障或者干扰带来的高频噪声。数据预处理的方法有很多种，傅里叶变换是一种经典方法，适用于诸多场合。本文采用的数据处理方法是小波分析。小波变换是一种时域分析方法，是近年来发展起来的一个崭新的数学工具。它既适合于分析平稳信号，又适合于分析非平稳信号。小波除噪对非平稳信号的噪声消除具有无可比拟的优点。在实际工程应用中，所分析的信号可能包含许多尖峰或突变部分，且噪声不是平稳的白噪声。对于这种信号的除噪，传统的傅里叶分析显得无能为力。因为傅里叶分析是将信号变换到频域中进行分析，不能给出信号在某个时间点的变化情况，因此信号在时轴上的任一突变都会影响信号的华北电力大学硕士学位论文整个频谱。而小波分析由于能同时在时频域中对信号进行分析，所以它能有效区别信号中的突变部分和噪声，从而实现非平稳信号的除噪。小波除噪的步骤首先是进行小波分解，本文选用的小波函数是d b 3，分解的最高层次是3 层。第二步是小波分解系数的阂值量化。最后是重构信号，根据小波分解的底层低频系数和各层高频系数进行小波重构。从S I S 系统中提取一段磨煤机稳定运行时的所需参数的数据，对其进行小波除噪处理。数据的提取采用等间隔采样，1 分钟取一个点。处理图形如图4 3 所示：从图4 3 中可以看出，用小波变换进行信号的除噪可以很好地保留信号中的有用部分，除噪后的曲线平滑性也比较好，为得到真实可靠的水分软测量模型结果创造了条件。曩信号黼信号蟊阿可：丽丐习占_ 布r 盖矿1 盎盎占_ 祜r _ j 亩蜀r 盎喜翌芸拿王爱=2 o卜_ _ 盎盎广；r 弓 高苗r F 1g 篡r 1 1 认1。2 1#0 二至二蔓二罾gm 价L 图4 3：小波除噪后的图形与原信号图形的比较翻氍互薹黧4 2 3 2 软测量的实现软测量模型中的离线参数的取值见表4 3。其中，磨煤机入口干燥剂比热，出口干燥剂比热，冷空气的比热，煤的干燥基比热与温度有关，具体数据可以参考文献【l l 仲的表格。磨煤机的漏风系数，磨煤机的散热损失与磨煤机的具体型号有关，不同的磨煤机有不同的数值。磨煤机输入功率转化为热量的系数为定值，中速磨为0 6，球磨机为0 7，风扇、锤击磨为0 8。将经过处理的在线数据以及上述离线数据代入模型进行计算，计算得到的结果如图4 4 所示：华北电力大学硕士学位论文磨煤机入口干燥剂比热磨煤机出口干燥剂比热冷空气的比热煤的干燥基比热漏入冷空气的温度煤进入系统时的温度磨煤机的漏风系数煤粉细度磨煤机输入功率转化为热量的系数j 1 0 1 7 41 O l l 91 0 0 9 30 9 62 02 00 2 02 30 6 0U k g Ck l k g x Ck d 培x Ck J k g C|图4 4 一段时间内入炉煤水分的监测结果这段时间内模型所得到的水分平均值为9 2 8。qQq缸。如华北电力大学硕士学位论文4 3 锅炉热量计算4 3 1 输入锅炉热量的计算火电机组中许多信号存在相关性，利用此相关性可以构造出一些难以直接测量的信号。与热量信号相关的变量存在于制粉、燃烧、汽水系统吸热、汽轮机做功过程中。制粉过程中信号如煤粉流量难以直接测量且不能反映燃料发热量的变化；汽水系统吸热和汽轮机做功过程的信号如蒸汽流量、机组功率等又相对迟缓且易受给水侧扰动影响。最接近于实际热量的信号应该取自燃烧过程中。除炉膛辐射能信号外，锅炉排烟氧量也与热量存在密切关系。以往的根据煤的元素含量计算l k g 煤完全燃烧时的发热量，即煤的收到基低位发热量的方法，具有不同的计算精度，通过对比选择，发现门捷列夫公式n 2 1 具有较好的通用性。g=3 3 9 0 巳+o 3 2 2 S。)+1 2 5 7(2 0 o 0 8 6 7 0，)(4-5)1 k g 煤完全燃烧所需理论干空气量嚷，见式(3-1 0)。通过观察两式，可以发现两者形式非常接近。定义当量碳量为如=c 0+0 3 7 5 S，；当量氢量为=以一o 1 2 5 0，。有珞=0 0 8 8 9 R。