一种基于炉膛实时结渣情况的炉膛出口烟温软测量方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种电站锅炉炉膛出口烟温的软测量方法，属于锅炉运行参数监测领 域。特别是一种针对电站锅炉炉膛，根据采集的锅炉运行数据，通过事先建立好的模型进行 炉膛出口烟温实施推算的软测量方法。
【背景技术】
[0002] 大型电站燃煤锅炉的炉膛出口烟温是划分锅炉辐射传热和对流传热的界限，能够 反映炉内燃烧和结渣情况，并且这一温度的高低直接影响炉膛出口过热器的传热性能并决 定过热蒸汽的品质，而且还是判断过热器是否有超温隐患的重要参数，但是烟气侧特别是 靠近炉膛出口的高温段，由于烟温较高且烟气中含有大量飞灰不利于测量，通常电站在此 段烟道不安装测点。所以，运行人员只能够凭借排烟温度以及经验来进行炉膛吹灰及减温 水操作，经常会出现判断不准确的情况，从而发生结渣吹灰不及时以及为防止受热面超温 而减温水过量引起锅炉效率下降等情形，严重者甚至会导致爆管等严重事故。
[0003] 目前专利文献中有关炉膛出口烟温的测量方法主要有两种，一种是直接测量，主 要包括光学和声学测温计的应用，此类方法由于需要在锅炉炉膛上另外开孔安装测点较为 麻烦，并且设备昂贵、维护困难，因此实际应用较少；另一种是通过已安装测点测得的运行 参数经过热平衡原理进行烟温推算的软测量方法。
[0004] 经过查阅现有的文献和专利发现，排除炉膛出口烟温的设计计算，涉及炉膛出口 烟温实时软测量的有以下几类：（1)《华北电力技术》的"锅炉炉膛出口烟气温度的推算"中 先假设炉膛出口辐射量，经过对流受热面热平衡计算获得炉膛出口烟温，根据此烟温再求 出一个炉膛出口辐射量与先前对比进行校核，该方法的缺陷在于其计算炉膛出口辐射量时 采用《锅炉机组热力计算标准方法》，此标准适用于设计计算，其炉膛出口受热面获取炉膛 直接辐射热有效系数为定值，而实际中此值根据炉膛结渣情况变化，即此方法计算出的烟 温未考虑炉膛实时污染情况；（2)专利"燃煤锅炉炉膛出口烟气温度在线软测量系统"通过 所有对流受热面的热平衡计算获得炉膛出口烟气焓值，再根据烟气焓温关系推算炉膛出口 烟温，此方法缺陷在于其未考虑部分对流受热面（半辐射受热面）接收炉膛的直接辐射量， 故其炉膛出口烟温推算有一定误差；（3)专利"基于烟气能量平衡的炉膛出口烟温优化测 量方法"首先通过炉膛内辐射传热平衡计算出一个炉膛出口烟温?\，然后根据所有对流受 热面热平衡推算出另一个炉膛出口烟温Τ2，通过线性叠加方式T = aXI\+bXT2计算出炉膛 出口烟温T，此方法缺陷一是其炉膛传热平衡计算中水冷壁热有效系数取为定值，而此值实 际应根据炉膛结渣情况变化，二是其线性叠加系数a与b取值存在不确定性，故此方法准确 性有待进一步验证。
[0005] 因此，综上所述，目前炉膛出口烟温的软测量方法仍处于研究阶段，并没有大量应 用到实际中。
【发明内容】
[0006] 技术问题：本发明将针对现有炉膛出口烟温软测量方法的缺陷，提出一种基于炉 膛实时结渣情况的炉膛出口烟温软测量方法。此方法旨在无需另外增加锅炉测点，在炉膛 出口烟温的推算中同时考虑炉膛内实时结渣性，使软测量结果能更实时准确地反映炉膛出 口烟温的真实值，并同时提供炉膛内部实时结渣情况。
[0007] 技术方案：为了实现上述目的，本发明方法分为两个部分，数据采集部分和计算输 出部分，其中数据采集部分主要是采集入炉煤质数据、锅炉各受热面结构参数和锅炉能够 测量的实时运行参数；计算输出部分主要是通过联合炉膛及对流受热面的热平衡计算过 程，在计算中考虑反映炉膛结渣情况的水冷壁热有效系数可变（其越大表明水冷壁吸收辐 射能力越强，结渣较少；其越小表明水冷壁吸收辐射能力越差，结渣较严重；），从而计算出 炉膛出口烟温以及水冷壁热有效系数，并按时间分布做成曲线图呈现给运行人员，作为其 进行炉膛吹灰以及高温受热面减温水操作的直观数据参考（流程图见图1)。
