一种等离子点火煤粉燃烧器运行控制系统及方法
阅读说明：本技术 一种等离子点火煤粉燃烧器运行控制系统及方法 (Operation control system and method for plasma ignition pulverized coal burner ) 是由 张良平 张宇博 刘超 沈植 杨辉 党黎军 张海龙 付龙龙 陆军 于 2021-08-06 设计创作，主要内容包括：一种等离子点火煤粉燃烧器运行控制系统及方法,包括与DCS控制系统相连的等离子点火控制系统、制粉系统的调节系统和燃烧器监测系统；其中,等离子点火控制系统包括与DCS控制系统相连的冷却水控制模块、载体风控制模块和拉弧电流控制模块；制粉系统的调节系统包括与DCS控制系统相连的磨出口温度控制模块、磨出口一次风速控制模块、给煤量控制模块以及旋转分离器转速控制模块；燃烧器监测系统包括与DCS控制系统相连的火检系统和壁温测量装置。本发明能广泛适用于燃煤发电厂等离子点火煤粉燃烧器的点火控制；各控制模块可充分利用现有的设备装置,投资成本较小,容易实现,具有很好的市场推广价值。(A plasma ignition pulverized coal burner operation control system and method, including plasma ignition control system, regulating system and burner monitoring system of the pulverizing system that link with DCS control system; the plasma ignition control system comprises a cooling water control module, a carrier air control module and an arc discharge current control module which are connected with the DCS control system; the adjusting system of the coal pulverizing system comprises a grinding outlet temperature control module, a grinding outlet primary air speed control module, a coal feeding amount control module and a rotating speed control module of a rotating separator, which are connected with the DCS control system; the combustor monitoring system comprises a fire detection system and a wall temperature measuring device which are connected with the DCS control system. The invention can be widely applied to the ignition control of the plasma ignition pulverized coal burner of the coal-fired power plant; each control module can make full use of the existing equipment, has low investment cost and good market popularization value, and is easy to realize.)
技术领域
本发明属于煤粉燃烧器控制
技术领域
，具体涉及一种等离子点火煤粉燃烧器运行控制系统及方法。背景技术
