循环流化床锅炉投料温度的测定方法与流程

1.本发明涉及循环流化床技术领域，特别是循环流化床的燃烧技术领域。

背景技术：

2.循环流化床启动点火的过程首先需要利用燃油燃烧释放的能量加热床料，使得循环流化床炉内的温度达到投料温度(如果投放的燃料是煤，也称为投煤温度)，方可向循环流化床炉内投放燃料。之所以要根据投料温度向循环流化床炉内投放燃料，是因为：如果在低于投料温度时投放燃料，进入循环流化床炉内的燃料不但不能燃烧，还会降低炉内温度，燃料中挥发分的释放不需要太高的温度，而当不能燃烧的燃料积累过多，炉内挥发分的浓度会急剧升高，一旦达到挥发分着火温度时，挥发分中的一氧化碳等易燃气体将会引起爆燃现象，使得循环流化床炉内的温度难以控制，并致使循环流化床炉膛底部结焦；如果在高于投料温度较多时才投放燃料，会增加循环流化床锅炉启动点火时间和点火燃油的消耗量，造成浪费。因此，为了避免上述不利情况的发生，循环流化床锅炉启动过程中，需要根据燃料的投料温度在合适的时间向炉内投入燃料。
3.现有的确定循环流化床锅炉投料温度的方法主要包括以下三种：tg-dtg法测定、现场调试确定以及搭建循环流化床实验台测定。现有的确定循环流化床锅炉投料温度的方法都存在一定的问题。tg-dtg法是指根据燃料的失重曲线和相应的失重率曲线，采用数学手段确定燃料着火温度，进而用着火温度估计投料温度的方法。在dtg曲线上过峰值作垂线与tg曲线交于一点a，过a点作tg曲线的切线，该切线与失重开始平行线的交点b所对应的温度定义为着火温度。tg-dtg法确定投料温度需要采用较为先进的tga热重分析仪，设备成本较高，同时tg-dtg法的测试结果与真实的投料温度的差异较大。根据经验进行现场调试的方法，过于依赖人的经验，并且现场调试的成本高，出错后产生的后果较为严重。搭建循环流化床实验台测定投料温度，测量的结果较为准确，但同样存在成本较高，推广应用难度大的问题。

技术实现要素：

4.为了解决现有的测量投料温度的方法存在的前述问题，本发明提供了一种循环流化床锅炉投料温度的测定方法。
5.本发明的技术方案如下：
6.循环流化床锅炉投料温度的测定方法，包括如下步骤：
7.a、开启马弗炉，将马弗炉升温到预定温度；
8.b、向坩埚中置入含固定碳成分的燃料的粉末状测试样品；
9.c、将第一温度传感器探头设置在所述粉末状测试样品的表层下；所述第一温度传感器探头与数据记录仪连接；所述数据记录仪记录所述第一温度传感器探头的温度随时间变化的数据；
10.d、将第二温度传感器探头邻近所述第一温度传感器探头设置在所述粉末状测试
样品的所述表层之上；所述第二温度传感器探头与所述数据记录仪连接；所述数据记录仪记录所述第二温度传感器探头的温度随时间变化的数据；
11.e、开启所述数据记录仪；
12.f、将盛放有所述粉末状测试样品的所述坩埚、所述第一温度传感器探头和所述第二温度传感器探头置入所述马弗炉中；
13.g、当所述数据记录仪记录的所述第二温度传感器探头的温度保持不变达到预定时间，停止所述数据记录仪；
14.h、根据所述数据记录仪记录的所述数据，形成所述第二温度传感器探头的温度变化率随时间变化曲线图和所述第一温度传感器探头的温度随时间变化曲线图；
15.i、在所述第二温度传感器探头的所述温度变化率随时间变化曲线图中，最后一个具有上升段和下降段的波峰的上升段上最小值对应的时刻为测量时刻；
16.j、在所述第一温度传感器探头的所述温度随时间变化曲线图中，所述测量时刻对应的温度为所述投料温度。
17.可选地，步骤a中所述预定温度的范围包括650摄氏度-850摄氏度。
