[发明专利]确定煤泥流化床锅炉给料系统中煤泥管道输送浓度的方法

摘要

本发明涉及确定煤泥流化床锅炉给料系统中煤泥管道输送浓度的方法。本发明方法根据煤泥流化床锅炉给料特征，分别建立了煤泥管道湿法输送压损与功耗模型，锅炉负荷与煤泥热量能量平衡方程模型、锅炉效率与煤泥含水量关系模型等，并提出了一种综合考虑煤泥输送功耗、煤泥原材料损失成本最小的优化目标。在此基础上，建立了总的优化命题。通过非线性序列二次规划算法进行优化求解得到最佳煤泥输送浓度。本发明既可以用于煤泥流化床给料系统的运行优化，又可以用于煤泥流化床给料系统设计过程的设计优化与设备选型，具有重要的现实意义与应用价值。

主权项

确定煤泥流化床锅炉给料系统中煤泥管道输送浓度的方法，其特征在于该方法包括如下步骤：步骤(1).建立煤泥管道输送压力损失与功耗模型：Wsj＝QsΔP/PeΔP＝▽PH+ρgH ▿ P H = 4 L D μ S w = 4 L D μ ( 1 + 3 n ′ 4 n ′ ) ( 8 V D ) 其中Wsj为实际功耗、Qs为煤泥的体积流量、Pe为有效功率系数、ΔP为煤泥管道总的压降损失、▽PH为煤泥管道水平压降损失、ρ为煤泥密度、H为煤泥输送垂直高度、L为水平输送距离、D为管道直径、μ为煤泥的表观粘度、Sw为剪切速率、V为煤泥流速、n′为修正幂定律指数；步骤(2).建立煤泥含水量、剪切速率与煤泥表观粘度之间的关系模型，具体方法是：制备含水量为分别为26％、28％、30％、32％、34％、36％的煤泥样本，采用流变仪对各种含水量的煤泥样本在不同剪切速率下的粘度进行测试，剪切速率选择在5～50s‑1内平均分布的5～8个点，然后通过拟合得到煤泥含水量在26％、28％、30％、32％、34％、36％时，粘度随着剪切速率变化的函数；在此基础上，通过曲线拟合与差值计算方法，得到在剪切速率5～50s‑1之间、煤泥含水量在24～50％之间任意输入的煤泥粘度；步骤(3).计算修正幂定律指数n′，具体方法是：制作含水量为28％、30％、32％、34％、36％的煤泥样本5份，进行煤泥湿法管道输送中试试验，根据煤泥管道输送压差、煤泥流速和管道直径之间的关系，通过拟合得到修正幂定律指数n′，并得到煤泥剪切速率与流速之间的关系；步骤(4).制备干煤泥样本，测试干煤泥的分析基成分以及煤泥分析基低位发热量；步骤(5).建立锅炉负荷平衡能量方程以及锅炉效率方程模型：首先根据能量平衡与煤泥含水量与热值的关系，建立蒸汽负荷与煤泥流量之间的关系：QzqIzq＝Qh1Qnet，ar1ηgl1＝Qh2Qnet，ar2ηgl2Qzq表示蒸汽质量流量、Izq表示蒸汽相对焓值、ηgl1和ηgl2分别表示不同工况的锅炉效率，Qh1和Qh2分别表示不同工况的煤泥质量流量、Qnet，ar1和Qnet，ar2分别表示不同工况的低位发热量；则QzqIzq＝Qs1ρ1Qnet，ar1ηgl1＝Qs2ρ2Qnet，ar2ηgl2锅炉效率性能计算采用反平衡法，锅炉热效率ηgl表示为：ηgl＝100‑q2‑q3‑q4‑q5其中q2为排烟热损失、q3取0.2～0.4、q4为固体不完全燃烧热损失、q5为散热损失； q 2 = I y 0 + ( α air - 1 ) · I k 0 + I fh - α air · I kl Q r · ( 100 - q 4 ) 其中Iy0为烟气的焓值、αair为过量空气系数、Ik0为排烟中空气的焓值、Ifh为飞灰的焓值、Ikl为冷空气的焓值、Qr表示煤泥发热量； q 4 = 32866 · M a Q r ( α fh · c fh 100 - c fh + α lz · c lz 100 - c lz ) 其中αfh为飞灰份额、αlz为灰渣份额、cfh为飞灰含碳量、clz为炉渣含碳量； q 5 = k q 5 · D e D re 其中kq5为散热损失系数、De为锅炉的额定蒸发量、Dre为锅炉的实际蒸发量；煤泥的发热量采用弹筒量热计进行测量，根据弹筒量热计测试结果进行修正得到；干煤泥的高位发热量Qar，ad为：Qgr，ad＝Qb，ad‑(94.1St，ad+a×Qb，ad)其中Qb，ad表示分析煤样的弹筒发热量、St，ad表示由弹筒洗液测得的煤的硫含量、a表示硝酸校正系数；干煤泥的的低位发热量Qnet，ad为：Qnet，ad＝Qgr，ad‑0.206Had‑0.023Mad其中Had表示分析煤样氢含量、Mad表示分析煤样水分含量；通过测试得到分析基的弹筒发热量，然后再次进行换算，得到收到基的发热量；即：Qgr，ar＝Qgr，ad×(100‑Mar)/(100‑Mad)Qnet，ar＝Qgr，ar‑0.206Har‑0.023MarQgr，ar表示收到基高位发热量、Qnet，ar表示收到基低位发热量、Mar表示收到基煤泥含水量；通过以上关系式，计算出煤泥含水量发生变化后煤泥的热值；煤泥在水分含量增加后，密度也会变化，根据下式计算煤泥密度的变化； ρ 2 = ρ 1 ( 100 - M ad 1 ) + 1000 ( M ad 1 - M ad 2 ) ( 100 - M ad 2 ) ρ1和ρ2为不同工况下的煤泥密度，Mad1和Mad2为不同工况下的煤泥含水量；步骤(6).建立优化目标函数，对步骤1到步骤5建立的模型进行优化计算；经济目标表示为min(Qh′·Pmn′+Wsj·Pd)其中Pmn′为折算后干煤泥的价格，Qh′为折算后干煤泥的质量流量，折算方程为 Q h ′ = Q h ( 100 - M ad ) ( 100 - M ar ) Qh为煤泥质量流量、Pd为用电价格；总的优化命题包括经济目标以及步骤1～5建立的模型，并满足：25％≤Mad≤45％、0≤▽P≤25MPa、50≤L≤1500步骤(7).将煤泥热值参数、流变参数、管道输送参数带入步骤6中的总优化命题，采用非线性序列二次规划算法对该命题进行优化求解，得到使得优化目标函数最小时的煤泥最佳含水量，从而得到最佳煤泥输送浓度。