阅读说明：本技术 一种水力除渣式四角切圆型锅炉掉焦监测及自动稳燃系统 (Hydraulic deslagging type four-corner cut circular boiler coke falling monitoring and automatic stable combustion system ) 是由 苏攀 祝广场 于鹏峰 刘林波 张才稳 韩静 于 2020-05-07 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种水力除渣式四角切圆型锅炉掉焦监测及自动稳燃系统,包括炉膛,炉膛布置有炉膛压力测点,在燃烧器区域从上到下依次布置有C层燃烧器火检探头、C层燃烧器油枪、B层燃烧器火检探头、B层燃烧器油枪、A层燃烧器一号火检探头、A层燃烧器油枪和A层燃烧器二号火检探头；一号挡板及二号挡板分别与炉膛左右两侧的冷灰斗相连；炉膛的底部配置有捞渣机,一号动压传感器、一号热电偶及一号电子液位传感器布置于捞渣机的左侧；二号动压传感器、二号热电偶及二号电子液位传感器布置于捞渣机的右侧。本发明可有效避免因锅炉掉焦问题发生机组非停问题,提高机组安全稳定运行水平。(The invention discloses a hydraulic deslagging type four-corner tangential boiler coke falling monitoring and automatic stable combustion system, which comprises a hearth, wherein the hearth is provided with hearth pressure measuring points, and a layer C burner fire detection probe, a layer C burner oil gun, a layer B burner fire detection probe, a layer B burner oil gun, a layer A burner first fire detection probe, a layer A burner oil gun and a layer A burner second fire detection probe are sequentially arranged in a burner area from top to bottom; the first baffle and the second baffle are respectively connected with the cold ash hoppers on the left side and the right side of the hearth; a slag conveyor is arranged at the bottom of the hearth, and a first dynamic pressure sensor, a first thermocouple and a first electronic liquid level sensor are arranged on the left side of the slag conveyor; no. two dynamic pressure sensors, No. two thermocouples and No. two electronic liquid level sensors are arranged on the right side of the slag conveyor. The invention can effectively avoid the problem of non-stop of the unit caused by the coke falling problem of the boiler and improve the safe and stable operation level of the unit.)

一种水力除渣式四角切圆型锅炉掉焦监测及自动稳燃系统

技术领域

本发明涉及一种水力除渣式四角切圆型锅炉掉焦监测及自动稳燃系统。

背景技术

燃煤电厂掉焦问题是影响锅炉设备安全稳定运行的主要因素之一，锅炉结焦原因较多，如燃用煤种偏离设计煤种，且燃用煤种属于软化温度低于设计值的易结焦煤种；锅炉炉膛设计截面热负荷偏高、燃烧器设计结构存在原始缺陷等，易造成锅炉结焦，且较难以有效解决；另外，锅炉燃烧调整中一二次风分配及氧量等参数控制不合理也易导致结焦问题。锅炉出现结焦倾向性后，而锅炉吹灰效果不佳、机组长期低负荷运行无法进行炉膛吹灰或吹灰不及时，容易造成锅炉掉焦问题。

对于水力除渣式锅炉，因较大焦块从炉膛高处落入捞渣机渣斗后，热冲击效应产生大量水蒸汽进入炉膛，同时焦快下落过程对炉膛动力场造成干扰，燃烧稳定性下降，一般会在很短时间内出现燃烧器火检信号减弱或炉膛压力波动，极易触发锅炉主保护动作，造成锅炉非正常停机，严重威胁机组设备安全性且经济损失大。目前，运行人员仅通过火检信号、炉膛压力与经验判断锅炉内部掉焦情况，往往运行调整不及时，目前监测锅炉掉焦的技术手段还不完善，且没有关于锅炉掉焦监测与锅炉稳燃相结合的技术方案。因此，通过结合不同类型的传感器技术，对炉内掉焦进行有效监测，并通过电厂分布式控制系统进行联锁保护，自动进行锅炉稳定燃烧操作，以保证机组安全稳定运行，可提高锅炉智能化运行水平。

