一种燃煤锅炉燃烧控制方法及系统

技术领域

本申请涉及燃煤锅炉的优化控制技术和系统，尤其涉及一种燃煤锅炉燃烧控制方法及系统。

背景技术

目前，传统的燃煤锅炉的燃烧控制方法是，当机组确定燃烧负荷时，相应的总煤量即可确定，然后燃烧系统以锅炉出口氧量为反馈信号控制送风机总风，总体上是总量型、模糊型燃烧控制方式。

例如，CN 103939939 B公开了一种煤粉锅炉数字化燃烧控制和优化方法及系统，该方法包括：实时调整每根煤粉输送管的煤粉流速和煤粉浓度，使得各煤粉输送管的煤粉流速偏差小于±5％，煤粉质量流量偏差小于±10％；根据每只煤粉燃烧器当前二次风量、煤粉输入量和一次风的空气含量，得到每个燃烧器的空燃比数值或过量空气系数，通过调整煤粉燃烧器的二次风调节门，使各煤粉燃烧器之间的空燃比偏差小于±10％；根据飞灰含碳量、尾部烟气中的氧量和一氧化碳浓度的变化趋势调整输煤量和二次风量，使各燃烧器的空燃比或过量空气系数达到最佳设定值。

该现有技术的燃烧控制方法，首先通过传感器、计算等手段确定各个煤粉输送管道的煤粉质量流量，然后通过调整二次风的空气含量控制进入所有燃烧器的总风量，使各个燃烧器的空燃比趋于一致。该现有技术的燃烧控制，实际上仍然是总量控制，即每个煤粉输送管道输送的煤粉量都是一样的，因而初始控制每个管道的煤粉流量的时候，是将根据燃烧负荷获得的总煤量平均分配给了各个煤粉输送管道，然后通过二次风的调控来控制每个燃烧器的空燃比趋于一致。而空燃比是否合适，则根据飞灰含碳量等指标来调整输煤量和二次风量。

此时，由于每个煤粉输送管道输送的煤粉量仍然需要保持一致，则增加或者减少的输煤量只能平摊给每个煤粉输送管道，煤粉流量指标和一次风指标会同步发生改变，进一步又会带来总风量的变化。因而想要将每个输送管道的输煤量进行等量同步增加或者减少，就需要对制粉系统、输煤系统进行个性化的精确调控，然而实际上这是做不到的。因为如果能够做到精确调控，完全就不需要第一步的复杂的传感器测量和计算等间接手段了，直接精确调控就能实现了。

另一方面，每个燃煤锅炉的制粉系统通常由4至6台磨煤机组成，每台磨煤机对应4至8个燃烧器，每个燃烧器对应一个二次风喷口，每台磨煤机提供的煤粉品质都无法保持一致，所有这些不同的设备如果调平之后然后再想联动调平，现阶段的技术水平是难以做到的，或者即便能够做到，控制系统也会非常复杂，不但成本上难以承受，而且可靠性也会非常低。

更重要的是，在通过飞灰含碳量等指标来调控的时候，完全不清楚到底是哪个部分导致的燃烧不完全，唯一可以做的事是将各个燃烧器的空燃比调整到趋于一致，至于这种趋于一致的空燃比到底是否是最优值，完全是糊涂的。也就是说，即便能够做到精确调控，由于不清楚不充分燃烧到底是由哪一部分造成的，因而只能稀里糊涂对所有阀门开度进行一个等比例的线性调整，实际上并不是针对真正的原因采取的精确调控，而只能算作一种模糊处理，所谓的精确调控其实是不精确的。

因此，该现有技术的燃烧控制方法，能够将各个燃烧器的空燃比调平就已经是很不错了，进一步根据飞灰含碳量等指标来调整输煤量和二次风量实际上是做不到的，最多只能将各个阀门的开度等比例调整一个对应的大小，而无法做到精确调控，也无法获得所谓的最佳空燃比的最佳设定值。该现有技术的这种模糊处理带来的后果是，该控制方法和系统无法适应快速变负荷的灵活性控制要求以及燃烧调整控制手段滞后于实际调整的需要，会造成锅炉运行经济性差、烟气排放污染物高、锅炉受热面结焦结渣等问题。

