一种生物质循环流化床循环倍率与排渣协同调控方法与流程

本发明涉及循环流化床锅炉，更具体地说，它涉及一种生物质循环流化床循环倍率与排渣协同调控方法。

背景技术：

1、循环流化床循环倍率与排渣对锅炉的燃烧、传热、物料循环及分配起着重要的作用，研究表明锅炉正常运行时，其进、出的物料和循环灰将达到动态平衡，锅炉在每一工况点均会有与之对应的进、出物料和循环灰量，正是由于这一部分循环细灰颗粒的贡献，对炉膛传热、传质起着至关重要的意义。而在生物质直燃循环流化床的实际运行过程中发现，由于生物质料包含一定建材物料，含有枪钉、铰链、铁钉等金属制品，难以有效融化。积累在炉膛底部，严重影响了循环流化床循环灰的建立、阻碍了排渣、造成疏灰管堵渣，排渣不畅，影响了一次流化风、阻碍炉膛温度场的建立，导致主蒸汽温度难以达到设定的参数，负荷削减，大大减少了生物质的运行时间，增大检维修成本，基于上述痛点我们提出一种基于连续流体模型的生物质循环流化床循环倍率与排渣协同调控方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种生物质循环流化床循环倍率与排渣协同调控方法和系统，及时解决目前生物质循环流化床排渣不畅、造成冷渣机落渣管堵塞问题。

2、为解决上述技术问题，本发明的目的是这样实现的：

3、理论方法：循环流化床锅炉运行过程存在灰渣进、出的总体平衡，对于生物质循环流化床而言灰渣由生物质物料入炉内，一部分作为底渣排出炉膛，进人旋风分离器的细灰绝大部分由分离器收集并经返料器和物料循环系统送回炉膛循环燃烧，这一部分细灰构成循环流化床锅炉的循环灰。一小部分更细的灰随烟气进人尾部烟道成为飞灰。循环灰的形成和保持对循环流化床锅炉正常运行至关重要。

4、为研究入炉燃料对循环物料及炉内灰浓度的影响，我们定义循环倍率，用rr表示，则

5、rr＝gc/br

6、式中gc为循环流化床经旋风分离器送回炉内的循环物料质量流量，kg/s

7、br为入炉燃料的质量流速，kg/s

8、如果忽略生物质燃料水分变换的影响，并将其简化计入可燃质中，则：

9、br＝b-baar/100＝b(1-aar/100)

10、式中的b为生物质的质量流量，kg/s

11、aar为燃料收到基的灰分，％

12、假设分离器的分离效率为ηf1

13、则ηf1＝gc/ge×100％

14、式中ge为单位时间逃逸出分离器的物料量，kg/s

15、ge＝αfhbaar×1/(1-cfh)+gc

16、式中αfh为飞灰份额，％；

17、aar为入炉燃料的灰分，％

18、cfh为飞灰中可燃物含量，％

19、

20、综上可以得出循环倍率rr与分离效率、入炉燃料灰分aar、底渣和飞灰比例αfh及飞灰中的可燃物量cfh之间的关系为：

21、

22、经过上述分析循环流化床的循环倍率与底渣飞灰份额存在密切的联系，循环倍率收到底渣浓度的影响。与此同时循环流化床循环倍率的建立与一次流化风起着动力因素。保持一定的底渣浓度对循环流化床的高效燃料起着至关重要的。此外，过高过低的低渣浓度都不利于床温的控制。

23、循环流化床保持一定的排渣量很有必要。

24、假设落渣管内灰渣的流动为粘滞流动且认为排渣过程是匀速连续流动，则灰渣受到的合外力为零

25、f合＝0

26、则灰渣受到的粘滞阻力f和管内压差是平衡的

27、df＝(p1-p2)2πrdr+ρgl

28、那么

29、

30、距离落渣管中心r处的灰渣速度v为：

31、

32、

33、由以上两式得壁面处的灰渣速度为

34、

35、落渣管截面处的流量q为

36、dq＝vds＝v.2πrdr

37、

38、

39、基于上述假设落渣管的流量与管道的四次方、势能成正比，与粘滞系数成反比，与单位l长度的压强差成正比。在实际运行过程中发现由于生物质物料特殊性，包含一定的家具木屑、石头、铰链、枪钉等。灰渣排渣过程受到不均匀且不致密的铁钉的架桥作用，造成堵渣的形成，假设这一阻力为ξ，考虑方向性，则落渣管的修正后的流量q为

