一種循環(huán)流化床鍋爐爐膛釋放熱量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于循環(huán)流化床燃燒技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種循環(huán)流化床爐膛內(nèi)部釋放熱 量的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 循環(huán)流化床（CFB)燃燒技術(shù)是近幾十年來迅速發(fā)展起來的一種高效、低污染燃燒 技術(shù)，具有燃燒效率高、燃料適應(yīng)性廣、負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍大、氮氧化物排放低、石灰石爐內(nèi)脫硫 成本低等優(yōu)點(diǎn)。
[0003] 循環(huán)流化床鍋爐與普通煤粉鍋爐相比，最大的不同在于燃燒機(jī)制的不同。普通煤 粉爐的燃燒釋放熱量來自于瞬間進(jìn)入爐膛的給煤量，一旦給煤供應(yīng)停止，燃燒也隨之很快 終止；而循環(huán)流化床鍋爐因其特有的流化燃燒方式和脫硫方式，使得爐膛內(nèi)存儲(chǔ)著大量的 焦炭以及處于不同狀態(tài)的石灰石顆粒，其爐內(nèi)釋放熱量主要來自于三方面：爐內(nèi)存儲(chǔ)焦炭 的燃燒、揮發(fā)分的析出燃燒和石灰石脫硫過程的放熱。目前，還沒有適用于超臨界循環(huán)流化 床鍋爐這種大慣性、大延遲系統(tǒng)的熱量信號(hào)監(jiān)控系統(tǒng)和監(jiān)控方法。而如果能夠?qū)崟r(shí)有效監(jiān) 測(cè)出循環(huán)流化床爐內(nèi)存儲(chǔ)熱量情況，對(duì)鍋爐的安全運(yùn)行操作以及追求鍋爐熱效率最大化具 有重要借鑒意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提出一種循環(huán)流化床鍋爐爐膛釋放熱量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法，其特 征在于，該系統(tǒng)包括：數(shù)據(jù)通訊及處理裝置、工業(yè)分析儀、煤炭熱量?jī)x、給煤量檢測(cè)裝置、石 灰石給粉檢測(cè)裝置及床溫檢測(cè)裝置；數(shù)據(jù)通訊及處理裝置通過通訊模塊接收其他各裝置所 采集到的數(shù)據(jù)，焦炭燃燒、揮發(fā)分燃燒和石灰石脫硫三個(gè)模塊分別計(jì)算爐膛內(nèi)殘存焦炭燃 燒釋放熱量、揮發(fā)分析出燃燒釋放熱量、石灰石脫硫過程釋放熱量，三者之和即為爐膛內(nèi)總 釋放熱量，從而對(duì)循環(huán)流化床鍋爐爐膛內(nèi)釋放熱量進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
[0005] 所述與數(shù)據(jù)通訊及處理裝置相連的各檢測(cè)裝置都是由相應(yīng)的多個(gè)傳感器組成。
[0006] 一種循環(huán)流化床爐膛內(nèi)部釋放熱量的監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，包括：
[0007] 1)建立爐膛內(nèi)部釋放熱量的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；
