一种对流化床锅炉运行床料高度实时监控方法
阅读说明：本技术 一种对流化床锅炉运行床料高度实时监控方法 (Method for monitoring height of bed material in fluidized bed boiler operation in real time ) 是由 吴勇俊 徐林德 潘国仁 陈上放 静晨梅 郭万林 杨利清 王玮平 姚丽 霍玉雷 于 2021-01-25 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种对流化床锅炉运行床料高度实时监控方法,包括以下步骤：S1、测得锅炉的风室压力值P1、炉膛上部烟气出口处压力值P2、风室温度值T1和标准状态下流化风量值F0；S2、根据P1、T1和F0计算出工况下流化风量值F1；S3、根据锅炉的床层布风板上各风帽喷口尺寸计算出床层风帽喷口总面积值A1；S4、根据F1和A1计算出流化风速值V1；S5、根据标准状态下空气密度值ρ0、风室压力值P1和T1计算出流化风密度值ρ1；S6、根据流化风经过床层风帽时的阻力系数f、ρ1和V1计算出床层空床阻力值△Pb；S7、根据P1、P2和△Pb计算出床料阻力值△Ph；S8、根据△Ph、床料密度值ρ2和重力加速度值g计算出流化床料层高度值h。本发明依靠科学的计算方法来推导求得运行状态下的床料高度值。(The invention discloses a method for monitoring the height of bed materials in the operation of a fluidized bed boiler in real time, which comprises the following steps: s1, measuring an air chamber pressure value P1 of the boiler, a pressure value P2 at a smoke outlet at the upper part of the hearth, an air chamber temperature value T1 and a fluidization air value F0 in a standard state; s2, calculating a fluidizing air quantity value F1 under the working condition according to P1, T1 and F0; s3, calculating a total area value A1 of nozzles of the blast caps of the bed according to the size of the nozzles of the blast caps on the air distribution plate of the bed of the boiler; s4, calculating a fluidization wind speed value V1 according to F1 and A1; s5, calculating a fluidized air density value rho 1 according to the air density value rho 0, the air chamber pressure values P1 and T1 in the standard state; s6, calculating a bed empty bed resistance value delta Pb according to resistance coefficients f, rho 1 and V1 when fluidized air passes through a bed blast cap; s7, calculating a bed material resistance value delta Ph according to P1, P2 and delta Pb; and S8, calculating the height value h of the fluidized bed material layer according to the Delta Ph, the density value rho 2 of the bed material and the gravity acceleration value g. The invention deduces and obtains the bed material height value in the running state by a scientific calculation method.)
技术领域
本发明涉及流化床锅炉技术领域，具体涉及一种对流化床锅炉运行床料高度实时监控方法。
背景技术
床料高度是决定流化床锅炉床层是否能保持良好流化状态的一项重要因素，在常规燃煤流化床锅炉运行过程中，燃料燃烧产生灰分，颗粒度适合的部分停留在床层成为床料，颗粒度过细的部分成为飞灰并随同烟气离开炉膛，沉积于床层底部的粗颗粒则通过底部排渣的方式排出炉外。对于燃用生物质、固废等特种燃料的流化床锅炉，往往还需要通过连续排渣和连续添加床料来满足锅炉置换床料的需要。故在流化床锅炉运行过程中，床料高度处在一个动态变化的状态下，需要得到有效的监控。然而目前大多数流化床锅炉DCS系统中均无运行中床层床料高度参数，运行过程中完全依靠运行人员根据炉膛与风室相关压力或差压值并结合自身运行经验来判断床料高度是否正常。
因为缺少可量化的床料高度参数，一方面需要锅炉运行人员时刻关注锅炉相关压力或差压参数，增加了锅炉运行人员的工作负担；另一方面，由于引起锅炉风室和床层区域压力变化的因素较多，如锅炉负荷变化、热风温度变化、引风机负压工况变动、辅助燃烧器投用或烟气再循环投用等，并不单纯是床料高度，因此可能会导致运行人员对于床料高度是否正常产生误判。
另外，随着国内外流化床锅炉设计、控制、运行和管理技术水平的提升，对于提升流化床锅炉运行自动化水平、减轻锅炉运行人员工作压力和负担的要求也越来越普遍和迫切，甚至很多电厂都希望实现流化床锅炉的燃烧自动控制，达到无人值守的运行状态。而床料高度自动调节是流化床锅炉燃烧自动控制的一项重要环节，目前来看也是制约流化床锅炉自动控制水平继续提升的一个瓶颈。
从各方面来看，在流化床锅炉运行过程中缺少床料高度这一重要参数，对于流化床锅炉设计、控制、运行和管理技术水平来说都是一项重大缺失。然而如料位计等只能测量相对静态的物料料位，而流化床锅炉运行工况下的床层床料处于流化、沸腾、循环和强烈扰动的状态，无法依靠料位计等方式来测量锅炉运行状态下的床层床料高度.
