基于CO信号的燃烧控制在托电#7机组的研究和应用

摘 要： 火电厂一直是测量燃烧过程出口的烟气含氧量来控制燃烧效率，但氧量的测量受漏风测量仪表等因素影响，不确定度很大，长期以来导致锅炉燃烧效率的低下。本文通过介绍一种新型的燃烧控制方案，即通过测量CO来代替测量O2调整二次风量，从而提高控制精度和燃烧效率。

关键词：燃烧效率 CO 氧量

The CO signals of combustion control research and application in Tuoketuo Power Unit Based on #7

Zhang Mingjun，Long Junfeng

（Inner Monglia Datang International Tuoketuo Power Generation Co.Ltd.，Tuoketuo 010206）

Abstract：Thermal power plant has been the measurement of combustion flue gas outlet oxygen content to control the combustion efficiency，but the oxygen measurement is affected by factors such as leakage measuring instrument，uncertainty is very large long lead to low combustion efficiency of the boiler。This paper introduces a new control scheme of combustion，which is measured by the CO to replace the measurement of O2 two times to adjust the air volume，so as to improve the control precision and the combustion efficiency

Key words：combustion efficiency； co； oxygen

中图分类号：TK16 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2015）10-0278-02

引言

内蒙古大唐国际托克托发电有限责任公司#7机组为600MW燃煤发电机组，锅炉为东方锅炉（集团）股份有限公司与三井-巴布科克公司合作生产的DG-2070/17.5-II4型亚临界、一次中间再热、前后墙对冲燃烧方式、单炉膛、平衡通风、紧身封闭、固态排渣、自然循环汽包型燃煤锅炉，燃料为烟煤，采用动叶可调轴流式送风机。

两台轴流式送风机通过可调动叶维持调节二次风母管压力，有三个测点，二次风母管压力定值由锅炉负荷和单台运行磨的最大煤量对应值经高选后确定。

#7锅炉采用隔仓式大风箱，在锅炉的前、后墙各有一个隔仓式大风箱，每个大风箱两侧对应于燃烧器各有三个二次风分风道电动调节挡板。调节二次风分风道挡板开度，可使二次风风量满足最佳燃烧的要求，使每层燃烧器的二次风量与相对应的磨煤机进入该层的煤粉量相适应。磨煤机的二次风量设定值由给煤机的给煤量对应函数关系给出，同时磨煤机的二次风量设定值由氧量进行修正。氧量修正采用PID调节，氧量设定值由机组负荷指令信号经函数器f（x）后形成，氧量的设定值中还加入了一个可调的偏置BIAS，以便运行人员根据实际情况加以适当的修正。这个偏置值起限制氧量的校正作用，以防空气量不足而影响燃烧或空气量过多而造成燃烧不稳。

二次风压调节保证了二次风量的稳定性，磨煤机二次风量的调节保证了最佳风煤配比，保证了锅炉最佳过剩空气系数，即最优含氧量。

一、燃烧控制系统存在问题

通过监测氧量来调整燃烧存在缺点，首先氧量分析仪测量存在误差。氧量表一般安装在烟气流速平稳、混合均匀的地方，但由于实际运行中锅炉烟道截面积很大，气体存在较严重的分层现象，烟气缺少大规模的混合，而测量氧量的点数有限，不能够完全具有代表性。氧量的测量还受烟道漏风的影响，一旦漏空气进入烟道对氧量的测量影响很大，对实际含氧量不具备指导性。由于氧量测量存在的原因导致长期以来，利用氧量指导燃烧的作用一直未予以投入。

单测量O2并不能够反映炉膛内部燃煤和空气混合状况的好坏，即使O2足够，若混合不好，也会导致不完全燃烧。由于不完全燃烧将导致烟气中会含有CO、H2、CH4等可燃气体，其中H2和CH4含量很小，可以忽略不计，而只考虑CO的成分。为了了解炉膛内部不完全燃烧程度，以便进行燃烧调整，就需要知道烟气中的CO成分。

二、CO测量分析

在实际生产过程中，O2的测量在火力发电厂普遍采用氧化锆，而对于CO侧测量仪器相对较少，一般采用激光分析仪。使用激光分析仪测量烟气中的O2和CO的浓度使得测量的精准性能够得到保证，而且可以长周期运行。目前该设备主要依靠进口，国内的研究起步较晚。

