一種基于鍋爐煙氣成分監(jiān)測分析鍋爐燃燒煤質(zhì)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于鍋爐煙氣成分監(jiān)測分析鍋爐燃燒煤質(zhì)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 鍋爐燃燒煤質(zhì)的監(jiān)測，可以為預(yù)測電廠燃燒煤質(zhì)的熱值提供依據(jù)。隨著技術(shù)的發(fā) 展，煤質(zhì)的灰分已經(jīng)有在線儀器可以進(jìn)行監(jiān)測，但如何實(shí)現(xiàn)燃燒煤質(zhì)的元素在線分析，仍是 一個(gè)面臨的難題。
[0003] 因此迫切需要一種基于現(xiàn)場測量數(shù)據(jù)的，能夠?qū)﹀仩t燃燒煤質(zhì)進(jìn)行在線分析的方 法來解決目前的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是基于以上技術(shù)現(xiàn)狀，提供一種基于鍋爐煙氣成分監(jiān)測分析鍋爐燃 燒煤質(zhì)的方法。
[0005] 本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0006] -種基于鍋爐煙氣成分監(jiān)測分析鍋爐燃燒煤質(zhì)的方法，其步驟如下：
[0007] (1)在空預(yù)器入口處對煙氣成分進(jìn)行監(jiān)測，測定煙氣中的氧氣、二氧化碳、二氧化 硫及水分的體積百分比濃度，依次用Vp02、VpC02、VpS02、VpH20表示，并按式（1)計(jì)算出煙 氣中的氮?dú)獍俜直葷舛萔pN2 ;
[0008] VpN2 = 100%-Vp02-VpC02-VpS02-VpH20 (I)
[0009] (2)假定燃煤中含硫量MpSF，由式⑵和式（3)計(jì)算出MpCb ;
[0012] 其中：
[0013] MpCb表示燃煤中可燃碳的質(zhì)量百分比；
[0014] MoC02Sb表示單位質(zhì)量燃煤對應(yīng)的脫硫劑中產(chǎn)生的0)2的摩爾數(shù)，單位mol/kg，對 于爐外脫硫的鍋爐，取值為零；
[0015] MoFg表示單位質(zhì)量燃煤對應(yīng)的濕煙氣摩爾數(shù)，單位mol/kg ;
[0016] MFrSc表示脫硫比，對于爐外脫硫的鍋爐，取值為零；
[0017] (3)將計(jì)算所得的MpCb代入式（2)，計(jì)算出單位質(zhì)量燃煤對應(yīng)的濕煙氣摩爾數(shù) MoFg ；
[0018] (4)假定燃煤中未燃盡碳的質(zhì)量百分比MpUbC，由式（4)計(jì)算燃煤中含碳量MpCF ;
[0019] MpCb = MpCF-MpUbC (4)
[0020] (5)假定燃煤中含氮量MpN2F，根據(jù)式（5)和（6)計(jì)算出修正后單位質(zhì)量燃煤對應(yīng) 的理論空氣摩爾數(shù)MoThACr ;
[0023] 其中XpA表示過量空氣與理論空氣量的百分比；
[0024] (6)假定燃煤中含氫量MpH2F，根據(jù)式（7)計(jì)算燃煤中含水量MpWF ;
[0026] 其中，
[0027] MFrWAdz表示單位質(zhì)量燃煤對應(yīng)的額外進(jìn)入爐內(nèi)的蒸汽量（如吹灰等），單位kg/ kg，當(dāng)正常運(yùn)行中吹灰停運(yùn)時(shí)，取值為零；
[0028] MoWSb表示單位質(zhì)量燃煤對應(yīng)的脫硫劑中產(chǎn)生的H20的摩爾數(shù)，單位mol/kg，對于 爐外脫硫的鍋爐，取值為零；
[0029] MoWA表示每摩爾干空氣中水分的摩爾數(shù)，單位mol/mol，當(dāng)環(huán)境參數(shù)如干球溫度 及相對濕度已知，或者干球溫度及濕球溫度已知時(shí)可以求得；
[0030] (7)根據(jù)式⑶和（9)計(jì)算燃煤含氧量Mp02F ;
[0032] MFrThACr = 0. 1151MpCb+0. 3429MpH2F+0. 0431
[0033] (1+0. 5MFrSc)MpSF-0.0432Mp02F (9)
[0034] (8)根據(jù)上述計(jì)算出的量，按照式（10)計(jì)算燃煤中灰分百分比MpASF ;
