一種循環(huán)流化床鍋爐的爐膛出口氧量監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種循環(huán)流化床鍋爐的爐膛出口氧量監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：給煤量檢測裝置，用于檢測從爐膛入口進入所述鍋爐的給煤量；風量檢測裝置，用于檢測供應至所述鍋爐的總風量；煤炭熱值測量裝置，用于測量送入所述鍋爐的煤炭熱值；以及數(shù)據(jù)處理裝置，用于利用根據(jù)所述給煤量、所述總風量和所述煤炭熱值，計算所述鍋爐的爐膛出口氧量，以對爐膛出口氧量進行準確地、動態(tài)性良好的監(jiān)測。
【專利說明】一種循環(huán)流化床鍋爐的爐膛出口氧量監(jiān)控系統(tǒng)

【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種鍋爐的爐膛出口氧量監(jiān)控系統(tǒng)及監(jiān)控方法，具體地，涉及一 種循環(huán)流化床鍋爐的爐膛出口氧量監(jiān)控系統(tǒng)及監(jiān)控方法。

【背景技術】
[0002] 煙氣含氧量（即爐膛出口氧量）對于電廠節(jié)約能源、維護鍋爐經(jīng)濟性燃燒是一項重 要的熱工參數(shù)，它與過?？諝庀禂?shù)成函數(shù)關系，其直接反映鍋爐燃燒過程的風煤比，對燃燒 經(jīng)濟性具有重要意義。煙氣含氧量過高或過低，都會造成能源的浪費，因此要將其限制在一 個合理的范圍內。
[0003] 目前測量鍋爐煙氣含氧量的氧氣傳感器主要是熱磁式氧量傳感器和氧化鋯氧量 傳感器，其存在以下問題：
[0004] (1)故障率高，主要故障包括飛灰磨損、堵灰、鉬電極中毒或剝離脫落、電加熱器損 壞等。
[0005] (2)測量精度低，受傳感器本身精度、煙氣氧量分布不均勻、安裝處漏風的影響，測 量精度不易保證，綜合誤差為大。
[0006] (3)動態(tài)特性差，氧化鋯氧量計是利用濃差電池原理而進行工作的，氧分子在氧化 鋯電介質內有一個滲透過程，該滲透過程造成測量的滯后；同時為了減少飛灰磨損，許多氧 量計探頭上加裝陶瓷保護套管，但這樣又增加了堵灰的可能性和測量的滯后性。
[0007] (4)檢修、維護、校驗困難。
[0008] 另外還存在成本高，反應速度慢，不利于過程的在線監(jiān)視和提供在線閉環(huán)控制所 需的反饋信號等諸多缺點。
[0009] 因而無法對爐膛出口氧量進行準確地、動態(tài)性良好的監(jiān)測。 實用新型內容
[0010] 本實用新型的目的是提供一種循環(huán)流化床鍋爐的爐膛出口氧量監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng) 能夠對爐膛出口氧量進行準確地、動態(tài)性良好的監(jiān)測。
[0011] 為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供一種循環(huán)流化床鍋爐的爐膛出口氧量監(jiān)控系 統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：給煤量檢測裝置，用于檢測從爐膛入口進入所述鍋爐的給煤量；風量檢測 裝置，用于檢測供應至所述鍋爐的總風量；煤炭熱值測量裝置，用于測量送入所述鍋爐的煤 炭熱值；以及數(shù)據(jù)處理裝置，用于根據(jù)所述給煤量、所述總風量和所述煤炭熱值，計算所述 鍋爐的爐膛出口氧量。
[0012] 優(yōu)選地，根據(jù)以下模型計算所述鍋爐的爐膛出口氧量：
[0013] 即熱煤炭量模型：^ =廠(〇-1⑷尸財⑴必⑴). 9 Kl KB(t)PM(t)
[0014] 爐膛出口氧量信號模型：（=21 --γ~X
[0015] K102 = 16. 191 (ff)_L 5924 ；
[0016] 其中，Y〇2為爐膛出口氧量；B(t)為t時刻的即燃碳量；PM(t)為t時刻的總風量； K為模型總系數(shù)；Η為燃料的單位發(fā)熱量，即煤炭熱值；F(t)為t時刻從爐膛入口進入鍋爐 的給煤量；Kl〇2為氧量模型系數(shù)；1為風量校正信號；W為機組負荷。