发明内容

本发明针对水力除渣式四角切圆型锅炉掉焦问题，提供了一种锅炉掉焦监测及自动稳燃系统，根据不同类型的传感器技术，可实时监测炉膛底部气流动压变化、捞渣机渣水温度及液位波动变化情况，通过对传感器数据及锅炉运行数据采集和计算，自动实时判断锅炉掉焦问题，并通过电厂分布式控制系统进行联锁保护，自动进行锅炉稳定燃烧操作。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种水力除渣式四角切圆型锅炉掉焦监测及自动稳燃系统，其特征是，包括炉膛，所述炉膛布置有炉膛压力测点，在燃烧器区域从上到下依次布置有C层燃烧器火检探头、C层燃烧器油枪、B层燃烧器火检探头、B层燃烧器油枪、A层燃烧器一号火检探头、A层燃烧器油枪和A层燃烧器二号火检探头；一号挡板及二号挡板分别与炉膛左右两侧的冷灰斗相连，且一号挡板及二号挡板与冷灰斗平行布置；所述炉膛的底部配置有捞渣机，一号动压传感器、一号热电偶及一号电子液位传感器布置于捞渣机的左侧，所述一号动压传感器水平布置，所述一号热电偶及一号电子液位传感器竖直布置，所述一号动压传感器、一号热电偶及一号电子液位传感器的右端不超过一号挡板的右端所在垂直面；二号动压传感器、二号热电偶及二号电子液位传感器布置于捞渣机的右侧，所述二号动压传感器水平布置，所述二号热电偶及二号电子液位传感器竖直布置，所述二号动压传感器、二号热电偶及二号电子液位传感器的左端不超过二号挡板的左端所在垂直面。

进一步的，所述一号热电偶及一号电子液位传感器均与DCS处理器相连，所述一号动压传感器连接压力变送器之后再与DCS处理器相连；所述一号动压传感器的两根引压管分别连接一号压缩空气电磁阀及二号压缩空气电磁阀，所述一号压缩空气电磁阀及二号压缩空气电磁阀并联后连接于压缩空气手动阀及压缩空气管道；所述二号动压传感器、二号热电偶及二号电子液位传感器的布置方式与上述一号动压传感器、一号热电偶及一号电子液位传感器的布置方式相同。

进一步的，所述炉膛压力测点、C层燃烧器火检探头、B层燃烧器火检探头、A层燃烧器一号火检探头及A层燃烧器二号火检探头与DCS处理器相连；所述C层燃烧器油枪、B层燃烧器油枪及A层燃烧器油枪分别与C层燃烧器油枪电磁阀、B层燃烧器油枪电磁阀及A层燃烧器油枪电磁阀相连，所述C层燃烧器油枪电磁阀、B层燃烧器油枪电磁阀及A层燃烧器油枪电磁阀并联后与燃油管道总电磁阀相连；所述C层燃烧器油枪电磁阀、B层燃烧器油枪电磁阀及A层燃烧器油枪电磁阀连接于DCS处理器。

进一步的，炉膛的A层燃烧器采用双火检探头布置形式，A层燃烧器一号火检探头及A层燃烧器二号火检探头都满足燃烧器灭火保护条件后，触发对应的燃烧器灭火保护动作；通过开关压缩空气电磁阀，对一号动压传感器及二号动压传感器执行定周期吹扫，单次吹扫时间及吹扫时间间隔分别设定为t_c及t_j。

进一步的，所述炉膛中高处较大焦块掉落至捞渣机，热冲击效应产生大量水蒸汽进入炉膛，燃烧稳定性下降，通过一号动压传感器、二号动压传感器、一号热电偶、二号热电偶、一号电子液位传感器、二号电子液位传感器及炉膛压力测点进行锅炉掉焦监测，各传感器锅炉掉焦判定计算方法如下：

a.动压传感器锅炉掉焦判定计算方法中，

如：△P_1,aft/△t_1,aft>△P_1,bef/△t_1,bef+△P_1,max，标记为[+P₁]，表示满足此逻辑条件，否者标记为[-P₁]，表示不满足此逻辑条件；

如：△P_2,aft/△t_2,aft>△P_2,bef/△t_2,bef+△P_2,max，标记为[+P₂]，表示满足此逻辑条件，否者标记为[-P₂]，表示不满足此逻辑条件；

