一种实现燃煤锅炉节能运行的方法

摘要

本发明涉及一种实现燃煤锅炉节能运行的方法，其在炉膛燃烧区四周的炉墙上沿水平和垂直方向布置网格测点，网格测点间距为1－2米，利用在线监测系统于网格测点处实时监测炉膛燃烧区内煤粉燃烧生成物中的一氧化碳浓度和二氧化碳浓度；并每隔0.5h或1h从各个测点取燃烧生成的飞灰，分析飞灰含碳量；汇总24小时内各个测点的监测数据并计算出综合燃烧指数r，根据由综合燃烧指数绘制的整个炉膛的燃烧状况分布图，判断锅炉的燃烧状况并对锅炉进行相应的燃烧调整。此方法可以通过监测和调整锅炉燃烧，进而防止锅炉发生结焦、灭火、局部燃烧不完全及水冷壁腐蚀等问题，实现锅炉节能运行。

说明书

技术领域

本发明属于能源领域，具体涉及一种实现燃煤锅炉节能运行的方法。

背景技术

传统的锅炉节能运行主要依靠监测炉膛内的温度场变化，从而进行燃烧调整来实现，然而，炉膛内的温度场变化受煤种影响比较大，因此这种方法具有很大的不确定性，实施起来存在诸多困难和不便。

对于燃煤锅炉来说，炉膛内发生的主要反应是碳的燃烧反应，当氧量充足且与煤粉充分混合并接触时，发生的主要反应是C+O₂=CO₂，生成物主要是二氧化碳，此时燃烧充分而完全，锅炉效率最高。当氧量不足或与煤粉混合不好时，会发生反应2C+O₂=2CO，生成部分一氧化碳，或会伴有部分碳残留，导致飞灰含碳量增加，此时燃烧不完全，锅炉不能发挥最大效率。

发明内容

本发明目的在于提供一种实现燃煤锅炉节能运行的方法，该方法通过监测一定区域内燃烧生成物的成分，可以直接判断出该区域的燃烧状况，监测和调整锅炉燃烧，从而防止锅炉发生结焦、灭火、局部燃烧不完全及水冷壁腐蚀等问题，实现锅炉节能运行。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种实现燃煤锅炉节能运行的方法，该方法为：①实时监测炉膛内不同位置的一种或多种煤粉燃烧生成物的浓度变化和分布；②分别汇总各点的监测数据，计算出综合燃烧指数；③根据综合燃烧指数绘制整个炉膛的燃烧状况分布图，据此判断锅炉的燃烧状况并对锅炉进行相应的燃烧调整。

具体的，所述实现燃煤锅炉节能运行的方法，包括如下步骤：

①在炉膛燃烧区四周的炉墙上沿水平和垂直方向布置网格测点，网格测点间距为1－2米，利用在线监测系统于网格测点处实时监测炉膛燃烧区内煤粉燃烧生成物中的一氧化碳浓度                                                （μl/l）和二氧化碳的浓度（μl/l）；

②监测一氧化碳和二氧化碳浓度的同时，每隔0.5h或1h从各个测点取燃烧生成的飞灰，采用“煤的工业分析方法（GB212—2008）”分析飞灰含碳量（%）；

③汇总24小时内各个测点的监测数据，分别对每个测点煤粉燃烧的、及飞灰含碳量求平均值得到、和，根据和计算出综合燃烧指数；

④以炉膛测点位置为空间坐标，综合燃烧指数为参数绘制炉膛燃烧区的燃烧状况分布图，据此判断锅炉的燃烧状况：在＜1的区域视为过氧燃烧区，在=1的区域视为正常燃烧区，在＞1的区域视为乏氧燃烧；

⑤依据燃烧状况，调节锅炉对应燃烧器的给煤量、配风及其喷入角度，以使乏氧燃烧区和过氧燃烧区的综合燃烧指数为1或接近1（一般来讲，需加大乏氧燃烧区的风煤比，减小过氧燃烧区的风煤比即可）。