[0008] 数据采集部分包括入炉煤质数据、锅炉各受热面结构参数和锅炉能够测量的实时 运行参数。其中入炉煤质数据通过煤质分析获得，如所烧煤样为掺混煤则还需要不同煤样 的配比；锅炉各受热面的结构参数是指炉膛和部分对流受热面（涉及热平衡计算的受热 面）的结构参数，通过锅炉使用说明书获得，需要炉膛实际传热面积、有效容积、计算高度、 上下排燃烧器布置高度差、燃烧器平均布置高度、出口烟窗面积；锅炉实时运行参数通过电 厂DCS系统采集，主要测点包括锅炉燃煤量、一次风占总风量比例、二次风占总风量比例、 一次风进出口风温、二次风进出口风温、部分对流受热面工质流量、进出口工质压力、进出 口工质温度、能够测得的最靠近炉膛的烟气温度。（上述测点均为锅炉中常用测点，无须再 加入测点，如部分电厂缺少一二次风量比例可用锅炉设计值代替）。
[0009] 计算输出部分主要包括炉膛和部分对流受热面联合传热计算，以及水冷壁热有效 系数和炉膛出口烟气温度的输出，具体有以下步骤（流程图见附图2):
[0010] 步骤1 :计算燃料带入炉内的有效热量、理论燃烧温度，辐射吸收减弱系数和火焰 综合黑度，为炉膛辐射传热计算作准备（涉及的烟气和空气焓温表通过煤质分析获得，此 为热力计算常识，不再赘述）：
[0011] (1)理论冷风焓
[0012] 理论热风焓
（此处的空气焓均由测点空气温
[0013] 度根据空气焓温表查取）；
[0014] 进入炉内空气热量：
[0015] 燃料带入炉内有效热量
[0016] (2)炉内有效热量即为理论燃烧温度Tth对应焓值，在获得ρ/后通过烟气焓温 表利用插值法查取Tth;
[0017] (3)烟气中灰分颗粒的质量浓度
[0018] 烟气中焦炭颗粒的容积浓度
[0019] 三原子气体减弱系数：
灰分减弱系数：
;:焦炭颗粒减弱系数
[0020] 辐射吸收减弱系数
[0021] (4)炉膛实际火焰黑度
[0022] 炉膛火焰综合黑度
[0023] 其中，息、4分别为理论的热空气焓和冷空气焓，kj/kg ;Ikl'，Ikl"分别为一次风 进出口空气焓，kj/kg ;IJ，Ik2"分别为二次风进出口空气焓，kj/kg ;gl，g2分别为一、二 次风流量占总空气流量的份额；Qk为随单位质量燃料带入炉内的空气（含漏风）的热量， kj/kg。化为单位质量燃料带入炉内的热量，通常等于燃料收到基低位发热量，kj/kg ;q3S 化学未完全燃烧热损失，％ ;q4为机械未完全燃烧热损失，％ ;q6为其他热损失，％ ; 为单位质量燃料带入炉内的有效热，kJ/kg;Tth为理论燃烧温度，K;kff为三原子气体减弱 系数，m ash μ ash为灰分颗粒减弱系数，m Sk rak μ ^为焦炭颗粒减弱系数，m SrH 20为水蒸 汽占烟气容积份额；r为水蒸汽和二氧化物（R20)之和占烟气容积份额；μ ash,n为烟气中灰 分颗粒的质量浓度，kg/kg ; yrak,v为烟气中焦炭颗粒的容积浓度，g/Nm3;dash为灰分颗粒的 平均粒径，ym(根据煤种查取）；drak为焦炭颗粒的平均粒径，μπι(根据煤种查取）；(："为 收到基碳元素 ，为收到基灰分，％;afa为飞灰系数；Gy为单位燃料燃烧产生烟气质 量，kg/kg ;Vy为单位燃料燃烧产生烟气体积，m3/kg ;q4为机械未完全燃烧损失，％ ;Vdaf为 干燥无灰基挥发份，％，ht为最上排燃烧器布置高度，m ;h un为最下排燃烧器布置高度，m ; ε 炉膛实际火焰黑度；ε syn为考虑了火焰辐射强度因介质吸收而减弱的火焰综合黑度； S为炉内辐射层有效厚度，m ;R为与炉膛截面等面积圆形的半径，m ;
[0024] 步骤2 :假设炉膛出口烟温Tf"进行炉膛传热计算，求出水冷壁热有效系数Φ :
[0025] (1)炉膛假想黑度