一种锅炉吹灰优化系统及其优化方法与流程

本发明涉及锅炉吹灰技术领域，特别涉及一种锅炉吹灰优化系统及其优化方法。

背景技术：

在国家政策对节能减排要求日益提高的今天，各发电企业面对煤炭价格持续上涨、排放指标更加严苛等多重压力，盈利空间被不断压缩，因此不断挖潜增效成为我们迫切的需求。锅炉作为电厂能量损失的大户，在运行调整中提高其热效率、降低发电煤耗成为提高企业经济效益的重要手段。

锅炉受热面积灰结渣，不仅会降低传热效率，造成排烟热损失增大，还会对受热面造成腐蚀，降低设备使用寿命，极大的影响了机组安全经济运行，为此运行中必须对受热面的灰污进行有效清理。但是，由于吹灰蒸汽品质差、吹灰系统故障或者吹灰方式不当等诸多原因，空预器严重堵塞造成机组被迫停运、吹灰器故障吹漏水冷壁造成事故停炉等事故屡有发生，炉膛受热面吹灰方式亟待优化。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种锅炉吹灰优化系统及其优化方法，利用已有DCS系统采集的数据，建立不同传热方式下的积灰监测分析模型，通过数据分析结果指导吹灰器优化运行方式，对现行吹会方式进行定量分析，提出改进方案，力争以最少的吹灰成本取得最多的收益，最终达到节能降耗、提高机组安全性、经济性的目的，以解决现有技术中导致的上述多项缺陷。

为实现上述目的，本发明提供以下的技术方案：一种锅炉吹灰优化系统，包括DCS系统和监测系统，所述DCS系统和监测系统通讯连接，所述监测系统包括基于辐射方式的水冷壁积灰监测模块、基于对流方式的水平烟道换热面积灰监测模块和空气预热器积灰监测模块。

一种锅炉吹灰优化系统的优化方法，包括以下步骤：

1）基于辐射方式的水冷壁积灰监测模块，建立基于辐射方式的水冷壁积灰监测模型；

2）基于对流方式的水平烟道换热面积灰监测模块，建立基于对流方式的水平烟道换热面积灰监测模型；

3）空气预热器积灰监测模块，建立基于差压计算的空气预热器积灰监测模型；

4）DCS系统采集监测的数据信息，对监测结果综合分析。

优选的，所述步骤1）具体是，采用炉膛出口烟温作为主要参数间接监测炉膛污染，

根据古尔维奇计算关联式：

（1）

其中，为理论燃烧温度，℃；为玻尔兹曼常数5.67×，为炉膛黑度，是一个表示火焰有效辐射的假想黑度；为炉膛面积，为保热系数；为计算燃料量，t/h；为燃烧产物的平均热容，m^3/kg，M为表征炉膛火焰中心位置的参数；

因为：

（2）

其中x为炉膛平均角系数，为炉膛内平均污染系数；

根据（1）（2）式可以推导出：

（3）

为炉膛内平均污染系数，可表征炉膛的平均污染程度，值越大表示炉膛积灰结渣轻，炉膛换热效果好。

优选的，所述步骤2）具体是，利用热平衡计算原理，在已知受热面出口烟温，工质侧进、出口参数的基础上，分别由工质侧和烟气侧的热平衡方程式（4）、（5），计算该受热面的进口烟温。再根据传热方程（6），计算该工况下该受热面的实际传热系数Ksj；

(4)

(5)

(6)

(7)

以上各式中式中，h′为受热面进口蒸汽焓，kJ/kg；h″为受热面出口的蒸汽焓，kJ/kg；H′为受热面进口烟气焓，kJ/kg；H″为受热面出口烟气焓，kJ/kg；为减温水焓，kJ/kg；为计算燃料消耗量，kJ/h；为保热系数；为漏风系数；为理论冷空气焓，kJ/kg；Ksj是实际传热系数，；△t，传热温差，℃；A，计算对流受热面积，m²；

系统根据热力计算标准计算得到受热面理想传热系数，根据在线监测数据计算得到受热面实际传热系数Ksj，定义受热面的污染倍率CW为:

(8)

污染倍率的大小反映受热面的污染程度，越接近于1表明受热面越清洁，数值越大表明受热面积灰程度越严重；

优选的，所述步骤3）具体是，根据流体力学基本原理，分析比较回转式空气预热器进出口烟气压差的变化，并对不同工况下的空预器差压折算到标准工况下，从烟气流动阻力的角度出发研究锅炉运行中空气预热器的积灰严重程度；

根据空预器前后差压通用表达式为:

(9)