等离子点火技术是近年来广泛应用于燃煤锅炉煤粉燃烧器的点火技术。其特征在于首先通过等离子发生器形成较高温度的等离子气流，进而通过高温等离子气流引燃煤粉。由于等离子点火过程无需燃油且点火速度快，可极大地减少厂用燃油消耗和增大锅炉运行灵活性。然而一些电厂运行人员由于参数设置不合理或运行操作不当，经常出现等离子点火失败的情况，严重影响锅炉启动进度。但当前国内仍未有一种成熟的等离子点火煤粉燃烧器运行控制系统和方法，因此有必要提出一种等离子点火煤粉燃烧器运行控制系统及方法
发明内容
本发明的目的在于提供一种等离子点火煤粉燃烧器运行控制系统及方法，以保障锅炉启动点火和正常运行期间等离子体燃烧器顺利点火和正常运行。
为达到实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种等离子点火煤粉燃烧器运行控制系统，包括与DCS控制系统相连的等离子点火控制系统、制粉系统的调节系统和燃烧器监测系统；
其中，等离子点火控制系统包括与DCS控制系统相连的冷却水控制模块、载体风控制模块和拉弧电流控制模块；
制粉系统的调节系统包括与DCS控制系统相连的磨出口温度控制模块、磨出口一次风速控制模块、给煤量控制模块以及旋转分离器转速控制模块；
燃烧器监测系统包括与DCS控制系统相连的火检系统和壁温测量装置。
本发明进一步的改进在于，制粉系统为正压直吹式制粉系统。
一种基于上述装置的等离子点火煤粉燃烧器运行控制方法，包括以下步骤：
S1：根据入炉煤质设定冷却水控制模块、载体风控制模块、拉弧电流控制模块、磨出口温度控制模块、磨出口一次风速控制模块、给煤量控制模块以及旋转分离器转速控制模块的参数；
S2：启动磨煤机，开始进行等离子燃烧器点火；通过磨出口温度控制模块、磨出口一次风速控制模块、给煤量控制模块以及旋转分离器转速控制模块按照步骤S1中的参数运行；燃烧器监测系统的火检系统实时监测火检信号，壁温测量装置实时监测燃烧器壁温，并将监测的火检信号和燃烧器壁温数据发送至DCS控制系统；DCS控制系统根据火检信号强度和燃烧器壁温，将参数控制策略发送给等离子点火控制系统以及制粉系统的调节系统；等离子点火控制系统、制粉系统的调节系统根据参数控制策略及时调整磨出口温度控制模块、磨出口一次风速控制模块、给煤量控制模块以及旋转分离器转速控制模块的参数。
本发明进一步的改进在于，参数控制策略包括以下步骤：
S311：当火检信号无或强度低于50％时，磨出口温度控制模块以每次1℃的幅度提高磨出口温度；
S312：当一次风暖风器达到最大出力，使磨出口温度达到最高值时，若火检信号仍无或强度低于50％时，则通过磨出口一次风速控制模块降低磨出口一次风速后，通过给煤量控制模块提高给煤量，提高煤粉浓度；其中，一次风速每次降低1m/s，使得各磨煤机出口粉管一次风速均不低于18m/s；给煤量每次提高2t/h，给煤量最高小于引起磨煤机堵煤的给煤量；
S313：若火检信号仍无或强度低于50％，旋转分离器转速控制模块以每次5r/min的幅度提高旋转分离器转速，直至火检信号正常；
S314：若火检信号无或强度低于50％时，通过拉弧电流控制模块以每次5A的幅度，提高等离子发生器拉弧电流，直至火检信号正常；
S315：若投粉时间超过180s未检测到火检信号时，停止给粉。
本发明进一步的改进在于，参数控制策略包括以下步骤：
S321：当燃烧器壁温超过报警值时，首先通过磨出口一次风速控制模块提高一次风速，一次风速每次提高1m/s；
S322：若燃烧器壁温超过报警值时，则通过磨出口温度控制模块以每次1℃的幅度降低磨出口温度，不低于60℃或影响燃烧器着火。
本发明进一步的改进在于，步骤S1中，
根据入炉煤质设定冷却水控制模块、载体风控制模块、拉弧电流控制模块、磨出口温度控制模块、磨出口一次风速控制模块、给煤量控制模块以及旋转分离器转速控制模块的参数的具体过程为：
根据入炉煤质通过磨出口温度控制模块设置磨出口温度不低于60℃；
根据入炉煤质通过磨出口一次风速控制模块设置磨出口一次风速为18～23m/s；
根据入炉煤质通过旋转分离器转速控制模块设置旋转分离器转速为60～120r/min；
根据入炉煤质通过给煤量控制模块设置给煤量；
根据入炉煤质通过拉弧电流控制模块设置等离子体电流为220～340A；