[0035] MpASF = 100%-MpCF-MpSF-MpH2F-Mp02F-MpN2F-MpWF (10)
[0036] (9)，將以上所得出的各相關(guān)量代入式（11)，計(jì)算出新的燃煤中含氫量MpH2FNEW;
[0038] 式中，a，b為擬合線性函數(shù)的常數(shù)。線性擬合的常數(shù)由各電廠燃燒煤質(zhì)的分析數(shù) 據(jù)擬合可以獲得。
[0039] (10)計(jì)算MpH2F與MpH2FNEW差值的絕對值是否小于0. 01，若是，進(jìn)入步驟（11)，否 貝1J，將該新的燃煤中含氫量MpH2FNEW作為假定值，重復(fù)步驟（6) - (10)，直至MpH2F與MpH2FNEW 差值的絕對值小于0.0 l ;
[0040] (11)判斷1^!12?、1^02?、1^1?、1^^3?是否在合理范圍，若是，進(jìn)入步驟（12)，否則， 按照下列邏輯進(jìn)行計(jì)算：
[0041] 以MpN2F+ Δ N2作為新的假定值MpN2F NEW，按照以下邏輯計(jì)算：
[0042] 當(dāng) MpN2FNEW在合理范圍內(nèi)時(shí)，重復(fù)步驟（5) -(11)，直至 MpH2F、Mp02F、MpWF、MpASF 均在合理范圍，轉(zhuǎn)步驟（12);
[0043] 當(dāng)MpN2FNEW在超出合理范圍內(nèi)時(shí)，以MpSF+ Δ S作為新的假定值MpSF NEW，重復(fù)步驟 (2)-(11)，直至]\^!12卩、]\^02卩、]\^肝、]\^^5卩均在合理范圍，轉(zhuǎn)步驟（12);
[0044] (12)根據(jù)ASME PTC4鍋爐試驗(yàn)規(guī)程進(jìn)行鍋爐燃燒計(jì)算，計(jì)算出新的燃煤中未燃盡 碳MpUbCNEW，判斷MpUbC與MpUbCNEW差值的絕對值是否小于0. 01，若是，則輸出求解得到的 MpCF、MpSF、MpH2F、MpN2F、Mp02F、MpWF 和 MpASF，否則以 MpUbCNEW作為新的假定值，重復(fù)步 驟（4) - (12)，直至MpUbC與MpUbCNEW差值的絕對值小于0. 01。
[0045] 其中，式（11)表示燃煤的干燥無灰基氫與干燥無灰基碳之間存在良好的線性關(guān) 系，a，b為擬合線性函數(shù)的常數(shù)，可通過電廠燃燒煤質(zhì)的干燥無灰基氫與干燥無灰基碳分析 數(shù)據(jù)擬合得到。
[0046] 具體地，MpH2F、Mp02F、MpWF和MpASF的合理范圍的取值取決于具體電廠燃燒的 煤種。本發(fā)明中，合理范圍參數(shù)取下列數(shù)據(jù)，可以覆蓋絕大多數(shù)電廠煤質(zhì)的煤質(zhì)元素變化范 圍。如 MpH2F 取 0-6 % ;Mp02F 取 0-10 % ;MpWF 取 0-15 % ;MpASF 取 5 % -40 %。
[0047] 進(jìn)一步的，其中步驟（11)中判斷MpASF的合理范圍時(shí)，可以將計(jì)算出的煤質(zhì)灰分 含量MpASF可以與電廠現(xiàn)場煤質(zhì)灰分在線儀器獲得數(shù)據(jù)相互校驗(yàn)，如果計(jì)算結(jié)果數(shù)據(jù)與灰 分在線儀器偏差超過2%，則認(rèn)為該計(jì)算出的煤質(zhì)灰分含量MpASF不在合理范圍內(nèi)。計(jì)算出 的煤質(zhì)灰分含量MpASF合理的判據(jù)表達(dá)為：
[0048] |MpASF-MpASFins|彡2, MpASFins為電廠現(xiàn)場煤質(zhì)灰分在線儀器測得的灰分?jǐn)?shù)據(jù)。
[0049] 優(yōu)選地，步驟（11)中 Δ N2= 0.1%，AS = O. 1%。
[0050] 具體地，各煙氣成分濃度均基于濕基測量數(shù)據(jù)，關(guān)于燃燒的計(jì)算公式采用ASME PTC4標(biāo)準(zhǔn)中公式進(jìn)行。
[0051] 采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于：
