煤粉鍋爐爐膛壓力波動特性分析

魏永濤

（大慶石化公司熱電廠，黑龍江 大慶 163714）

燃燒煤粉鍋爐爐膛壓力是評價煤粉鍋爐燃燒穩定性的一個重要指標，它代表著鍋爐出口燃料輸入、滿風量和高溫煙氣量的工作平均平衡比。然而，強調的原因是多方面的，同時，它的動態特性也很強，而且很容易改變其動態特性。因此，有必要分析這種波動的特征，以提高爐膛的壓力穩定性。

在燃燒多變量系統中，爐膛壓力受各種擾動的影響，而這些擾動又不能完全控制，在各種干擾下，燃燒鍋爐壓力沒有明顯變化頻率差異。目前主要采用爐壓時域和頻域分析方法，將爐壓作為整體來考察不同因素對爐壓的整體影響。即使采用時頻分析法，燃燒鍋爐壓力也只分為不同的部分。因此，很難分析各種擾動與爐膛內壓變化各分量之間的關系，使用時頻分析方法。爐膛內采用機理分析法建立了壓力數學模型，研究了鍋爐落焦、塌焦、煙氣排放與爐壓的關系，通過對報警和爐壓變化的單獨分析，可以了解爐內壓力的變化。然而，對該機構的分析通常需要對實際系統進行簡化，并通過工程試驗確定模型參數。如果實際系統與原工作站不一致，可以用模型來確定模型的參數，則模型不適合，分析結果是一個較大的誤差。

1 爐膛壓力波動分析

1.1 研究對象

圖1中，一次冷熱空氣混合后，將粉煤送入爐膛內燃燒；二次風與旋轉風前體換熱后進入爐膛內，為爐膛內燃燒提供氧氣；鍋爐尾部煙氣經放空、除塵等后，與送風一起工作，引風推入煙囪，爐內可調的壓力值，使爐內平衡。

圖1 某鍋爐系統結構示意

1.2 燃燒鍋爐壓力擾動

（1）燃料干擾。鍋爐的設計目的是提供恒定的燃料速度和成分，穩定的、露天的鍋爐氣流平衡，然后，假設爐膛內的壓力不變。但是，當鍋爐被充分燃燒時，這種理想的燃燒狀態是無法實現的，主要原因是煤粉系統時域的波動引起燃料輸送量的微小變化。由這種微小變化引起的熱變化不會影響鍋爐燃燒率，但足以顯著改變燃燒鍋爐壓力。

（2）氣壓干擾。鍋爐總風量主要由一次風量和送風量組成。供氣量的變化會影響鍋爐燃燒的壓力變化。因此，在單回路高壓控制系統中，將增壓空氣的體積作為指定的空氣流量值，并通過引風機的輸出來獲得風量，從而將燃燒鍋爐壓力控制在合理的范圍內。鍋爐燃燒的單鏈控制系統如圖2所示。

圖2顯示，氣流的壓力是與鍋爐運行緊密加壓相關的。但是，對煤煤運行數據的分析表明，即使鍋爐運行平穩，送風量和產生風量的波動范圍一般在10.0t/h和22.5t/h左右。

（3）燃燒紊亂。煤粉燃燒時放出的光、熱和氣體直接影響鍋爐內的氣體流場，進而影響爐內壓力。燃燒擾動主要發生在：①在鍋爐燃燒里燒碎煤不是一個連續而均勻的過程。如果燃燒器周圍有輕微的壓力擾動，火焰就會充分燃燒，火焰擺動也會控制外部壓力變化，類似穩定的自激振蕩；②煤粉質量濃度不均勻導致局部燃燒加劇，破壞局部壓力平衡，引起爐壓變化；③在溫度較低、爐內煤粉濃度較高的地區，煤粉著火延遲，形成局部滅火過程。未燃煤粉堆積時，應局部排水。

圖2 爐膛壓力單回路控制系統

2 試驗結果及分析

2.1 獨立爐壓元件

燃燒鍋爐壓力的變化主要與燃料、風量和燃燒狀態有關，燃燒狀態在一定程度上由燃料和風量決定鍋爐燃燒。壓力波動特性分析模型如圖3所示。

圖3 爐膛壓力波動特性分析模型

將x3信號發送到鍋爐x3后，結果如圖所示。鍋爐負荷相對較低，來自爐膛的壓力信號顯示出強烈的變化，即：代表在1（s）下采樣4個，采樣點為600個。

圖4 爐膛壓力信號

2.2 動力放大計算

為了根據爐膛內壓模型檢驗該方法的試驗結果，得到了一次風量S2、送風S3和引風S4受到擾動時燃燒鍋爐壓力的頻率特性（圖5）。本文計算的S2、S3和S4的波動和機構法獲得的動態增長如圖5所示。同時，機構建模方法獲得的動態效益大于機構建模獲得的動態效益方法。但是，它們在一個合理的范圍內，證明方法的有效性。

圖5 不同擾動對爐膛壓力的頻率特性

3 結語

（1）由于進排氣口氣體體積的變化對燃燒鍋爐壓力的影響是相同的，初始空氣的高壓效應可能是一次風變化導致煤量隨時間波動，進而導致爐內熱量波動的原因。

（2）與磨煤系統供煤量的波動相比，爐內壓力變化與一次風量、煤粉量量和產氣量的變化關系更密切，但是，在燃燒鍋爐壓力下，空氣供給和空氣空間的變化基本上是相同的，一次風量波動對燃燒鍋爐壓力的影響大約是設備的送風量和空氣輸出量的6倍。

（3）本文采用獨立分量分析（ICA）分離出相當于系統斷線的燃燒鍋爐壓力信號的獨立波動分量，有效地解決了多變量耦合分析的問題。