炉膛火焰过量空气系数确定方法、系统与装置
阅读说明：本技术 炉膛火焰过量空气系数确定方法、系统与装置 (Method, system and device for determining excess air coefficient of hearth flame ) 是由 赵振宁 于 2021-08-16 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种炉膛火焰过量空气系数确定方法、系统与装置。该方法包括：获取深度空气分级燃烧中主燃区产生的欠氧烟气中CO和CO-(2)的含量；获取燃煤收到基实际燃烧掉的碳元素的含量,或者,获取深度空气分级燃烧得到的烟气中一氧化碳的体积和二氧化碳的体积；获取理论干空气量；基于主燃区产生的欠氧烟气中CO和CO-(2)的含量、燃煤收到基实际燃烧掉的碳元素的含量以及理论干空气量确定炉膛火焰过量空气系数,或者,基于主燃区产生的欠氧烟气中CO和CO-(2)的含量、深度空气分级燃烧得到的烟气中一氧化碳的体积和二氧化碳的体积以及理论干空气量确定炉膛火焰过量空气系数。(The invention provides a method, a system and a device for determining an excess air coefficient of a hearth flame. The method comprises the following steps: obtaining CO and CO in oxygen-deficient flue gas generated in main combustion area in deep air staged combustion 2 The content of (A); acquiring the content of carbon elements actually burnt from received fire coal, or acquiring the volume of carbon monoxide and the volume of carbon dioxide in flue gas obtained by deep air staged combustion; obtaining theoretical dry air quantity; CO and CO in oxygen-deficient flue gas generated based on main combustion zone 2 Determining the excess air coefficient of the hearth flame based on the content of carbon elements actually burned from the received coal and the theoretical dry air amount, or determining the excess air coefficient of the hearth flame based on the CO and CO in the oxygen-deficient flue gas generated in the main combustion zone 2 The content of carbon monoxide and the volume of carbon dioxide in the flue gas obtained by deep air staged combustion and the theoretical dry air quantity determine the excess air coefficient of the flame of the hearth.)
技术领域
本发明属于锅炉燃烧技术领域，特别涉及一种炉膛火焰过量空气系数确定方法、系统与装置。
背景技术
深度空气分级燃烧技术是本世纪才发展起来的技术，该技术能有效实现NOx减排，在我国得到了普遍应用。我国目前90％以上的锅炉都完成了深度空气分级技术的改造，其安全可靠的应用非常重要。
深度空气分级燃烧技术是使燃烧先在深度欠氧的条件下进行，抑制NOx的生成并让已经生成的NOx还原成N2，从而最大程度上减少NOx的浓度；然后再进行氧气补充，使后续燃烧在富氧环境下完成；由于此区域的温度已经降低，新生成的NOx量十分有限，因此总体上NOx的排放量明显减少。
深度空气分级燃烧技术的构造方法包括：
1)通过低NOx燃烧器实现空气分级送入，如浓淡分离、风包粉技术等，在燃烧器出口构建局部欠氧燃烧环境；
2)利用不同燃烧器间的配合，在炉膛垂直高度上分级配风，即在主燃烧器(送入煤粉的燃烧器)区域附近只给燃烧所需风量的75％-100％的份额(过量系数控制在0.75-1.0)左右，让煤粉在这一区域显著地、大范围的进行欠氧燃烧，然后在主燃烧器的上方通入剩余空气，让剩余煤粉在该区域内进行富氧条件下的完全燃烧。其中，紧贴着主燃烧器区域给入的空气称为火上风OFA(over fire air)，如果火上风OFA离主燃烧器区域有显著的距离则称为分离火上风SOFA(Separated over fire air)。