所述综合燃烧指数，其中为校正因子，取值如下：当≤1.0时，=1；当1.0＜＜5.0时，=1.2；当≥5.0时，=2。

步骤①中所述在线监测系统为气体分析仪；优选激光在线气体分析仪。

所述煤粉燃烧生成物主要指一氧化碳、二氧化碳和飞灰。所述综合燃烧指数是一氧化碳浓度、二氧化碳浓度的函数，并以飞灰含碳量作为校正参数。所述燃烧状况分布图是综合燃烧指数随时间的变化与随空间的分布。

本发明方法直接利用燃烧过程的最终生成物来判断炉膛内燃料的燃烧状况，与传统的利用炉膛温度场来判断炉膛内燃料燃烧状况相比，该方法不受煤种的影响，能够直接准确判断监测区域的燃烧状况，进而可利用相应的技术手段对该区域的配风和给料予以调整，使燃料能够充分燃烧，从而达到锅炉节能运行的目的。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1

在燃用烟煤的四角切圆锅炉的炉膛燃烧区四周的炉墙上沿水平和垂直方向布置网格测点，网格测点间距为2米，利用激光在线气体分析仪实时监测位置不同的三个网格测点1、测点2和测点3处炉膛燃烧区内煤粉燃烧生成物中的一氧化碳浓度（μl/l）和二氧化碳的浓度（μl/l），同时，每隔0.5小时从各个测点取燃烧生成的飞灰，利用工业分析的方法分析飞灰含碳量FC_ash（%）。汇总24小时内各个测点的监测数据，见表1、表2、表3（为统计方便，表中仅给出C_CO、C_CO2每间隔0.5h对应的浓度数据）。分别对测点处1的煤粉燃烧的、及飞灰含碳量求平均值得到=150、=150000和=0.5；测点2处的煤粉燃烧的、及飞灰含碳量求平均值得到=1500、=180000和=5；测点3处的煤粉燃烧的、及飞灰含碳量求平均值得到=30、=150000和=0.3。

根据综合燃烧指数，其中为校正因子，取值如下：当≤1.0时，=1；当1.0＜＜5.0时，=1.2；当≥5.0时，=2，可计算测点1处的综合燃烧指数为1，同理可计算出测点2处的综合燃烧指数为16.7，测点3处的综合燃烧指数为0.2。

以炉膛测点位置为空间坐标，综合燃烧指数为参数绘制炉膛燃烧区的燃烧状况分布图，据此判断锅炉的燃烧状况：在测点3处的区域视为过氧燃烧区，在测点1的区域视为正常燃烧区，在测点2处的区域视为乏氧燃烧区。

依据燃烧状况分布图调节锅炉对应燃烧器的给煤量及配风，也即：通过增大一次风或二次风量加大测点2处的配风，从而增大测点2处的风煤比，进而使此处的综合燃烧指数接近1.0，使煤粉充分燃烧，同时加大测点3处的给煤量，使测点3处的风煤比减少，使此处的综合燃烧指数也接近1.0，从而避免受热面局部超温。经过优化运行，燃料充分燃烧防止锅炉发生结焦的同时避免了受热面局部超温，实现锅炉的节能运行。

表1、测点1监测数据

时间/小时C_COC_CO2FC_ash01641547680.5220.51551451460.44711421452330.5281.51511496410.53521561523240.5002.51471545820.47831511457910.4553.51501508860.55341511457480.5214.51331470200.49551621500780.5115.51571534260.48261351471710.4856.51681487810.53871381484810.5517.51561507690.47181661530380.5298.51661483550.54191461485100.5379.51351519300.469101571523140.55510.51641478240.465111391454140.55111.51661542120.543121551518040.45712.51431508740.498131381481500.51213.51451548130.456141561478300.44814.51331455210.505151691491300.51915.51611473580.541161551538000.51716.51501477510.557171611531920.52117.51331466130.465181561534950.47818.51331486110.455191551489580.47619.51481472860.505201491534650.45120.51371494430.454211531519240.54121.51571531180.513221521543520.50522.51311483170.465231311523730.46423.51361491900.472241601548730.49024.51481463170.476