[0017] 優(yōu)選地，所述給煤量檢測裝置包括用于檢測輸入至所述鍋爐的煤炭的重量的稱重 傳感器及用于檢測輸送煤炭至所述鍋爐的皮帶的速度的速度傳感器。
[0018] 優(yōu)選地，所述風量檢測裝置包括置于所述循環(huán)流化床鍋爐的一次風機、二次風機 和流化風機的出口處的多個風量計。
[0019] 優(yōu)選地，所述系統(tǒng)還包括控制裝置，用于根據(jù)所述鍋爐的爐膛出口氧量生成控制 信號以控制所述鍋爐的正常運行。
[0020] 優(yōu)選地，所述系統(tǒng)還包括報警裝置，用于在所述爐膛出口氧量不在預定范圍內時， 進行報警。
[0021] 本實用新型通過檢測供應至鍋爐的給煤量、總風量及煤炭熱值，然后根據(jù)這些參 數(shù)來計算鍋爐的爐膛出口氧，以便實現(xiàn)對爐膛出口氧量準確的、動態(tài)性良好的監(jiān)測。
[0022] 本實用新型的其他特征和優(yōu)點將在隨后的【具體實施方式】部分予以詳細說明。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023] 附圖是用來提供對本實用新型的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與下面 的【具體實施方式】一起用于解釋本實用新型，但并不構成對本實用新型的限制。在附圖中：
[0024] 圖1是根據(jù)本實用新型實施方式的循環(huán)流化床鍋爐的爐膛出口氧量監(jiān)控系統(tǒng)的 結構框圖；
[0025] 圖2是根據(jù)本實用新型實施方式的給煤量檢測裝置的結構框圖；
[0026] 圖3是根據(jù)本實用新型實施方式的PLC控制器的結構框圖；以及
[0027] 圖4是根據(jù)本實用新型實施方式的循環(huán)流化床鍋爐的爐膛出口氧量監(jiān)控系統(tǒng)各 部分之間的連接示意圖。

【具體實施方式】
[0028] 以下結合附圖對本實用新型的【具體實施方式】進行詳細說明。應當理解的是，此處 所描述的【具體實施方式】僅用于說明和解釋本實用新型，并不用于限制本實用新型。
[0029] 圖1是根據(jù)本實用新型實施方式的循環(huán)流化床鍋爐的爐膛出口氧量監(jiān)控系統(tǒng)的 結構框圖。如圖1所示，該系統(tǒng)包括給煤量檢測裝置11，用于檢測從爐膛入口進入鍋爐的給 煤量；風量檢測裝置12,用于檢測供應至鍋爐的總風量；煤炭熱值測量裝置13,用于測量送 入鍋爐的煤炭熱值；以及數(shù)據(jù)處理裝置10,用于根據(jù)給煤量、總風量和煤炭熱值，計算鍋爐 的爐膛出口氧量。
[0030] 根據(jù)本實用新型的實施方式，可以根據(jù)以下模型計算鍋爐的爐膛出口氧量：
[0031] 即燃碳量模型：^ =沖)-+(人ζ(Λ·ν/(/))即)） dt 11 ( 1 ) Κ?, KB(t)PM(t)
[0032] 爐膛出口氧量信號模型：匕.=21 --V w (爾(，H) (2)
[0033] K102 = 16. 191 (ff)_L 5924 ( 3)
[0034] 其中，Yo2為爐膛出口氧量，％ ;B(t)為t時刻的即燃碳量，單位為kg ;PM(t)為t時 刻的總風量，單位為m3/s ;K為模型總系數(shù)；Η為燃料的單位發(fā)熱量，即煤炭熱值，單位為MJ/ kg ;F(t)為t時刻從爐膛入口進入鍋爐的給煤量，kg/s ;Κ1〇2為氧量模型系數(shù)；1為風量校 正系數(shù)；W為機組負荷，單位為麗。根據(jù)方程式（1)、（2)和（3)來計算爐膛出口氧量。
[0035] 其中，即燃碳量為即時燃燒的煤炭量，模型總系數(shù)、氧量模型系數(shù)為發(fā)明人經(jīng)過多 次實驗獲得的，風量校正系數(shù)可以根據(jù)例如風速儀的測量而獲得。