深度空气分级技术普遍采用分离火上风SOFA，通过将空气分级燃烧将范围扩大到接近整个炉膛，更接近极限地控制燃料在欠氧区的停留时间，并使富氧区的温度降得更低。此时典型的燃烧器布置如图1所示。
在深度空气分级燃烧技术中，合理的分配两级燃烧的过量空气系数是影响NOx排放控制效果的关键因素：
1)主燃烧器区的过量空气系数如果太低，煤粉不易点燃而且燃烧不稳定、燃尽率差、飞灰含碳量高，主燃烧器附近还原性气氛过于强烈，在这样的环境下灰熔点比氧化气氛中降低100-120℃，引起锅炉结渣与高温腐蚀，最终的NOx浓度还有可能恶化；
2)主燃烧器的过量空气系数如果太高，虽然煤粉的燃烧稳定性可靠，但NOx的浓度大且因为主燃区燃烧过于强烈导致炉膛严重结渣，给锅炉的安全稳定运行带来严重威胁。
由此可见，燃烧器区域的氧量对于锅炉的安全运行与运行效果至关重要，过大、过小都不行，应当予以重点监测。然而由于炉膛主燃烧器的火焰温度高达1300℃以上，且充满了粘性的灰粒，因而目前尚未有有效的监测手段。目前现有技术，锅炉对于主燃烧器区的过量空气系数只是用燃烧器的开度、间接地依靠最终NOx的浓度来反馈调节而无没有任何的直接控制，对于低NOx燃烧技术的控制非常不利。
从设计角度来看，深度空气分级低NOx燃烧技术与传统燃烧技术相比，煤粉在炉膛中的放热行为有明显差异：
1)传统炉膛主燃烧区的氧量是给足的，煤粉磨得很细；传统燃烧技术中，煤粉在主燃烧器出口处96％左右的成分会完成燃烧；燃烧状况良好时略高于96％，燃烧状况较差时候略低于96％；具体反映在飞灰与大渣的可燃物含量上。每只燃烧器出口的火焰高度，即燃烧出来的煤焰气流火炬中燃烧温度最高的点，通常在稍高于燃烧器出口上方的位置；
2)在深度空气分级低NOx燃烧技术中，虽然煤粉依旧磨得很细，但由于用于燃烧的氧化剂成分严重缺乏，主燃烧器出口即刻完成燃烧的成分远低于96％，因而每只燃烧器出口后的火焰温度最高点，决不会在稍高于燃烧器出口上方的位置；
锅炉炉膛是辐射式换热面，火焰温度对于炉膛的换热非常重要。煤粉进入锅炉后的放热行为发生如此大的变化，应该由炉膛的设计中有相应的体现，遗憾的是深度空气分级低NOx燃烧技术发展太快，目前还只能套用传统的设计理念来进行相应的工作。为了保证与实践中相符合，大家通常经验系数来修正计算结果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种炉膛火焰过量空气系数确定方法与系统以及适用于进行炉膛火焰过量空气系数确定的装置，来对锅炉进行更好的控制。
为了实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种炉膛火焰过量空气系数确定方法，其中，该方法包括：
获取深度空气分级燃烧中主燃区产生的欠氧烟气中CO和CO2的含量；
获取燃煤收到基实际燃烧掉的碳元素的含量(即燃煤收到基碳元素并且在锅炉中发生化学反应的含量，即燃料中实际燃烧掉的碳元素含量)；或者；获取深度空气分级燃烧得到的烟气中一氧化碳的体积和二氧化碳的体积；
获取理论干空气量；
基于主燃区产生的欠氧烟气中CO和CO2的含量、燃煤收到基实际燃烧掉的碳元素的含量以及理论干空气量确定炉膛火焰过量空气系数；或者；基于主燃区产生的欠氧烟气中CO和CO2的含量、深度空气分级燃烧得到的烟气中一氧化碳的体积和二氧化碳的体积以及理论干空气量确定炉膛火焰过量空气系数。
第二方面，本发明还提供了一种炉膛火焰过量空气系数确定系统，其中，该系统包括：
第一获取模块：用于获取深度空气分级燃烧中主燃区产生的欠氧烟气中CO和CO2的含量；
第二获取模块：用于获取燃煤收到基实际燃烧掉的碳元素的含量(即燃煤收到基碳元素并且在锅炉中发生化学反应的含量，即燃料中实际燃烧掉的碳元素含量)；或者；用于获取深度空气分级燃烧得到的烟气中一氧化碳的体积和二氧化碳的体积；
第三获取模块：用于获取理论干空气量；
过量空气系数确定模块：用于基于主燃区产生的欠氧烟气中CO和CO2的含量、燃煤收到基实际燃烧掉的碳元素的含量以及理论干空气量确定炉膛火焰过量空气系数；或者；用于基于主燃区产生的欠氧烟气中CO和CO2的含量、深度空气分级燃烧得到的烟气中一氧化碳的体积和二氧化碳的体积以及理论干空气量确定炉膛火焰过量空气系数。
第三方面，本发明还提供了一种本发明还提供了一种炉膛火焰过量空气系数确定装置，该装置包括：
入口端与深度空气分级燃烧锅炉的常规燃烧器(即主燃烧器)与SOFA燃烧器之间的炉膛连通的烟气导管；
与烟气导管连通的第一烟气成分检测设备，所述第一烟气成分检测设备用于检测欠氧烟气中CO和CO2的含量。
在现有技术中，在氧气条件充足的条件下燃烧，过量空气系数通过烟气中含氧量来测量确定：
式中：为烟气中氧气的体积百分比，数值上等于其摩尔百分比；rCOinFg为烟气中一氧化碳的体积百分比，数值上等于其摩尔百分比；α为过量空气系数；
现有技术是在传统燃烧方式下获得的，欠氧燃烧时可用性并没有得到验证，锅炉欠氧燃烧的控制还处于经验为主的工作模式，只能凭借经验揣测运行状态并基于揣测结果进行控制。本发明提供的技术方案能够很好的实现确定欠氧条件下的炉膛的过量空气系数，从而对锅炉进行更好的控制。本发明提供的技术方案通过检测欠氧燃烧条件下主燃烧器区的烟气氛，基于此确定过量空气系数，用于优化锅炉的控制。
附图说明
图1为炉膛内深度空气分级燃烧器布置与NOx浓度分布示意图。
图2为本发明一实施例提供的炉膛火焰过量空气系数确定方法的流程示意图。