式中，对于一号动压传感器，P_1,aft―掉焦后动压，t_1,aft―掉焦后时间，P_1,bef―掉焦前动压，t_1,bef―掉焦前时间，△P_1,max―锅炉正常运行时最大动压波动；对于二号动压传感器，P_2,aft―掉焦后动压，t_2,aft―掉焦后时间，P_2,bef―掉焦前动压，t_2,bef―掉焦前时间，△P_2,max―锅炉正常运行时最大动压波动；

b.热电偶锅炉掉焦判定计算方法中，

如：△T_1,aft/△t_1,aft>△T_1,bef/△t_1,bef+△T_1,max，标记为[+T₁]，表示满足此逻辑条件，否者标记为[-T₁]，表示不满足此逻辑条件；

如：△T_2,aft/△t_2,aft>△T_2,bef/△t_2,bef+△T_2,max，标记为[+T₂]，表示满足此逻辑条件，否者标记为[-T₂]，表示不满足此逻辑条件；

式中，对于一号热电偶，T_1,aft―掉焦后渣水温度，t_1,aft―掉焦后时间，T_1,bef―掉焦前渣水温度，t_1,bef―掉焦前时间，△T_1,max―锅炉正常运行时最大渣水温度波动；对于二号热电偶，T_2,aft―掉焦后渣水温度，t_2,aft―掉焦后时间，T_2,bef―掉焦前渣水温度，t_2,bef―掉焦前时间，△T_2,max―锅炉正常运行时最大渣水温度波动；

b.电子液位传感器锅炉掉焦判定计算方法中，

如：△H_1,aft/△t_1,aft>△H_1,bef/△t_1,bef+△H_1,max，标记为[+H₁]，表示满足此逻辑条件，否者标记为[-H₁]，表示不满足此逻辑条件；

如：△H_2,aft/△t_2,aft>△H_2,bef/△t_2,bef+△H_2,max，标记为[+H₂]，表示满足此逻辑条件，否者标记为[-H₂]，表示不满足此逻辑条件；

式中，对于一号电子液位传感器，H_1,aft―掉焦后渣水液位波动最大振幅，t_1,aft―掉焦后时间，H_1,bef―掉焦前渣水液位波动最大振幅，t_1,bef―掉焦前时间，△H_1,max―锅炉正常运行时渣水液位波动最大振幅；对于二号电子液位传感器，H_2,aft―掉焦后渣水液位波动最大振幅，t_2,aft―掉焦后时间，H_2,bef―掉焦前渣水液位波动最大振幅，t_2,bef―掉焦前时间，△H_2,max―锅炉正常运行时渣水液位波动最大振幅；

b.炉膛压力测点锅炉掉焦判定计算方法中，

如：│P_l│>P_o，表示满足此逻辑条件，否者表示不满足此逻辑条件；

式中，P_l―炉膛实测压力，P_o―压力设定值。

进一步的，识别炉膛掉焦后炉膛底部的动压信号变化、渣水温度及液位波动变化，通过逻辑判断，触发锅炉自动稳燃保护动作，满足炉膛温度大于900℃条件，逻辑判断方法如下：

a.[+P₁]&[+P₂]、[+T₁]&[+T₂]及[+H₁]&[+H₂]中，满足三取一条件，且│P_l│>P_o，触发A层燃烧器油枪喷油保护动作；

b.[+P₁]&[+P₂]、[+T₁]&[+T₂]及[+H₁]&[+H₂]中，满足三取二条件，且│P_l│>P_o，触发A层燃烧器油枪及B层燃烧器油枪喷油保护动作；

c.[+P₁]&[+P₂]、[+T₁]&[+T₂]及[+H₁]&[+H₂]中，满足三取三条件，且│P_l│>P_o，触发A层燃烧器油枪、B层燃烧器油枪及C层燃烧器油枪喷油保护动作；

c.执行上述保护动作后，当逻辑条件不满足，且燃烧器油枪喷油时间间隔为t_p后，停止喷油动作。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：(1)通过对传感器数据及锅炉运行数据采集，对炉内掉焦问题进行有效监测，通过厂分布式控制系统自动实时计算和判定，能准确及时发现锅炉掉焦问题；(2)根据掉焦问题判定等级，对分布式控制系统进行联锁保护，自动进行锅炉稳定燃烧操作，可提高锅炉智能化运行水平；(3)通过实施该技术方案，可有效避免因锅炉掉焦问题发生机组非停问题，提高机组安全稳定运行水平。