40、

41、对于给定的一台基础，落煤管、冷渣机的几何尺寸是给力的。落渣管的压强强也不能随意改变，基于上述分析落渣管的流量与灰渣粘滞系数和铁钉架桥阻力有关，灰渣之间搭桥结拱是由较大颗粒与壁面，相互之间的摩擦引起的，这会减缓灰渣的流动。最终，物料颗粒开始相互结合和互锁，直到部分或完全阻塞落渣管口。搭桥结拱非常坚固，可以支撑其上部物料的重量。新的物料从而进一步板结到已经搭桥结拱的物料上，并加强了粘结力铁钉的架桥阻力于炉层中铁钉的分布存在直接的关系，上述现象与灰渣颗粒、铁钉之间的力链传递有关，正式由于重力及颗粒之间的摩擦力能使一堆颗粒保持某种形态可承受一定的应力而不发生屈服和运动。然而这种静止是一种亚稳态，受到到外界干扰影响。如在实际的工程影响过程有时通过敲击落渣管管壁则可起到疏通的作用，有时的敲击则进一步增加致密性，阻碍了流通。对堆积的颗粒施加一作用如敲击落渣管容器时颗粒密度会发生改变，是变大还是变小取决于颗粒初始堆积密度。若颗粒原来堆积得很密则敲击使堆积密度降低即体积膨胀称之为雷诺膨胀。这是颗粒物质的独特行为；若颗粒初始堆积密度很小，则敲击使密度增大，进一步阻碍了流动。颗粒的堆积密度是影响颗粒物质性质的重要物理量。不仅颗粒静态性质对堆积密度很敏感，而且流动和振动的行为均与颗粒堆积密度有关。任何颗粒流动的发生都是以局部颗粒堆积密度的降低(体积膨胀)为条件的。基于以上的分析，我们提出了相应的调控控方法，通过一定的技术手段改变灰渣的堆积初始密度，让其偏离临界堆积密度。通过向床层增加一定的细微颗粒，从而增大排渣的流通性。同时上述的操作方式可有效控制、优化炉内颗粒粒径的分布，对于降低一次压头、提高锅炉运行效果具有明显的效果。

42、本发明所涉及的一种生物质循环流化床循环倍率与排渣协同调控方法，包括以下步骤：

43、step1：为实现上述目的需要要确定循环流化床的设计循环倍率r′r,具体由锅炉设计说明书提供，结合实际的运行修正得到，对于220t/h高温循环流化床取25左右；

44、step2：计算入炉燃料热值及aar燃料收到基的灰分，具体在原煤仓落料管取样化验得到；

45、step3：借助工业相机机械臂(丝杠配合丝杠在工控机控制实现推杆的伸缩，详见图3)及数据传输设备(机械臂中空轴实现数据的传输和机械臂的冷却)，工控机获取炉膛燃烧信息，主要为火焰颗粒的流速和飞灰可燃物；

46、step4：计算生物质的质量流量b，具体可参考专利cn112884789 b提到基于图像识别技术：

47、

48、其中dimage为火焰颗粒轨迹平均长度，a为图像上火焰颗粒轨迹像素数，dpi为工业相机所拍摄图中每英寸面积内的像素点数；

49、step5：通过工控机获得的飞灰，化验可燃物量cfh；

50、step6：计算实际运行工况下的循环倍率rr“，具体可参考公式1计算：

51、

52、step7：基于实际的循环倍率及设计循环倍率偏差，实现精准调控；

53、step7-1：若实际循环倍率低于设计的循环倍率，调节△p1炉膛上部差压，反应物料外循环和带负荷能力，调节△p2炉膛总压差，反应总物料量；bj实际锅炉给料量是否在设计的bg区域，来调节一次风和二次风压头和锅炉给料，若炉膛上部压差和炉膛总压满足设定区域，则启动床料置换系统，适当排渣；

54、△p1＝p15-p14       (3)

55、△p2＝p16-p14       (4)

56、p14表示炉膛出口处压力测点所测得的压力，p15表示密相区与稀相区分界点所测点的压力，p16表示密相区床层中所测得的压头；

57、step7-2：若实际循环倍率高于设计的循环倍率，炉膛差压及炉膛总压差满足运行要求，则应及时启动床料置换系统，释放掉一部门循环灰；

58、step8：依据公式(2)评估落渣管的流量，直至流量满足正常要求，重复上述循环直至循环倍率、炉膛差压及炉膛总压差负荷运行要求。

59、需要说明的是生物质循环流化床循环倍率与排渣协同调控方法需要实时根据循环倍率启动置换系统，通过置换喜欢改变床料低渣的初始分布密度来保障实时的排渣流畅。

60、具体调节逻辑参见图1；

61、床料置换系统参见图2；

62、工业相机机械臂及数据传输设备见图3。

63、综上所述，本发明具有以下有益效果：本发明所涉及的生物质循环流化床循环倍率与排渣协同调控方法，可解决目前生物质循环流化床排渣不畅、造成冷渣机落渣管堵塞问题，以保障锅炉实时的排渣流畅，整体功能完善，实用性强。