图3为本发明一实施例提供的炉膛火焰过量空气系数确定系统的结构示意图。
图4为本发明一实施例提供的炉膛火焰过量空气系数确定装置的结构示意图。
图5为本发明一实施例提供的炉膛火焰过量空气系数确定装置的结构示意图。
图6为本发明一实施例提供的炉膛火焰过量空气系数确定装置中吹扫设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整的描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明的保护范围。
下面参考本发明的若干代表性实施方式，详细阐述本发明的原理和精神。
参见图2，为了实现上述目的，本发明提供了一种炉膛火焰过量空气系数确定方法，其中，该方法包括：
步骤S1：获取深度空气分级燃烧中主燃区产生的欠氧烟气中CO和CO2的含量；
步骤S2：获取燃煤收到基实际燃烧掉的碳元素的含量(即燃煤收到基碳元素并且在锅炉中发生化学反应的含量，即燃料中实际燃烧掉的碳元素含量)；或者；获取深度空气分级燃烧得到的烟气中一氧化碳的体积和二氧化碳的体积；
步骤S3：获取理论干空气量；
步骤S4：基于主燃区产生的欠氧烟气中CO和CO2的含量、燃煤收到基实际燃烧掉的碳元素的含量以及理论干空气量确定炉膛火焰过量空气系数；或者；基于主燃区产生的欠氧烟气中CO和CO2的含量、深度空气分级燃烧得到的烟气中一氧化碳的体积和二氧化碳的体积以及理论干空气量确定炉膛火焰过量空气系数。
在一实施方式中，炉膛火焰过量空气系数确定方法包括：
获取深度空气分级燃烧中主燃区产生的欠氧烟气中CO和CO2的含量；
获取燃煤收到基实际燃烧掉的碳元素的含量(即燃煤收到基碳元素并且在锅炉中发生化学反应的含量，即燃料中实际燃烧掉的碳元素含量)；
获取理论干空气量；
基于主燃区产生的欠氧烟气中CO和CO2的含量、燃煤收到基实际燃烧掉的碳元素的含量以及理论干空气量确定炉膛火焰过量空气系数。
在一实施方式中，炉膛火焰过量空气系数确定方法包括：
获取深度空气分级燃烧中主燃区产生的欠氧烟气中CO和CO2的含量；
获取深度空气分级燃烧得到的烟气中一氧化碳的体积和二氧化碳的体积；
获取理论干空气量；
基于主燃区产生的欠氧烟气中CO和CO2的含量、深度空气分级燃烧得到的烟气中一氧化碳的体积和二氧化碳的体积以及理论干空气量确定炉膛火焰过量空气系数。
在一实施方式中，获取深度空气分级燃烧中主燃区产生的欠氧烟气中CO和CO2的含量，通过检测深度空气分级燃烧锅炉中主燃烧区上方的欠氧烟气中CO和CO2的含量的方式进行；例如，可以通过设置于深度空气分级燃烧锅炉中常规燃烧器(即主燃烧器)与SOFA燃烧器之间的第一测点实现欠氧烟气中CO和CO2的含量检测；再例如，可以于深度空气分级燃烧锅炉中常规燃烧器(即主燃烧器)与SOFA燃烧器之间设置烟气导管以及与烟气导管连通的第一烟气成分检测设备，所述第一烟气成分检测设备用于检测欠氧烟气中CO和CO2的含量；其中，烟气导管的出口端可以与深度空气分级燃烧锅炉尾部连接(例如，设置在SOFA燃烧器之后、空预器之前；再例如设置在SOFA燃烧器之后、第二测点之前)，依靠两者的压差来控制烟气测量的流量。
在一实施方式中，获取深度空气分级燃烧得到的烟气中一氧化碳的体积和二氧化碳的体积通过检测深度空气分级燃烧锅炉中尾部烟气中一氧化碳的体积和二氧化碳的体积的方式进行；例如，可以通过设置于深度空气分级燃烧锅炉中SOFA燃烧器之后、空预器之前的第二测点实现烟气中一氧化碳的体积和二氧化碳的体积检测。
在一实施方式中，获取燃煤收到基实际燃烧掉的碳元素的含量基于下述公式进行：
式中，Car为燃煤收到基碳元素质量含量百分率，％；Cf,as为飞灰中碳元素质量含量百分率，％；Cs,as为大渣中碳元素质量含量百分率，％；rf,as为飞灰中灰量占燃煤总灰量的质量份额，％；rs,as为大渣中灰量占燃煤总灰量的质量份额，％；Aar为燃煤收到基灰分质量含量百分率，％；为燃煤收到基实际燃烧掉的碳元素质量含量百分率，％。
在一实施方式中，获取理论干空气量基于下述公式进行：
其中，
式中，为理论干空气量(每kg燃煤燃烧所需的理论干空气量)，m3/kg；Har为燃煤收到基氢元素质量含量百分率，％；Oar为燃煤收到基氧元素质量含量百分率，％；Sar为燃煤收到基硫元素质量含量百分率，％；为燃煤收到基实际燃烧掉的碳元素质量含量百分率，％；Car为燃煤收到基碳元素质量含量百分率，％；Cf,as为飞灰中碳元素质量含量百分率，％；Cs,as为大渣中碳元素质量含量百分率，％；rf,as为飞灰中灰量占燃煤总灰量的质量份额，％；rs,as为大渣中灰量占燃煤总灰量的质量份额，％；Aar为燃煤收到基灰分质量含量百分率，％；
优选实施方式要求运行中设置有煤质元素分析的在线仪器，或在设计阶段有设计煤种的元素分析数据结果。
在一实施方式中，获取理论干空气量根据《DL/904-2015火电厂经济技术指标计算方法》，由煤低位发热量求得；具体基于下述公式进行：
式中，为理论干空气量(每kg燃煤燃烧所需的理论干空气量)，m3/kg；K为与煤种相关的系数，其取值参考电力行业标准DL/T904-2015；Qnet.ar为燃煤收到基低位发热量，kJ/kg；
优选实施方式要求运行中没有设置有煤质元素分析的在线仪器。
在一实施方式中，基于主燃区产生的欠氧烟气中CO和CO2的含量、燃煤收到基实际燃烧掉的碳元素的含量以及理论干空气量确定炉膛火焰过量空气系数包括：