[0036] 根據(jù)本實用新型的實施方式，給煤量檢測裝置11可以安裝于給煤機的輸送計量 膠帶下。如圖2所示，給煤量檢測裝置11可以包括用于檢測輸入至鍋爐的煤炭的重量的稱 重傳感器20及用于檢測輸送煤炭至鍋爐的皮帶的速度的速度傳感器21。該給煤量檢測裝 置11還可以包括積算器22和通訊模塊23,所檢測的煤炭重量和皮帶的速度可以被傳送至 積算器22,通過積算而獲得煤炭的瞬時流量和累計量，然后經(jīng)過通訊模塊23將給煤量(經(jīng) 計算得出的平均每秒的給煤量）發(fā)送至數(shù)據(jù)處理裝置10。但是本實用新型并不限制于此， 如，所檢測的煤炭重量和皮帶的速度還可以直接傳送至數(shù)據(jù)處理裝置10,以由數(shù)據(jù)處理裝 置10對其進行處理。
[0037] 根據(jù)本實用新型的實施方式，風量檢測裝置12包括置于循環(huán)流化床鍋爐的一次 風機、二次風機和流化風機的出口處的多個風量計，通過該多個風量計來實時測量送入鍋 爐的總風量。
[0038] 根據(jù)本實用新型的實施方式，數(shù)據(jù)處理裝置10可以為PLC控制器，該PLC控制器 可以采用西門子S7400系列冗余PLC構成雙機熱備，以提高整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性。如圖3所 示，PLC控制器30可以包括CPU31、AD轉換器34、算法存儲器32、PID調節(jié)器33和I/O通 訊控制器35。其中AD轉換器34、算法存儲器32和PID調節(jié)器33均與CPU31連接，I/O通 訊控制器與AD轉換器34連接。從爐膛入口進入鍋爐的給煤量、供應至鍋爐的總風量以及 送入鍋爐的煤炭熱值可以在經(jīng)過AD轉換器34轉換成數(shù)字信號之后，由CPU31讀取算法存 儲器32中的模型以計算鍋爐的實時爐膛出口氧量。而且通過PID調節(jié)器可以實現(xiàn)對爐膛 出口氧量的調節(jié)，其調節(jié)過程為本領域公知技術手段，因此于此不再贅述。
[0039] 根據(jù)本實用新型的實施方式，所述系統(tǒng)還包括控制裝置，用于根據(jù)所述鍋爐的爐 膛出口氧量生成控制信號以控制鍋爐的正常運行。而且，該系統(tǒng)還可以包括顯示裝置(如上 位機)，用于實時顯示監(jiān)測到的鍋爐的爐膛出口氧量。在一實施方式中，可以通過監(jiān)控終端 來控制鍋爐運行并顯示鍋爐的爐膛出口氧量，該監(jiān)控終端可以包括操作員站、歷史站、制表 /計算站、工程師站、打印機、記錄打印機、大屏幕等設備。通過該監(jiān)控終端可以實時顯示監(jiān) 測到的鍋爐的爐膛出口氧量，并根據(jù)爐膛出口氧量生成控制信號，然后將控制信號返回至 用于鍋爐的相應控制裝置，以保障循環(huán)流化床鍋爐的正常運行。
[0040] 如圖4所示，給煤量檢測裝置11、風量檢測裝置12及煤炭熱值測量裝置13內可以 分別設有通訊模塊42、通訊模塊43和通訊模塊44,上述裝置可以通過各自的通訊模塊與1/ 〇模塊41進行3G/GPRS通訊。而且，上述裝置可以通過I/O模塊41連接至PLC控制器30。 PLC控制器30的I/O通訊控制器35通過I/O總線與I/O模塊41進行通訊連接，從爐膛入 口進入鍋爐的給煤量、供應至鍋爐的總風量以及送入鍋爐的煤炭熱值通過I/O模塊41發(fā)送 至PLC控制器30上的I/O通訊控制器35 ;監(jiān)控終端40通過現(xiàn)場總線（如，1000M/100Mbps 冗余容錯高速公路）與PLC控制器30進行連接。
[0041] 其中1/0模塊41可以包括開關電源、直流電源轉換裝置、1/0板以及調理板等，其 都被封裝在鋁殼中，以便既可以有效屏蔽電子干擾，又可以防護灰塵和外部環(huán)境的侵襲。另 夕卜，1/0模塊41還可以通過底座與現(xiàn)場系統(tǒng)連接，其地址可以由設置在底座上的DIP開關 來設定。
[0042] 本實用新型所提供的監(jiān)控系統(tǒng)還可以包括報警裝置，以便在爐膛出口氧量不在 預定范圍內時，進行報警。在一種實施方式中，所述監(jiān)控系統(tǒng)可以包括通訊裝置或遠程上 位機，而PLC控制器30可以包括短信模塊，通訊裝置或遠程上位機可以通過無線通訊網(wǎng)絡 (GSM、CDMA或3G)連接至該短信模塊，當爐膛出口氧量不在預定范圍內時，短信模塊能夠向 通訊裝置或遠程上位機進行電話報警、短信報警或上位機監(jiān)控界面報警，以便及時處理上 述情況，保證安全生產(chǎn)。
