[发明专利]一种基于化学平衡的燃煤锅炉能效在线监测方法

摘要

本发明提供了一种基于化学平衡的燃煤锅炉能效在线监测方法，其要点是：在线监测锅炉工质参数，计算获得锅炉有效热量；在线监测锅炉烟气参数、灰渣参数和供风参数，通过化学平衡计算锅炉燃烧的总C、H和S的量，进而利用C、H和S的燃烧热，在线计算输入锅炉的总热量；根据锅炉的有效热量和总热量，实时计算锅炉的热效率；根据烟气CO₂和CO浓度，实时计算锅炉燃烧效率。本发明的有益效果是：所有数据均为在线实时测试获取，并通过化学平衡原理实时计算锅炉热效率，实现了锅炉热效率和燃烧效率的在线监测，准确反应了锅炉实时的能效水平和燃烧水平。

主权项

1.一种燃煤锅炉能效在线监测方法，其特征在于，它由以下步骤组成：(1)在线监测燃煤锅炉每小时平均给水流量、给水温度、蒸汽压力、蒸汽温度及蒸汽湿度，计算得到每小时锅炉工质吸收的有效热量Q1＝Dgs(hzq‑hgs‑rw/100)；其中，Q1—锅炉有效热量(kJ/h)；Dgs—给水流量(kg/h)；hzq—蒸汽焓(kJ/kg)；hgs—给水焓(kJ/kg)；r—汽化潜热(kJ/h)；w—蒸汽湿度(％)；(2)实时监测锅炉烟气流量(m3/h)及烟气中CO2浓度(％)、CO浓度(％)和SO2浓度(％)，计算得到每小时锅炉烟气中的C元素含量MC烟气(kg/h)和S元素含量MS烟气(kg/h)，MC烟气＝Q烟气×(ΦCO2+ΦCO)×12/22.4，MS烟气＝Q烟气×ΦSO2×32/22.4；其中，MC烟气—烟气中C元素含量(kg/h)；MS烟气—烟气中S元素含量(kg/h)；Q烟气—锅炉烟气流量(m3/h)；ΦCO2—烟气CO2浓度(％)；ΦCO—烟气CO浓度(％)；ΦSO2—烟气SO2浓度(％)；12—C元素的摩尔质量(g/mol)；32—S元素的摩尔质量(g/mol)；22.4—气体摩尔体积(L/mol)；(3)实时监测锅炉飞灰、底渣量(kg/h)以及灰渣的含碳量(％)，计算得到每小时锅炉飞灰、底渣中的C元素含量(kg/h)，进而得到锅炉每小时入炉的总C元素量MC(kg/h)，MC飞灰＝M飞灰×ωC飞灰，MC底渣＝M底渣×ωC底渣，MC＝MC飞灰+MC底渣；其中，MC飞灰—飞灰中C元素含量(kg/h)；MC底渣—底渣中C元素含量(kg/h)；MC—入炉的总C元素含量(kg/h)；M飞灰—飞灰量(kg/h)；M底渣—底渣量(kg/h)；ωC飞灰—飞灰含碳量(％)；ωC底渣—底渣含碳量(％)；(4)实时监测锅炉供风量(m3/h)、烟气量(m3/h)、锅炉出口烟气氧含量(％)，可计算得到燃烧消耗的总氧量，MO2＝Q供风×21％‑Q烟气×ΦO2；其中，MO2—燃烧消耗的氧气量(kg/h)；Q供风—锅炉供风量(kg/h)；ΦO2—烟气O2浓度(％)；(5)再根据燃烧的C元素量，通过燃烧过程中的氧平衡计算得到每小时锅炉燃烧的总H元素量MH(kg/h)，其中，煤中S和N燃烧消耗的氧量按总氧量的1％取值进行计算修正，MH＝(MO2×99％‑Q烟气×ΦCO2×32/12‑Q烟气×ΦCO×16/12)×2/16；其中，MH—燃烧的总H元素量(kg/h)；Q烟气—烟气量(kg/h)；ΦCO2—烟气CO2浓度(％)；ΦCO—烟气CO浓度(％)；32/12—O与C完全燃烧的质量比；16/12—O与C未完全燃烧的质量比；2/16—H与O燃烧质量比；(6)通过每小时锅炉燃烧的C、H和S元素的量，以及C、H和S的燃烧热，计算得到每小时锅炉输入的总热量Q总＝32800MC+142900MH+9250MS；其中，Q总—锅炉总热量(kJ/h)；MC—锅炉燃烧的总C量(kg/h)；MH—锅炉燃烧的总H量(kg/h)；MS—锅炉燃烧的总S量(kg/h)；32800—C的燃烧热(kJ/kg)；142900—H的燃烧热(kJ/kg)；9250—S的燃烧热(kJ/kg)；(7)通过Q总和Q1，计算得到锅炉热效率η＝Q1/Q总，从而实现锅炉热效率的在线实时监测；(8)根据烟气中CO2和CO的浓度，计算锅炉燃烧效率，CE＝ΦCO2/(ΦCO2+ΦCO)×100％，式中：ΦCO2和ΦCO分别为烟气中CO2和CO的浓度；(9)同时实时在线监测锅炉的排烟温度、烟气氧含量和灰渣碳含量等节能指标，为锅炉运行优化提供依据。