專利名稱：煤粉鍋爐改變?nèi)济悍N類后的周界風量調整方法及系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及煤粉鍋爐技術領域，尤其涉及一種煤粉鍋爐改變?nèi)济悍N類后的周界風量調整方法和一種煤粉鍋爐改變?nèi)济悍N類后的周界風量調整系統(tǒng)。
背景技術：
隨著用電量越來越大，對煤的需求量也越來越多，電煤的生產(chǎn)和運輸與用電需求的矛盾越來越突出，已經(jīng)成為制約我國當前經(jīng)濟發(fā)展的瓶頸。煤炭供應持續(xù)緊張的同時，煤價也不斷上漲，造成發(fā)電成本不斷增加。為降低發(fā)電成本，電廠紛紛開始尋找低價位煤種，這就造成多數(shù)電廠很難保證長期燃用單一的設計煤種。另外，煤炭資源分布不平衡，使得北煤南運，西煤東運成為常態(tài)。因運力的嚴重不足等因素，導致很多電廠必須對鍋爐進行摻燒甚至改燒。在這種情況下，電廠已經(jīng)開始燃用非設計煤種，在鍋爐摻燒非設計煤種。但由于客觀條件的限制，摻燒的依據(jù)基本采用的是煤中各成分簡單的算術加和法，該方法對部分煤質的燃燒特性、灰熔融特性接近的煤種是基本可行的，但對煤的燃燒特性或灰特性差異較大時，摻燒存在鍋爐運行不安全和不經(jīng)濟的問題。與此同時，長期燃燒、摻燒劣質煤種帶來的溫室氣體和有害氣體排放也是引起廣泛關注的一大問題。煤炭消費又是導致S02 (二氧化硫)排放的主要原因，80%以上的S02排放來自于燃煤排放，大量的S02排放已經(jīng)產(chǎn)生大面積的酸雨區(qū)。能源消費也是造成溫室氣體排放的主要原因，減排溫室氣體的壓力已經(jīng)變得十分緊迫。因此，對于長期燃用非設計煤種的電廠，為了增強大型火電廠對煤種的適應性，降低發(fā)電成本，提高電廠的經(jīng)濟性和安全性，眾多電廠不得不開始對鍋爐進行系統(tǒng)改造來滿足要求。例如天津大港發(fā)電廠對300MW機組進行了改造，改燒煙煤取代原有的貧煤設計煤種；又如云浮發(fā)電廠針對來煤煤質變化大所帶來的一系列問題，對鍋爐系統(tǒng)的燃燒器區(qū)域和制粉系統(tǒng)進行了改造。但對于電廠中廣泛使用的四角切圓煤粉鍋爐而言，改燒非設計煤種后(例如貧煤鍋爐改燒煙煤)，在不同的周界風量情況對鍋爐燃燒特性的影響方面還缺乏成熟的工程應用，例如鍋爐改燒其它燃煤種類后煤質特性變化對鍋爐燃盡、結渣和積灰等方面的影響，目前大多是依靠人工經(jīng)驗進行控制，嚴重影響了鍋爐運行的安全性和經(jīng)濟性。

發(fā)明內(nèi)容
基于此，本發(fā)明提供了一種煤粉鍋爐改變?nèi)济悍N類后的周界風量調整方法和一種煤粉鍋爐改變?nèi)济悍N類后的周界風量調整系統(tǒng)。一種煤粉鍋爐改變?nèi)济悍N類后的周界風量調整方法，包括以下步驟:根據(jù)四角切圓煤粉鍋爐的設計參數(shù)，按照直流燃燒器、冷灰斗區(qū)域、燃燒器區(qū)域、燃燒器上方區(qū)域和屏式過熱器區(qū)域的結構，建立所述鍋爐的網(wǎng)格化結構模型；根據(jù)所述網(wǎng)格 化結構模型，建立煤粉燃燒所形成的氣相湍流流動過程、氣固兩項流動過程、輻射傳熱過程和氮氧化物生成過程的數(shù)學模型；