基于主燃区产生的欠氧烟气中CO和CO2的含量，确定燃煤中碳元素燃烧成为CO的燃煤份额(即实际燃烧掉的碳元素基生成CO所用碳元素的含量、即实际燃烧掉的碳元素中燃烧产生CO所用碳元素的含量)；
基于燃煤中碳元素燃烧成为CO的燃煤份额、燃煤收到基实际燃烧掉的碳元素的含量以及理论干空气量确定炉膛火焰过量空气系数；
进一步，通过下述公式确定燃煤中碳元素燃烧成为CO的燃煤份额：
式中，rCOinFg为主燃区产生的欠氧烟气中CO的体积含量(以主燃区产生的欠氧烟气的干烟气总体积为基准)；为主燃区产生的欠氧烟气中CO2的体积含量(以主燃区产生的欠氧烟气的干烟气总体积为基准)；rCO为燃煤中碳元素燃烧成为CO的燃煤份额；
进一步，通过下述公式确定炉膛火焰过量空气系数：
式中，α为炉膛火焰过量空气系数；为燃煤收到基实际燃烧掉的碳元素质量含量百分率，％；rCO为燃煤中碳元素燃烧成为CO的燃煤份额；为理论干空气量(每kg燃煤燃烧所需的理论干空气量)，m3/kg；λ为主燃区的燃烧率(例如96％)，％；
进一步，基于燃煤中碳元素燃烧成为CO的燃煤份额、燃煤收到基实际燃烧掉的碳元素的含量以及理论干空气量确定炉膛火焰过量空气系数包括：
基于燃煤中碳元素燃烧成为CO的燃煤份额以及燃煤收到基实际燃烧掉的碳元素的含量确定实际供给燃煤燃烧的干空气量；
基于实际供给燃煤燃烧的干空气量与理论干空气量确定炉膛火焰过量空气系数；
其中，基于燃煤中碳元素燃烧成为CO的燃煤份额以及燃煤收到基实际燃烧掉的碳元素的含量确定实际供给燃煤燃烧的干空气量可以通过下述公式进行：
式中，为理论干空气量(每kg燃煤燃烧所需的理论干空气量)，m3/kg；为实际供给燃煤燃烧的干空气量(每kg燃煤燃烧实际供给的空气量)，m3/kg；Har为燃煤收到基氢元素质量含量百分率，％；Oar为燃煤收到基氧元素质量含量百分率，％；Sar为燃煤收到基硫元素质量含量百分率，％；为燃煤收到基实际燃烧掉的碳元素质量含量百分率，％；
其中，基于实际供给燃煤燃烧的干空气量与理论干空气量确定炉膛火焰过量空气系数可以通过下述公式进行：
式中，α为炉膛火焰过量空气系数；为理论干空气量(每kg燃煤燃烧所需的理论干空气量)，m3/kg；为实际供给燃煤燃烧的干空气量(每kg燃煤燃烧实际供给的空气量)，m3/kg。
在一实施方式中，基于主燃区产生的欠氧烟气中CO和CO2的含量、燃煤收到基实际燃烧掉的碳元素的含量以及理论干空气量确定炉膛火焰过量空气系数，通过下述公式进行：
式中，α为炉膛火焰过量空气系数；为燃煤收到基实际燃烧掉的碳元素质量含量百分率，％；为理论干空气量(每kg燃煤燃烧所需的理论干空气量)，m3/kg；λ为主燃区的燃烧率(例如96％)，％；rCOinFg为主燃区产生的欠氧烟气中CO的体积含量(以主燃区产生的欠氧烟气的干烟气总体积为基准)；为主燃区产生的欠氧烟气中CO2的体积含量(以主燃区产生的欠氧烟气的干烟气总体积为基准)。
在一实施方式中，基于主燃区产生的欠氧烟气中CO和CO2的含量、深度空气分级燃烧得到的烟气中一氧化碳的体积和二氧化碳的体积以及理论干空气量确定炉膛火焰过量空气系数通过下述公式进行：
式中，α为炉膛火焰过量空气系数；为理论干空气量(每kg燃煤燃烧所需的理论干空气量)，m3/kg；rCOinFg为主燃区产生的欠氧烟气中CO的体积含量(以主燃区产生的欠氧烟气的干烟气总体积为基准)；为主燃区产生的欠氧烟气中CO2的体积含量(以主燃区产生的欠氧烟气的干烟气总体积为基准)；为深度空气分级燃烧得到的烟气中CO的体积，m3/kg；VCO为深度空气分级燃烧得到的烟气中CO2的体积，m3/kg。
在一实施方式中，基于主燃区产生的欠氧烟气中CO和CO2的含量、深度空气分级燃烧得到的烟气中一氧化碳的体积和二氧化碳的体积以及理论干空气量确定炉膛火焰过量空气系数包括：
基于主燃区产生的欠氧烟气中CO和CO2的含量、深度空气分级燃烧得到的烟气中一氧化碳的体积和二氧化碳的体积，确定主燃区产生的欠氧烟气的干烟气量；
基于主燃区产生的欠氧烟气的干烟气量以及理论干空气量确定炉膛火焰过量空气系数；
进一步，通过下述公式确定主燃区产生的欠氧烟气的干烟气量：
式中，为主燃区产生的欠氧烟气的干烟气量，m3/kg；rCOinFg为主燃区产生的欠氧烟气中CO的体积含量(以主燃区产生的欠氧烟气的干烟气总体积为基准)；为主燃区产生的欠氧烟气中CO2的体积含量(以主燃区产生的欠氧烟气的干烟气总体积为基准)；为深度空气分级燃烧得到的烟气中CO的体积，m3/kg；VCO为深度空气分级燃烧得到的烟气中CO2的体积，m3/kg；
进一步，通过下述公式确定炉膛火焰过量空气系数：
式中，α为炉膛火焰过量空气系数；为主燃区产生的欠氧烟气的干烟气量，m3/kg；为理论干空气量(每kg燃煤燃烧所需的理论干空气量)，m3/kg；
例如，通过下述公式确定炉膛火焰过量空气系数：
式中，α为炉膛火焰过量空气系数；为主燃区产生的欠氧烟气的干烟气量，m3/kg；为理论干空气量(每kg燃煤燃烧所需的理论干空气量)，m3/kg；K为与煤种相关的系数，其取值参考电力行业标准DL/T904-2015；Qnet.ar为燃煤收到基低位发热量，kJ/kg；
进一步，基于主燃区产生的欠氧烟气的干烟气量以及理论干空气量确定炉膛火焰过量空气系数包括：
基于理论干空气量，确定理论干烟气量；