发明内容

本申请要解决的技术问题是提供一种燃煤锅炉燃烧控制方法及系统，以减少或避免前面所提到的问题。

为解决上述技术问题，本申请提出了一种燃煤锅炉燃烧控制方法，所述燃煤锅炉的主燃区设置有多个燃烧器以及与每个燃烧器对应的二次风喷口；所述燃煤锅炉的燃尽区设置有多个燃尽风喷口；所述燃煤锅炉的炉膛出口设置有省煤器，在所述省煤器的出口设置有与燃尽风喷口位置对应的CO/O

优选地，所述CO/O

优选地，所述步骤A进一步包括：根据测量得到的每根煤粉管道内的一次风流量和煤粉流量，调整每个燃烧器所对应的每根煤粉管道内的煤粉流量基本相同。

优选地，所述步骤A进一步包括：在保持每个燃烧器所对应的每根煤粉管道内的煤粉流量基本相同的前提下，根据测量得到的每个二次风喷口的二次风流量，调整每个燃烧器的二次风喷口的二次风风门的开度，使得每个燃烧器的风煤比基本相同。

本申请还提出了一种燃煤锅炉燃烧控制系统，包括设置在所述燃煤锅炉的主燃区的多个燃烧器以及与每个燃烧器对应的二次风喷口；每个燃烧器均通过一根煤粉管道与一次风粉系统相连；每个二次风喷口均通过二次风管道与二次风风箱相连，其中，所述燃煤锅炉的燃尽区设置有多个燃尽风喷口；所述燃煤锅炉的炉膛出口设置有省煤器，在所述省煤器的出口设置有与燃尽风喷口位置对应的CO/O

优选地，每根煤粉管道内均设置有煤粉流量测量传感器、一次风流量传感器以及一次风粉调节阀；每个二次风喷口所对应的二次风管道内均设置有二次风流量传感器和二次风风门；所述煤粉流量测量传感器、一次风流量传感器、一次风粉调节阀、二次风流量传感器以及二次风风门均通过控制线缆与主燃区控制模块相连。

优选地，连接二次风风箱与各个二次风管道的二次风主管道内设置有二次风总量风门，所述二次风总量风门通过控制线缆与主燃区控制模块相连。

优选地，每个燃尽风喷口均通过燃尽风管道与燃尽风风箱相连，每个燃尽风喷口所对应的燃尽风管道内均设置有燃尽风流量传感器和燃尽风风门；所述燃尽风流量传感器、燃尽风风门以及每个燃尽风喷口对应的CO/O

优选地，所述CO/O

优选地，所述燃尽风喷口均匀布置在燃煤锅炉的前墙和后墙上，包括一层或者多层纵向对准排列的多个燃尽风喷口；每一列纵向排列的燃尽风喷口对应设置有一个CO/O

本申请采用了分段式独立控制，在主燃区参数确定的情况下，根据出口设置的网格化布局的CO/O

附图说明

以下附图仅旨在于对本申请做示意性说明和解释，并不限定本申请的范围。

其中，图1显示的是根据本申请的一个具体实施例的燃煤锅炉燃烧控制系统的结构示意图。

图2显示的是根据本申请的一个具体实施例的燃尽风喷口的布局示意图。

图3显示的是与图2所示燃尽风喷口位置对应的CO/O

具体实施方式

为了对本申请的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本申请的具体实施方式。其中，相同的部件采用相同的标号。

正如背景技术部分所述，现有的燃煤锅炉燃烧控制由于技术的限制，无法做到精确调控，更重要的是无法确定不充分燃烧的位置，只能笼统调整所有燃烧器的供煤量、一次风和二次风流量，因而即便能够精确调控也不能做到对个别燃烧器对应的参数进行逐一调整控制。

有鉴于此，本申请提出了一种优化的燃煤锅炉燃烧控制方法和系统，如图1所示。本申请的优化方法的总体思路是，采用“精确的前反馈控制”理念，把整个燃煤锅炉1的燃烧区域分为主燃区100和燃尽区200两个区域，并进行相对独立的控制。

