一种利用烟气压差法建立空预器清洁因子计算模型的方法及应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及热工自动化领域，具体地公开了一种利用烟气压差法建立空预器清洁 因子计算模型的方法。
【背景技术】
[0002] 我国以煤为主的能源结构导致大气污染物排放总量居高不下，区域性大气污染问 题日趋明显。氮氧化物作为主要污染物，已被列为重点约束性指标。长三角地区属于重点 控制区范围，根据最新《火电厂大气污染物排放标准》规定，火电行业燃煤机组自2014年7 月起，所有火力发电锅炉及燃气轮机氮氧化物执行新的排放限值：l〇〇mg/m 3。
[0003] 锅炉加装SCR脱硝装置后，空气预热器堵灰严重，锅炉尾部烟道烟气流速增加，省 煤器磨损加剧。尾部受热面积灰和结渣，不仅会降低受热面热效率，增加机组煤耗，由此引 发的塌灰、落渣还会对燃烧稳定产生严重影响，导致机组降负荷运行，严重时甚至停机。
[0004] 在脱硝锅炉运行中，准确监测受热面的结渣、积灰程度和发展趋势，并根据积灰结 渣的状况和运行需要，及时有效地采取吹灰清渣措施，显得十分重要。近年来，人工智能领 域研究空前活跃，国内外科研院所都开展了基于模糊系统、神经网络以及专家系统等智能 技术的灰污监测和智能吹灰系统的研究。清华大学开发了锅炉对流受热面积灰状态的在线 监测系统，已应用于太原第一热电厂11号炉，实现了受热面灰污状态在线监测；东南大学 周克毅教授等研究确定了锅炉积灰引起的热损失计算模型，并根据经济性确定最佳吹灰时 间周期间隔的方法，开发了电厂锅炉吹灰优化管理系统，在扬州第二电厂2号锅炉上实现 了积灰结渣在线监测和吹灰优化管理。华北电力大学（保定）的阎维平教授自1997年开 始承担国家电力公司重点科技项目，在国内率先进行了燃煤电站锅炉受热面污染监测理论 与实践的研究工作。华北电力大学（北京）的孙保民教授等人开发出以神经网络为核心的 锅炉吹灰实时监测系统，对锅炉受热面积灰、结渣进行在线监测。但到目前为止，各种锅炉 积灰结渣监测技术，都没有专门针对脱硝锅炉受热面积灰监测的实例。国外积灰结渣监测 技术在SCR脱硝锅炉应用也未见提及。
[0005] 空预器受热面沾污、积灰后，出口烟温提高，烟气流通截面变窄，烟速增加，烟气流 动阻力增大，因此可以用烟气流动阻力的变化来反映空预器积灰的严重程度。大型电站锅 炉广泛采用回转式空气预热器，由于其结构上的特点，比较容易积灰，但实际运行中空预器 积灰前后进出口压差变化明显。对于回转式空气预热器，其阻力主要是摩擦阻力，对于一般 的烟气动力计算，可以不考虑热交换的修正，按下式进行摩擦阻力计算，即：
[0007] 式中：P--烟气密度，Kg/m3;
[0008] O 烟气流速，m/s ;
[0009] AP--该段受热面压降，Pa;
[0010] I--烟道的长度，m;
[0011] d一一当量直径，m;
[0012] A--是摩擦阻力系数。
[0015] 受热面积灰程度、烟气流量和密度的变化都对烟气压差AP有影响，因而压差只 能反映流动阻力的大小，而不能代表积灰程度的变化。为了消除烟气流量和密度的变化对 烟气压差的影响，对公式（2)进行变换，导出如下式表述的，只与灰污程度有关的指标n :
[0017] 当锅炉受热面积灰程度加重时，阻力系数Z变大，烟道截面积A变小，积灰程度指 标n变大；反之，积灰程度指标n变小。该指标消除了烟气流量和密度的变化对烟气差压 的影响，可以近似认为仅是积灰程度的函数，因而它能间接反映受热面积灰状态。根据文献 (范从振.锅炉原理.[M].北京：中国电力出版社，1985)提供的方法，可导出下式：
