高炉煤气锅炉省煤器沸腾度在线监测方法

摘要

本发明公开了一种高炉煤气锅炉省煤器沸腾度在线监测方法。所述监测方法所用的装置包括数据采集单元和数据处理单元。机组分散控制系统采集煤气锅炉的运行数据，所采集的运行数据存放在实时数据库服务器和镜像数据库服务器中，计算服务器从镜像数据库服务器中读取运行数据，对其进行处理获得省煤器沸腾度的计算结果，并将计算结果存入镜像数据库服务器，WEB发布服务器将该计算结果发布到用户显示终端，用户通过用户显示终端可以实时查阅，及时掌握省煤器的运行状况。如果省煤器沸腾度超过设定的上限值，用户可及时通过锅炉运行调整来降低省煤器沸腾度，使省煤器处于安全状态，以确保高炉煤气锅炉的安全运行，并延长高炉煤气锅炉省煤器的使用寿命。

主权项

高炉煤气锅炉省煤器沸腾度在线监测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：数据采集单元的机组分散控制系统采集高炉煤气锅炉的运行数据，并把所述运行数据存储在实时数据库服务器中，实时数据库服务器把所接收并存储的运行数据发送到镜像数据库服务器进行保存；步骤2：数据处理单元的计算服务器从镜像数据库服务器中读取运行数据；步骤3：对步骤2中获得的运行数据进行包括坏点处理和数据平滑处理在内的数据预处理；步骤4：采用步骤3预处理过的运行数据进行计算处理，获得省煤器的沸腾度，包括以下计算步骤：步骤4a：计算单位体积高炉煤气燃烧对应的理论干空气量和理论干烟气量：$V_{gk}^0=\frac{1}{21}[0.5\phi \left(H_2\right)+0.5\phi \left(CO\right)+\Sigma (m+\frac{n}{4})\phi \left(C_m{H}_n\right)]---\left(1\right)$$V_{gy}^0=\frac{1}{100}[\phi \left({\mathrm{CO}}_2\right)+\phi \left(CO\right)+\Sigma m\phi \left(C_m{H}_n\right)+\phi \left(N_2\right)]+0.79V_{gk}^0---\left(2\right)$式中，为单位体积高炉煤气燃烧需要的理论干空气量，m³/m³(煤气)；为单位体积高炉煤气燃烧产生的理论干烟气量，m³/m³(煤气)；φ(CO)、φ(H₂)、φ(C_mH_n)、φ(N₂)、φ(CO₂)分别为高炉煤气中CO、H₂、C_mH_n、N₂、CO₂的容积含量百分率，％；步骤4b：计算省煤器烟气侧出口干烟气中CO₂和N₂的容积含量百分率，包括以下步骤：步骤4b‑1：根据高炉煤气成分计算得到高炉煤气的燃料特性系数β：$\beta =\frac{0.395[\phi \left(H_2\right)+\phi \left({\mathrm{CO}}_2\right)]+0.79\Sigma \left[(m+\frac{n}{4})\phi \left(C_m{H}_n\right)\right]+0.21\phi \left(N_2\right)}{\phi \left(CO\right)+\Sigma m\phi \left(C_m{H}_n\right)+\phi \left({\mathrm{CO}}_2\right)}-0.79---\left(3\right)$步骤4b‑2：根据省煤器烟气侧出口干烟气中O₂的容积含量百分率φ′(O₂)、CO的容积含量百分率φ′(CO)以及步骤4b‑1获得的燃料特性系数β计算得到省煤器烟气侧出口干烟气中CO₂的容积含量百分率φ′(CO₂)：${\phi }^{\prime }\left({\mathrm{CO}}_2\right)=\frac{21-{\phi }^{\prime }\left(O_2\right)-{\phi }^{\prime }\left(CO\right)(0.605+\beta )}{1+\beta }---\left(4\right)$式中，φ′(CO₂)、φ′(O₂)、φ′(CO)分别为省煤器烟气侧出口干烟气中CO₂、O₂、CO的容积含量百分率，％；步骤4b‑3：计算省煤器烟气侧出口干烟气中N₂的容积含量百分率φ′(N₂)：φ′(N₂)＝100‑φ′(O₂)‑φ′(CO)‑φ′(CO₂)   (5)式中，φ′(N₂)为省煤器烟气侧出口干烟气中N₂的容积含量百分率，％；步骤4c：采用迭代法计算省煤器烟气侧出口对应的过量空气系数和单位体积高炉煤气燃烧产生的实际干烟气量，包括以下步骤：步骤4c‑1：假定一个初始的单位体积高炉煤气燃烧产生的实际干烟气量步骤4c‑2：根据步骤4c‑1假定的单位体积高炉煤气燃烧产生的实际干烟气量计算得到过量空气系数α：$\alpha =\frac{21}{21-79\frac{{\phi }^{\prime }\left(O_2\right)-0.5{\phi }^{\prime }\left(CO\right)}{{\phi }^{\prime }\left(N_2\right)-\frac{\phi \left(N_2\right)}{V_{gy}^{jd}}}}---\left(6\right)$式中，α为过量空气系数；为假定的单位体积高炉煤气燃烧产生的实际干烟气量，m³/m³(煤气)；步骤4c‑3：根据步骤4c‑2获得的过量空气系数α，以及步骤4a获得的单位体积高炉煤气燃烧需要的理论干空气量和单位体积高炉煤气燃烧产生的理论干烟气量计算得到单位体积高炉煤气燃烧产生的实际干烟气量V_gy：$V_{gy}=V_{gy}^0+(\alpha -1)V_{gk}^0---\left(7\right)$步骤4c‑4：将步骤4c‑3计算得到的单位体积高炉煤气燃烧产生的实际干烟气量V_gy和步骤4c‑1假定的单位体积高炉煤气燃烧产生的实际干烟气量进行比较，如果二者差值超过设定的误差范围，则将V_gy和的平均值作为新的假定的单位体积高炉煤气燃烧产生的实际干烟气量并返回步骤4c‑1重新执行步骤4c‑1～步骤4c‑4，直到V_gy和的差值满足设定的误差范围；步骤4c‑5：输出α作为最终的过量空气系数，输出V_gy作为最终的单位体积高炉煤气燃烧产生的实际干烟气量；步骤4d：计算省煤器烟气侧出口对应的单位体积高炉煤气燃烧产生的水蒸气量：$V_{H_{2}O}=\frac{1}{100}[\phi \left(H_2\right)+\Sigma \frac{n}{2}\phi \left(C_m{H}_n\right)]+1.2(d_g+1.293{\mathrm{\alpha V}}_{gk}^0{d}_k)---\left(8\right)$式中，为省煤器烟气侧出口对应的单位体积高炉煤气燃烧产生的水蒸气量，m³/m³(煤气)；d_g为高炉煤气含湿量，kg/m³(煤气)；d_k为空气的绝对湿度，kg/kg(干空气)；步骤4e：计算干烟气在省煤器烟气侧进口温度与出口温度间的平均比定压热容，包括以下步骤：步骤4e‑1：根据省煤器烟气侧进口温度θ_y,in和省煤器烟气侧出口温度θ_y,out分别计算得到O₂、CO₂、CO、N₂在θ_y,in至θ_y,out温度间的平均比定压热容步骤4e‑2：根据省煤器烟气侧出口干烟气中各成分的容积含量百分率及步骤4e‑1获得的结果，采用加权平均法计算得到干烟气在θ_y,in至θ_y,out温度间的平均比定压热容：$c_{p,gy}=c_{p,O_2}\frac{{\phi }^{\prime }\left(O_2\right)}{100}+c_{p,{\mathrm{CO}}_2}\frac{{\phi }^{\prime }\left({\mathrm{CO}}_2\right)}{100}+c_{p,CO}\frac{{\phi }^{\prime }\left(CO\right)}{100}+c_{p,N_2}\frac{{\phi }^{\prime }\left(N_2\right)}{100}---\left(9\right)$式中，c_p,gy为干烟气在θ_y,in至θ_y,out温度间的平均比定压热容，kJ/(m³·K)；分别为O₂、CO₂、CO、N₂在θ_y,in至θ_y,out温度间的平均比定压热容，kJ/(m³·K)；步骤4f：计算水蒸气在省煤器烟气侧进口温度与出口温度间的平均比定压热容：根据省煤器烟气侧进口温度θ_y,in和省煤器烟气侧出口温度θ_y,out计算得到水蒸气在θ_y,in至θ_y,out温度间的平均比定压热容步骤4g：计算省煤器烟气侧放热量：$Q=B_g(V_{gy}{c}_{p.gy}+V_{H_{2}O}{c}_{p,H_{2}O})({\theta }_{y,in}-{\theta }_{y,out})---\left(10\right)$式中，Q为省煤器烟气侧放热量，kJ/h；B_g为入炉煤气流量，m³/h；θ_y,in为省煤器烟气侧进口温度，℃；θ_y,out为省煤器烟气侧出口温度，℃；c_p,gy为干烟气在θ_y,in至θ_y,out温度间的平均比定压热容，kJ/(m³·K)；c_p,H2O为水蒸气在θ_y,in至θ_y,out温度间的平均比定压热容，kJ/(m³·K)；步骤4h：计算省煤器水侧进口给水焓值：根据省煤器水侧进口温度t_s,in、省煤器水侧进口压力p_s,in，计算得到省煤器水侧进口给水焓值h_s,in；步骤4i：计算省煤器水侧出口汽水混合物焓值：$h_{s,out}=\frac{\eta Q}{G}+h_{s,in}---\left(11\right)$式中，h_s,out为省煤器水侧出口汽水混合物焓值，kJ/kg；h_s,in为省煤器水侧进口给水焓值，kJ/kg；η为省煤器换热效率；G为锅炉给水流量，kg/h；步骤4j：根据省煤器水侧出口温度t_s,out，计算得到省煤器水侧出口温度对应的饱和水焓值h_b以及省煤器水侧出口温度对应的饱和水蒸汽焓值h_b′；步骤4k：计算省煤器水侧出口温度对应的汽化潜热：r＝h_b′‑h_b   (12)式中，r为省煤器水侧出口温度对应的汽化潜热，kJ/kg；h_b为省煤器水侧出口温度对应的饱和水焓值，kJ/kg；h_b′为省煤器水侧出口温度对应的饱和水蒸汽焓值，kJ/kg；步骤4l：计算省煤器沸腾度：$x=\frac{h_{s,out}-h_b}{r}---\left(13\right)$式中，x为省煤器沸腾度；步骤5：将步骤4l得到的省煤器沸腾度计算结果存入镜像数据库服务器，WEB发布服务器将所述计算结果发布到用户显示终端。