附图说明

图1是本发明实施例中系统整体结构示意图；

图2是本发明实施例中系统控制结构示意图；

图3是本发明实施例中锅炉自动稳燃逻辑保护图。

图中：炉膛1、炉膛压力测点2、C层燃烧器火检探头3、C层燃烧器油枪4、B层燃烧器火检探头5、B层燃烧器油枪6、A层燃烧器一号火检探头7、A层燃烧器油枪8、A层燃烧器二号火检探头9、捞渣机10、一号挡板11、二号挡板12、一号动压传感器13、二号动压传感器14、一号热电偶15、二号热电偶16、一号电子液位传感器17、二号电子液位传感器18、压力变送器19、DCS处理器20、压缩空气管道21、压缩空气手动阀22、一号压缩空气电磁阀23、二号压缩空气电磁阀24、C层燃烧器油枪电磁阀25、B层燃烧器油枪电磁阀26、A层燃烧器油枪电磁阀27、燃油管道总电磁阀28。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

实施例。

某公司一号机组为300MW机组，锅炉均为亚临界参数、自然循环汽包锅炉，单炉膛、一次中间再热、四角切圆燃烧方式、中间储仓式制粉系统、平衡通风、Π型露天布置、固态排渣、湿式捞渣机。2014年6月配合机组脱硝改造工程，由中节环立为(武汉)能源技术有限公司进行锅炉低氮器改造。因燃用煤质差导致锅炉结焦严重，一号机组多次出现掉焦灭火问题。

一号机组自2018年10月小修结束后并网，2019年1月某日，18:34，一号机组正常运行，负荷165MW，主汽压力12.8MPa，主蒸汽温度538℃，再热蒸汽温度536℃，汽包压力13.3MPa，主汽流量507t/h，给水流量511t/h，炉膛压力在-20Pa至-120Pa之间波动，汽包水位-9mm，总风量在795～820kNm³/h之间波动，氧量均值5.2％，总燃料量70t/h，给粉机A/B/C/D全层及E层1、3号角运行(其中各层转数分别为530r/min、500r/min、420r/min、400r/min和240r/min)，各投运燃烧器火检强度均在80％以上。引风机A/B、送风机A/B、一次风机A/B、制粉系统A/B/D运行。

18:34:08，一号机组炉膛负压开始波动，从-118Pa开始升高，18:34:09最高升至+284Pa，18:34:19降低至最低-1003Pa。18:34:20，一号锅炉MFT，一号机组与系统解列，MFT首发“全炉膛灭火”。经全面检查并进行锅炉吹扫后，20:10，一号锅炉点火。23:15，一号机组并网。

分析得出，锅炉MFT原因：全炉膛灭火保护动作；全炉膛灭火原因：一号机组低负荷运行燃烧稳定性相对较差，运行中炉膛内发生掉焦，大量焦块落至捞渣机内，渣井内的水被迅速加热，产生大量水蒸汽，水蒸汽上升造成炉内燃烧急剧恶化，导致A、B、C、D、E层燃烧器火检无火，触发全炉膛灭火。锅炉结焦、掉焦原因：机组长期连续运行且频繁参与调峰，多发生燃烧调整不及时情况造成炉内动力场弱化，主燃烧器区域挂焦并逐渐积累；入炉煤掺配多次出现燃用挥发分偏低煤质，造成锅炉结焦加剧；近期机组峰谷负荷调整频繁，锅炉热负荷扰动造成掉焦。