其中z为通用阻力系数;w为空预器烟气量；

在煤质变化不大的情况，流过空气预热器的烟气量主要受锅炉负荷和

烟气含氧量变化的影响,可以得出折算后空预器差压；

（10）

其中，、分别表示折算压差和实测压差，Pa；、分别

表示标准状态下和实测的空预器出口烟气过量空气系数；、分表表示额定锅炉负荷和当时锅炉负荷，T/H；

在实时采集的热力参数中，锅炉负荷与机组负荷（MW)成正比，即，其中、分别表示额定负荷和实测负荷；而过量空气系数可以通过实测含氧量通过公式计算得来；

现定义实际折算差压与理想状态下折算差压为空预器换热面污染倍率，其计算公式为：

（11）

污染倍率的大小反映受热面的污染程度，越接近于1表明受热面越清洁，数值越大表明空预器受热面积灰程度越严重。

采用以上技术方案的有益效果是：建立基于DCS控制系统的自动吹灰决策建议系统，通过与DCS相应服务器通讯，实时计算分析出各受热面的污染倍率，通过进一步实验得出污染倍率高限值，并在高限值时通过光字牌提醒或者实现自动吹灰命令，有效指导实际运行中的吹灰工作。

附图说明

图1是本发明的原理框图；

图2为吹灰前后水冷壁污染系数变化情况图；

图3为吹灰前后过热器污染倍率的变化情况图；

图4为吹灰前后再热器污染倍率的变化情况图；

图5为吹灰前后空预器污染倍率的变化情况图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的优选实施方式。

图1出示本发明的具体实施方式：一种锅炉吹灰优化系统，包括DCS系统和监测系统，所述DCS系统和监测系统通讯连接，所述监测系统包括基于辐射方式的水冷壁积灰监测模块、基于对流方式的水平烟道换热面积灰监测模块和空气预热器积灰监测模块。

一种锅炉吹灰优化系统的优化方法，包括以下步骤：

1）基于辐射方式的水冷壁积灰监测模块，建立基于辐射方式的水冷壁积灰监测模型；

2）基于对流方式的水平烟道换热面积灰监测模块，建立基于对流方式的水平烟道换热面积灰监测模型；

3）空气预热器积灰监测模块，建立基于差压计算的空气预热器积灰监测模型；

4）DCS系统采集监测的数据信息，对监测结果综合分析。

本实施例中，所述步骤1）具体是，采用炉膛出口烟温作为主要参数间接监测炉膛污染，

根据古尔维奇计算关联式：

（1）

其中，为理论燃烧温度，℃；为玻尔兹曼常数5.67×，为炉膛黑度，是一个表示火焰有效辐射的假想黑度；为炉膛面积，为保热系数；为计算燃料量，t/h；为燃烧产物的平均热容，m^3/kg，M为表征炉膛火焰中心位置的参数；

因为：

（2）

其中x为炉膛平均角系数，为炉膛内平均污染系数；

根据（1）（2）式可以推导出：

（3）

为炉膛内平均污染系数，可表征炉膛的平均污染程度，值越大表示炉膛积灰结渣轻，炉膛换热效果好。

本实施例中，所述步骤2）具体是，利用热平衡计算原理，在已知受热面出口烟温，工质侧进、出口参数的基础上，分别由工质侧和烟气侧的热平衡方程式（4）、（5），计算该受热面的进口烟温。再根据传热方程（6），计算该工况下该受热面的实际传热系数Ksj；

(4)

(5)

(6)

(7)

以上各式中式中，h′为受热面进口蒸汽焓，kJ/kg；h″为受热面出口的蒸汽焓，kJ/kg；H′为受热面进口烟气焓，kJ/kg；H″为受热面出口烟气焓，kJ/kg；为减温水焓，kJ/kg；为计算燃料消耗量，kJ/h；为保热系数；为漏风系数；为理论冷空气焓，kJ/kg；Ksj是实际传热系数，；△t，传热温差，℃；A，计算对流受热面积，m²；

系统根据热力计算标准计算得到受热面理想传热系数，根据在线监测数据计算得到受热面实际传热系数Ksj，定义受热面的污染倍率CW为:

(8)

污染倍率的大小反映受热面的污染程度，越接近于1表明受热面越清洁，数值越大表明受热面积灰程度越严重；

本实施例中，所述步骤3）具体是，根据流体力学基本原理，分析比较回转式空气预热器进出口烟气压差的变化，并对不同工况下的空预器差压折算到标准工况下，从烟气流动阻力的角度出发研究锅炉运行中空气预热器的积灰严重程度；

根据空预器前后差压通用表达式为:

(9)