表2、测点2监测数据

时间/小时C_COC_CO2FC_ash016811764244.730.517051812434.64113581731864.791.513231814175.12214311884504.532.513981773385.28316281844584.943.513771851984.53416891896014.874.515111772794.92515221897835.165.513811739375.08617091880874.746.513281803295.32717841765105.317.516101728255.10814311860065.368.514101797254.83916441714095.069.513891892735.031013991832494.5910.516361769054.871116551732865.2111.514691858214.751213371794165.4512.514231750884.521317851821994.6413.516711810294.821413571781424.7414.515881725905.181515271767994.9915.515831758325.301615061783694.8416.514631874815.481715121810115.1017.513501794325.301813141715764.8418.514151753565.441913131887825.4619.516711793154.652015031765675.0220.514901747474.932114041889005.3121.515381723074.872214571849744.8522.513331714175.332317311802455.2123.517061893114.932413251792604.9024.512301781185.14

表3、测点3监测数据

时间/小时C_COC_CO2FC_ash031 152532 0.259 0.526 154351 0.328 125 148072 0.305 1.526 147948 0.276 229 153666 0.291 2.526 146998 0.298 327 145075 0.270 3.533 150177 0.337 435 146026 0.333 4.531 153521 0.306 526 154244 0.297 5.531 148686 0.255 633 147342 0.332 6.535 153906 0.334 731 149223 0.254 7.528 153350 0.262 832 149777 0.250 8.527 146646 0.293 930 153860 0.346 9.528 148038 0.334 1033 145286 0.280 10.526 154480 0.349 1135 150723 0.337 11.531 148496 0.314 1235 148374 0.321 12.530 146572 0.344 1332 150331 0.337 13.526 147210 0.253 1429 150265 0.306 14.533 146774 0.287 1526 153459 0.313 15.535 147534 0.313 1631 151445 0.267 16.525 154789 0.334 1730 149995 0.266 17.532 146222 0.288 1833 154435 0.338 18.526 150402 0.297 1934 153388 0.321 19.525 151336 0.293 2033 145162 0.251 20.532 153521 0.303 2127 149181 0.338 21.531 145552 0.260 2227 146699 0.316 22.534 153698 0.265 2325 152380 0.267 23.527 154874 0.285 2433 148603 0.317 24.533 145374 0.280

实施例2

在炉膛燃烧区四周的炉墙上沿水平和垂直方向布置网格测点，网格测点间距为2米，利用带有抽气和预处理装置的气体分析仪实时监测位置不同的三个网格测点1’、测点2’和测点3’处炉膛燃烧区内煤粉燃烧生成物中的一氧化碳浓度（μl/l）和二氧化碳的浓度（μl/l），同时，每隔0.5小时从各个测点取燃烧生成的飞灰，利用工业分析的方法分析飞灰含碳量（%）。汇总24小时内各个测点的监测数据，见表4、表5、表6（为统计方便，表中仅给出C_CO、C_CO2每间隔0.5h对应的浓度数据），分别对测点处1’的煤粉燃烧的、及飞灰含碳量求平均值得到=120、=144000和=2.0；测点2’处的煤粉燃烧的、及飞灰含碳量求平均值得到=1900、=190000和=6.0；测点3’处的煤粉燃烧的、及飞灰含碳量求平均值得到=30、=120000和=0.3。

根据综合燃烧指数，其中为校正因子，取值如下：当≤1.0时，=1；当1.0＜＜5.0时，=1.2；当≥5.0时，=2，可计算测点1’处的综合燃烧指数为1，同理可计算出测点2’处的综合燃烧指数为20，测点3’处的综合燃烧指数为0.25。

以炉膛测点位置为空间坐标，综合燃烧指数为参数绘制炉膛燃烧区的燃烧状况分布图，据此判断锅炉的燃烧状况：在测点3’处的区域视为过氧燃烧区，在测点1’的区域视为正常燃烧区，在测点2’处的区域视为乏氧燃烧区。

依据燃烧状况分布图调节锅炉对应燃烧器的给煤量及配风，也即：通过增大一次风或二次风量加大测点2’处的配风，从而增大测点2’处的风煤比，进而使此处的综合燃烧指数接近1.0，使煤粉充分燃烧；同时加大测点3’处的给煤量，使测点3’处的风煤比减少，使此处的综合燃烧指数也接近1.0，从而避免受热面局部超温。经过优化运行，燃料充分燃烧防止锅炉发生结焦的同时避免了受热面局部超温，实现锅炉的节能运行。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