具体来说，在主燃区100内，基于单个燃烧器31的风煤比控制，从影响燃煤锅炉1燃烧的根源入手，通过测量进入每个燃烧器31的一次风流量、煤粉质量流量，调整单个燃烧器31的二次风量，也就是调整单个燃烧器31的风煤比，使得每个燃烧器31都处在最接近设计的最佳工况下运行。发明人认为，在主燃区的每个燃烧器31的煤粉流量相同且风煤比相同的情况下，燃烧器已经达到了最佳的工况，在燃烧负荷确定了的情况下，后续不需要再进行调整。

在主燃区100的调控完成之后，保持主燃区100的运行参数不变，之后仅仅对燃尽区200的运行参数进行独立调整。

具体来说，在燃尽区200内，通过实时监测炉膛出口烟道出口的CO/O

有关主燃区和燃尽区的划分，在诸多现有技术文献中均有记载，有些文献还认为，在主燃区和燃尽区之间还存在一个复燃区。因此相关区域的划分为公知技术，并非本申请创造的概念，本申请只是在已知的主燃区和燃尽区中进行了布局和控制方法上的创新。

更具体地，如图所示，基于上述优化方法，本申请提出了一种燃煤锅炉燃烧控制系统，包括设置在燃煤锅炉1的主燃区100的多个燃烧器31以及与每个燃烧器31对应的二次风喷口41；每个燃烧器31均通过一根煤粉管道30与一次风粉系统3相连；每个二次风喷口41均通过二次风管道40与二次风风箱4相连。其中，一次风粉系统3包含常规的由多台磨煤机组成的制粉系统以及一次风风箱等机构(图中未示出)，一次风粉系统3通过一次风将制得的煤粉通过多根煤粉管道30输送给对应的燃烧器31。

与现有技术不同的是，本申请进一步在燃煤锅炉1的燃尽区200设置有多个燃尽风喷口61，并在炉膛的排放口末端对应于每组燃尽风喷口61设置了位置对应的CO/O

图2显示了根据本申请的一个具体实施例的燃尽风喷口的布局示意图，其显示的是图1中的燃煤锅炉1的横截面示意图。在图示具体实施例中，燃尽风喷口61均匀布置在燃煤锅炉的前墙11和后墙12上，包括一层或者多层纵向对准排列的多个燃尽风喷口61。在图1所示具体实施例中，总共显示有两层燃尽风喷口61，每一层的燃尽风喷口61位于同一水平横截面内，且上下两层的燃尽风喷口61两两纵向对准排列为一组，在纵向总共形成有8组燃尽风喷口61。在图2所示具体实施例中，每一层均包含8个燃尽风喷口61，其中前墙11上均匀布置了4组燃尽风喷口61，后墙12上也均匀布置了4组燃尽风喷口61，前墙11和后墙12上的燃尽风喷口61也是两两横向对准布置的。有关前墙和后墙的概念是本领域惯用术语，是相对燃烧器31的远近来说的，与燃烧器31同一侧的为前墙，与燃烧器31相对的一侧为后墙。

图3显示了与图2所示燃尽风喷口位置对应的CO/O

在图1所示结构中，炉膛从燃煤锅炉1向上延伸然后弯折后朝下延伸，炉膛出口位置的烟道2中设置了省煤器300，在省煤器300的出口设置有CO/O

例如，对照图2和图3所示的布局结构，如果图3中位于烟道内图示的排列在右上角的CO/O

当然，图示燃尽风喷口61的布局结构仅仅是一种示例性说明，实际应用的时候可以根据需要提供更多的燃尽风喷口61，并且不限于仅仅布置在前墙和后墙上，也可以均匀布置在整个燃尽区的四周。对应的，随着燃尽风喷口61的增加，可以在烟道2内的同一水平横截面内布置更多的CO/O

进一步地，如图1所示，对应于主燃区100，每根煤粉管道30内均设置有煤粉流量测量传感器34、一次风流量传感器32以及一次风粉调节阀33；每个二次风喷口31所对应的二次风管道40内均设置有二次风流量传感器42和二次风风门43；煤粉流量测量传感器34、一次风流量传感器32、一次风粉调节阀33、二次风流量传感器42以及二次风风门43均通过控制线缆与主燃区控制模块5相连。进一步地，为了控制二次风总量，连接二次风风箱4与各个二次风管道40的二次风主管道44内设置有二次风总量风门45，二次风总量风门45通过控制线缆与主燃区控制模块4相连。