其中z为通用阻力系数;w为空预器烟气量；

在煤质变化不大的情况，流过空气预热器的烟气量主要受锅炉负荷和烟气含氧量变化的影响,可以得出折算后空预器差压；

（10）

其中，、分别表示折算压差和实测压差，Pa；、分别表示标准状态下和实测的空预器出口烟气过量空气系数；、分表表示额定锅炉负荷和当时锅炉负荷，T/H；

在实时采集的热力参数中，锅炉负荷与机组负荷（MW)成正比，即，其中、分别表示额定负荷和实测负荷；而过量空气系数可以通过实测含氧量通过公式计算得来；

现定义实际折算差压与理想状态下折算差压为空预器换热面污染倍率，其计算公式为：

（11）

污染倍率的大小反映受热面的污染程度，越接近于1表明受热面越清洁，数值越大表明空预器受热面积灰程度越严重。

2016年9月26日，对灞桥热电厂1号机组8：00至20：00内以现行吹灰方式的数据进行分析，经过计算得到水冷壁（对应短吹）、水平烟道受热面（对应长吹）的及空预器（对应空预器吹灰）的实时污染倍率，其中8：00至13：00间机组负荷维持在240MW，14：30至20：00负荷降低至160MW，在8：50、9：50先后对炉膛和过热器（再热器）进行一次吹灰，12：02、16：20先后两次进行空预器吹灰；

图2为吹灰前后水冷壁污染系数变化情况图，由图2可知，锅炉负荷维持稳定的情况下，炉膛吹灰前后水冷壁污染系数有明显变化，吹灰后能维持较长时间的洁净状态，过热器一级减温水量在吹灰后有小幅度下降，但随摆角的变化减温水量变化较大，由于涉及过程较为复杂，本文未能建立有效模型，但从不同稳定负荷下水冷壁污染系数基本稳定可见，水冷壁污染系数仍能从一定程度反应炉膛灰污情况，短吹结束后水冷壁灰污积累较快，实际运行中可适当增加短吹投入次数。

图3为吹灰前后过热器整体污染倍率的变化情况图，由图3可见，相对稳定工况下，由于烟气有一定流速，烟气自吹扫使得锅炉受热面有一定的自净能力，在一段时间内污染倍率能维持某个值附近波动，直到工况改变（如机组负荷波动、磨煤机运行方式变化、煤质变化等）经过一段时间又达到一个新的平衡。在经过长吹灰枪吹扫后，过热器整体污染倍率有较为明显的下降，吹扫完成后污染倍率又快速恢复到略低于吹扫前水平，并呈缓慢增大趋势，可见过热器受热面污染速度较快，应当适当增加该处吹灰频率。在进行炉膛吹灰和空预器吹灰时，过热器整体污染倍率未见明显变化，可见实际运行过程中，对沿烟气方向上侧和下侧部位进行吹灰，对该部位自身积灰情况并无明显影响，因此长吹、短吹及空预器吹灰无需按照烟气流程进行吹扫，当某一个受热面污染倍率到达限值时，可以有选择性的按需进行吹灰。

图4为吹灰前后再热器污染倍率的变化情况图，在剔除热工参数动态变化及测量误差后，由图4可见，总体上污染倍率的变化情况与真实情况基本吻合。相比过热器整体污染倍率，再热器污染倍率变化幅值较小，再热器污染倍率仅在约0.3的范围内变化，可见吹灰对再热器的清洁效果相对较弱。吹扫后，再热器的污染倍率维持较低水平时间较过热器长三到四倍，可见再热器处积灰情况较轻，可适当降低吹扫频率。对比前后两个负荷下的污染倍率（过热器与此结论相同）可见，负荷较高时，再热器（过热器）的污染倍率相对较低，这是由于低负荷炉膛火焰充满度不好容易造成烟气偏斜，而且随着负荷的增加，烟气流速随之上升，使得积灰得到更好的自吹扫作用，从而使得污染倍率有一定的降低，因此在低负荷时，应加强对受热面吹灰。

图5为空预器吹到前后污染倍率变化情况图，由图5可见，先后两次吹灰后空预器污染倍率均有小幅度下降，而吹灰后污染倍率增长速度较慢，在很长时间能维持较为洁净的状态，因此可以适当降低吹灰频率，将现有一天两次吹灰变为一天一次甚至两只三天一次。在低负荷时，空预器污染倍率略有下降，虽然低负荷烟气流速降低，但烟气流量降低，氧量增大导致漏风系数增大，致使积灰可能性降低，因此在低负荷时可适当降低空预器的吹灰频率。

基于上述，本发明的一种锅炉吹灰优化方法及其优化方法，建立基于DCS控制系统的自动吹灰决策建议系统，通过与DCS相应服务器通讯，实时计算分析出各受热面的污染倍率，通过进一步实验得出污染倍率高限值，并在高限值时通过光字牌提醒或者实现自动吹灰命令，有效指导实际运行中的吹灰工作。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。