+0 2 6 5 B,，(4-6)Q，=3 3 9 R，十1 2 5 7 哆，(4 7)煤燃烧理论空气热量比为：=o 删眈若箍(4-8)原煤中硫、氢、氧含量相对较少，碳燃烧在消耗干空气量和产生热量中起主要作用。对于不同煤种，K。应该非常接近一常数。表4 4 列出了国内主要煤种空气热量比的理论值和实际值。通过统计得到实际空气热量比K,v-0 0 0 0 2 7(m 3 l d)锅炉排烟氧量可由下式计算D ：!垒(4-9 2 14-9)D =卫)y式中矿进入锅炉的实际风量，m 3 s。华北电力大学硕士学位论文表4-4 国内主要煤种燃烧空气热量比结合公式(4 8)和(4 9)，可以建立实际的风量、氧量和热量三者之间的模型0 5=2 1(V K q Q o)r(4-1 0)从而得到Q o=百(2 1-0 2)r(4 1 1)依据公式(4 一1 1)，可以用实际风量和氧量近似计算锅炉总热量。锅炉中安装有风量测点，经过标定和温度修正后具有较高准确度，动态响应也非常快；氧量测量一般采用直插式氧化锆氧量计，测量不确定度在l 左右，哺应时间(9 0)小于5s，也能够满足要求。K。的不确定性除了与煤质有关外，还受以下几种因素影响，如：空气湿度、炉膛漏风、锅炉散热等。炉膛漏风、锅炉散热难以测量，但在正常情况下，可以近似认为是常数。机械未完全燃烧损失不会产生很大影响，因为未燃烧的成份不消耗空气，同时也不产生热量，与燃料中灰份的效果类似。此计算得到的热量相当于锅炉热平衡计算中输入锅炉的热量，此热量不包括机械不完全燃烧损失带走的热量。l k g 煤燃烧输入锅炉的热量为Q o=g(1 一静4 1 2)如图4 5 所示，一段时间内输入锅炉的热量。华北电力大学硕士学位论文藿釜；4 3 2 排烟焓的计算采用点数图4 5 输入锅炉的热量在锅炉运行中，由于技术条件和仪表费用等原因，对所需的测量量进行全面实时的测量是有困难的。当排烟温度、过量空气系数相同时，排烟热损失的波动是很小的，可以将排烟损失近似的看成排烟温度和过量空气系数的函数，而与具体煤种无关“”。在这里，可以用排烟焓来近似等于排烟热损失。排烟焓的计算可以用下列方程来计算“。Q 2=C p t 3 V(4 1 2)C=1 0 6 8+0 0 0 0 2 9(t 一1 0 0)(4 1 3)p=O 9 5-0 0 0 2 0 2(t-1 0 0)(4 1 4)式中c-烟气比热；p 烟气密度；卜排烟温度，；占锅炉漏风比例系数；v 一总风量，m 3 s。如图4 6 所示，根据式(4 1 2)(4 1 4)计算得到的排烟损失。华北电力大学硕士学位论文兰盏鐾4 3 3 锅炉有效吸收热量的计算图4 6 排烟损失由式(3 3 7)，提取S I S 中的数据计算。可以得到燃烧过程中锅炉有效利用热量，如图4 7 所示图4 7 锅炉有效利用热量华北电力大学硕士学位论文如图4 8 为一段时间内锅炉有效利用热量和输入锅炉的热量之间的比较。图4 8 一段时间内锅炉有效利用热量和输入锅炉的热量之间的比较4 3 4 入炉煤低位发热量的计算锅炉燃烧过程中的热量损失，除了排烟损失和机械不完全燃烧损失外，其他的损失在燃烧过程中可以近似的取O 5 来计算。所以根据锅炉热量反平衡公式有l Q B Q,+蜴B Q+0 2 B Q，+0 0 0 5=1(4 1 5)华北电力大学硕士学位论文图4 9 总给煤量由式(3 3 7)、(4 一1 1)(4 1 4)，可以计算出入炉煤的低位发热量。如图4 1 0 所示。图4 1 0 入炉煤的低位发热量该段时间内入炉煤的低位发热量的平均值是2 2 9 3 3 k J k g。4 3 5 锅炉效率的计算由锅炉效率计算正平衡方程(3 2 7)，可以得到锅炉效率。如图4 1 1。华北电力大学硕士学位论文图4 一l l 正平衡方法计算的锅炉效率4 4 入炉煤元素和飞灰含碳量测量模型的建立与实现入炉煤的低位发热量的值已经由上节的公式得到，在以后的计算中，入炉煤的低位发热量可以当已知量来计算。