根据入炉煤质通过冷却水控制模块设置冷却水系统参数：冷却水系统的冷却水进水压力0.4～0.8MPa，水温＜40℃，冷却水系统进出口冷却水压差不小于0.2MPa，冷却水量初始设定为4～8t/h；
根据入炉煤质通过载体风控制模块设置载体风系统的参数：载体风压力为5～7kPa，流量为1.5Nm3/min。
本发明进一步的改进在于，给煤量根据煤粉浓度和一次风量计算得到，其中，煤粉浓度为0.3～0.52kg煤粉/kg空气。
本发明进一步的改进在于，报警值为550℃。
当火检信号无或强度低于50％时，依次在S2所述允许范围内小幅度提高磨出口温度、降低磨出口一次风速、提高给煤量、提高旋转分离器转速、提高等离子发生器电流，直至火检信号正常；当投粉时间(各个模块开始运行时间，即投粉开始时间)超过180s未检测到火检信号时，停止给粉；
当燃烧器壁温超过报警值时，依次在S2所述允许范围内适当提高磨出口一次风速，适当降低磨出口温度。
相较于现有技术，本发明具有如下有益效果：
本发明的等离子点火煤粉燃烧器运行控制系统及方法在具体操作时，燃烧器监测系统的火检系统和壁温测量装置能实时监测火检信号和燃烧器壁温，并将结果通过DCS控制系统反馈给等离子点火控制系统、制粉系统的调节系统；等离子点火控制系统、制粉系统的调节系统能实时根据火检信号强度和燃烧器壁温及时调整各控制模块参数，保障等离子点火煤粉燃烧器稳定点火和运行；本发明能广泛适用于燃煤发电厂等离子点火煤粉燃烧器的点火控制；各控制模块可充分利用现有的设备装置，投资成本较小，容易实现，具有很好的市场推广价值。
附图说明
图1是本发明的系统示意图。
图中，1为火检系统，2为壁温测量装置，3为磨出口温度控制模块，4为磨出口一次风速控制模块，5为给煤量控制模块，6为旋转分离器转速控制模块，7为冷却水控制模块，8为载体风控制模块，9为拉弧电流控制模块。
具体实施方式
以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。
遵从上述技术方案，如图1所示，本实施例给出一种等离子点火煤粉燃烧器运行控制系统及方法，以保障锅炉启动点火和正常运行期间等离子体燃烧器顺利点火和正常运行。
实施例1
参见图1，一种等离子点火煤粉燃烧器运行控制系统，包括与DCS控制系统相连的等离子点火控制系统、制粉系统的调节系统和燃烧器监测系统。
其中，等离子点火控制系统包括与DCS控制系统相连的冷却水控制模块7、载体风控制模块8和拉弧电流控制模块9。
制粉系统为正压直吹式制粉系统(磨煤机出口配置有旋转分离器)，制粉系统包括调节系统，制粉系统为本领域的公知技术。制粉系统的调节系统包括与DCS控制系统相连的磨出口温度控制模块3、磨出口一次风速控制模块4、给煤量控制模块5以及旋转分离器转速控制模块6。
燃烧器监测系统包括火检系统1和壁温测量装置2，火检系统1和壁温测量装置2均与DCS控制系统相连。
一种基于上述的系统的等离子点火煤粉燃烧器运行控制方法，包括以下步骤：
S1：等离子点火准备阶段。等离子点火前，按运行规程完成送、引风机，炉膛吹扫等程序，全面检查等离子点火系统各子系统参数正常。
S2：系统参数初始值确定。将入炉煤质数据输入到等离子点火控制系统和制粉系统的调节系统，实施例1中所用入炉煤煤质主要成分含量为：收到基灰分Aar＝20％，收到基水分Mar＝10％，干燥无灰基挥发分Vdaf＝40％。等离子点火控制系统、制粉系统的调节系统和燃烧器监测系统的各模块根据入炉煤质设定初始值。
燃烧器点火及运行期间各控制模块参数具体为：
通过磨出口温度控制模块3设置磨出口温度：根据煤质挥发分控制，不低于60℃，煤质挥发分含量越低初始磨出口温度控制越高；
根据炉煤煤质主要成分，本实施例中点火时，磨出口温度初始值设定为63℃。正常运行后，磨出口温度温度不低于60℃。
通过磨出口一次风速控制模块4设置磨出口一次风速为18～23m/s，煤质挥发分含量越低初始磨出口一次风速控制越低；
本实施例中点火时，磨出口一次风速初始值设定为21m/s，正常运行后，磨出口一次风速为18～23m/s。
