專利名稱：煤粉鍋爐改變?nèi)济悍N類后的周界風(fēng)量調(diào)整方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及煤粉鍋爐技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種煤粉鍋爐改變?nèi)济悍N類后的周界風(fēng)量調(diào)整方法和一種煤粉鍋爐改變?nèi)济悍N類后的周界風(fēng)量調(diào)整系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著用電量越來(lái)越大，對(duì)煤的需求量也越來(lái)越多，電煤的生產(chǎn)和運(yùn)輸與用電需求的矛盾越來(lái)越突出，已經(jīng)成為制約我國(guó)當(dāng)前經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸。煤炭供應(yīng)持續(xù)緊張的同時(shí)，煤價(jià)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(jià)位煤種，這就造成多數(shù)電廠很難保證長(zhǎng)期燃用單一的設(shè)計(jì)煤種。另外，煤炭資源分布不平衡，使得北煤南運(yùn)，西煤東運(yùn)成為常態(tài)。因運(yùn)力的嚴(yán)重不足等因素，導(dǎo)致很多電廠必須對(duì)鍋爐進(jìn)行摻燒甚至改燒。在這種情況下，電廠已經(jīng)開始燃用非設(shè)計(jì)煤種，在鍋爐摻燒非設(shè)計(jì)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(jiǎn)單的算術(shù)加和法，該方法對(duì)部分煤質(zhì)的燃燒特性、灰熔融特性接近的煤種是基本可行的，但對(duì)煤的燃燒特性或灰特性差異較大時(shí)，摻燒存在鍋爐運(yùn)行不安全和不經(jīng)濟(jì)的問(wèn)題。與此同時(shí)，長(zhǎng)期燃燒、摻燒劣質(zhì)煤種帶來(lái)的溫室氣體和有害氣體排放也是引起廣泛關(guān)注的一大問(wèn)題。煤炭消費(fèi)又是導(dǎo)致S02 (二氧化硫)排放的主要原因，80%以上的S02排放來(lái)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(fèi)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(duì)于長(zhǎng)期燃用非設(shè)計(jì)煤種的電廠，為了增強(qiáng)大型火電廠對(duì)煤種的適應(yīng)性，降低發(fā)電成本，提高電廠的經(jīng)濟(jì)性和安全性，眾多電廠不得不開始對(duì)鍋爐進(jìn)行系統(tǒng)改造來(lái)滿足要求。例如天津大港發(fā)電廠對(duì)300MW機(jī)組進(jìn)行了改造，改燒煙煤取代原有的貧煤設(shè)計(jì)煤種；又如云浮發(fā)電廠針對(duì)來(lái)煤煤質(zhì)變化大所帶來(lái)的一系列問(wèn)題，對(duì)鍋爐系統(tǒng)的燃燒器區(qū)域和制粉系統(tǒng)進(jìn)行了改造。但對(duì)于電廠中廣泛使用的四角切圓煤粉鍋爐而言，改燒非設(shè)計(jì)煤種后(例如貧煤鍋爐改燒煙煤)，在不同的周界風(fēng)量情況對(duì)鍋爐燃燒特性的影響方面還缺乏成熟的工程應(yīng)用，例如鍋爐改燒其它燃煤種類后煤質(zhì)特性變化對(duì)鍋爐燃盡、結(jié)渣和積灰等方面的影響，目前大多是依靠人工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行控制，嚴(yán)重影響了鍋爐運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)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(fēng)量調(diào)整方法和一種煤粉鍋爐改變?nèi)济悍N類后的周界風(fēng)量調(diào)整系統(tǒng)。一種煤粉鍋爐改變?nèi)济悍N類后的周界風(fēng)量調(diào)整方法，包括以下步驟:根據(jù)四角切圓煤粉鍋爐的設(shè)計(jì)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(guò)熱器區(qū)域的結(jié)構(gòu)，建立所述鍋爐的網(wǎng)格化結(jié)構(gòu)模型；根據(jù)所述網(wǎng)格 化結(jié)構(gòu)模型，建立煤粉燃燒所形成的氣相湍流流動(dòng)過(guò)程、氣固兩項(xiàng)流動(dòng)過(guò)程、輻射傳熱過(guò)程和氮氧化物生成過(guò)程的數(shù)學(xué)模型；
