一种火电厂煤粉管道堵塞预警方法与流程

本发明涉及火力发电厂技术领域，尤其涉及一种火力发电厂煤粉管道堵塞预警方法。

背景技术：

火力发电厂通过磨煤机将原煤碾磨为煤粉，通过煤粉管道输送到锅炉炉膛进行燃烧，产生热量将给水加热到设计参数的蒸汽，蒸汽进入汽轮机，推动汽轮机转动，带动发电机转动，产生电力。

煤粉管道堵塞是火电厂易发的事故之一。煤粉管道堵塞会对锅炉燃烧带来不利影响，对运行调整带来较大困难。同时，如果煤粉管道堵塞发现不及时，煤粉在管道内堆积后会发生自燃，烧损管道，引发火灾事故，破坏现场设备，造成较大的损失。

目前火电厂没有可靠的堵管监测手段，虽然现有部分运行仪表能对堵管有相应反馈，但是与煤粉管道堵塞关联性不强，同时现场设备的常见正常运行调整也会造成相关表计的指示变化和波动，运行人员无法分辨其中的正常变化和异常变化，也无法建立识别事故的预警指标。现场煤粉管道堵塞经常是发生一段时间并且发生严重后果时才被运行人员发现。

技术实现要素：

本发明的实施例提供一种火电厂煤粉管道堵塞预警方法，能够对每套制粉系统产生独立的阻力特性系数判定指标，避免误发报警。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

步骤1，实时获取磨煤机的第一磨煤机系统阻力、第一磨煤机风量和第一磨煤机煤量，根据所述第一磨煤机系统阻力、所述第一磨煤机风量和所述第一磨煤机煤量确定磨煤机在该状态下的第一阻力特性系数；所述第一阻力特性系数正比于所述第一磨煤机系统阻力，且反比于所述第一磨煤机风量和所述第一磨煤机煤量的乘积；

步骤2，获取磨煤机煤粉管道正常状态下的第二阻力特性系数，以及磨煤机煤粉管道阻塞状态下的第三阻力特性系数；所述第一阻力特性系数由所述磨煤机正常状态下的磨煤机系统阻力、磨煤机风量和磨煤机煤量确定；所述第三阻力特性系数由所述磨煤机煤粉管道堵塞状态下的磨煤机系统阻力、磨煤机风量和磨煤机煤量确定；

步骤3，根据所述第一阻力特性系数、所述第二阻力特性系数和所述第三阻力特性系数，确定所述磨煤机煤粉管道是否发生堵塞；

若所述第一阻力特性系数在所述第二阻力特性系数的安全裕量范围内，则所述磨煤机处于正常状态；

若所述第一阻力特性系数在所述第三阻力特性系数的安全裕量范围内，则所述磨煤机处于煤粉管道阻塞状态。

本发明技术方案相比现有技术的优点为：

在煤粉管道堵塞故障发生的初期进行报警，指导运行人员及时处理故障，防止更大事故的发生；建立每套制粉系统独立的阻力特性系数判定指标；根据系统设备状况的变化，进行自主智能学习，产生自适应预警指标；综合考虑运行调整带来的正常参数变化，避免误发报警；仅需要在电厂现有设备的基础上就可以完成，没有硬件投资要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种火电厂煤粉管道堵塞预警方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的一种火电厂煤粉管道正常情况和煤粉管道阻塞情况下采集到的数据对比示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

煤粉管道内的煤粉依靠煤粉管道内的一次风携带，送至燃烧器并进入炉膛燃烧。煤粉在管道内由于重力作用将会自然沉积，当一次风携带能力小于煤粉沉积量时，就会发生煤粉管道堵塞。

一次风的携带能力主要受风量、风速的影响。煤粉自然沉积主要受煤粉量及煤粉比重的影响。当以下一个或者多个情况发生，制粉系统整体运行条件恶劣时，煤粉管道堵塞就可能发生。

(a)管道阻力增大、风速降低。

(b)水平管段较长、煤粉沉积情况较严重。

(c)煤粉颗粒较粗，比重较大。

一般磨煤机出口有4-5根煤粉管道，由于系统总是存在一定程度的不均匀性，煤粉管道堵塞首先发生在某一运行状况相对较差的煤粉管道，堵塞后原来通过此管道的风量分流到其它管道，然后其它煤粉管道风速相对变大，运行状况相对改善，系统将在某一煤粉管道堵塞的情况下相对稳定的继续运行。直到某些参数的较大变化被运行人员察觉或者煤粉自燃引起事故被运行人员发现。

煤粉管道堵塞发生时，都是先发于磨煤机出口某一单独管道，此时给煤量并不下降，风量也会由挡板的自动调节保持仍然与煤量匹配，系统可以在新的平衡状态下继续稳定运行，由于此时系统通流总面积减小，系统阻力将会相应增大。

调取已有不同电厂的多起煤粉管道堵塞事故的大量历史数据和其正常运行时的大量历史数据，汇总分析计算上文数学模型建立的特征指标，都可以看出事故状态和正常运行的明显差异。如图1所示，图中横坐标代表磨煤机入口风量与磨煤机煤量的乘积，纵坐标代表煤粉管道系统阻力，以某电厂一台磨煤机堵管前后大量数据为基础进行计算后绘制，可以明显观察到正常运行状况和煤粉管道堵塞时的数据点位于不同的区域，证明存在特性指标并且可以作为判断煤粉管道堵塞的技术手段。