18.可选地，所述含固定碳成分的燃料包括煤。
19.可选地，含有较高挥发分的所述粉末状测试样品对应的所述预定温度小于含有较低挥发分的所述粉末状测试样品对应的所述预定温度。
20.可选地，所述第一温度传感器探头包括热电偶；所述第二温度传感器探头包括热电偶。
21.可选地，所述第一温度传感器探头与所述第二温度传感器探头均平行于所述粉末状测试样品的所述表层设置。
22.可选地，所述第一温度传感器探头与所述第二温度传感器探头均邻近于所述粉末状测试样品的所述表层设置。
23.可选地，所述第一温度传感器探头与所述第二温度传感器探头互相平行。
24.可选地，所述含固定碳成分的燃料包括稻壳、石油焦。
25.可选地，步骤h中形成所述第二温度传感器探头的所述温度变化率随时间变化曲线图的方法包括获取所述第二温度传感器探头的温度对时间的一阶导数。
26.本发明的技术效果如下：
27.本发明提供的投料温度的测定方法，适用于含固定碳成分的燃料在循环流化床的投料温度的测定。本发明涉及的燃料，在燃烧过程中，其含有的固定碳是在燃料燃烧的最后一个阶段开始的。当固定碳开始燃烧，则表明此时炉内温度已经满足燃料稳定燃烧的温度条件。以固定碳开始燃烧对应的温度作为循环流化床锅炉投料温度，是较为安全的。本发明的循环流化床锅炉投料温度的测定方法，在测试样品的表层上下分别设置了第二温度传感器探头和第一温度传感器探头。当测试样品表层燃料中的挥发分在外部温度影响下析出、燃烧殆尽后，测试样品表层燃料中的固定碳开始燃烧，固定碳的燃烧会产生温度的突变，这种温度的突变都会被设置在测试样品表层以上的空气中的第二温度传感器探头采集并通过数据记录仪进行记录。对第二温度传感器探头采集到的数据进行分析，可以得到温度突变的时刻，即测量时刻，也是测试样品燃料中的固定碳开始燃烧的时刻，测试样品表面产生火焰，此时测试样品表层上的第二温度传感器探头测量到的是燃烧的火焰产生的温度，与
没有火焰产生时相比，温度有较大的跃升；而测试样品表层下的第一温度传感器探头在测量时刻测量的温度正是测试样品燃料中固定碳开始燃烧时的测试样品燃料的温度。由于第一温度传感器探头的温度与时间的数据与第二温度传感器探头的数据是同步记录的，因此，在第一温度传感器探头的温度与时间的数据中按测量时刻就可以得到测量样品燃料中固定碳开始燃烧的温度(即燃料可以实现稳定燃烧的温度)。因此，本发明的投料温度的测定方法，可以准确测定含固定碳成分的燃料在循环流化床锅炉的投料温度，成本低，实现了本发明的目的。
28.上述可选方式所具有的进一步效果，将在下文中结合具体实施方式加以说明。
附图说明
29.图1为本发明的投料温度的测定方法的实施例的流程图。
30.图2为图1所示实施例采用的测试装置的结构原理图。
31.图3为马弗炉的预定温度为700摄氏度煤种5的测量结果图。
32.图4为马弗炉的预定温度为750摄氏度煤种5的测量结果图。
33.图5为马弗炉的预定温度为650摄氏度稻壳的测量结果图。
34.图6为马弗炉的预定温度为750摄氏度稻壳的测量结果图。
35.图7为马弗炉的预定温度为700摄氏度石油焦的测量结果图。
36.图8为马弗炉的预定温度为750摄氏度石油焦的测量结果图。
37.图9为采用本发明的测定方法测定的测试样品列表。
38.图10为采用本发明的投料温度的测定方法测定的投料温度与已有技术测定的投料温度的对比图。
39.图中标识说明如下：
40.201、马弗炉；202、第二温度传感器探头；203、第一温度传感器探头；204、数据记录仪；205、粉末状测试样品；206、船形坩埚。