其中，煤粉流量测量传感器34、一次风流量传感器32和二次风流量传感器42可以采用现有技术中的任何一种适用的可以直接测量流量的传感器，也可以采用任何一种现有技术中适用的可以间接测量流量的装置或者方法。例如，本领域技术人员可以采用背景技术部分引用的现有技术中的装置或者方法作为本申请中的实体或者虚拟传感器，用于直接或者间接计算获得煤粉流量、一次风和二次风流量。

进一步地，对应于燃尽区200，每个燃尽风喷口61均通过燃尽风管道60与燃尽风风箱6相连，每个燃尽风喷口61所对应的燃尽风管道60内均设置有燃尽风流量传感器62和燃尽风风门63；燃尽风流量传感器62、燃尽风风门63以及每个燃尽风喷口61对应的CO/O

下面参照附图进一步详细说明本申请的燃煤锅炉燃烧控制方法，所述方法包括如下步骤：

步骤A：在主燃区100内，先调整每个燃烧器31所对应的每根煤粉管道30内的煤粉流量基本相同；然后调整每个燃烧器31的二次风风门43的开度，使得每个燃烧器31的风煤比基本相同。

具体地，所述步骤A进一步包括：根据测量得到的每根煤粉管道30内的一次风流量和煤粉流量，调整每个燃烧器31所对应的每根煤粉管道30内的煤粉流量基本相同。更具体的，例如，可以通过煤粉流量测量传感器34测量得到的每根煤粉管道30内的煤粉流量，通过一次风流量传感器32每根煤粉管道30内的一次风流量，上述流量信息通过控制线缆转递给主燃区控制模块5，主燃区控制模块5根据各个煤粉管道30内的煤粉流量和一次风流量信号，控制一次风粉调节阀33的开度，从而调整每个燃烧器31所对应的每根煤粉管道30内的煤粉流量基本相同。所谓基本相同可以设定为标定值的一个误差范围内，例如±5％。

进一步具体地，在保持每个燃烧器31所对应的每根煤粉管道30内的煤粉流量基本相同的前提下，根据测量得到的每个二次风喷口41的二次风流量，调整每个燃烧器31的二次风喷口41的二次风风门43的开度，使得每个燃烧器31的风煤比基本相同。更具体地，例如，可以通过二次风流量传感器42测量得到的每个二次风喷口41的二次风流量，将该流量信号通过控制线缆传递给主燃区控制模块5，主燃区控制模块5通过之前获得的一次风流量和二次风流量，计算得到总风量，然后主燃区控制模块5控制二次风风门43的开度大小，即可将各个燃烧器31所对应的总风量调整到基本相同，由于之前的煤粉流量已经调整到基本相同了，因而此处只需要保持每根煤粉管道30内的煤粉流量不变，只改变二次风风门43的开度大小即可，大大简化了控制程序。

步骤B：保持主燃区100内的运行参数不变，根据每个CO/O

具体地，例如，在保持主燃区100内的运行参数不变的前提下，每个CO/O

进一步地，图2和图3所对应的燃尽风喷口61和CO/O

例如，通过采用本申请的控制系统和控制方法，与常规总量型、模糊型燃烧控制方式进行对比，同样的燃烧负荷和煤粉质量的条件下，本申请的控制系统和方法降低了15％-18.5％的煤粉损耗，CO/NOx的尾气含量降低了22-28％，受热面结焦结渣平均清理间隔延长了90-100天，大大提高了燃煤效率和排放水平，节约了停机时间，节约了成本。

另外，本发明的控制方法采用了分段式独立控制，在主燃区，先调整煤粉流量，在煤粉流量确定的情况下，独立调整二次风流量。在主燃区参数确定的情况下，根据出口设置的网格化布局的CO/O

本领域技术人员应当理解，虽然本申请是按照多个实施例的方式进行描述的，但是并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案。说明书中如此叙述仅仅是为了清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体加以理解，并将各实施例中所涉及的技术方案看作是可以相互组合成不同实施例的方式来理解本申请的保护范围。

以上所述仅为本申请示意性的具体实施方式，并非用以限定本申请的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本申请的构思和原则的前提下所作的等同变化、修改与结合，均应属于本申请保护的范围。