[0019] 式（4)中K为常数；Bj为计算燃料量；GY、Vy以分别为烟气质量和烟气容积；T为 烟气温度，A P和T可以直接由DCS测点实时数据获得。
[0020] 为了便于对受热面积灰程度统一进行监测与比较，采用清洁因子CF来反映受热 面的积灰程度。
[0021] CF = n〇/n (5)
[0022] 其中，n。为受热面理想状态时的积灰指标，当CF等于1时，受热面处于理想的清 洁状态；CF小于1时，则受热面处于灰污状态，越小污染越严重。然而，由于空气预热器的 压差与流量的平方成正比，因此压差的变化在很大程度上受到流量的影响。直接利用压差 来计算清洁因子只能反映阻力的大小，而不能体现面积系数的变化。随着SCR技术在国内 机组中的大量推广，空气预热器堵灰严重的问题一直未得到有效解决，空气预热器专用吹 灰优化系统的开发迫在眉睫。
【发明内容】
[0023] 发明目的：为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种利用烟气压差法建立 空预器清洁因子计算模型的方法，该模型构建简单，所需参数均可通过电厂DCS直接检测 得到，提升了运算效率和成本。
[0024] 技术方案：为实现上述技术目的，本发明提出了一种利用烟气压差法建立空预器 清洁因子计算模型的方法，其特征在于，包括如下步骤：，
[0025] 步骤一：首先将在不同负荷和过量空气系数下的实际测量压力差折算到额定负荷 下的计算值，计算公式如下：
[0027] 其中，Apzs代表折算压差，单位Pa; Ap代表实测压差，单位Pa;a。代表标准状态 下烟气过量空气系数；a为实测的烟气过量空气系数；N。为额定电负荷，单位Mff ;N为实测 时电负荷，单位Mff ;
[0028] a按照下式进行计算：
[0029]
[0030]f (O2)为实测烟气中氧的体积分数，则实际空气预热器折算压差續2计算公式 为：
[0031]
[0032]步骤二：按照公式（3)计算理想状态下的折算压差Ap]，其中，所述的理想状态为 空预器完全洁净时的各参数的检测值；
[0033] 步骤三：计算空预器清洁因子，计算公式为：
[0035] 本发明进一步提出了上述方法在监测燃煤锅炉SCR脱硝系统空气预热器灰污状 况中的应用。
[0036] 在具体应用中，包括如下步骤：
[0037] 首先确定空预器临界清洁因子，计算公式为Cgin = CU A(TF. + ACF：
[0038] 其中，CSm是在考虑安全性和经济性综合的基础上得到的；〇^_是原临界清洁因 子；ACFs是考虑低温腐蚀及堵灰时对CFnil^调整值，其值为负；ACFe考虑安全性原则的前 提下对应与经济性原则时的CFnilJ^调整值，其值为正；
[0039] 然后比较计算的空预器清洁因子与确定的空预器临界清洁因子，当计算的空预器 清洁因子小于确定的空预器临界清洁因子时，对受热面进行吹灰，同时计算吹灰前后空预 器压差变化，寻找最佳吹灰周期最终实现尾部受热面的按需吹灰。
[0040] 在实际的监测过程中，优选地采取如下方案：
[0041] (1)监测机组运行过程中，尾部烟气中的NH4HSO4含量、飞灰含量、烟气温度、NH3浓 度，并且测算实时的SO2含量；
[0042] (2)记录不同順3逃逸率下，空气预热器的灰污阻力大小，如分别记录lppm、2ppm、 3ppm时的空预器灰污阻力大小，对空预器等尾部受热面的NH4HSO4浓度分布进行分析研究， 给出区域分布，为喷氨脱硝优化控制提供指导建议，根据NH4HSO4浓度分布