[0043] 另外，在一種實施方式中，PLC控制器30還可以與觸摸屏連接，操作人員可以根據(jù) 爐膛出口氧量，通過觸摸屏來輸入控制信號，以便控制鍋爐的正常運行。
[0044] 循環(huán)流化床（CFB)鍋爐與煤粉鍋爐相比，最大的不同在于燃燒機制的不同。煤粉 爐的燃燒釋放熱量來自于瞬間進入爐膛的給煤量，一旦給煤供應停止，燃燒便很快終止；而 循環(huán)流化床鍋爐的燃燒發(fā)熱量主要來自于鍋爐中大量未燃盡的即燃碳（即當前大量存儲在 爐膛中即將燃燒的碳)，而不是瞬間加入的給煤量。大量存儲在爐膛中碳的燃燒發(fā)熱量為當 前鍋爐主導發(fā)熱量，這種即燃碳質量動態(tài)蓄積的機制代表了循環(huán)流化床燃燒的本質機制， 貫穿于循環(huán)流化床運行過程的始終?；谏鲜鋈紵?，本實用新型應用軟件測量技術， 引入即燃碳量模型，計算爐膛出口氧量監(jiān)測值。本實用新型所提供的監(jiān)控系統(tǒng)摒棄了現(xiàn)有 煙氣氧量的檢測裝置存在的故障率高、測量精度低等諸多問題，其具有可靠性高、計算精度 高、使用及維護方便的優(yōu)點，同時還優(yōu)化了氧量控制，保障了超臨界CFB鍋爐運行安全，提 高了超臨界CFB鍋爐運行效率。
[0045] 以上結合附圖詳細描述了本實用新型的優(yōu)選實施方式，但是，本實用新型并不限 于上述實施方式中的具體細節(jié)，在本實用新型的技術構思范圍內，可以對本實用新型的技 術方案進行多種簡單變型，這些簡單變型均屬于本實用新型的保護范圍。
[0046] 另外需要說明的是，在上述【具體實施方式】中所描述的各個具體技術特征，在不矛 盾的情況下，可以通過任何合適的方式進行組合，為了避免不必要的重復，本實用新型對各 種可能的組合方式不再另行說明。
[0047] 此外，本實用新型的各種不同的實施方式之間也可以進行任意組合，只要其不違 背本實用新型的思想，其同樣應當視為本實用新型所公開的內容。
【權利要求】
1. 一種循環(huán)流化床鍋爐的爐膛出口氧量監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括： 給煤量檢測裝置，用于檢測從爐膛入口進入所述鍋爐的給煤量； 風量檢測裝置，用于檢測供應至所述鍋爐的總風量； 煤炭熱值測量裝置，用于測量送入所述鍋爐的煤炭熱值；以及 數(shù)據(jù)處理裝置，用于根據(jù)所述給煤量、所述總風量和所述煤炭熱值，計算所述鍋爐的爐 膛出口氧量。
2. 根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述給煤量檢測裝置包括用于檢測輸入 至所述鍋爐的煤炭的重量的稱重傳感器及用于檢測輸送煤炭至所述鍋爐的皮帶的速度的 速度傳感器。
3. 根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述風量檢測裝置包括置于所述循環(huán)流 化床鍋爐的一次風機、二次風機和流化風機的出口處的多個風量計。
4. 根據(jù)權利要求1-3中任一項權利要求所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括控 制裝置，用于根據(jù)所述鍋爐的爐膛出口氧量生成控制信號以控制所述鍋爐的正常運行。
5. 根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括報警裝置，用于在所述爐 膛出口氧量不在預定范圍內時，進行報警。
【文檔編號】F23C10/28GK203907596SQ201320825797
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2013年12月13日 優(yōu)先權日:2013年12月13日
【發(fā)明者】楊世明, 姚一平, 高明明, 唐俊, 張明勝, 楊斌, 鄺偉, 鐘建偉, 謝云川, 楊柳 申請人:神華集團有限責任公司, 神華國能集團有限公司, 四川白馬循環(huán)流化床示范電站有限責任公司