具体实施方式
41.以下结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。
42.图1显示了本发明的循环流化床锅炉投料温度的测定方法的主要步骤，以下按图1中所示进行详细说明。
43.一、开启马弗炉
44.在本步骤中，要开启马弗炉，并将马弗炉升温到预定温度。马弗炉是一种通用的加热设备，本实施例中采用的是上海煜志科技有限公司生产的型号为yx-1212的马弗炉。所述预定温度范围在650摄氏度-850摄氏度。
45.二、准备测试样品和测试装置
46.在该步骤中主要包括以下分步骤：
47.1.将待测试燃料粉碎成粉末状测试样品。在本实施例中，对粉碎后的燃料粉末通过100目的筛网过滤，通过筛网的燃料粉末作为待测试的粉末状测试样品被收集。
48.2.如图2所示，将制备的粉末状测试样品放置到坩埚中。在本实施例中，坩埚采用了长条状的船形坩埚206，在船形坩埚206的端部的侧壁上设置有通孔(图中未示出)。第一
温度传感器探头203和第二温度传感器探头202均为热电偶，具有铁丝的形状。第一温度传感器探头203穿过船形坩埚206的侧壁上的所述通孔伸入到粉末状测试样品205的表层下；第二温度传感器探头202设置在粉末状测试样品205的表层上部的空气中。在操作精度允许的情况下，要确保第一温度传感器探头203和第二温度传感器探头202之间的距离尽可能小，但不能互相接触。另外，第一温度传感器探头203与第二温度传感器探头202互相平行，同时，第一温度传感器探头203与第二温度传感器探头202尽可能接近并平行于粉末状测试样品205的表层。
49.由于粉末状测试样品205的表层最先开始燃烧，并且燃烧并不一定是剧烈的燃烧，即燃烧产生的火焰的高度可能会比较低，因此，需要将设置在粉末状测试样品205的表层之上(即产生火焰空间)的第二温度传感器探头202设置得接近粉末状测试样品205的表层，以便第二温度传感器探头能够灵敏地探测到微小火焰的产生，以提高测量精度。
50.当粉末状测试样品205被放置在达到所述预定温度的马弗炉201内开始测试时，由于存在热传导延迟现象，粉末状测试样品205不同深度的温度差分布并不一致，因此粉末状测试样品205深处的温度与粉末状测试样品205的表层的温度差异会比较大。但只有粉末状测试样品205的表层会燃烧，粉末状测试样品205深处的样品由于缺氧，处于缓慢灰化的状态，因此，只有粉末状测试样品205的表层的温度能表征固定碳开始燃烧的温度，需要将第一温度传感器探头203设置得离粉末状测试样品205的表层接近。这样，在粉末状测试样品205的表层开始燃烧时，第一温度传感器探头203测得的温度与固定碳成分开始燃烧的粉末状测试样品205的表层的温度相当，可以确保测量结果的准确。
51.铁丝状的第一温度传感器探头203与第二温度传感器探头202保持平行，保证测量不同样品时，第一温度传感器探头203与第二温度传感器探头202位置保持不变，从而提高测量的准确性。
52.第一温度传感器探头203与第二温度传感器探头202分别连接到设置在马弗炉201外的数据记录仪204上，并开启数据记录仪204。开启的数据记录仪204能够记录第一温度传感器探头203测得的温度随时间变化的数据。开启的数据记录仪204也能够记录第二温度传感器探头202测得的温度随时间变化的数据。
53.因为开启马弗炉后，马弗炉升到预定温度需要一定的时间，因此准备测试样品和测试装置与开启马弗炉的步骤可以并行。
54.三、测试样品和测试装置放入马弗炉