[0052] 本發(fā)明基于空預(yù)器入口煙氣成分的濃度分析數(shù)據(jù)包括氧量、二氧化硫、二氧化碳、 水分及氮?dú)猓Y(jié)合現(xiàn)場燃燒煤質(zhì)的灰分?jǐn)?shù)據(jù)，通過特定的計(jì)算方法及步驟，可以確定正常運(yùn) 行中燃燒煤質(zhì)的各元素成分組成，解決了正常運(yùn)行中電廠鍋爐燃燒煤質(zhì)如何進(jìn)行準(zhǔn)確監(jiān)測 的問題，可以為電廠運(yùn)行中提供燃燒煤質(zhì)元素成分的定量數(shù)據(jù)，為準(zhǔn)確預(yù)測電廠燃燒煤質(zhì) 的發(fā)熱值及鍋爐效率的在線監(jiān)測提供了重要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
【附圖說明】
[0053] 圖1為本發(fā)明方法的原理框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0054] 下面通過具體實(shí)施例來對本發(fā)明方法進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0055] -種基于鍋爐煙氣成分監(jiān)測分析鍋爐燃燒煤質(zhì)的方法，步驟如下：
[0056] (1)在空預(yù)器入口處對煙氣成分進(jìn)行監(jiān)測，測定煙氣中的氧氣、二氧化碳、二氧化 硫及水分的體積百分比濃度，依次用Vp02、VpC02、VpS02、VpH20表示，并按式（1)計(jì)算出煙 氣中的氮?dú)獍俜直葷舛萔pN2 ;
[0057] VpN2 = 100%-Vp02-VpC02-VpS02-VpH20 (I)
[0058] 某機(jī)組，采用爐外脫硫，正常運(yùn)行中吹灰停運(yùn)?，F(xiàn)場煙氣成分的數(shù)據(jù)如下表：
[0060] 現(xiàn)場煤質(zhì)灰分在線儀器測得的灰分?jǐn)?shù)據(jù)為21 %。
[0061] (2)假定燃煤中含硫量MpSF，由式⑵和式（3)計(jì)算出MpCb ;
[0064]其中：
[0065] MpCb表示燃煤中可燃碳的質(zhì)量百分比；
[0066] MoC02Sb表示單位質(zhì)量燃煤對應(yīng)的脫硫劑中產(chǎn)生的0)2的摩爾數(shù)，單位mol/kg，對 于爐外脫硫的鍋爐，取值為零；
[0067] MoFg表示單位質(zhì)量燃煤對應(yīng)的濕煙氣摩爾數(shù)，單位mol/kg ;
[0068] MFrSc表示脫硫比，對于爐外脫硫的鍋爐，取值為零；
[0069] 由于采用爐外脫硫，因此MoC02Sb = 0, MFrSc = 0。
[0070] 假定含硫量MpSF = 5%，則可計(jì)算出MpCb = 54. 224%
[0071] (3)將計(jì)算所得的MpCb代入式（2)，計(jì)算出單位質(zhì)量燃煤對應(yīng)的濕煙氣摩爾數(shù) MoFg ；
[0072] MpCb = 54. 224%，則 MoFg = 35. 50176
[0073] (4)假定燃煤中未燃盡碳的質(zhì)量百分比MpUbC，由式（4)計(jì)算燃煤中含碳量MpCF ;
[0074] MpCb = MpCF-MpUbC (4)
[0075] 初始假定 MpUbC = 0· 5 %，則 MpCb = 54. 224 %，則 MpCF = 54. 724 %
[0076] (5)假定燃煤中含氮量MpN2F，根據(jù)式（5)和（6)計(jì)算出修正后單位質(zhì)量燃煤對應(yīng) 的理論空氣摩爾數(shù)MoThACr ;
[0079] 其中XpA表示過量空氣與理論空氣量的百分比；
[0080] 假定 MpN2F = 1. 7 %，則 MoThACr = 26. 60634
[0081] (6)假定燃煤中含氫量MpH2F，根據(jù)式（7)計(jì)算燃煤中含水量MpWF ;
[0083] 其中，
[0084] MFrWAdz表示單位質(zhì)量燃煤對應(yīng)的額外進(jìn)入爐內(nèi)的蒸汽量（如吹灰等），單位kg/ kg，當(dāng)正常運(yùn)行中吹灰停運(yùn)時(shí)，取值為零；
[0085] MoWSb表示單位質(zhì)量燃煤對應(yīng)的脫硫劑中產(chǎn)生的H20的摩爾數(shù)，單位mol/kg，對于 爐外脫硫的鍋爐，取值為零；
[0086] MoWA表示每摩爾干空氣中水分的摩爾數(shù)，單位mol/mol，當(dāng)環(huán)境參數(shù)如干球溫度 及相對濕度已知，或者干球溫度及濕球溫度已知時(shí)可以求得；
[0087] 正常運(yùn)行中吹灰停