根據(jù)建立的所述數(shù)學(xué)模型，對(duì)所述鍋爐改變?nèi)济悍N類后的煤粉燃燒過(guò)程進(jìn)行模擬，獲取所述鍋爐的各種周界風(fēng)量情況與鍋爐燃燒性能指標(biāo)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系；根據(jù)獲取的所述對(duì)應(yīng)關(guān)系，對(duì)所述鍋爐的周界風(fēng)量進(jìn)行調(diào)整，使所述鍋爐滿足預(yù)設(shè)的燃燒性能指標(biāo)。與一般技術(shù)相比，本發(fā)明煤粉鍋爐改變?nèi)济悍N類后的周界風(fēng)量調(diào)整方法建立與煤粉燃燒所形成的各個(gè)理化過(guò)程相對(duì)應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，采用數(shù)值模擬的方法獲取所述鍋爐的各種周界風(fēng)量情況與鍋爐燃燒性能指標(biāo)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，并根據(jù)獲取的所述對(duì)應(yīng)關(guān)系，對(duì)所述鍋爐的周界風(fēng)量進(jìn)行調(diào)整，使所述鍋爐滿足預(yù)設(shè)的燃燒性能指標(biāo)。本發(fā)明在數(shù)值模擬過(guò)程中耗時(shí)短，計(jì)算成本低，實(shí)現(xiàn)過(guò)程中不需電廠現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)控配合，并且模擬結(jié)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(fēng)量控制的準(zhǔn)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(wèn)題，同時(shí)大大降低了燃燒過(guò)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(fēng)量調(diào)整系統(tǒng)，包括結(jié)構(gòu)模型建立模塊、數(shù)學(xué)模型建立模塊、模擬模塊和調(diào)整模塊；所述結(jié)構(gòu)模型建立模塊，用于根據(jù)四角切圓煤粉鍋爐的設(shè)計(jì)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(guò)熱器區(qū)域的結(jié)構(gòu)，建立所述鍋爐的網(wǎng)格化結(jié)構(gòu)模型；所述數(shù)學(xué)模型建立模塊，用于根據(jù)所述網(wǎng)格化結(jié)構(gòu)模型，建立煤粉燃燒所形成的氣相湍流流動(dòng)過(guò)程、氣固兩項(xiàng)流動(dòng)過(guò)程、輻射傳熱過(guò)程和氮氧化物生成過(guò)程的數(shù)學(xué)模型；所述模擬模塊，用于根據(jù)建立的所述數(shù)學(xué)模型，對(duì)所述鍋爐改變?nèi)济悍N類后的煤粉燃燒過(guò)程進(jìn)行模擬，獲取所述鍋爐的各種周界風(fēng)量情況與鍋爐燃燒性能指標(biāo)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系;所述調(diào)整模塊，·用于根據(jù)獲取的所述對(duì)應(yīng)關(guān)系，對(duì)所述鍋爐的周界風(fēng)量進(jìn)行調(diào)整，使所述鍋爐滿足預(yù)設(shè)的燃燒性能指標(biāo)。與一般技術(shù)相比，本發(fā)明煤粉鍋爐改變?nèi)济悍N類后的周界風(fēng)量調(diào)整系統(tǒng)建立與煤粉燃燒所形成的各個(gè)理化過(guò)程相對(duì)應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，采用數(shù)值模擬的方法獲取所述鍋爐的各種周界風(fēng)量情況與鍋爐燃燒性能指標(biāo)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，并根據(jù)獲取的所述對(duì)應(yīng)關(guān)系，對(duì)所述鍋爐的周界風(fēng)量進(jìn)行調(diào)整，使所述鍋爐滿足預(yù)設(shè)的燃燒性能指標(biāo)。本發(fā)明在數(shù)值模擬過(guò)程中耗時(shí)短，計(jì)算成本低，實(shí)現(xiàn)過(guò)程中不需電廠現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)控配合，并且模擬結(jié)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(fēng)量控制的準(zhǔn)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(wèn)題，同時(shí)大大降低了燃燒過(guò)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(fēng)量調(diào)整方法的流程示意圖；圖2為爐膛結(jié)構(gòu)的網(wǎng)格化示意圖；圖3為不同周界風(fēng)量時(shí)煤粉燃盡率的對(duì)應(yīng)關(guān)系不意圖；圖4為不同周界風(fēng)量時(shí)飛灰含碳量的對(duì)應(yīng)關(guān)系示意圖；圖5為不同周界風(fēng)量時(shí)NOx排放量的對(duì)應(yīng)關(guān)系示意圖6為不同周界風(fēng)量時(shí)下爐膛出口溫度的對(duì)應(yīng)關(guān)系示意圖；圖7為不同周界風(fēng)量時(shí)沿爐膛高度的平均溫度分布示意圖；圖8為不同周界風(fēng)量時(shí)沿爐膛高度的氧量分布示意圖；圖9為不同周界風(fēng)量時(shí)沿爐膛高度的CO生成量分布示意圖；圖10為不同周界風(fēng)量時(shí)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(fēng)量調(diào)整系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式為更進(jìn)一步闡述本發(fā)明所采取的技術(shù)手段及取得的效果，下面結(jié)合附圖及較佳實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案，進(jìn)行清楚和完整的描述。