55.将第二步骤中准备的粉末状测试样品205，以及装配好的船形坩埚206和第一温度传感器探头203、第二温度传感器探头202放置在马弗炉201内。此时马弗炉201内的温度应当已经达到所述预定温度。
56.四、停止记录数据
57.当测试开始时，由于粉末状测试样品205是由室温环境进入到马弗炉内的高温环境，粉末状测试样品205的温度变化剧烈，直至粉末状测试样品205中的固定碳开始燃烧，达到稳定燃烧的状态。粉末状测试样品205中的固定碳燃烧完全后，第二温度传感器探头202的温度不再有大的变化。这种温度保持不变的状态持续预定的时间后，就可以判定粉末状测试样品205表层的可燃物已经完全燃烧，测量时刻已过，已获取了所需的测量数据，因此可以停止数据记录仪204进行数据的记录。前述持续的预定的时间可以在200-300秒范围内
选择。
58.当粉末状测试样品205表层的可燃物完全燃烧后，由于粉末状测试样品205表层内部可燃物缓慢灰化等因素，使得在测量时刻以后，第一温度传感器探头203测得的温度还有随时间变化的可能，这些变化对于本发明的测定方法无意义，因此，可以适时停止数据记录仪204记录数据。
59.五、处理数据获得测定结果
60.在本步骤中，按以下两个分步骤进行：
61.1、处理数据
62.将数据记录仪204所记录的数据进行如下处理：
63.(1)形成第一温度传感器探头203记录的温度随时间变化曲线图
64.由于数据记录仪204直接记录了第一温度传感器探头203的温度随时间变化，因此，可以根据这些数据直接通过人工方法或计算机程序处理绘制出第一温度传感器探头203记录的温度随时间变化曲线图。在本实施例中，数据记录仪采用了淮安嘉可自动化仪表有限公司生产的r7100型无纸化记录仪。
65.(2)形成所述第二温度传感器探头202的温度变化率随时间变化曲线图
66.数据记录仪204仅记录了第二温度传感器探头202测得的温度随时间变化的数据，需要对这些数据进行进一步处理，才可以得到第二温度传感器探头202的温度变化率随时间变化曲线图。在本实施例中，通过求第二温度传感器探头202的温度对时间的一阶导数，获得了第二温度传感器探头202的温度变化率随时间变化曲线图。
67.2、获得测定结果
68.在第二温度传感器探头202的温度变化率随时间变化曲线图寻最后一个具有上升段和下降段的波峰的上升段上最小值对应的时刻，记录该时刻并将其命名为测量时刻。
69.在第一温度传感器探头203记录的温度随时间变化曲线图寻所述测量时刻，则该时刻所对应的温度数值即为本测定方法测定的循环流化床锅炉投料温度。
70.图3至图8显示了采用本发明测定方法获得的部分数据图，显示了获得测定结果步骤中采用的获得测定结果的步骤。其中，“热电偶(上)”和“上热电偶”即第二温度传感器探头，“热电偶(下)”即第一温度传感器探头。图3至图8中由点构成的虚线表示“热电偶(上)”的温度随时间变化曲线图；点横线构成的虚线表示“热电偶(下)”的温度随时间变化曲线图；实线曲线为第二温度传感器探头202的温度变化率随时间变化曲线图。
71.由于含固定碳成分的燃料在升温过程中，挥发分首先析出燃烧，继续升温后固定碳开始燃烧，此时温度跃升突变，随即进入稳定燃烧阶段。进入稳定燃烧后，温度不会再跃升突变，因此，在温度稳定保持不变，即温度变化率稳定保持为0前的最后一个温度的突变(即最后一个波峰)代表了固定碳成分开始燃烧。该波峰前波谷(即波峰的上升段上最小值)所对应的时刻即为所述测量时刻。