基于主燃区产生的欠氧烟气的干烟气量、理论干烟气量以及理论干空气量确定炉膛火焰过量空气系数；
其中，确定炉膛火焰过量空气系数可以通过下述公式进行：
式中，α为炉膛火焰过量空气系数；为主燃区产生的欠氧烟气的干烟气量，m3/kg；为理论干空气量(每kg燃煤燃烧所需的理论干空气量)，m3/kg；为理论干烟气量，m3/kg。
在一实施方式中，基于主燃区产生的欠氧烟气中CO和CO2的含量、深度空气分级燃烧得到的烟气中一氧化碳的体积和二氧化碳的体积以及理论干空气量确定炉膛火焰过量空气系数包括：
基于理论干空气量，确定理论干烟气量；
基于主燃区产生的欠氧烟气中CO和CO2的含量、深度空气分级燃烧得到的烟气中一氧化碳的体积和二氧化碳的体积、理论干烟气量以及理论干空气量确定炉膛火焰过量空气系数；
进一步，基于主燃区产生的欠氧烟气中CO和CO2的含量、深度空气分级燃烧得到的烟气中一氧化碳的体积和二氧化碳的体积、理论干烟气量以及理论干空气量确定炉膛火焰过量空气系数通过下述公式进行：
式中，α为炉膛火焰过量空气系数；为理论干空气量(每kg燃煤燃烧所需的理论干空气量)，m3/kg；rCOinFg为主燃区产生的欠氧烟气中CO的体积含量(以主燃区产生的欠氧烟气的干烟气总体积为基准)；为主燃区产生的欠氧烟气中CO2的体积含量(以主燃区产生的欠氧烟气的干烟气总体积为基准)；为深度空气分级燃烧得到的烟气中CO的体积，m3/kg；VCO为深度空气分级燃烧得到的烟气中CO2的体积，m3/kg；为理论干烟气量，m3/kg。
在一实施方式中，理论干烟气量通过下述公式确定：
式中，为理论干空气量(每kg燃煤燃烧所需的理论干空气量)，m3/kg；为理论干烟气量，m3/kg。
在一实施方式中，理论干烟气量通过下述公式确定：
式中，为理论干烟气量，m3/kg；为理论干空气量(每kg燃煤燃烧所需的理论干空气量)，m3/kg；Sar为燃煤收到基硫元素质量含量百分率，％；为燃煤收到基实际燃烧掉的碳元素质量含量百分率，％；Nar为燃煤收到基氮元素质量含量百分率，％。
在一实施方式中，通过煤种采样化验得到燃煤收到基氢元素质量含量百分率、燃煤收到基氧元素质量含量百分率、燃煤收到基硫元素质量含量百分率、燃煤收到基碳元素质量含量百分率、燃煤收到基氮元素质量含量百分率、燃煤收到基灰分质量含量百分率、燃煤收到基灰分质量含量百分率。
在一实施方式中，通过烧失法测量飞灰中碳元素质量含量百分率、大渣中碳元素质量含量百分率、飞灰中灰量占燃煤总灰量的质量份额、大渣中灰量占燃煤总灰量的质量份额。
在一实施方式中，按照表1选取飞灰中碳元素质量含量百分率、大渣中碳元素质量含量百分率。
表1长期工作中各种条件下飞灰与大渣的含碳量
在一实施方式中，按照表2选取飞灰中灰量占燃煤总灰量的质量份额、大渣中灰量占燃煤总灰量的质量份额。
表2电站锅炉性能试验规程(GB/T 10184-2015)推荐的锅炉灰、渣比例
图3是根据本发明实施例的炉膛火焰过量空气系数确定系统的结构框图，如图3所示，该系统包括：
第一获取模块31：用于获取深度空气分级燃烧中主燃区产生的欠氧烟气中CO和CO2的含量；
第二获取模块32：用于获取燃煤收到基实际燃烧掉的碳元素的含量(即燃煤收到基碳元素并且在锅炉中发生化学反应的含量，即燃料中实际燃烧掉的碳元素含量)；或者；用于获取深度空气分级燃烧得到的烟气中一氧化碳的体积和二氧化碳的体积；
第三获取模块33：用于获取理论干空气量；
过量空气系数确定模块34：用于基于主燃区产生的欠氧烟气中CO和CO2的含量、燃煤收到基实际燃烧掉的碳元素的含量以及理论干空气量确定炉膛火焰过量空气系数；或者；用于基于主燃区产生的欠氧烟气中CO和CO2的含量、深度空气分级燃烧得到的烟气中一氧化碳的体积和二氧化碳的体积以及理论干空气量确定炉膛火焰过量空气系数。
在一实施方式中，炉膛火焰过量空气系数确定系统包括：
第一获取模块31：用于获取深度空气分级燃烧中主燃区产生的欠氧烟气中CO和CO2的含量；
第二获取模块32：用于获取燃煤收到基实际燃烧掉的碳元素的含量(即燃煤收到基碳元素并且在锅炉中发生化学反应的含量，即燃料中实际燃烧掉的碳元素含量)；
第三获取模块33：用于获取理论干空气量；
过量空气系数确定模块34：用于基于主燃区产生的欠氧烟气中CO和CO2的含量、燃煤收到基实际燃烧掉的碳元素的含量以及理论干空气量确定炉膛火焰过量空气系数。
在一实施方式中，炉膛火焰过量空气系数确定系统包括：
第一获取模块31：用于获取深度空气分级燃烧中主燃区产生的欠氧烟气中CO和CO2的含量；
第二获取模块32：用于获取深度空气分级燃烧得到的烟气中一氧化碳的体积和二氧化碳的体积；
第三获取模块33：用于获取理论干空气量；
过量空气系数确定模块34：用于基于主燃区产生的欠氧烟气中CO和CO2的含量、深度空气分级燃烧得到的烟气中一氧化碳的体积和二氧化碳的体积以及理论干空气量确定炉膛火焰过量空气系数。
在一实施方式中，第二获取模块32基于下述公式获取燃煤收到基实际燃烧掉的碳元素的含量：
式中，Car为燃煤收到基碳元素质量含量百分率，％；Cf,as为飞灰中碳元素质量含量百分率，％；Cs,as为大渣中碳元素质量含量百分率，％；rf,as为飞灰中灰量占燃煤总灰量的质量份额，％；rs,as为大渣中灰量占燃煤总灰量的质量份额，％；Aar为燃煤收到基灰分质量含量百分率，％；为燃煤收到基实际燃烧掉的碳元素质量含量百分率，％。