针对以上问题，对锅炉进行局部技术改造，参见图1、图2，采用锅炉掉焦监测及自动稳燃系统，包括炉膛1，炉膛1布置有炉膛压力测点2，在燃烧器区域从上到下依次布置有C层燃烧器火检探头3、C层燃烧器油枪4、B层燃烧器火检探头5、B层燃烧器油枪6、A层燃烧器一号火检探头7、A层燃烧器油枪8和A层燃烧器二号火检探头9；一号挡板11及二号挡板12分别与炉膛1左右两侧的冷灰斗相连，且一号挡板11及二号挡板12与冷灰斗平行布置；炉膛1的底部配置有捞渣机10，一号动压传感器13、一号热电偶15及一号电子液位传感器17布置于捞渣机10的左侧，一号动压传感器13水平布置，一号热电偶15及一号电子液位传感器17竖直布置，一号动压传感器13、一号热电偶15及一号电子液位传感器17的右端不超过一号挡板11的右端所在垂直面；二号动压传感器14、二号热电偶16及二号电子液位传感器18布置于捞渣机的右侧，二号动压传感器14水平布置，二号热电偶16及二号电子液位传感器18竖直布置，二号动压传感器14、二号热电偶16及二号电子液位传感器18的左端不超过二号挡板12的左端所在垂直面。

一号热电偶15及一号电子液位传感器17均与DCS处理器20相连，一号动压传感器13连接压力变送器19之后再与DCS处理器20相连；一号动压传感器13的两根引压管分别连接一号压缩空气电磁阀23及二号压缩空气电磁阀24，一号压缩空气电磁阀23及二号压缩空气电磁阀24并联后连接于压缩空气手动阀22及压缩空气管道21；二号动压传感器14、二号热电偶16及二号电子液位传感器18的布置方式与上述一号动压传感器13、一号热电偶15及一号电子液位传感器17的布置方式相同。

炉膛压力测点2、C层燃烧器火检探头3、B层燃烧器火检探头5、A层燃烧器一号火检探头7及A层燃烧器二号火检探头9与DCS处理器20相连；C层燃烧器油枪4、B层燃烧器油枪6及A层燃烧器油枪8分别与C层燃烧器油枪电磁阀25、B层燃烧器油枪电磁阀26及A层燃烧器油枪电磁阀27相连，C层燃烧器油枪电磁阀25、B层燃烧器油枪电磁阀26及A层燃烧器油枪电磁阀27并联后与燃油管道总电磁阀28相连；C层燃烧器油枪电磁阀25、B层燃烧器油枪电磁阀26及A层燃烧器油枪电磁阀27连接于DCS处理器20。

炉膛1的A层燃烧器采用双火检探头布置形式，A层燃烧器一号火检探头7及A层燃烧器二号火检探头9都满足燃烧器灭火保护条件后，触发对应的燃烧器灭火保护动作；通过开关二号压缩空气电磁阀24，对一号动压传感器13及二号动压传感器14执行定周期吹扫，单次吹扫时间及吹扫时间间隔分别设定为t_c及t_j。

炉膛1中高处较大焦块掉落至捞渣机10，热冲击效应产生大量水蒸汽进入炉膛1，燃烧稳定性下降，通过一号动压传感器13、二号动压传感器14、一号热电偶15、二号热电偶16、一号电子液位传感器17、二号电子液位传感器18及炉膛压力测点2进行锅炉掉焦监测，各传感器锅炉掉焦判定计算方法如下：

a.动压传感器锅炉掉焦判定计算方法中，

如：△P_1,aft/△t_1,aft>△P_1,bef/△t_1,bef+△P_1,max，标记为[+P₁]，表示满足此逻辑条件，否者标记为[-P₁]，表示不满足此逻辑条件；

如：△P_2,aft/△t_2,aft>△P_2,bef/△t_2,bef+△P_2,max，标记为[+P₂]，表示满足此逻辑条件，否者标记为[-P₂]，表示不满足此逻辑条件；

式中，对于一号动压传感器13，P_1,aft―掉焦后动压，t_1,aft―掉焦后时间，P_1,bef―掉焦前动压，t_1,bef―掉焦前时间，△P_1,max―锅炉正常运行时最大动压波动；对于二号动压传感器14，P_2,aft―掉焦后动压，t_2,aft―掉焦后时间，P_2,bef―掉焦前动压，t_2,bef―掉焦前时间，△P_2,max―锅炉正常运行时最大动压波动；

b.热电偶锅炉掉焦判定计算方法中，

如：△T_1,aft/△t_1,aft>△T_1,bef/△t_1,bef+△T_1,max，标记为[+T₁]，表示满足此逻辑条件，否者标记为[-T₁]，表示不满足此逻辑条件；