发明内容
1、发明要解决的技术问题
针对现有的流化床锅炉运行床料高度难以测量的技术问题，本发明提供了一种对流化床锅炉运行床料高度实时监控方法，它从流化床锅炉的运行原理出发，依靠科学的计算方法来推导求得运行状态下的床料高度值，结果具有较高的可靠性，供操作人员判断锅炉床层流化状态是否正常。
2、技术方案
为解决上述问题，本发明提供的技术方案为：
一种对流化床锅炉运行床料高度实时监控方法，包括以下步骤：S1、测得锅炉的风室压力值P1、炉膛上部烟气出口处压力值P2、风室温度值T1和标准状态下流化风量值F0；S2、根据锅炉的风室压力值P1、风室温度值T1和标准状态下流化风量值F0计算出工况下流化风量值F1；S3、根据锅炉的床层布风板上各风帽喷口尺寸计算出床层风帽喷口总面积值A1；S4、根据工况下流化风量值F1和床层风帽喷口总面积值A1计算出流化风速值V1；S5、根据标准状态下空气密度值ρ0、风室压力值P1和风室温度值T1计算出流化风密度值ρ1；S6、根据流化风经过床层风帽时的阻力系数f、流化风密度值ρ1和流化风速值V1计算出床层空床阻力值△Pb；S7、根据风室压力值P1、炉膛上部烟气出口处压力值P2和床层空床阻力值△Pb计算出床料阻力值△Ph；S8、根据床料阻力值△Ph、床料密度值ρ2和重力加速度值g计算出流化床料层高度值h。
可选地，所述S2中工况下流化风量值F1的计算公式为:F1＝F0*(T1+273)/273*101300/(101300+P1)。
可选地，所述S4中流化风速值V1的计算公式为：V1＝F1/A1。
可选地，所述S5中流化风密度值ρ1的计算公式为：ρ1＝ρ0*(101300+P1)/101300/(T1+273)*273。
可选地，所述S6中床层空床阻力值△Pb的计算公式为：△Pb＝0.5*f*ρ1*V1^2。
可选地，所述S7中床料阻力值△Ph的计算公式为：△Ph＝P1-P2-△Pb。
可选地，所述S8中流化床料层高度值h的计算公式为：h＝△Ph/ρ2/g*100。
可选地，还包括以下步骤：S9、设定流化床料层上限高度值h1和流化床料层下限高度值h2；S10、根据程序指令使流化床料层高度值h保持在流化床料层上限高度值h1和流化床料层下限高度值h2的范围内。
可选地，所述流化床料层高度值h在DCS控制系统锅炉运行界面中显示。
3、有益效果
采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：
(1)本对流化床锅炉运行床料高度实时监控方法从流化床锅炉的运行原理出发，依靠科学的计算方法来推导求得运行状态下的床料高度值，结果具有较高的可靠性，供操作人员判断锅炉床层流化状态是否正常，并可作出相应的调整，采用量化参数显示流化床锅炉运行状态下的床料高度，更加直观、有效，便于运行人员实时监控，减轻运行人员的工作压力和负担，防止运行人员对于运行床料高度误判的情况发生。
附图说明
图1为本发明实施例提出的一种对流化床锅炉运行床料高度实时监控方法中流化床锅炉的各测点的位置示意图。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，结合附图1及实施例对本发明作详细描述。
结合附图1，本实施例的一种对流化床锅炉运行床料高度实时监控方法，包括以下步骤：S1、测得锅炉的风室压力值P1、炉膛上部烟气出口处压力值P2、风室温度值T1和标准状态下流化风量值F0；S2、根据锅炉的风室压力值P1、风室温度值T1和标准状态下流化风量值F0计算出工况下流化风量值F1，所述S2中工况下流化风量值F1的计算公式：F1＝F0*(T1+273)/273*101300/(101300+P1)；S3、根据锅炉的床层布风板上各风帽喷口尺寸计算出床层风帽喷口总面积值A1；S4、根据工况下流化风量值F1和床层风帽喷口总面积值A1计算出流化风速值V1，所述S4中流化风速值V1的计算公式：V1＝F1/A1；S5、根据标准状态下空气密度值ρ0、风室压力值P1和风室温度值T1计算出流化风密度值ρ1，所述S5中流化风密度值ρ1的计算公式：ρ1＝ρ0*(101300+P1)/101300/(T1+273)*273；S6、根据流化风经过床层风帽时的阻力系数f、流化风密度值ρ1和流化风速值V1计算出床层空床阻力值△Pb，所述S6中床层空床阻力值△Pb的计算公式：△Pb＝0.5*f*ρ1*V1^2；S7、根据风室压力值P1、炉膛上部烟气出口处压力值P2和床层空床阻力值△Pb计算出床料阻力值△Ph，所述S7中床料阻力值△Ph的计算公式：△Ph＝P1-P2-△Pb；S8、根据床料阻力值△Ph、床料密度值ρ2和重力加速度值g计算出流化床料层高度值h，所述S8中流化床料层高度值h的计算公式：h＝△Ph/ρ2/g*100。