通过旋转分离器转速控制模块6设置旋转分离器转速为60～120r/min，煤质挥发分含量越低初始磨旋转分离器转速设置越高，但转速最大值不应使磨煤机产生堵磨异常现象。
本实施中，点火时，旋转分离器转速初始值设定为90r/min，正常运行后，旋转分离器转速为60～120r/min。
通过给煤量控制模块5设置给煤量：运行期间保证煤粉浓度在0.3～0.52kg煤粉/kg空气，给煤量根据一次风量计算得出，煤质挥发分含量越低初始磨出口煤粉浓度控制越高，给煤量越大；最大值不应使磨煤机产生堵磨或石子煤异常现象，最小值应不使磨煤机产生异常振动。
本实施例点火时，保证煤粉浓度在0.4kg煤粉/kg空气，为根据一次风量计算得出，点火时给煤量为36t/h(铺煤用给煤量每次提高5t/h，逐步提高至该值，若提高过程中出现堵煤现象则暂停增加)。
通过拉弧电流控制模块9设置等离子体电流为220～340A，煤质挥发分含量越低初始等离子体电流设置越高。
本实施例中，点火时，离子体电流初始值设定为300A，正常运行后等离子体电流为220～340A。
通过冷却水控制模块7设置冷却水系统：运行时等离子点火器冷却水进水压力为0.4～0.8MPa(本实施例中，点火时，等离子点火器冷却水进水压力初始值设定为0.6MPa)，水温＜40℃，进出口冷却水压差不小于0.2MPa，冷却水量初始设定为4～8t/h，优选为6t/h。
通过载体风控制模块8设置载体风系统参数：载体风压力5～7kPa，流量为1.5Nm3/min。
S3：暖磨与铺煤完成后，启动磨煤机，开始进行等离子燃烧器点火；此时磨煤机通过制粉系统的调节系统的各个模块(即磨出口温度控制模块3、磨出口一次风速控制模块4、给煤量控制模块5、旋转分离器转速控制模块6)按照步骤S2中的初始设定值运行；燃烧器监测系统的火检系统1实时监测火检信号，壁温测量装置2实时监测燃烧器壁温，并将监测的火检信号和燃烧器壁温数据发送至DCS控制系统；DCS控制系统根据火检信号强度和燃烧器壁温，将新的参数控制策略发送给等离子点火控制系统以及制粉系统的调节系统；等离子点火控制系统、制粉系统的调节系统根据新的参数控制策略及时调整各控制模块参数。
新的参数控制策略具体为：
S311：当火检信号无或强度低于50％时，磨出口温度控制模块3以每次1℃的幅度提高磨出口温度；
S312：当一次风暖风器达到最大出力，无法进一步提高，并且使得磨出口温度已提高到最大值时，若火检信号仍无或强度低于50％时，则依次通过磨出口一次风速控制模块4降低磨出口一次风速后，通过给煤量控制模块5提高给煤量，来提高煤粉浓度；其中，一次风速每次降低1m/s(一般通过降低磨煤机入口一次风量)，但保证各磨煤机出口粉管一次风速均不低于18m/s；给煤量每次提高2t/h，但最高不得引起磨煤机堵煤或石子煤异常现象；
S313：当调节一次风速和给煤量后，若火检信号仍无或强度低于50％时，旋转分离器转速控制模块6以每次5r/min的幅度，逐渐提高旋转分离器转速，直至火检信号正常；若提高转速后出现堵煤现象，则应恢复至提高前转速水平；
S314：当调节旋转分离器转速后，若火检信号仍无或强度低于50％时，通过拉弧电流控制模块9以每次5A的幅度，提高等离子发生器拉弧电流，直至火检信号正常；等离子发生器电流不得超过额定值，且点火成功锅炉稳定运行后应适当降低电流，以延长等离子发生器阴极头和阳极头使用寿命；
S315：当上述措施均采取后，若投粉时间超过180s未检测到火检信号时，停止给粉，全面检查等离子点火系统和制粉系统各设备情况，处理相应缺陷。
或者新的参数控制策略具体为：
S321：当燃烧器壁温超过报警值(如550℃)时，首先通过磨出口一次风速控制模块4适当提高一次风速，一次风速每次提高1m/s(一般通过提高磨煤机入口一次风量)，直至燃烧器壁温低于报警值，但一次风速提高后应不影响燃烧器着火，否则应恢复到提高前的水平；
S322：当调整一次风速后，若燃烧器壁温仍超过报警值时，则通过磨出口温度控制模块3以每次1℃的幅度降低磨出口温度，但不应低于60℃或影响燃烧器着火。
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