由机械不完全燃烧损失公式(3 3 2)可以得到铲半【箍+瑚a,刊C z z1(4-1 6)另外由未燃尽碳的修正可得方程静C 彬2F c。“一1 7)由方程(4 1 6)、(4-1 7)得到盟f 盟+连一1：l o o k：1 0 0 l 0 0 0 0(4 1 8)Q r1 0 0 一c A1 0 0 一C klc 埘B Q r式中Q 0 实际送入锅炉的热量，k l k g煤中的H：C、0：C 化学键仅次于C：C 化学键而起主要作用，H“一C。、O。一C。之间有良好的线性关系；所以可以将煤的干燥无灰基氢和干燥无灰基氧表示成干燥无灰基碳的线性函数关系形式：村=A i c 0+且(4 一1 9)=4 c 0+呸(4-2 0)式(4-1 7)、(4-1 8)的可行性由其他研究“”所证实，这说明了煤的典型多样性不在于它的干燥无灰基成分，而在于它所含的水分和灰份，利用部分典型的国产煤的实验室分析结果，如表4 5，可以确定式(4-1 7)、(4 1 8)中的系数4、4、B t、B 2。华北电力大学硕士学位论文表4 5 我国部分煤矿煤质分析煤干燥无灰基元素分析()产地种碳C 村氢日甜氧0氮硫无山西阳泉9 1 73 82 21 31 0湖南金竹山9 2 53 62 OO 91 O北京京西9 4 O1 43 70 6O 3烟萍乡无烟煤8 9 O4 83 71 51 O河南焦作9 2 23 12 81 4O 5福建天湖山9 7 3L60 70 2O 2煤河北峰峰9 5 41 41 91 00 3河南鹤壁8 9 44 34 31 60 4贫湖南美蓉8 7 63 42 21 45 4陕西铜川8 2 64 45 71 36 O山西西山9 1 O3 62 41 21 8山东淄博8 8 74 22 21 43 5山西西峪8 9 74 22 51 32 3煤贵州林东8 7 O4 42 51 34 9河南观音堂8 7 O5 55 O1 51 0烟安徽淮南8 1 45 6l O 61 4 8O 9 2黑龙江鹤岗8 3 15 71 0 00 80 4广西合山7 7 64 56 91 79 3辽宁抚顺7 8 86 11 2 61 7O 8山东新汶8 I 25 59 O1 82 5江苏徐州8 2 35 48 81 91 6河南义马7 4 84 81 7 41 02 O煤河南平顶山8 6 25 56 11 4O 8内蒙扎贲诺尔7 3 04 92 0 30 81 0褐辽宁平庄7 2 O4 92 0 4L01 7云南皂角7 0 05 92 0 9L81 4内蒙元宝山7 2 04 92 0 4LO1 7广西右江7 2 05 91 8 12 02 O煤山东龙口7 0 85 92 0 21 91 2由(4 1 8)(4 2 0)，再结合公式(3 2 1)、(3 2 2)、(3 2 3)、(4 5)可以得到下列方程组。-3 7-竺韭皇垄查兰堡圭兰堡鲨塞式中=5 3 5 9 村+何+坷)+ks 彰=1 4 2 8 6，鼢p k 村+彬+村J0 2 1 一，&Y s o,+y m2 1 i 产日彬2 4 c 村+丑1(4 1 9)2 4 c 彬+占2N 埘=1 0 0 一C 耐一H 耐一O d 4 一s 坷!丝生f 型互+盟1：1 0 0 坠Q rl l o o c A1 0 0 一QJc 彬Q，=3 3 9 忆o 3 2 2 S，)+1 2 5 7(H 二-0 0 8 6 7 0，)。村=o 0 1 8 6 6(C 耐+o 3 7 5 S 蟛)-o。0 1 8 6 6 F c _，彬=o 0 0 8 N 耐+0-0 2 l k，耐耐=o 2 1(a 一1)，耐y 矗，耐=o 0 8 9 9(C,埘+o 3 7 5 S a 可)+0 2 6 5 H a,矿一0 0 3 3 3 0 d W-一0 0 8 9 9 F c _k=以而函_ I O 瓦O C”丽石习C 咐1 1 a r t C 扣+口妊C 电：2 3 5 鱼二坚!堕竺：竺!