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

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＝D_gs(h_zq‑h_gs‑rw/100)；其中，Q₁—锅炉有效热量(kJ/h)；D_gs—给水流量(kg/h)；h_zq—蒸汽焓(kJ/kg)；h_gs—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M_C烟气(kg/h)和S元素含量M_S烟气(kg/h)，M_C烟气＝Q_烟气×(Φ_CO2+Φ_CO)×12/22.4，M_S烟气＝Q_烟气×Φ_SO2×32/22.4；其中，M_C烟气—烟气中C元素含量(kg/h)；M_S烟气—烟气中S元素含量(kg/h)；Q_烟气—锅炉烟气流量(m³/h)；Φ_CO2—烟气CO₂浓度(％)；Φ_CO—烟气CO浓度(％)；Φ_SO2—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M_C(kg/h)，M_C飞灰＝M_飞灰×ω_C飞灰，M_C底渣＝M_底渣×ω_C底渣，M_C＝M_C飞灰+M_C底渣；其中，M_C飞灰—飞灰中C元素含量(kg/h)；M_C底渣—底渣中C元素含量(kg/h)；M_C—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)；ω_C飞灰—飞灰含碳量(％)；ω_C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，M_O2＝Q_供风×21％‑Q_烟气×Φ_O2；其中，M_O2—燃烧消耗的氧气量(kg/h)；Q_供风—锅炉供风量(kg/h)；Φ_O2—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M_H(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，M_H＝(M_O2×99％‑Q_烟气×Φ_CO2×32/12‑Q_烟气×Φ_CO×16/12)×2/16；其中，M_H—燃烧的总H元素量(kg/h)；Q_烟气—烟气量(kg/h)；Φ_CO2—烟气CO₂浓度(％)；Φ_CO—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＝32800M_C+142900M_H+9250M_S；其中，Q_总—锅炉总热量(kJ/h)；M_C—锅炉燃烧的总C量(kg/h)；M_H—锅炉燃烧的总H量(kg/h)；M_S—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＝Φ_CO2/(Φ_CO2+Φ_CO)×100％，式中：Φ_CO2和Φ_CO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。