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电站锅炉燃烧器配风控制逻辑策略研究

张源博  
【摘要】:我国是煤炭资源较为丰富的国家,然而由于人口众多,人均占用量较少,且我国对煤炭资源的利用方式不够合理,造成严重的环境污染和资源浪费。火力发电消耗煤炭量巨大,而锅炉是火电厂的三大主要设备之一,具有重要的地位和意义。当前我国电站锅炉的燃烧控制水平较低,尤其在配风控制上,操作人员多以锅炉实际运行仪表显示情况进行手动调节,存在操作滞后性和不准确的问题,探究锅炉配风的自动控制具有重要意义。本文以某350MW超临界燃煤锅炉为研究对象,建立数学模型和物理模型并进行相关计算,最终搭建配风控制策略模型,以达到减少操作人员工作量、提升配风控制实时性和精确性的目的。首先,根据炉膛实际尺寸构建并简化数学、物理模型,已知锅炉负荷从BMCR到50%THA范围内几种典型负荷下(160MW、180MW、230MW、280MW、320MW、350MW)的燃烧参数(炉膛进风风温及风量、燃煤消耗量、炉膛出口温度、过量空气系数、锅炉燃烧效率等),将上述条件带入程序计算炉内烟气换热量及炉膛黑度,二者可作为炉膛燃烧模拟时的壁面热边界条件。其次,根据研究对象和反应过程,选择合适的计算模型和参数进行炉膛燃烧数值模拟。依据锅炉运行已知数据确定6种典型负荷下的边界条件,其余负荷相关条件以线性插值求解代替。本文假设二次风风风速不变,其中助燃风及SOFA(Separate Over Fire Air)风门开度可变,并以此为主要研究变量。在进行低负荷工况的仿真时,助燃风有正宝塔、缩腰、倒宝塔三种配风方式,根据燃烧特性、NO浓度和主燃区壁面温度特性抉择出最佳配风方式。然后,以典型负荷下助燃风的最佳配风方式和SOFA风门开启状态及开度为基础,整体增加、减少二次风门开度,计算出口平均氧量随之变化的规律。计算结果表明,在较低负荷下(小于280MW),整体增加/减小助燃风门5%的开度可使炉膛出口氧量在±2%范围内调整;当负荷高于280MW时,减小助燃风门开度对出口氧量的调整作用不明显,此时需结合SOFA风共同配合调节。最后,依据计算所得数据编写锅炉配风控制程序并搭建GUI。程序在读取锅炉负荷后自动取整,忽略小幅度负荷变化,并调节各级风门至预设开度;待燃烧稳定后读取炉膛出口氧含量数值,若氧量在合理范围内则保持该状态不变,否则依据前文所述逻辑进行调节;若程序接受到异常数据输入,则在不能自动解决的情况下请求人工操作。当前各电站的锅炉配风过程均为人工操作,本文所搭建的程序可为调节过程的自动化提供简要思路。


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