在一实施方式中，第三获取模块33基于下述公式获取理论干空气量：
其中，
式中，为理论干空气量(每kg燃煤燃烧所需的理论干空气量)，m3/kg；Har为燃煤收到基氢元素质量含量百分率，％；Oar为燃煤收到基氧元素质量含量百分率，％；Sar为燃煤收到基硫元素质量含量百分率，％；为燃煤收到基实际燃烧掉的碳元素质量含量百分率，％；Car为燃煤收到基碳元素质量含量百分率，％；Cf,as为飞灰中碳元素质量含量百分率，％；Cs,as为大渣中碳元素质量含量百分率，％；rf,as为飞灰中灰量占燃煤总灰量的质量份额，％；rs,as为大渣中灰量占燃煤总灰量的质量份额，％；Aar为燃煤收到基灰分质量含量百分率，％；
优选实施方式要求运行中设置有煤质元素分析的在线仪器，或在设计阶段有设计煤种的元素分析数据结果。
在一实施方式中，第三获取模块33根据《DL/904-2015火电厂经济技术指标计算方法》获取理论干空气量，由煤低位发热量求得；具体地，第三获取模块33基于下述公式获取理论干空气量：
式中，为理论干空气量(每kg燃煤燃烧所需的理论干空气量)，m3/kg；K为与煤种相关的系数，其取值参考电力行业标准DL/T904-2015；Qnet.ar为燃煤收到基低位发热量，kJ/kg；
优选实施方式要求运行中设置有煤质元素分析的在线仪器。
在一实施方式中，过量空气系数确定模块34通过下述公式确定炉膛火焰过量空气系数：
式中，α为炉膛火焰过量空气系数；为燃煤收到基实际燃烧掉的碳元素质量含量百分率，％；为理论干空气量(每kg燃煤燃烧所需的理论干空气量)，m3/kg；λ为主燃区的燃烧率(例如96％)，％；rCOinFg为主燃区产生的欠氧烟气中CO的体积含量(以主燃区产生的欠氧烟气的干烟气总体积为基准)；为主燃区产生的欠氧烟气中CO2的体积含量(以主燃区产生的欠氧烟气的干烟气总体积为基准)。
在一实施方式中，过量空气系数确定模块34包括：
CO燃煤份额获取子模块：用于基于主燃区产生的欠氧烟气中CO和CO2的含量，确定燃煤中碳元素燃烧成为CO的燃煤份额(即实际燃烧掉的碳元素基生成CO所用碳元素的含量、即实际燃烧掉的碳元素中燃烧产生CO所用碳元素的含量)；
第一过量空气系数获取子模块：用于基于燃煤中碳元素燃烧成为CO的燃煤份额、燃煤收到基实际燃烧掉的碳元素的含量以及理论干空气量确定炉膛火焰过量空气系数；
进一步，CO燃煤份额获取子模块通过下述公式确定燃煤中碳元素燃烧成为CO的燃煤份额：
式中，rCOinFg为主燃区产生的欠氧烟气中CO的体积含量(以主燃区产生的欠氧烟气的干烟气总体积为基准)；为主燃区产生的欠氧烟气中CO2的体积含量(以主燃区产生的欠氧烟气的干烟气总体积为基准)；rCO为燃煤中碳元素燃烧成为CO的燃煤份额；
进一步，第一过量空气系数获取子模块通过下述公式确定炉膛火焰过量空气系数：
式中，α为炉膛火焰过量空气系数；为燃煤收到基实际燃烧掉的碳元素质量含量百分率，％；rCO为燃煤中碳元素燃烧成为CO的燃煤份额；为理论干空气量(每kg燃煤燃烧所需的理论干空气量)，m3/kg；λ为主燃区的燃烧率(例如96％)，％；
进一步，第一过量空气系数获取子模块包括：
实际供给干空气量确定单元：用于基于燃煤中碳元素燃烧成为CO的燃煤份额以及燃煤收到基实际燃烧掉的碳元素的含量确定实际供给燃煤燃烧的干空气量；
第一过量空气系数确定单元：用于基于实际供给燃煤燃烧的干空气量与理论干空气量确定炉膛火焰过量空气系数；
其中，实际供给干空气量确定单元可以通过下述公式确定实际供给燃煤燃烧的干空气量：
式中，为理论干空气量(每kg燃煤燃烧所需的理论干空气量)，m3/kg；为实际供给燃煤燃烧的干空气量(每kg燃煤燃烧实际供给的空气量)，m3/kg；Har为燃煤收到基氢元素质量含量百分率，％；Oar为燃煤收到基氧元素质量含量百分率，％；Sar为燃煤收到基硫元素质量含量百分率，％；为燃煤收到基实际燃烧掉的碳元素质量含量百分率，％；
其中，第一过量空气系数确定单元可以通过下述公式确定炉膛火焰过量空气系数：
式中，α为炉膛火焰过量空气系数；为理论干空气量(每kg燃煤燃烧所需的理论干空气量)，m3/kg；为实际供给燃煤燃烧的干空气量(每kg燃煤燃烧实际供给的空气量)，m3/kg。
在一实施方式中，过量空气系数确定模块34通过下述公式确定炉膛火焰过量空气系数：
式中，α为炉膛火焰过量空气系数；为理论干空气量(每kg燃煤燃烧所需的理论干空气量)，m3/kg；rCOinFg为主燃区产生的欠氧烟气中CO的体积含量(以主燃区产生的欠氧烟气的干烟气总体积为基准)；为主燃区产生的欠氧烟气中CO2的体积含量(以主燃区产生的欠氧烟气的干烟气总体积为基准)；为深度空气分级燃烧得到的烟气中CO的体积，m3/kg；VCO为深度空气分级燃烧得到的烟气中CO2的体积，m3/kg。
在一实施方式中，过量空气系数确定模块34包括：
欠氧烟气干烟气量获取子模块：用于基于主燃区产生的欠氧烟气中CO和CO2的含量、深度空气分级燃烧得到的烟气中一氧化碳的体积和二氧化碳的体积，确定主燃区产生的欠氧烟气的干烟气量；
第二过量空气系数获取子模块：用于基于主燃区产生的欠氧烟气的干烟气量以及理论干空气量确定炉膛火焰过量空气系数；
进一步，欠氧烟气干烟气量获取子模块通过下述公式确定主燃区产生的欠氧烟气的干烟气量：