于本实施例中，所述S1中所需的风室压力值P1、炉膛上部烟气出口处压力值P2、风室温度值T1和标准状态下流化风量值F0由锅炉相关测点测量得到，均为锅炉常规测点，测点位置见附图1。
于本实施例中，所述S3中床层风帽喷口总面积值A1由床层布风板上各风帽喷口尺寸求和得到，无需复杂的计算公式。
于本实施例中，所述S6中流化风经过床层风帽时的阻力系数f的大小取决于风帽内部流通结构和内表面加工粗糙度，每台流化床锅炉在点火启动进行热态调试前都会进行冷态调试，在其中一项空床阻力试验中，会对不同风量下的空床阻力值进行标定，由这些风量和阻力值即可计算求得风帽阻力系数f。
于本实施例中，流化床料层高度值h的单位为cm；床料阻力值△Ph的单位为Pa；床料密度值ρ2的单位为kg/m^3，取值一般按1500；重力加速度值g取值9.81；风室压力值P1的单位为Pa；炉膛上部烟气出口处压力值P2的单位为Pa；床层空床阻力值△Pb的单位为Pa；流化风密度值ρ1的单位为kg/m^3；流化风速值V1的单位为m/s；标准状态下空气密度值ρ0的单位为kg/m^3，取值1.285；风室温度值T1的单位为℃；流化风量值F1的单位为m^3/s；床层风帽喷口总面积值A1的单位为m^2；标准状态下流化风量值F0的单位为Nm^3/s。
代入上述公式后，流化床料层高度值h的最终计算公式为：h＝[P1-P2-238.408*f/(101300+P1)*(T1+273)*(F0)^2/(A1)^2]/ρ2/g*100＝[P1-P2-238.408*f/(101300+P1)×(T1+273)×(F0)^2/(A1)^2]/147.15。
本对流化床锅炉运行床料高度实时监控方法从流化床锅炉的运行原理出发，依靠科学的计算方法来推导求得运行状态下的床料高度值，结果具有较高的可靠性，供操作人员判断锅炉床层流化状态是否正常，并可作出相应的调整，采用量化参数显示流化床锅炉运行状态下的床料高度，更加直观、有效，便于运行人员实时监控，减轻运行人员的工作压力和负担，防止运行人员对于运行床料高度误判的情况发生。
作为本发明的可选方案，还包括以下步骤：S9、设定流化床料层上限高度值h1和流化床料层下限高度值h2，所述流化床料层上限高度值h1为80cm，所述流化床料层下限高度值h2为30cm；S10、根据程序指令使流化床料层高度值h保持在流化床料层上限高度值h1和流化床料层下限高度值h2的范围内；流化床锅炉的正常运行床料高度在30cm～80cm范围内，最佳运行值为55cm，故当运行床料高度高于80cm时应加快排渣速度，加大排渣量，直至床料高度降至最佳运行高度55cm，再将排渣速度降至正常水平；当流化床锅炉运行床料高度低于30cm时，加快床料添加速度，加大床料添加量，直至床料高度升至最佳运行高度55cm，再将床料添加速度降至正常水平，上述操作可由流化床运行人员在DSC系统操作界面手动操作完成，也可作为控制逻辑编制自动控制程序，由DCS系统完成床料的自动调节和控制，操作人员可围绕床料高度量化计算值来制定流化床锅炉运行床料高度控制策略，使得床料高度的自动控制成为可能，大大提高了流化床锅炉运行控制自动化水平，从而为流化床锅炉实现燃烧自动控制和无人值守运行突破了一大瓶颈。
作为本发明的可选方案，所述流化床料层高度值h在DCS控制系统锅炉运行界面中显示，供流化床锅炉运行人员实时查看，用以判断锅炉床层流化状态是否正常，并可作出相应的调整。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
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