本发明实施例提供一种火电厂煤粉管道堵塞预警方法，如图2所示，所述方法包括如下步骤：

步骤1，实时获取磨煤机的第一磨煤机系统阻力、第一磨煤机风量和第一磨煤机煤量，根据所述第一磨煤机系统阻力、所述第一磨煤机风量和所述第一磨煤机煤量确定磨煤机在该状态下的第一阻力特性系数；所述第一阻力特性系数正比于所述第一磨煤机系统阻力，且反比于所述第一磨煤机风量和所述第一磨煤机煤量的乘积；

步骤2，获取磨煤机煤粉管道正常状态下的第二阻力特性系数，以及磨煤机煤粉管道阻塞状态下的第三阻力特性系数；所述第二阻力特性系数由所述磨煤机正常状态下的磨煤机系统阻力、磨煤机风量和磨煤机煤量确定；所述第三阻力特性系数由所述磨煤机煤粉管道堵塞状态下的磨煤机系统阻力、磨煤机风量和磨煤机煤量确定；

步骤3，根据所述第一阻力特性系数、所述第二阻力特性系数和所述第三阻力特性系数，确定所述磨煤机煤粉管道是否发生堵塞；

若所述第一阻力特性系数在所述第二阻力特性系数的安全裕量范围内，则所述磨煤机处于正常状态；

若所述第一阻力特性系数在所述第三阻力特性系数的安全裕量范围内，则所述磨煤机处于煤粉管道阻塞状态。

步骤1中，实时获取磨煤机某一状态下的第一磨煤机系统阻力具体为：第一磨煤机系统阻力ΔP，ΔP＝P-P₀，P为磨煤机出口压力，P₀为炉膛压力。

步骤1中，所述第一阻力特性系数正比于所述第一磨煤机系统阻力，且反比于所述第一磨煤机风量和所述第一磨煤机煤量的乘积，具体为：β＝ΔP/(k_Q·Q)/(k_B·B)；

β代表煤粉管道第一阻力特性系数；ΔP代表第一磨煤机系统阻力；Q代表第一磨煤机风量，B代表第一磨煤机煤量；k_Q代表磨煤机风量修正系数；k_B代表磨煤机煤量修正系数。

步骤3中，所述第二阻力特性系数的安全裕量范围和所述第三阻力特性系数的安全裕量范围为：

计算所述第二阻力特性系数与所述第三阻力特性系数的阻力特性系数差值；

所述第二阻力特性系数的安全裕量范围从所述第二阻力特性系数减去所述阻力特性系数差值的20％到所述第二阻力特性系数加上所述阻力特性系数差值的20％。

所述第三阻力特性系数的安全裕量范围从所述第三阻力特性系数减去所述阻力特性系数差值的20％到所述第三阻力特性系数加上所述阻力特性系数差值的20％。

本发明实施例引入阻力特性系数的概念，阻力特性系数代表在特定系统内风量、煤量对系统阻力的影响程度。通过对阻力特性系数的监测实现煤粉管道堵塞早期预警的目的。

其中，阻力特性系数β＝f(ΔP，Q，B)；具体的，β＝ΔP/(k_Q·Q)/(kB·B)；

β代表煤粉管道阻力特性系数；ΔP代表系统阻力，单位为Pa；Q代表磨煤机风量(体积流量)，单位为m³/s，B代表磨煤机煤量，单位为t/h；k_Q代表风量修正系数；k_B代表煤量修正系数；

ΔP＝P-P0；其中，P代表磨煤机出口压力，单位为Pa，P0代表炉膛压力，单位为Pa；

Q＝D/ρ；其中，D代表磨煤机风量(质量流量)，单位为t/h，ρ代表磨煤机出口一次风密度，单位为kg/m³；

ρ＝f(T，P)；具体的，ρ＝P/R_gT；其中，P代表磨煤机出口压力，单位为Pa，T代表磨煤机出口温度，单位为K，R_g代表气体常数，单位为J·kg^-1·K^-1；

当系统正常运行时：

β’＝f(ΔP’，Q’，B’)

当煤粉管道堵塞发生时：

β”＝f(ΔP”，Q”，B”)

建立管道堵塞早期预警监测系统，实时分析煤粉管道阻力系数β，当β约等于β’时判断系统处于正常状态，当β≥β”时判断系统可能发生煤粉堵塞，进行报警。报警值可以设置为较保守数值，提供系统一定的安全裕量。

煤粉管道阻力系数具体计算过程按照流体力学经典理论及DL/T5145-2002《火力发电厂制粉系统设计计算技术规定》的计算方法确定，并且通过设备长期历史数据对计算结果进行核算和修正，保证煤粉管道阻力系数在特定系统的准确可靠。

本发明实施例提供的一种火电厂煤粉管道堵塞预警方法，不需要增加测试设备和数据采集及处理系统，直接利用现有表盘参数和DCS系统，增加分析软件和预警画面即可；且在煤粉管道堵塞故障发生的初期进行报警，指导运行人员及时处理故障，防止更大事故的发生；建立每套制粉系统独立的阻力特性系数判定指标；根据系统设备状况的变化，进行自主智能学习，产生自适应预警指标；综合考虑运行调整带来的正常参数变化，避免误发报警；仅需要在电厂现有设备的基础上就可以完成，没有硬件投资要求。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。