請(qǐng)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(fēng)量調(diào)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(fēng)量調(diào)整方法，包括以下步驟:SlOl根據(jù)四角切圓煤粉鍋爐的設(shè)計(jì)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(guò)熱器區(qū)域的結(jié)構(gòu)，建立所述鍋爐的網(wǎng)格化結(jié)構(gòu)模型；根據(jù)燃燒器出口的流動(dòng)特性，作為鍋爐燃燒器入口邊界條件，構(gòu)建求解區(qū)域并進(jìn)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(zhì)量的計(jì)算網(wǎng)格，采用分區(qū)網(wǎng)格劃分方法，采用結(jié)構(gòu)化六面體網(wǎng)格，為了準(zhǔn)確模擬燃燒器出口空氣動(dòng)力 場(chǎng)，燃燒器入口區(qū)域需要進(jìn)行網(wǎng)格局部加密，總的網(wǎng)格數(shù)為200萬(wàn)。如圖2所示，為爐膛結(jié)構(gòu)的網(wǎng)格化示意圖。作為其中一個(gè)實(shí)施例，在所述建立所述鍋爐的網(wǎng)格化結(jié)構(gòu)模型的步驟中，所述設(shè)計(jì)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(jìn)口壓力、再熱蒸汽出口壓力、再熱蒸汽進(jìn)口溫度、再熱蒸汽出口溫度、給水溫度、排煙溫度、熱風(fēng)溫度、鍋爐效率、計(jì)算燃料消耗量、實(shí)際燃料消耗量以及燃燒器設(shè)計(jì)參數(shù)。建立網(wǎng)格化模型時(shí)，必要的設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)參數(shù)越多，則建立的模型越準(zhǔn)確。表I是一個(gè)鍋爐主要設(shè)計(jì)參數(shù)的實(shí)施例。表I鍋爐主要設(shè)計(jì)參數(shù)
權(quán)利要求
1.一種煤粉鍋爐改變?nèi)济悍N類后的周界風(fēng)量調(diào)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(shè)計(jì)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(guò)熱器區(qū)域的結(jié)構(gòu)，建立所述鍋爐的網(wǎng)格化結(jié)構(gòu)模型； 根據(jù)所述網(wǎng)格化結(jié)構(gòu)模型，建立煤粉燃燒所形成的氣相湍流流動(dòng)過(guò)程、氣固兩項(xiàng)流動(dòng)過(guò)程、輻射傳熱過(guò)程和氮氧化物生成過(guò)程的數(shù)學(xué)模型； 根據(jù)建立的所述數(shù)學(xué)模型，對(duì)所述鍋爐改變?nèi)济悍N類后的煤粉燃燒過(guò)程進(jìn)行模擬，獲取所述鍋爐的各種周界風(fēng)量情況與鍋爐燃燒性能指標(biāo)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系； 根據(jù)獲取的所述對(duì)應(yīng)關(guān)系，對(duì)所述鍋爐的周界風(fēng)量進(jìn)行調(diào)整，使所述鍋爐滿足預(yù)設(shè)的燃燒性能指標(biāo)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤粉鍋爐改變?nèi)济悍N類后的周界風(fēng)量調(diào)整方法，其特征在于，在所述建立所述鍋爐的網(wǎng)格化結(jié)構(gòu)模型的步驟中，所述設(shè)計(jì)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(jìn)口壓力、再熱蒸汽出口壓力、再熱蒸汽進(jìn)口溫度、再熱蒸汽出口溫度、給水溫度、排煙溫度、熱風(fēng)溫度、鍋爐效率、計(jì)算燃料消耗量、實(shí)際燃料消耗量以及燃燒器設(shè)計(jì)參數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的煤粉鍋爐改變?nèi)济悍N類后的周界風(fēng)量調(diào)整方法，其特征在于，所述燃燒器設(shè)計(jì)參數(shù)包括一次風(fēng)、二次風(fēng)、三次風(fēng)、一次風(fēng)周界風(fēng)、三次風(fēng)周界風(fēng)和爐膛漏風(fēng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤粉鍋爐改變?nèi)济悍N類后的周界風(fēng)量調(diào)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(quán)利要求1所述的煤粉鍋爐改變?nèi)济悍N類后的周界風(fēng)量調(diào)整方法，其特征在于，所述鍋爐燃燒性能指標(biāo) 