堑C*一r-t-Q 3 7 5 S d,矿各式中4、4、置、最为干燥无灰基组成特性系数；c 0 为灰渣中的平均未燃尽碳含量，；Y c 0 2、，鼢为排烟烟气中的气体容积份额；、o 匆、为煤的干燥无灰基元素成分，；、为飞灰和炉底渣的份额；q、c 2 为飞灰和炉底渣的含碳量，。这样该方程组中共有8 个未知数：c 阿、日村、O o、耐、s 埘、Y c 0 2、c 矿A 口在方程组的8 个方程中，共有、日彬，o 矗、，鹏、靠、如8个未知数，通过求解方程组即可得到其数值。华北电力大学硕士学位论文排烟温度A 预热器入口氧量B 预热器入口氧量A 预热器出口氧量B 预热器出口氧量烟气含二氧化硫量锅炉给水温度再热器出口温度再热器入口温度再热器入口压力M p a再热器出口压力M p a主蒸汽流量t h主蒸汽温度主蒸汽压力M p a总风量t hA 磨煤机功率k W矗磨煤机入口一次风流量t hA 磨煤机入口一次风温度A 磨煤机出口风粉混合物温度A 磨煤机给煤量t hB 磨煤机给煤量t hC 磨煤机给煤量t hD 磨煤机给煤量t hE 磨煤机给煤量t hF 磨煤机给煤量t h收到基碳收到基氢收到基氧收到基硫1 3 0 7 81 2 6 0 51 2 9 5 81 2 7 1 42 6 73 4 55 1 35 8 80 0 0 0 6 2 52 4 5 0 25 3 2 4 23 2 1 7 53 4 03 2 51 7 7 1 6 65 4 2 1 21 6 51 5 4 8 8 83 3 07 5 12 4 0 67 8 35 3 4 35 3 4 45 3 4 9|5 3 4 65 0 4 85 7 8 93 4 26 8 7O 5 85 3 66 9 27 8 68 2 40 0 0 0 9 l l2 5 1 2 55 3 7 3 22 9 5 7 61 9 52 0 51 1 6 6 9 25 3 9 1 61 5 3 31 2 4 9 1 63 1 5 5 87 7“2 2 4 0 57 7 6 85 4 9 4|5 8 9 36 0 1 2t|5 7 0 53 5 46 9 90 6 04 2 26 8 77 3 27 5 l0 0 0 0 9 4 32 6 1 2 75 2 9 1 82 8 9 1 62 4 12 5 21 4 7 7 7 55 3 1 5 71 5 7 41 4 0 1 7 23 0 7 2 56 6 0 62 3 5 8 67 7 2 25 8 0 4t5 6 7 45 6 9 6|5 6 9 13 5 46 8 90 6 24 7 04 8 76 8 37 0 90 0 0 0 1 4 0 52 5 0 1 95 3 3 0 93 2 3 3 02 2 62 0 55 3 9 1 25 3 5 3 11 5 4 61 0 9 3 1 33 2 0 1 27 3 9 32 2 4 3 37 6 9 55 5 6 7|5 6 1 25 5 5 7|5 5 6 53 6 56 9 1O 5 73 9 华北电力大学硕士学位论文4 5 本章小结为了研究入炉煤元素含量、低位发热量、飞灰含碳量、烟气中二氧化碳含量之间的关系，本章利用一个实际的电厂运行数据，通过分析锅炉燃烧热平衡和制粉系统热平衡所建立的模型，进行计算，从而得到这些参数的数值。这些数据可以用在现场实时监测锅炉燃烧的稳定性。非华北电力大学硕士学位论文第五章结束语锅炉是火电厂中的燃烧设备，因其内部燃烧工况复杂，受多种因素影响并且难于精确控制，所以锅炉运行状况就成为火电厂监视和控制的重点。锅炉的安全性主要反映在炉膛内煤粉燃烧的稳定性上。锅炉燃烧的不稳定不仅会造成经济上的损失，而且处理不当会造成一些严重的后果。燃烧的不稳定会造成飞灰含碳量的增大，造成经济上的大的损失。国内外的专家学者对这方面的进行了大量的研究，不过至今也没有彻底解决好的这个问题。本文根据制粉系统热平衡、锅炉燃烧过程热平衡、汽轮机热平衡、煤的燃烧机理等基本理论，建立关于锅炉入炉煤元素含量、烟气中二氧化碳含量、飞灰含碳量、锅炉入炉煤低位发热量之间的模型，从而可以根据已有的容易测量的数据得到锅炉入炉煤元素含量、烟气中二氧化碳含量、飞灰含碳量的数据。