根據(jù)建立的所述數(shù)學模型，對所述鍋爐改變?nèi)济悍N類后的煤粉燃燒過程進行模擬，獲取所述鍋爐的各種周界風量情況與鍋爐燃燒性能指標之間的對應關系；根據(jù)獲取的所述對應關系，對所述鍋爐的周界風量進行調整，使所述鍋爐滿足預設的燃燒性能指標。與一般技術相比，本發(fā)明煤粉鍋爐改變?nèi)济悍N類后的周界風量調整方法建立與煤粉燃燒所形成的各個理化過程相對應的數(shù)學模型，采用數(shù)值模擬的方法獲取所述鍋爐的各種周界風量情況與鍋爐燃燒性能指標之間的對應關系，并根據(jù)獲取的所述對應關系，對所述鍋爐的周界風量進行調整，使所述鍋爐滿足預設的燃燒性能指標。本發(fā)明在數(shù)值模擬過程中耗時短，計算成本低，實現(xiàn)過程中不需電廠現(xiàn)場的調控配合，并且模擬結果具有很好的可視性。本發(fā)明可提高煤粉鍋爐改變?nèi)济悍N類后周界風量控制的準確率和安全性，克服了采用人工控制所容易引起的爐內(nèi)燃燒不穩(wěn)定和燃燒效率低下的問題，同時大大降低了燃燒過程中產(chǎn)生的污染物。一種煤粉鍋爐改變?nèi)济悍N類后的周界風量調整系統(tǒng)，包括結構模型建立模塊、數(shù)學模型建立模塊、模擬模塊和調整模塊；所述結構模型建立模塊，用于根據(jù)四角切圓煤粉鍋爐的設計參數(shù)，按照直流燃燒器、冷灰斗區(qū)域、燃燒器區(qū)域、燃燒器上方區(qū)域和屏式過熱器區(qū)域的結構，建立所述鍋爐的網(wǎng)格化結構模型；所述數(shù)學模型建立模塊，用于根據(jù)所述網(wǎng)格化結構模型，建立煤粉燃燒所形成的氣相湍流流動過程、氣固兩項流動過程、輻射傳熱過程和氮氧化物生成過程的數(shù)學模型；所述模擬模塊，用于根據(jù)建立的所述數(shù)學模型，對所述鍋爐改變?nèi)济悍N類后的煤粉燃燒過程進行模擬，獲取所述鍋爐的各種周界風量情況與鍋爐燃燒性能指標之間的對應關系;所述調整模塊，·用于根據(jù)獲取的所述對應關系，對所述鍋爐的周界風量進行調整，使所述鍋爐滿足預設的燃燒性能指標。與一般技術相比，本發(fā)明煤粉鍋爐改變?nèi)济悍N類后的周界風量調整系統(tǒng)建立與煤粉燃燒所形成的各個理化過程相對應的數(shù)學模型，采用數(shù)值模擬的方法獲取所述鍋爐的各種周界風量情況與鍋爐燃燒性能指標之間的對應關系，并根據(jù)獲取的所述對應關系，對所述鍋爐的周界風量進行調整，使所述鍋爐滿足預設的燃燒性能指標。本發(fā)明在數(shù)值模擬過程中耗時短，計算成本低，實現(xiàn)過程中不需電廠現(xiàn)場的調控配合，并且模擬結果具有很好的可視性。本發(fā)明可提高煤粉鍋爐改變?nèi)济悍N類后周界風量控制的準確率和安全性，克服了采用人工控制所容易引起的爐內(nèi)燃燒不穩(wěn)定和燃燒效率低下的問題，同時大大降低了燃燒過程中產(chǎn)生的污染物。


圖1為本發(fā)明煤粉鍋爐改變?nèi)济悍N類后的周界風量調整方法的流程示意圖；圖2為爐膛結構的網(wǎng)格化示意圖；圖3為不同周界風量時煤粉燃盡率的對應關系不意圖；圖4為不同周界風量時飛灰含碳量的對應關系示意圖；圖5為不同周界風量時NOx排放量的對應關系示意圖6為不同周界風量時下爐膛出口溫度的對應關系示意圖；圖7為不同周界風量時沿爐膛高度的平均溫度分布示意圖；圖8為不同周界風量時沿爐膛高度的氧量分布示意圖；圖9為不同周界風量時沿爐膛高度的CO生成量分布示意圖；圖10為不同周界風量時沿爐膛高度的NOx生成量分布示意圖；圖11為本發(fā)明煤粉鍋爐改變?nèi)济悍N類后的周界風量調整系統(tǒng)的結構示意圖。
