煤粉锅炉炉膛压力波动特性分析

2021-05-18魏永涛

中国设备工程 2021年9期

魏永涛

（大庆石化公司热电厂，黑龙江大庆 163714）

燃烧煤粉锅炉炉膛压力是评价煤粉锅炉燃烧稳定性的一个重要指标，它代表着锅炉出口燃料输入、满风量和高温烟气量的工作平均平衡比。然而，强调的原因是多方面的，同时，它的动态特性也很强，而且很容易改变其动态特性。因此，有必要分析这种波动的特征，以提高炉膛的压力稳定性。

在燃烧多变量系统中，炉膛压力受各种扰动的影响，而这些扰动又不能完全控制，在各种干扰下，燃烧锅炉压力没有明显变化频率差异。目前主要采用炉压时域和频域分析方法，将炉压作为整体来考察不同因素对炉压的整体影响。即使采用时频分析法，燃烧锅炉压力也只分为不同的部分。因此，很难分析各种扰动与炉膛内压变化各分量之间的关系，使用时频分析方法。炉膛内采用机理分析法建立了压力数学模型，研究了锅炉落焦、塌焦、烟气排放与炉压的关系，通过对报警和炉压变化的单独分析，可以了解炉内压力的变化。然而，对该机构的分析通常需要对实际系统进行简化，并通过工程试验确定模型参数。如果实际系统与原工作站不一致，可以用模型来确定模型的参数，则模型不适合，分析结果是一个较大的误差。

1 炉膛压力波动分析

1.1 研究对象

图1中，一次冷热空气混合后，将粉煤送入炉膛内燃烧；二次风与旋转风前体换热后进入炉膛内，为炉膛内燃烧提供氧气；锅炉尾部烟气经放空、除尘等后，与送风一起工作，引风推入烟囱，炉内可调的压力值，使炉内平衡。

图1 某锅炉系统结构示意

1.2 燃烧锅炉压力扰动

（1）燃料干扰。锅炉的设计目的是提供恒定的燃料速度和成分，稳定的、露天的锅炉气流平衡，然后，假设炉膛内的压力不变。但是，当锅炉被充分燃烧时，这种理想的燃烧状态是无法实现的，主要原因是煤粉系统时域的波动引起燃料输送量的微小变化。由这种微小变化引起的热变化不会影响锅炉燃烧率，但足以显著改变燃烧锅炉压力。

（2）气压干扰。锅炉总风量主要由一次风量和送风量组成。供气量的变化会影响锅炉燃烧的压力变化。因此，在单回路高压控制系统中，将增压空气的体积作为指定的空气流量值，并通过引风机的输出来获得风量，从而将燃烧锅炉压力控制在合理的范围内。锅炉燃烧的单链控制系统如图2所示。

图2显示，气流的压力是与锅炉运行紧密加压相关的。但是，对煤煤运行数据的分析表明，即使锅炉运行平稳，送风量和产生风量的波动范围一般在10.0t/h和22.5t/h左右。

（3）燃烧紊乱。煤粉燃烧时放出的光、热和气体直接影响锅炉内的气体流场，进而影响炉内压力。燃烧扰动主要发生在：①在锅炉燃烧里烧碎煤不是一个连续而均匀的过程。如果燃烧器周围有轻微的压力扰动，火焰就会充分燃烧，火焰摆动也会控制外部压力变化，类似稳定的自激振荡；②煤粉质量浓度不均匀导致局部燃烧加剧，破坏局部压力平衡，引起炉压变化；③在温度较低、炉内煤粉浓度较高的地区，煤粉着火延迟，形成局部灭火过程。未燃煤粉堆积时，应局部排水。

图2 炉膛压力单回路控制系统

2 试验结果及分析

2.1 独立炉压元件

燃烧锅炉压力的变化主要与燃料、风量和燃烧状态有关，燃烧状态在一定程度上由燃料和风量决定锅炉燃烧。压力波动特性分析模型如图3所示。

图3 炉膛压力波动特性分析模型

将x3信号发送到锅炉x3后，结果如图所示。锅炉负荷相对较低，来自炉膛的压力信号显示出强烈的变化，即：代表在1（s）下采样4个，采样点为600个。

图4 炉膛压力信号

2.2 动力放大计算

为了根据炉膛内压模型检验该方法的试验结果，得到了一次风量S2、送风S3和引风S4受到扰动时燃烧锅炉压力的频率特性（图5）。本文计算的S2、S3和S4的波动和机构法获得的动态增长如图5所示。同时，机构建模方法获得的动态效益大于机构建模获得的动态效益方法。但是，它们在一个合理的范围内，证明方法的有效性。