#7机组CO分析仪安装位置在电梯8层左右过/再热烟气调节挡板北侧竖直烟道上，烟道拐角45度对装，共2个测量显示，送至DCS画面进行监视。CO测量仪型号为是挪威NEO Monitors AS公司生产的LaserGas Ⅱ，它也是一种激光分析仪。LaserGasII激光光谱分析仪基于可调谐二极管激光吸收光谱（ TDLAS）技术，可在烟道、管道、烟囱或者类似的工业环境中对气体成分进行在线连续监测的一种精密光学仪器。LaserGasII采用发射单元 /接收单元配置安装模式（两者对称安装），测量从发射单元到接收单元光径上的气体平均浓度。测量原理是红外单线吸收光谱学技术，它基于每种气体只吸收特定波长的红外光这样一个原理。

因此激光分析仪有如下测量优点：

1.无需烟气采样预处理，直接测量被测介质；

2.不受背景气体的干扰。

测量方法上的优势使得测量co比测量O2更能够反映锅炉的燃烧情况，测量更稳定可靠，有数据表明：一台典型的燃煤锅炉，烟气中CO含量为300ppm，若空气漏入量为10%，CO含量降低至273ppm，CO含量的相对变化量为9%，同样对于O2含量来说，如果烟气中O2含量为5%，若空气漏入量为10%，则O2含量将增至6.45%，O2含量的相对变化量则为29%。经过对大量的试验数据研究，发现锅炉烟气成分中O2和CO存在一定的关系，而且发现用CO可以更准确地找到最佳氧量值，也就是说用CO可以更加准确的分析燃烧效率的高低。

三、利用CO监测控制燃烧的方案

确定了用CO替代O2来指导锅炉燃烧之后需要确定利用CO含量进行控制的思路和方法。原来的氧量控制是PID调节，闭环控制，氧量的给定值是随负荷变化而变化，两者之间有比较明确的关系，而CO在火力发电厂燃煤机组来说还是比较新的事物，它与负荷的对应关系不太明确，没有比较确定的经验值。最初的想法也是对CO采取闭环控制，CO给定值在不同负荷为一个区间值，比如在负荷550MW时CO控制在800-1000ppm，在负荷450MW时CO控制在600-800ppm，由于CO给定值比较模糊，实际控制逻辑实现起来有些难度，最后定方案为CO控制为开环调节，具体就是不考虑负荷的变化，直接根据CO信号输出CO修正信号替代原来的氧量修正作用，两者之间为对应函数，同时对CO修正输出信号进行限幅，输出作用在0.85～1.15之间，以防由于CO测量信号问题空气量不足而影响燃烧或空气量过多而造成燃烧不稳。

CO控制和氧量的控制一样，不会全程投入，因此应针对异常工况对CO控制的投入条件进行限制，以防止锅炉异常时导致二次风量过高或过低。当出现以下当出现一下情况时要退出CO校正控制：

1.两侧CO测点任一点故障；

2.RB动作；

3.锅炉总风量低低；

4.送风系统在手动控制。

锅炉CO含量通过调整锅炉磨煤机二次风调节挡板来控制，磨煤机二次风调节挡板投入的个数越多，对CO的调整效果越明显，反映也更快，CO控制随着磨煤机二次风挡板自动投入而投入。

CO信号和校正数值之间的关系：CO单位：ppm

具体的控制逻辑图：

四、CO控制分析

由于是初次利用CO来代替O2来指导锅炉燃烧，可借鉴的经验比较少，设计思路上难免有考虑不成熟的地方和考虑不周到之处，而且由于是新鲜事物，使用时间也不是很长，对机组的长期影响还不能够看出来，需要控制系统长期运行来检验控制逻辑是否存在不当之处，也是对CO控制系统可靠性的一个检验。通过CO信号来指导锅炉燃烧可以检验锅炉燃烧效率是否提高，是否对减少锅炉的烟气排放中SO2和NOX的含量有帮助，这些都需要通过一些数据来进行佐证。

五、结束语

利用CO信号来指导燃烧在国内开展应用相对比较晚，同期国外的许多单位早已经用CO信号替代O2来指导锅炉燃烧，这项技术能更准确地优化燃烧，提高负荷变动工况下的控制效果，而且经过证实监测CO控制燃烧有助于减少SO2和NOX的含量。据了解已经出现CO和O2信号共同监测来控制燃烧方案，比单一用CO信号控制燃烧更为精确，这就需要我们进一步去研究和学习，根据我厂实际情况制定更为合理的控制锅炉燃烧方案，并推广开来，为节能减排做出贡献。

参考文献

[1] 采用O2和CO信号控制燃烧的方案 作者：程蓓 安徽电力职工大学学报第八卷第一期

[2] 大型电站煤粉锅炉基于O2和CO浓度的燃烧控制技术的研究 作者：张军威于渊 张国辉

作者简介：张明军（1980-），男，工程师，毕业于华北电力大学，现任内蒙古大唐国际托克托发电有限责任公司设备部热控室专工。