如：△T_2,aft/△t_2,aft>△T_2,bef/△t_2,bef+△T_2,max，标记为[+T₂]，表示满足此逻辑条件，否者标记为[-T₂]，表示不满足此逻辑条件；

式中，对于一号热电偶15，T_1,aft―掉焦后渣水温度，t_1,aft―掉焦后时间，T_1,bef―掉焦前渣水温度，t_1,bef―掉焦前时间，△T_1,max―锅炉正常运行时最大渣水温度波动；对于二号热电偶16，T_2,aft―掉焦后渣水温度，t_2,aft―掉焦后时间，T_2,bef―掉焦前渣水温度，t_2,bef―掉焦前时间，△T_2,max―锅炉正常运行时最大渣水温度波动；

b.电子液位传感器锅炉掉焦判定计算方法中，

如：△H_1,aft/△t_1,aft>△H_1,bef/△t_1,bef+△H_1,max，标记为[+H₁]，表示满足此逻辑条件，否者标记为[-H₁]，表示不满足此逻辑条件；

如：△H_2,aft/△t_2,aft>△H_2,bef/△t_2,bef+△H_2,max，标记为[+H₂]，表示满足此逻辑条件，否者标记为[-H₂]，表示不满足此逻辑条件；

式中，对于一号电子液位传感器17，H_1,aft―掉焦后渣水液位波动最大振幅，t_1,aft―掉焦后时间，H_1,bef―掉焦前渣水液位波动最大振幅，t_1,bef―掉焦前时间，△H_1,max―锅炉正常运行时渣水液位波动最大振幅；对于二号电子液位传感器18，H_2,aft―掉焦后渣水液位波动最大振幅，t_2,aft―掉焦后时间，H_2,bef―掉焦前渣水液位波动最大振幅，t_2,bef―掉焦前时间，△H_2,max―锅炉正常运行时渣水液位波动最大振幅；

b.炉膛压力测点锅炉掉焦判定计算方法中，

如：│P_l│>P_o，表示满足此逻辑条件，否者表示不满足此逻辑条件；

式中，P_l―炉膛实测压力，P_o―压力设定值。

识别炉膛1掉焦后炉膛1底部的动压信号变化、渣水温度及液位波动变化，通过逻辑判断，触发锅炉自动稳燃保护动作，满足炉膛1温度大于900℃条件，逻辑判断方法如下：

a.[+P₁]&[+P₂]、[+T₁]&[+T₂]及[+H₁]&[+H₂]中，满足三取一条件，且│P_l│>P_o，触发A层燃烧器油枪8喷油保护动作；

b.[+P₁]&[+P₂]、[+T₁]&[+T₂]及[+H₁]&[+H₂]中，满足三取二条件，且│P_l│>P_o，触发A层燃烧器油枪8及B层燃烧器油枪6喷油保护动作；

c.[+P₁]&[+P₂]、[+T₁]&[+T₂]及[+H₁]&[+H₂]中，满足三取三条件，且│P_l│>P_o，触发A层燃烧器油枪8、B层燃烧器油枪6及C层燃烧器油枪4喷油保护动作；

c.执行上述保护动作后，当逻辑条件不满足，且燃烧器油枪喷油时间间隔为t_p后，停止喷油动作。

锅炉改造完成启动运行后，分别设定t_c、t_j及P_o等参数，锅炉运行过程中实时计算△P_1,max、△P_2,max、△T_1,max、△T_2,max、△H_1,max及△H_2,max等参数，投入锅炉掉焦监测及自动稳燃逻辑保护。锅炉运行3个月后某日，炉膛温度大于900℃，[+P₁]&[+P₂]、[+T₁]&[+T₂]及[+H₁]&[+H₂]中，满足三取一条件，且│P_l│>P_o，触发A层燃烧器油枪喷油保护动作，及时对锅炉进行稳燃，保证了机组安全稳定运行。

本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

虽然本发明已以实施例公开如上，但其并非用以限定本发明的保护范围，任何熟悉该项技术的技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内所作的更动与润饰，均应属于本发明的保护范围。