[0008] 2)數(shù)據(jù)通訊及處理裝置接收工業(yè)分析儀、煤炭熱量?jī)x、給煤量檢測(cè)裝置、石灰石給 粉檢測(cè)裝置及床溫檢測(cè)裝置得到的數(shù)據(jù)，接收的數(shù)據(jù)包括：工業(yè)分析儀測(cè)得的固定碳含量 C，％ ;煤炭熱量?jī)x測(cè)得的煤低位發(fā)熱量Qfet，kj/kg ;給煤量檢測(cè)裝置檢測(cè)得到的給煤量F。， kg ;石灰石給粉檢測(cè)裝置檢測(cè)得到的石灰石給粉量Fea，kg ;床溫檢測(cè)裝置測(cè)得的爐膛床溫 T，°C。其中固定碳含量C和煤低位發(fā)熱量Qfet是反映煤質(zhì)變化的重要參數(shù)，將二者輸送至 爐膛內(nèi)釋放熱量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)在線煤質(zhì)校正。
[0009] 3)對(duì)循環(huán)流化床鍋爐爐膛內(nèi)釋放熱量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，焦炭燃燒、揮發(fā)分燃燒和石灰石 脫硫三個(gè)模塊分別計(jì)算爐膛內(nèi)殘存焦炭燃燒釋放熱量Q c、揮發(fā)分析出燃燒釋放熱量Qv、石 灰石脫硫過程釋放熱量Qc；a，三者之和即為爐膛內(nèi)總釋放熱量Q，即Q = Qc；+Qv+Qc；a，釋放熱量 的單位為kj。
[0010] 所述的焦炭燃燒模塊釋放熱量計(jì)算方法如下：
[0014] 式中，R。為爐內(nèi)焦炭顆粒整體燃燒速度，kg/s ;M。為碳的摩爾質(zhì)量，g/mol 為 爐內(nèi)存儲(chǔ)焦炭量，kg ;F。為單位時(shí)間給煤量，kg/s ;C為固定碳含量，％ ;N為爐膛內(nèi)所含 焦炭顆粒數(shù)目，個(gè)；Ry為單個(gè)焦炭顆粒燃燒速度，kg/s ;d。為爐內(nèi)焦炭顆粒直徑，m ; P。 為焦炭顆粒密度，mg/m3;k。為焦炭顆粒燃燒速率常數(shù)，
為指數(shù)e，取值2. 718 ;氧氣濃度匕2為爐膛氧氣分壓，Pa ;燃燒反應(yīng)機(jī)理因子 R1
[0015] 所述的揮發(fā)分燃燒模塊釋放熱量，由于煤的低位發(fā)熱量包括固定碳和揮發(fā)分燃燒 所釋放的熱量組成，所以單位千克的煤中揮發(fā)分燃燒所能釋放的熱量由總熱值和固定碳熱 值相減進(jìn)行估算，故揮發(fā)分燃燒所釋放熱量通過下式計(jì)算：
[0016]
[0017] 其中，Hv為每千克煤中揮發(fā)分燃燒釋放的熱量，kj/kg。
[0018] 所述的石灰石脫硫模塊釋放熱量，其特征在于，加入的CaC03顆粒被直接分成兩 部分，即參與煅燒的部分和未煅燒的部分，活性CaC0 3即指存儲(chǔ)在爐膛內(nèi)能夠發(fā)生煅燒的 0&(1)3量，未煅燒的部分直接隨排渣系統(tǒng)排出爐外；煅燒生成的CaO顆粒也被直接分成兩部 分，即參與固硫反應(yīng)的部分和未發(fā)生固硫的部分，活性CaO即指存儲(chǔ)在爐膛內(nèi)能夠參與固 硫反應(yīng)的CaO量，而未發(fā)生固硫的部分直接隨排渣系統(tǒng)排出爐外，則所述的石灰石脫硫模 塊釋放熱量通過下式計(jì)算：
[0019]
[0020]
[0021]
[0022] 式中，、RCa。分別為爐內(nèi)活性CaCO3煅燒分解速率和活性CaO固硫速率， kg/s; 、mea。分別為爐內(nèi)活性CaCO3和活性CaO存儲(chǔ)量，kg; 、Gea。分別為活 性CaC03加入量和活性CaO生成量，kg;W、Rea。分別為活性CaCO3煅燒消耗量和活性 CaO固硫消耗量，kg; 、.Mea。分別為CaCO3和CaO摩爾質(zhì)量，g/mol;Fea為單位時(shí)間石 灰石給粉量，kg/s;各(,〇>3為石灰石中CaC03的純度，％ ;s。3為CaCO3顆粒有效比表面積， 取為7X104m2/kg 通過=%求得，為爐內(nèi)S02分壓，kPa ;煅燒反應(yīng)速率常數(shù) RI 心= 4 <叩(-￡7/?:0，其中指前因子心調(diào)節(jié)范圍在（7. 14~7. 31) X 10 5內(nèi)，活化能E i 則處于40~205kJ/mol之間；固硫反應(yīng)速率常數(shù)kCa(]= A 2 .exp (_E2/RT)，指前因子A2約為 1. 0X 10 2,活化能^在34~78kJ/mol之間；煅燒分解率與固硫利用率n Ca。通過下 式求解：