从而可以做到这些数据的实时测量。本论文的新颖之处1 不附加实验仪器和设备，直接从历史数据库中调用数据进行处理和分析，比实验炉更接近现场的实际情况，也比较经济，有利于做成一个D C S 的一个模块，对燃烧的稳定性进行准确判断和相关处理。2 一定组成的煤燃烧后就生成一定组成的烟气。利用煤粉的燃烧结果，取烟气中的氧量和二氧化硫含量、二氧化碳含量，来反映入炉煤粉的硫含量和碳含量。3 建立关于进入锅炉的热量的模型。利用此模型可以计算出锅炉入炉煤粉的低位发热量。该研究以后需要改进之处和研究展望1 S I S 系统数据记录不是等间隔的，而且时闻间隔很长，不利于作数据的频谱的分析，如果人为的在两个时间点之间进行插值，不能反映真实的情况，如果能得到传感器原始的采样数据进行分析，效果会更好些。2 锅炉是一个具有强耦合特性的研究对象，每一个参量几乎都受到来自其它参量的影响，想把一个参量独立分离出来有很大的困难，像火检信号就受到给风量，给煤量，飞灰等因素的影响；而炉膛压力信号受影响的因素更多，像送引风机的状态，给粉机的启停，火焰的偏心，甚至结焦块下落都会造成炉膛压力的波动，所以炉膛的压力更加不容易保持很长时间的稳定，这需要对更多的数据进行研究，通过数据量来尽量减小偶然因素的影响。3 本文只是针对天津这一个电厂的运行数据进行一些初步的研究，没有作理论方法的推广，看到底是否具有普遍的意义，以后有可能会提出一些普遍性、规律性的认识。华北电力大学硕士学位论文4 本文所建立的模型中包含有多个通过数据拟合得到的公式，例如碳和氢之间的关系式、碳和氧之间的关系式、入炉煤低位发热量和入炉煤元素之间的关系等等，这些公式会对计算结果产生比较大的误差，在以后的工作中，应找到更好的关系式来代替这些公式的作用，从而提高准确性，减少误差。5 这种方法目前初步得到了于锅炉入炉煤元素含量、烟气中二氧化碳含量、飞灰含碳量、锅炉入炉煤低位发热量等的值，下来可以依据检测的结果优化燃烧控制系统的设计，提高燃烧过程的稳定性、经济性和环保性。华北电力大学硕士学位论文参考文献 1】周大地，戴彦德，郭元等2 0 2 0 中国可持续能源情景 M】北京：中国环境科学出版社，2 0 0 5，4 1 0【2】刘鸿，周克毅锅炉飞灰测碳仪的技术现状及发展趋势 J】锅炉技术，2 0 0 4，3 5(2)：6 5 6 8【3】杨勇平，杨昆火电机组节能千里诊断理论与应用【J】中国电机工程学报，1 9 9 8，1 8(2)：1 3 1-1 3 5【4】李蔚，任浩仁，盛德仁，等3 0 0 M W 火电机组在线能耗分析系统的研制 J】中国电机工程学报，2 0 0 2，2 2(1 1)：1 5 3 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ea n df l ya s hd i s p o s a li ni s r a e l J】U Kc e n t e rf o r A p p l i c dE n e r g yR e s e a r c h，1 9 9 7，8(5)2 3】Z a b t a k i sM F l a m m a b i l i t yC h a r a c t e r i s t i c so fC o m b u s t i b l eO a s e sa n dV a p o r s B u r e a uo fM i n e sB u l l e t i n,1 9 6 5，6 2 7 2 4】W o o nB oB a e k；S u n gJ i nL e e；S e u n gY e o bB a e g；C h a n gH eC h o；F l a m ei m a g ep r o c e s s i n ga n da n a l y s i sf o ro p t i m a lc