式中，为主燃区产生的欠氧烟气的干烟气量，m3/kg；rCOinFg为主燃区产生的欠氧烟气中CO的体积含量(以主燃区产生的欠氧烟气的干烟气总体积为基准)；为主燃区产生的欠氧烟气中CO2的体积含量(以主燃区产生的欠氧烟气的干烟气总体积为基准)；为深度空气分级燃烧得到的烟气中CO的体积，m3/kg；VCO为深度空气分级燃烧得到的烟气中CO2的体积，m3/kg；
进一步，第二过量空气系数获取子模块通过下述公式确定炉膛火焰过量空气系数：
式中，α为炉膛火焰过量空气系数；为主燃区产生的欠氧烟气的干烟气量，m3/kg；为理论干空气量(每kg燃煤燃烧所需的理论干空气量)，m3/kg；
例如，通过下述公式确定炉膛火焰过量空气系数：
式中，α为炉膛火焰过量空气系数；为主燃区产生的欠氧烟气的干烟气量，m3/kg；为理论干空气量(每kg燃煤燃烧所需的理论干空气量)，m3/kg；K为与煤种相关的系数，其取值参考电力行业标准DL/T904-2015；Qnet.ar为燃煤收到基低位发热量，kJ/kg；
进一步，第二过量空气系数获取子模块包括：
理论干烟气量确定单元：用于基于理论干空气量，确定理论干烟气量；
第二过量空气系数确定单元：用于基于主燃区产生的欠氧烟气的干烟气量、理论干烟气量以及理论干空气量确定炉膛火焰过量空气系数；
其中，第二过量空气系数确定单元可以通过下述公式确定炉膛火焰过量空气系数：
式中，α为炉膛火焰过量空气系数；为主燃区产生的欠氧烟气的干烟气量，m3/kg；为理论干空气量(每kg燃煤燃烧所需的理论干空气量)，m3/kg；为理论干烟气量，m3/kg。
在一实施方式中，过量空气系数确定模块34包括：
理论干烟气量确定子模块：用于基于理论干空气量，确定理论干烟气量；
第二过量空气系数获取子模块：用于基于主燃区产生的欠氧烟气中CO和CO2的含量、深度空气分级燃烧得到的烟气中一氧化碳的体积和二氧化碳的体积、理论干烟气量以及理论干空气量确定炉膛火焰过量空气系数；
进一步，第二过量空气系数获取子模块通过下述公式确定炉膛火焰过量空气系数：
式中，α为炉膛火焰过量空气系数；为理论干空气量(每kg燃煤燃烧所需的理论干空气量)，m3/kg；rCOinFg为主燃区产生的欠氧烟气中CO的体积含量(以主燃区产生的欠氧烟气的干烟气总体积为基准)；为主燃区产生的欠氧烟气中CO2的体积含量(以主燃区产生的欠氧烟气的干烟气总体积为基准)；为深度空气分级燃烧得到的烟气中CO的体积，m3/kg；VCO为深度空气分级燃烧得到的烟气中CO2的体积，m3/kg；为理论干烟气量，m3/kg。
在一实施方式中，理论干烟气量通过下述公式确定：
式中，为理论干空气量(每kg燃煤燃烧所需的理论干空气量)，m3/kg；为理论干烟气量，m3/kg。
在一实施方式中，理论干烟气量通过下述公式确定：
式中，为理论干烟气量，m3/kg；为理论干空气量(每kg燃煤燃烧所需的理论干空气量)，m3/kg；Sar为燃煤收到基硫元素质量含量百分率，％；为燃煤收到基实际燃烧掉的碳元素质量含量百分率，％；Nar为燃煤收到基氮元素质量含量百分率，％。
在一实施方式中，通过煤种采样化验得到燃煤收到基氢元素质量含量百分率、燃煤收到基氧元素质量含量百分率、燃煤收到基硫元素质量含量百分率、燃煤收到基碳元素质量含量百分率、燃煤收到基氮元素质量含量百分率、燃煤收到基灰分质量含量百分率、燃煤收到基灰分质量含量百分率；
通过烧失法测量飞灰中碳元素质量含量百分率、大渣中碳元素质量含量百分率、飞灰中灰量占燃煤总灰量的质量份额、大渣中灰量占燃煤总灰量的质量份额。
本发明实施例还提供了一种炉膛火焰过量空气系数确定装置(如图4所示)，该装置包括：
入口端与深度空气分级燃烧锅炉的常规燃烧器1(即主燃烧器)与SOFA燃烧器2之间的炉膛连通的烟气导管3；
与烟气导管3连通的第一烟气成分检测设备6，所述第一烟气成分检测设备6用于检测欠氧烟气中CO和CO2的含量。
在一实施方式中，如图5所示，烟气导管3的出口端与深度空气分级燃烧锅炉炉膛尾部连接，从而实现依靠两者的压差来控制烟气测量的流量；
具体而言，烟气导管3的出口端与深度空气分级燃烧锅炉的SOFA燃烧器2与空预器5之间的炉膛连接。
在一实施方式中，如图5所示，烟气导管3上设有烟气吹扫设备4；
进一步，如图6所示，烟气吹扫设备4由斜向布置且与烟气导管3连通的吹扫管路41以及设置于吹扫管路41上的第一电磁关断阀门42和设置于烟气导管3出口端的第二电磁关断阀门43构成；
当吹扫管路41上的第一电磁关断阀门42打开时，烟气导管3出口端的第二电磁关断阀门42关闭，在炉膛负压的作用下，空气由吹扫管路41反向进入炉膛进行吹扫；吹扫完成后吹扫管路41上的第一电磁关断阀门42关闭、烟气导管3出口端的第二电磁关断阀门42打开，炉膛内烟气由烟气导管3进入尾部受热面；
进一步，图5所示，吹扫设备4布置于靠近烟气导管3出口一侧，确保吹扫管路的小量不严对于测量没有影响。
在一实施方式中，图5所示，该装置进一步包括：
与深度空气分级燃烧锅炉炉膛尾部连通的第二烟气成分检测设备7，所述第二烟气成分检测设备7用于检测深度空气分级燃烧得到的烟气中一氧化碳的体积和二氧化碳的体积；
进一步，与第二烟气成分检测设备7连通的锅炉炉膛的位置位于与烟气导管3的出口端连接的锅炉炉膛位置与空预器5之间。
其中，第一烟气成分检测设备6、第二烟气成分检测设备7测量的结果应当为：
第一烟气成分检测设备6测得欠氧烟气中氧气成分体积比例二氧化碳成分体积比例和一氧化碳成分体积比例rCOinFg；