具體實施例方式為更進一步闡述本發(fā)明所采取的技術手段及取得的效果，下面結合附圖及較佳實施例，對本發(fā)明的技術方案，進行清楚和完整的描述。請參閱圖1，為本發(fā)明煤粉鍋爐改變?nèi)济悍N類后的周界風量調整方法的流程示意圖。本發(fā)明煤粉鍋爐改變?nèi)济悍N類后的周界風量調整方法，包括以下步驟:SlOl根據(jù)四角切圓煤粉鍋爐的設計參數(shù)，按照直流燃燒器、冷灰斗區(qū)域、燃燒器區(qū)域、燃燒器上方區(qū)域和屏式過熱器區(qū)域的結構，建立所述鍋爐的網(wǎng)格化結構模型；根據(jù)燃燒器出口的流動特性，作為鍋爐燃燒器入口邊界條件，構建求解區(qū)域并進行網(wǎng)格劃分，在爐膛出口增加4m的水平和4m的收縮段，以在出口處獲得充分發(fā)展流。為了獲得高質量的計算網(wǎng)格，采用分區(qū)網(wǎng)格劃分方法，采用結構化六面體網(wǎng)格，為了準確模擬燃燒器出口空氣動力 場，燃燒器入口區(qū)域需要進行網(wǎng)格局部加密，總的網(wǎng)格數(shù)為200萬。如圖2所示，為爐膛結構的網(wǎng)格化示意圖。作為其中一個實施例，在所述建立所述鍋爐的網(wǎng)格化結構模型的步驟中，所述設計參數(shù)包括蒸發(fā)量、主蒸汽壓力、主蒸汽溫度、再熱蒸汽流量、再熱蒸汽進口壓力、再熱蒸汽出口壓力、再熱蒸汽進口溫度、再熱蒸汽出口溫度、給水溫度、排煙溫度、熱風溫度、鍋爐效率、計算燃料消耗量、實際燃料消耗量以及燃燒器設計參數(shù)。建立網(wǎng)格化模型時，必要的設計參數(shù)需全部包括，這樣可確保能夠建立有效的模型。另外，設計參數(shù)越多，則建立的模型越準確。表I是一個鍋爐主要設計參數(shù)的實施例。表I鍋爐主要設計參數(shù)
權利要求
1.一種煤粉鍋爐改變?nèi)济悍N類后的周界風量調整方法，其特征在于，包括以下步驟: 根據(jù)四角切圓煤粉鍋爐的設計參數(shù)，按照直流燃燒器、冷灰斗區(qū)域、燃燒器區(qū)域、燃燒器上方區(qū)域和屏式過熱器區(qū)域的結構，建立所述鍋爐的網(wǎng)格化結構模型； 根據(jù)所述網(wǎng)格化結構模型，建立煤粉燃燒所形成的氣相湍流流動過程、氣固兩項流動過程、輻射傳熱過程和氮氧化物生成過程的數(shù)學模型； 根據(jù)建立的所述數(shù)學模型，對所述鍋爐改變?nèi)济悍N類后的煤粉燃燒過程進行模擬，獲取所述鍋爐的各種周界風量情況與鍋爐燃燒性能指標之間的對應關系； 根據(jù)獲取的所述對應關系，對所述鍋爐的周界風量進行調整，使所述鍋爐滿足預設的燃燒性能指標。
2.根據(jù)權利要求1所述的煤粉鍋爐改變?nèi)济悍N類后的周界風量調整方法，其特征在于，在所述建立所述鍋爐的網(wǎng)格化結構模型的步驟中，所述設計參數(shù)包括蒸發(fā)量、主蒸汽壓力、主蒸汽溫度、再熱蒸汽流量、再熱蒸汽進口壓力、再熱蒸汽出口壓力、再熱蒸汽進口溫度、再熱蒸汽出口溫度、給水溫度、排煙溫度、熱風溫度、鍋爐效率、計算燃料消耗量、實際燃料消耗量以及燃燒器設計參數(shù)。
3.根據(jù)權利要求2所述的煤粉鍋爐改變?nèi)济悍N類后的周界風量調整方法，其特征在于，所述燃燒器設計參數(shù)包括一次風、二次風、三次風、一次風周界風、三次風周界風和爐膛漏風。
4.根據(jù)權利要求1所述的煤粉鍋爐改變?nèi)济悍N類后的周界風量調整方法，其特征在于，所述鍋爐改變后的燃煤種類為煙煤。
5.根據(jù)權利要求1所述的煤粉鍋爐改變?nèi)济悍N類后的周界風量調整方法，其特征在于，所述鍋爐燃燒性能指標 包括煤粉燃盡率、飛灰含碳量、氮氧化物排放量和下爐膛出口溫度。