表4、测点1’监测数据

时间/小时C_COC_CO2FC_ash0131 147988 2.07 0.5138 134740 1.90 1119 147034 1.98 1.5130 141530 1.84 2124 140774 2.14 2.5131 151468 2.11 3113 151810 1.78 3.5124 149211 1.77 4110 142363 2.09 4.5133 138494 1.93 5123 149936 2.03 5.5101 147982 1.79 6129 134717 2.15 6.5113 134227 1.99 7101 139794 2.12 7.5122 143702 1.80 8140 136230 2.21 8.5125 139632 2.02 9107 138469 2.11 9.5130 147078 2.02 10132 141695 2.22 10.5119 150254 1.93 11114 152311 1.78 11.5117 134428 1.93 12126 149011 2.09 12.5103 143929 2.23 13128 144518 2.07 13.5127 139709 2.12 14113 143631 1.89 14.5103 143207 2.23 15134 144758 2.06 15.5123 143740 1.91 16119 140801 2.06 16.5105 153168 2.22 17139 148652 1.77 17.5133 142319 2.12 18100 152266 2.01 18.5123 143351 1.99 19107 151886 1.81 19.5131 144459 2.19 20111 148969 2.18 20.5131 152891 2.12 21117 135534 1.93 21.5120 140858 1.98 22127 142740 1.87 22.5109 149162 1.77 23117 137998 1.84 23.5119 145367 1.89 24106 140832 1.91 24.5106 140378 2.05

表5、测点2’监测数据

时间/小时C_COC_CO2FC_ash01934 183138 5.58 0.51993 194486 6.48 11803 194768 6.05 1.51956 182691 5.93 21881 185421 6.35 2.51839 182311 6.04 31781 181231 6.29 3.52014 199185 6.16 41859 199953 6.02 4.51811 197745 6.33 51799 183793 5.66 5.51816 184574 6.10 62002 191169 5.99 6.51882 180144 6.24 71985 188488 5.68 7.51816 187169 6.27 81967 191232 5.97 8.52042 186982 5.50 91785 191600 6.33 9.51858 190871 5.80 101937 199699 5.58 10.51983 199802 5.93 111927 184106 5.97 11.51826 196534 5.77 121772 188464 5.62 12.51966 185663 5.81 131897 196158 6.14 13.51952 195796 6.19 141895 182911 6.37 14.51973 193228 6.38 151850 196563 6.38 15.52022 187400 5.77 161932 195392 5.81 16.51840 181470 5.93 171887 196364 6.04 17.52047 193501 6.20 181788 182875 6.15 18.51785 190763 6.21 191839 195850 5.99 19.51864 199329 5.67 201840 185064 5.80 20.51832 197033 5.76 212003 184739 5.69 21.51952 183041 6.20 221843 184584 5.62 22.51974 193115 5.53 231988 191265 6.17 23.51791 180579 5.73 241937 186939 6.45 24.52032 194823 6.36

表6、测点3’监测数据

时间/小时C_COC_CO2FC_ash031 116241 0.277 0.527 123455 0.339 128 124646 0.304 1.529 120427 0.287 234 121818 0.289 2.527 118521 0.342 331 115458 0.342 3.530 123002 0.277 427 118669 0.335 4.527 119625 0.258 532 124579 0.263 5.530 120421 0.273 626 117345 0.327 6.533 116291 0.346 727 118760 0.327 7.526 117265 0.275 830 115588 0.277 8.534 121915 0.311 927 124906 0.292 9.529 120903 0.292 1035 120032 0.307 10.527 122240 0.307 1133 115825 0.348 11.531 119705 0.306 1230 124591 0.288 12.532 116717 0.310 1333 121187 0.286 13.531 120923 0.255 1430 122547 0.253 14.534 119876 0.295 1532 119125 0.310 15.526 115284 0.253 1634 118910 0.267 16.529 117537 0.291 1733 119533 0.296 17.534 123301 0.338 1826 122628 0.256 18.529 121762 0.320 1929 116602 0.258 19.533 118609 0.263 2026 117638 0.347 20.532 123091 0.251 2126 115876 0.341 21.529 124274 0.303 2227 117103 0.342 22.535 117653 0.306 2330 115227 0.307 23.534 124928 0.325 2429 117452 0.341 24.528 123475 0.299