第二烟气成分检测设备7测得深度空气分级燃烧得到的烟气中氧气成分体积比例为二氧化碳成分体积比例和一氧化碳成分体积比例rCOinFgLv。
在一实施方式中，如图5所示，炉膛火焰过量空气系数确定装置包括：
烟气导管3，烟气导管3的入口端与深度空气分级燃烧锅炉的常规燃烧器1(即主燃烧器)与SOFA燃烧器2之间的炉膛连通，烟气导管3的出口端与深度空气分级燃烧锅炉炉膛尾部(SOFA燃烧器2与空预器5之间的炉膛)连接，从而实现依靠两者的压差来控制烟气测量的流量；
与烟气导管3连通的第一烟气成分检测设备6，所述第一烟气成分检测设备6用于检测欠氧烟气中CO和CO2的含量；
烟气导管3上设有烟气吹扫设备4，如图6所示，烟气吹扫设备4由斜向布置且与烟气导管3连通的吹扫管路41以及设置于吹扫管路41上的第一电磁关断阀门42和设置于烟气导管3出口端的第二电磁关断阀门43构成；
当吹扫管路41上的第一电磁关断阀门42打开时，烟气导管3出口端的第二电磁关断阀门42关闭，在炉膛负压的作用下，空气由吹扫管路41反向进入炉膛进行吹扫；吹扫完成后吹扫管路41上的第一电磁关断阀门42关闭、烟气导管3出口端的第二电磁关断阀门42打开，炉膛内烟气由烟气导管3进入尾部受热面；
与深度空气分级燃烧锅炉炉膛尾部(与烟气导管3的出口端连接的锅炉炉膛位置与空预器5之间的炉膛)连通的第二烟气成分检测设备7，所述第二烟气成分检测设备7用于检测深度空气分级燃烧得到的烟气中一氧化碳的体积和二氧化碳的体积。
在一实施方式中，该装置进一步包括通用数据处理装置，其包含通用的计算机硬件结构，其至少包含处理器、存储器；处理器用于执行存储器中存储的炉膛火焰过量空气系数确定程序，以实现各方法实施例的炉膛火焰过量空气系数确定方法(具体方法参见上述方法实施例的描述，在此不再赘述)。
实施例1
本实施例提供了一种炉膛火焰过量空气系数确定方法，其中，该方法包括：
步骤1：获取深度空气分级燃烧中主燃区产生的欠氧烟气中CO的含量rCOinFg和CO2的含量
设置入口端与深度空气分级燃烧锅炉中常规燃烧器(即主燃烧器)与SOFA燃烧器之间的炉膛连通的烟气导管，并将烟气导管与第一烟气成分检测设备连通，所述第一烟气成分检测设备用于检测欠氧烟气中CO和CO2的含量。
步骤2：获取燃煤收到基实际燃烧掉的碳元素的含量
具体而言，通过煤采样化验以及烧失法测量，得到煤质成分以及灰份成分(如表3所示)，由下述公式确定燃煤收到基实际燃烧掉的碳元素的含量
式中，Car为燃煤收到基碳元素质量含量百分率，％；Cf,as为飞灰中碳元素质量含量百分率，％；Cs,as为大渣中碳元素质量含量百分率，％；rf,as为飞灰中灰量占燃煤总灰量的质量份额，％；rs,as为大渣中灰量占燃煤总灰量的质量份额，％；Aar为燃煤收到基灰分质量含量百分率，％；为燃煤收到基实际燃烧掉的碳元素质量含量百分率，％。
步骤3：获取理论干空气量
具体而言，由下述公式确定理论干空气量结果如表3所示：
式中，为理论干空气量(每kg燃煤燃烧所需的理论干空气量)，m3/kg；Har为燃煤收到基氢元素质量含量百分率，％；Oar为燃煤收到基氧元素质量含量百分率，％；Sar为燃煤收到基硫元素质量含量百分率，％；为燃煤收到基实际燃烧掉的碳元素质量含量百分率，％；Car为燃煤收到基碳元素质量含量百分率，％；Cf,as为飞灰中碳元素质量含量百分率，％；Cs,as为大渣中碳元素质量含量百分率，％；rf,as为飞灰中灰量占燃煤总灰量的质量份额，％；rs,as为大渣中灰量占燃煤总灰量的质量份额，％；Aar为燃煤收到基灰分质量含量百分率，％。
步骤4：基于主燃区产生的欠氧烟气中CO的含量rCOinFg和CO2的含量燃煤收到基实际燃烧掉的碳元素的含量以及理论干空气量确定炉膛火焰过量空气系数α：
4.1基于主燃区产生的欠氧烟气中CO的含量rCOinFg和CO2的含量确定燃煤中碳元素燃烧成为CO的燃煤份额rCO；其中，燃煤中碳元素燃烧成为CO的燃煤份额rCO通过下述公式确定：
式中，rCOinFg为主燃区产生的欠氧烟气中CO的体积含量(以主燃区产生的欠氧烟气的干烟气总体积为基准)；为主燃区产生的欠氧烟气中CO2的体积含量(以主燃区产生的欠氧烟气的干烟气总体积为基准)；rCO为燃煤中碳元素燃烧成为CO的燃煤份额；
4.2基于燃煤中碳元素燃烧成为CO的燃煤份额rCO、燃煤收到基实际燃烧掉的碳元素的含量以及理论干空气量确定炉膛火焰过量空气系数α；其中，通过下述公式确定炉膛火焰过量空气系数，结果如表3所示：
式中，α为炉膛火焰过量空气系数；为燃煤收到基实际燃烧掉的碳元素质量含量百分率，％；rCO为燃煤中碳元素燃烧成为CO的燃煤份额；为理论干空气量(每kg燃煤燃烧所需的理论干空气量)，m3/kg；λ为主燃区的燃烧率(λ为96％)，％。
表3
以上参照附图描述了本发明的优选实施方式。这些实施方式的许多特征和优点根据该详细的说明书是清楚的，因此权利要求旨在覆盖这些实施方式的落入其真实精神和范围内的所有这些特征和优点。此外，由于本领域的技术人员容易想到很多修改和改变，因此不是要将本发明的实施方式限于所例示和描述的精确结构和操作，而是可以涵盖落入其范围内的所有合适修改和等同物。
本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
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