^fCaO \yy"Gi(:(nhen
[0023]
[0024] 22 4
[0025] 式中，CaC03煅燒生成的C0 2體積量.匕,e%:= % ，m3;石灰石固硫反 S 71 4 應(yīng)所脫除的S02體積量：Q.、(； =6 , m3; 為脫硫效率，％;燃煤理論煙氣量 表示）
39心+ -1) ? ，m3;燃燒所 需空氣量
m3;Sy為尾部煙道橫 截面積，m2;v為尾部煙氣流速，m/s ; n ea代表鈣基總利用率，％ ;C ^ H"、M"、I、0"、SaJ> 別為煤中碳、氫、水分、氮、氧、硫各元素收到基，（％) ;a為過量空氣系數(shù)。
[0026]本發(fā)明的有益效果是對(duì)燃燒過程極為復(fù)雜的循環(huán)流化床爐內(nèi)釋放熱量進(jìn)行了實(shí) 時(shí)監(jiān)控，爐內(nèi)釋放熱量來自于殘存焦炭和揮發(fā)分的燃燒，以及爐內(nèi)脫硫過程的吸放熱，本發(fā) 明通過分別建立三者的熱量模型，使得對(duì)于循環(huán)流化床鍋爐熱量信號(hào)的監(jiān)測(cè)更為精準(zhǔn)和合 理，能夠?yàn)閷?shí)際運(yùn)行操作提供重要參考依據(jù)，保證循環(huán)流化床鍋爐安全運(yùn)行的同時(shí)，追求鍋 爐熱效率的最大化。
【附圖說明】
[0027] 圖1為一種循環(huán)流化床鍋爐爐膛釋放熱量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)示意圖；
[0028] 圖2為本發(fā)明提出的煅燒分解率和固硫利用率的在線預(yù)測(cè)流程圖；
[0029] 圖3為活性CaC03爐內(nèi)存儲(chǔ)量示意圖；
[0030] 圖4為活性CaO爐內(nèi)存儲(chǔ)量示意圖；
[0031] 圖5為根據(jù)本發(fā)明所提出的熱量監(jiān)測(cè)方法對(duì)機(jī)組功率的預(yù)測(cè)效果圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032] 本發(fā)明提出一種循環(huán)流化床的鍋爐爐內(nèi)釋放熱量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法，下面結(jié)合附圖 和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說明。
[0033] 圖1為一種循環(huán)流化床鍋爐爐膛釋放熱量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)示意圖，其系統(tǒng)包括：數(shù)據(jù)通 訊及處理裝置、工業(yè)分析儀、煤炭熱量?jī)x、給煤量檢測(cè)裝置、石灰石給粉檢測(cè)裝置；數(shù)據(jù)通訊 及處理裝置包括相關(guān)通訊模塊、焦炭燃燒模塊、揮發(fā)分燃燒模塊和石灰石脫硫模塊，通訊模 塊接收工業(yè)分析儀、煤炭熱量?jī)x、給煤量檢測(cè)、石灰石給粉檢測(cè)等裝置傳送來的檢測(cè)數(shù)據(jù)， 依此分別計(jì)算爐膛內(nèi)殘存焦炭燃燒釋放熱量、揮發(fā)分析出燃燒釋放熱量、石灰石脫硫