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(quán)利要求1所述的煤粉鍋爐改變?nèi)济悍N類后的周界風(fēng)量調(diào)整方法，其特征在于，在所述對(duì)所述鍋爐的周界風(fēng)量進(jìn)行調(diào)整的步驟之后，包括以下步驟: 在所述鍋爐的運(yùn)行過(guò)程中，當(dāng)鍋爐燃燒性能指標(biāo)超過(guò)預(yù)設(shè)告警指標(biāo)時(shí)，發(fā)出告警信號(hào)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤粉鍋爐改變?nèi)济悍N類后的周界風(fēng)量調(diào)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(dòng)過(guò)程、氣固兩項(xiàng)流動(dòng)過(guò)程、輻射傳熱過(guò)程和氮氧化物生成過(guò)程的數(shù)學(xué)模型的步驟之后，包括以下步驟: 根據(jù)建立的所述數(shù)學(xué)模型，對(duì)所述鍋爐改變?nèi)济悍N類后的煤粉燃燒過(guò)程進(jìn)行模擬，獲取在各種周界風(fēng)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(duì)應(yīng)關(guān)系。
8.一種煤粉鍋爐改變?nèi)济悍N類后的周界風(fēng)量調(diào)整系統(tǒng)，其特征在于，包括結(jié)構(gòu)模型建立模塊、數(shù)學(xué)模型建立模塊、模擬模塊和調(diào)整模塊； 所述結(jié)構(gòu)模型建立模塊，用于根據(jù)四角切圓煤粉鍋爐的設(shè)計(jì)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(guò)熱器區(qū)域的結(jié)構(gòu)，建立所述鍋爐的網(wǎng)格化結(jié)構(gòu)模型； 所述數(shù)學(xué)模型建立模塊，用于根據(jù)所述網(wǎng)格化結(jié)構(gòu)模型，建立煤粉燃燒所形成的氣相湍流流動(dòng)過(guò)程、氣固兩項(xiàng)流動(dòng)過(guò)程、輻射傳熱過(guò)程和氮氧化物生成過(guò)程的數(shù)學(xué)模型； 所述模擬模塊，用于根據(jù)建立的所述數(shù)學(xué)模型，對(duì)所述鍋爐改變?nèi)济悍N類后的煤粉燃燒過(guò)程進(jìn)行模擬，獲取所述鍋爐的各種周界風(fēng)量情況與鍋爐燃燒性能指標(biāo)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系; 所述調(diào)整模塊，用于根據(jù)獲取的所述對(duì)應(yīng)關(guān)系，對(duì)所述鍋爐的周界風(fēng)量進(jìn)行調(diào)整，使所述鍋爐滿足預(yù)設(shè)的燃燒性能指標(biāo)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的煤粉鍋爐改變?nèi)济悍N類后的周界風(fēng)量調(diào)整系統(tǒng)，其特征在于，所述鍋爐燃燒性能指標(biāo)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(quán)利要求8所述的煤粉鍋爐改變?nèi)济悍N類后的周界風(fēng)量調(diào)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(yùn)行過(guò)程中，當(dāng)鍋爐燃燒性能指標(biāo)超過(guò)預(yù)設(shè)告警指標(biāo)時(shí)，發(fā)出告警信號(hào) 。
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(fēng)量調(diào)整方法，包括建立所述鍋爐的網(wǎng)格化結(jié)構(gòu)模型；建立煤粉燃燒所形成的各個(gè)理化過(guò)程的數(shù)學(xué)模型；對(duì)所述鍋爐改變?nèi)济悍N類后的煤粉燃燒過(guò)程進(jìn)行模擬，獲取所述鍋爐的各種周界風(fēng)量情況與鍋爐燃燒性能指標(biāo)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系；對(duì)所述鍋爐的周界風(fēng)量進(jìn)行調(diào)整，使所述鍋爐滿足預(yù)設(shè)的燃燒性能指標(biāo)。此外，還公開了一種煤粉鍋爐改變?nèi)济悍N類后的周界風(fēng)量調(diào)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(fēng)量控制的準(zhǔn)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(wèn)題，同時(shí)大大降低了燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的污染物。
文檔編號(hào)G06F19/00GK103234219SQ201310145498
公開日2013年8月7日 申請(qǐng)日期2013年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月24日
發(fā)明者李德波 申請(qǐng)人:廣東電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院