72.需要进一步说明的是，在本步骤中选择最后一个具有上升段和下降段的波峰含义。本步骤选择的第二温度传感器探头202的温度变化率随时间变化曲线图中的最后一个波峰，在该波峰的上升段结束后会出现一个下降段，是因为，当固定碳开始燃烧时第二温度传感器探头202的温度在火焰的作用下快速升高；当固定碳完全燃烧后，由于突然失去燃烧火焰的作用，第二温度传感器探头202的温度会急剧下降。上述固定碳开始燃烧到燃烧结束
的过程，相应地在第二温度传感器探头202的温度变化率随时间变化曲线图中产生了温度变化率上升后下降的波峰。
73.如果在第二温度传感器探头202的温度变化率随时间变化曲线图中最后出现只有上升段而没有下降段的波峰(即上升段后温度变化率就达到0值，以下简称为半波峰)，不会被选择为本步骤中采用的波峰。如前所述，固定碳燃烧产生的火焰直至熄灭，必然会对应地在第二温度传感器探头202的温度变化率随时间变化曲线图中形成具有上升段和下降段的波峰。而半波峰没有下降段，只能是由于其他测试条件导致的温度变化情况，不能反映固定碳燃烧的情况，因此，半波峰的这种情况不能被认为是固定碳燃烧阶段，从而不是本步骤可以采用作为数据处理基础的波峰。
74.图9列出了采用本发明的测定方法测定的测试样品列表，其中部分测试样品的数据图通过图3至图8展示。图9所列出的测试样品的测定结果均在图10中体现。
75.图3和图4显示了测试样品煤种5分别在马弗炉两个预定温度条件下的测试结果。图5和图6显示了稻壳分别在马弗炉两个预定温度条件下的测试结果。图7和图8显示了石油焦分别在马弗炉两个预定温度条件下的测试结果。图3至图8的数据图表明，在不同的马弗炉的预定温度条件下，采用本发明的测定方法得到的测定结果在允许的偏差范围内保持一致。
76.采用本发明的测定方法，当测试不同的煤种时，可以将含有较高挥发分的煤种对应的马弗炉的预定温度设定小于含有较低挥发分的煤种对应的所述预定温度。这是由于马弗炉的预定温度与测试样品的升温速度正相关。高挥发分煤种的稳定燃烧的温度较低，要避免高的升温速度，如果升温速度过快，热电偶不能及时响应燃料的温度变化，会导致测定结果出现偏差，因此马弗炉的预定温度应当设定的较低。低挥发分煤种稳定燃烧的温度较高，要避免过低的升温速度导致的测试样品表层完全缓慢灰化后无法燃烧，进而无法获得准确的测定结果，因此马弗炉的预定温度应当设定的较高。上述设定马弗炉的预定温度的方法可以在获知燃料挥发分含量后确定。
77.图10中，“tga着火温度”是指采用tg-dtg测试法测得的燃料着火温度。“实验台着火温度”是采用搭建循环流化床实验台测定法获得的燃料着火温度。“电厂投料温度”是指在生产实践中根据经验现场调试方法获得的投料温度，即实际的投料温度。“实验值(双热电偶方法)”是指采用本发明的测定方法获得的测定结果。对图9所列测试样品测定的投料温度值，在图10中可以依据干燥无灰基挥发分v
daf
比例(图10中的横坐标项)确定。从图10中的数据可见，tg-dtg测试法测得数据与实际的投料温度相差较大。搭建模拟流化床实验台测定法获得的数据与实际的投料温度大多数比较接近，但该方法的成本过高，不具备推广应用的价值。采用本发明的测定方法获得的测定结果与实际的投料温度相差不大，由于本发明的测定方法具有成本低廉的优势，因此更具有推广应用价值。
78.值得注意的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非因此限定本发明的专利保护范围，本发明还可以采用等同技术进行替换。故凡运用本发明的说明书及图示内容所作的等效变化，或直接或间接运用于其他相关技术领域均包含于本发明所涵盖的范围内。

