[01655742]一种基于BP神经网络的烟道飞灰等速取样系统和控制方法

1、课题来源 本次课题主要来源于与马钢签订的产学研合作“冶金自备电厂掺烧煤气燃煤锅炉燃烧监测关键技术的研究与仪器开发”。 2、技术原理 现在电厂燃烧锅炉的烟道飞灰取样采取的是静压平衡等速飞灰取样方式,因为当取样速度等于烟道飞灰流速时,采样才具有代表性,有利于分析锅炉燃烧性能,调整燃烧方案。由伯努利方程得到：当烟道静压采样嘴内静压时,即可实现等速取样。由于在取样嘴等处会有静压损失,取样嘴内部静压小于烟道内静压,二者静压差值为∑△,通过调节进入取样嘴中的空气量,改变取样嘴内的静压,使得达到补偿静压差目的。因此实现飞灰等速取样是依靠使取样器的取样嘴中的静压与烟道取样处的静压相等来实现的,而实现取样嘴内静压与取样处压强相等是依靠控制连接在取样管的进气阀阀门开度。由于根据实时测得的静压差控制取样嘴进气阀门开度会有时间上滞后及阀门调节自身具有的滞后性,造成阀门开度的调节滞后于取样嘴与烟道取样点处的静压差的变化,导致等速取样并不能很好的实现。 本成果中的飞灰等速取样器,包括取样嘴、旋风分离器和取样瓶,还包括引射管、调节嘴和排气管,所述的取样嘴位于取样管的一端,取样管的另一端与旋风分离器连接;所述的引射管、调节嘴和排气管依次连接;所述的排气管与旋风分离器连接;所述的旋风分离器与取样瓶连接。所述的取样嘴内部设有空腔,取样嘴前端的端面为斜面,与取样嘴内部空腔表面的夹角为15-30°。取样管的内部设有第一空腔,同时取样管内部还设有第二空腔,第二空腔的开口与第一空腔相通。第一空腔为烟气进入的通道,第二空腔外部连接内静压管,用于测量第一空腔中烟气进入处的静压。 3、技术创造性和先进性 传统的飞灰含碳量测量方法是灼烧失重法,是一种离线的实验室分析方法。现有电站锅炉飞灰含碳量的在线测量方法主要有：光学反射法、放射线法、红外测量法和微波吸收法等。部分文献报道了基于灼烧失重法的飞灰在线测碳系统,如：有单位设计出了多点静压平衡等速取样器,多嘴取样管一端伸进锅炉烟道中,另一端与旋风集尘器的进气口连通;采用多工位轮转设计,采用四个坩埚,对一个坩埚的灰样进行灼烧的同时,在其他工位完成收灰、称重、排灰等操作;亦有单位将取样器设计为开合式叉形多点取样器,包括一根固定取样管和两根活动取样管,固定取样管和活动取样管之间通过连杆连接,并由气缸通过连杆控制活动取样管的开合,机械手根据主机的控制将集灰杯送到需要的位置。 本成果涉及项目研究的火力发电锅炉飞灰含碳量在线监测仪器,特点是：根据流体动力学理论,在烟道上开孔,将取样管深入烟道中,使取样管的进气嘴方向正对烟气流向,通过调节取样器中引射管一端开口面积,控制取样嘴处的压强,设计具有自动调压功能的飞灰取样器;利用广义预测控制算法,根据前一时刻飞灰含碳量的检测数值,通过飞灰灼烧充分度与温度、含碳量之间的关系,自动调整当前时刻加热炉加热温度;根据灼烧失碳原理,在两个步进电机驱动下,利用丝杆传动和皮带传动机构带动转盘,对系统默认坩埚进行收灰、排灰、称重、灼烧和计算,实现飞灰含碳量的在线监测。目前,具备上述特点的火力发电锅炉飞灰含碳量在线监测仪器,国内未见相同内容的文献报道。 4、技术成熟度 自2015年10月开始到目前为止,马钢发电总厂先后在1#、2#、3#、8#等7台发电锅炉上安装投运了安徽工业大学开发的飞灰含碳量在线监测仪器,现场使用结果表明,监测仪器运行稳定、可靠,增产节能、降耗增效明显,经济和社会效益显著。技术成熟,可以推广应用。 5、应用情况 自2015年10月开始到目前为止,马钢发电总厂先后在1#、2#、3#、8#等7台发电锅炉上安装投运了安徽工业大学开发的飞灰含碳量在线监测仪器,现场使用结果表明,监测仪器运行稳定、可靠,增产节能、降耗增效明显,经济和社会效益显著。具体实现目标和应用效果如下： （1）针对电厂各种炉型均能适用,无论使用的是哪种煤炭,都具有较好的 测量精度;采用的测量技术原理与电厂化验室测量技术一致,测量值准确、可靠。 （2）通过飞灰含碳量的在线监测,能实时了解锅炉燃烧状况,为燃烧优化提 供实时控制,从而有利于提高炉效,实现节能环保。 （3）采用简捷的标定流程,通过将测量值对比化验值即可完成标定工作,节 省了大量的试验时间。使用便利,维护简易。 （4）全流程智能化测量,自动收灰、自动工位切换、自动测量及自动排灰, 测量系统定时自动校准。完全取代人工现场取样、实验室测试的全手工检测方法, 不仅提高了飞灰含碳量检测的实时性,也大大减轻了工人的劳动强度,降低了人 工成本。 （5）本项目通过马钢公司热电总厂300MW机组锅炉开展示范应用,可提高 炉效0.75%,降低煤耗 0.97g/kWh,年节省标煤约3000多吨,年经济效益可达200余万元。具体数据如下表所示：