6.根據(jù)權利要求1所述的煤粉鍋爐改變?nèi)济悍N類后的周界風量調整方法，其特征在于，在所述對所述鍋爐的周界風量進行調整的步驟之后，包括以下步驟: 在所述鍋爐的運行過程中，當鍋爐燃燒性能指標超過預設告警指標時，發(fā)出告警信號。
7.根據(jù)權利要求1所述的煤粉鍋爐改變?nèi)济悍N類后的周界風量調整方法，其特征在于，在所述建立煤粉燃燒所形成的氣相湍流流動過程、氣固兩項流動過程、輻射傳熱過程和氮氧化物生成過程的數(shù)學模型的步驟之后，包括以下步驟: 根據(jù)建立的所述數(shù)學模型，對所述鍋爐改變?nèi)济悍N類后的煤粉燃燒過程進行模擬，獲取在各種周界風量情況下爐膛平均溫度、氧量、一氧化碳生成量和氮氧化物生成量與爐膛聞度之間的對應關系。
8.一種煤粉鍋爐改變?nèi)济悍N類后的周界風量調整系統(tǒng)，其特征在于，包括結構模型建立模塊、數(shù)學模型建立模塊、模擬模塊和調整模塊； 所述結構模型建立模塊，用于根據(jù)四角切圓煤粉鍋爐的設計參數(shù)，按照直流燃燒器、冷灰斗區(qū)域、燃燒器區(qū)域、燃燒器上方區(qū)域和屏式過熱器區(qū)域的結構，建立所述鍋爐的網(wǎng)格化結構模型； 所述數(shù)學模型建立模塊，用于根據(jù)所述網(wǎng)格化結構模型，建立煤粉燃燒所形成的氣相湍流流動過程、氣固兩項流動過程、輻射傳熱過程和氮氧化物生成過程的數(shù)學模型； 所述模擬模塊，用于根據(jù)建立的所述數(shù)學模型，對所述鍋爐改變?nèi)济悍N類后的煤粉燃燒過程進行模擬，獲取所述鍋爐的各種周界風量情況與鍋爐燃燒性能指標之間的對應關系; 所述調整模塊，用于根據(jù)獲取的所述對應關系，對所述鍋爐的周界風量進行調整，使所述鍋爐滿足預設的燃燒性能指標。
9.根據(jù)權利要求8所述的煤粉鍋爐改變?nèi)济悍N類后的周界風量調整系統(tǒng)，其特征在于，所述鍋爐燃燒性能指標包括煤粉燃盡率、飛灰含碳量、氮氧化物排放量和下爐膛出口溫度。
10.根據(jù)權利要求8所述的煤粉鍋爐改變?nèi)济悍N類后的周界風量調整系統(tǒng)，其特征在于，還包括告警模塊； 所述告警模塊，用于在所述鍋爐的運行過程中，當鍋爐燃燒性能指標超過預設告警指標時，發(fā)出告警信號 。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種煤粉鍋爐改變?nèi)济悍N類后的周界風量調整方法，包括建立所述鍋爐的網(wǎng)格化結構模型；建立煤粉燃燒所形成的各個理化過程的數(shù)學模型；對所述鍋爐改變?nèi)济悍N類后的煤粉燃燒過程進行模擬，獲取所述鍋爐的各種周界風量情況與鍋爐燃燒性能指標之間的對應關系；對所述鍋爐的周界風量進行調整，使所述鍋爐滿足預設的燃燒性能指標。此外，還公開了一種煤粉鍋爐改變?nèi)济悍N類后的周界風量調整系統(tǒng)。本發(fā)明可提高煤粉鍋爐改變?nèi)济悍N類后周界風量控制的準確率和安全性，克服了采用人工控制所容易引起的爐內(nèi)燃燒不穩(wěn)定和燃燒效率低下的問題，同時大大降低了燃燒過程中產(chǎn)生的污染物。
文檔編號G06F19/00GK103234219SQ201310145498
公開日2013年8月7日 申請日期2013年4月24日 優(yōu)先權日2013年4月24日
發(fā)明者李德波 申請人:廣東電網(wǎng)公司電力科學研究院