技术特征：

1.循环流化床锅炉投料温度的测定方法，其特征在于：包括如下步骤：a、开启马弗炉，将马弗炉升温到预定温度；b、向坩埚中置入含固定碳成分的燃料的粉末状测试样品；c、将第一温度传感器探头设置在所述粉末状测试样品的表层下；所述第一温度传感器探头与数据记录仪连接；所述数据记录仪记录所述第一温度传感器探头的温度随时间变化的数据；d、将第二温度传感器探头邻近所述第一温度传感器探头设置在所述粉末状测试样品的所述表层之上；所述第二温度传感器探头与所述数据记录仪连接；所述数据记录仪记录所述第二温度传感器探头的温度随时间变化的数据；e、开启所述数据记录仪；f、将盛放有所述粉末状测试样品的所述坩埚、所述第一温度传感器探头和所述第二温度传感器探头置入所述马弗炉中；g、当所述数据记录仪记录的所述第二温度传感器探头的温度保持不变达到预定时间，停止所述数据记录仪；h、根据所述数据记录仪记录的所述数据，形成所述第二温度传感器探头的温度变化率随时间变化曲线图和所述第一温度传感器探头的温度随时间变化曲线图；i、在所述第二温度传感器探头的所述温度变化率随时间变化曲线图中，最后一个具有上升段和下降段的波峰的上升段上最小值对应的时刻为测量时刻；j、在所述第一温度传感器探头的所述温度随时间变化曲线图中，所述测量时刻对应的温度为所述投料温度。2.根据权利要求1所述循环流化床锅炉投料温度的测定方法，其特征在于：步骤a中所述预定温度的范围包括650摄氏度-850摄氏度。3.根据权利要求2所述循环流化床锅炉投料温度的测定方法，其特征在于：所述含固定碳成分的燃料包括煤。4.根据权利要求3所述循环流化床锅炉投料温度的测定方法，其特征在于：含有较高挥发分的所述粉末状测试样品对应的所述预定温度小于含有较低挥发分的所述粉末状测试样品对应的所述预定温度。5.根据权利要求1所述循环流化床锅炉投料温度的测定方法，其特征在于：所述第一温度传感器探头包括热电偶；所述第二温度传感器探头包括热电偶。6.根据权利要求5所述循环流化床锅炉投料温度的测定方法，其特征在于：所述第一温度传感器探头与所述第二温度传感器探头均平行于所述粉末状测试样品的所述表层设置。7.根据权利要求5所述循环流化床锅炉投料温度的测定方法，其特征在于：所述第一温度传感器探头与所述第二温度传感器探头均邻近于所述粉末状测试样品的所述表层设置。8.根据权利要求5所述循环流化床锅炉投料温度的测定方法，其特征在于：所述第一温度传感器探头与所述第二温度传感器探头互相平行。9.根据权利要求1所述循环流化床锅炉投料温度的测定方法，其特征在于：所述含固定碳成分的燃料包括稻壳、石油焦。10.根据权利要求1所述循环流化床锅炉投料温度的测定方法，其特征在于：步骤h中形成所述第二温度传感器探头的所述温度变化率随时间变化曲线图的方法包括获取所述第
二温度传感器探头的温度对时间的一阶导数。

技术总结

本发明提供了一种循环流化床锅炉投料温度的测定方法，包括：将第一温度传感器探头设置在所述粉末状测试样品的表层下；将第二温度传感器探头邻近所述第一温度传感器探头设置在所述粉末状测试样品的所述表层之上；将盛放有所述粉末状测试样品的所述坩埚、所述第一温度传感器探头和所述第二温度传感器探头置入所述马弗炉中；形成所述第二温度传感器探头的温度变化率随时间变化曲线图和所述第一温度传感器探头的温度随时间变化曲线图，并从中获得测定结果。本发明可以广泛应用于含固定碳成分的燃料的循环流化床锅炉投料温度的测定，测定结果准确度高，测定成本低。测定成本低。测定成本低。