（控制理论与控制工程专业论文）电站锅炉吹灰优化方案的研究.pdf

j 一 l i i i iiiii i ii ii ii ii i iiii y 17 8 5 9 5 9 声明尸明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文电站锅炉吹灰优化方案的研究，是 本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成 果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学或其他教育机构的学位或证书而使 用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说 明并表示了谢意。 学位论文作者签名 附2 旋 日 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保管、 并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或其它复制手 段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为 目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学 位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名：舭 日期：峰必 导师签名：弛 日 期：华f 2 ：毋 _ j l 华北电力大学硕士学位论文摘要 摘要 目前漳山电厂受热面的吹灰仍然是定时吹灰，由于受热面的灰污增长速度 是不相同的，所以各个受热面的灰污程度也是不相同的。定时吹灰会造成有些 受热面污染不严重就开始吹灰，会浪费大量的吹灰介质；有些受热面污染很严 重还没有进行吹灰，则可能会造成事故的发生。本文针对漳山电厂吹灰的弊端， 建立了各个受热面的灰污监测模型，用污染率表示各个受热面的污染程度：分 析了影响积灰结渣的几个关键因素：最后考虑到污染率和影响积灰的因素，提 出了合理的吹灰方案，对于优化锅炉吹灰系统的运行具有指导作用。 关键词：积灰，结渣，锅炉，优化吹灰 a bs t r a c t a tp r e s e n t , t h es o o t - b l o w i n go fh e a t i n gs u r f a c e si ss t i l lt i m e di nz h a n g s h a np o w e rp l a n t d u et ot h ef o u l i n gi n c r e a s i n gr a t eo fh e a t i n gs u r f a c e si sd i f f e r e n t , s 0t h ef o u l i n ge x t e n to f h e a t i n gs u r f a c e si sn o tt h es a m e t h et i m e ds o o t - b l o w i n gm i g h tb r i n go n t h a tw h e nt h ef o u l i n g o fs o m eh e a t i n gs u r f a c ei sn o ts e r i o u s ，i tb e g i nt os o o t b l o wa n dal o to fs o o t - b l o w i n g m e d i n u mw i l lb ea w a s t e d w h e nt h ef l o u l i n gi sv e r ys e r i o u s ，b u tt h es o o t - b l o w i n gi sn o t c a r r i e do n , i tm a yc a u s ea c c i d e n t a i m i n ga tt h ed e f e c to ft h es o o t - b l o w i n gi nz h a n g s h a n p o w e rp l a n t , t h ef o u l i n gm o n i t o r i n gm o d e lo fe a c hh e a t i n gs u r f a c e i se s t a b l i s h e di nt h i sp a p e r t h ef o u l i n gf a c t o rw i l ls h o wt h ef o u l i n ge x t e n to fe a c hh e a t i n gs u r f a c e t h es e v e r a lk e y f a c t o r sa r ea n a l y z e dw h i c hm a yh a v ee f f e c to nt h ef o u l i n ga n ds l a g g i n g f i n a l l y , c o n s i d e r i n g t h ef o u l i n gf a c t o ra n dt h ee 黝i n gf a c t o r s ，t h er e a s o n a b l es o o t - b l o w i n gp r o j e c ti sp r e s e n t e d , w h i c hw o u l dh a v eag u i d ef o rt h eo p t i m i z i n go ft h eb o i l e rs o o t - b l o w i n gs y s t e m l uh o n g b o ( c o n t r o lt h e o r ya n dc o n t r o le n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f s u j i e k e yw o r d s ：f o u l i n g ，s l a g g i n g ，b o i l e r , s o o t b l o w i n go p t i m i z a t i o n 。 华北电力大学硕士学位论文目录 目录 中文摘要、 英文摘要 第一章绪论1 1 1 引言1 1 2 积灰、结渣对锅炉的影响j 2 1 3 吹灰优化的概念及建立灰污监测系统必要性3 1 4 国内外火电厂优化吹灰系统的发展现状3 1 5 目前存在的问题5 1 6 课题的研究内容6 第二章燃煤电站锅炉受热面灰污监测模型8 2 1 各受热面监测模型8 2 1 1 对流受热面灰污监测模型8 2 1 2 回转式空气预热器灰污监测模型1 1 2 1 3 炉膛灰污监测模型1 2 2 2 各受热面污染率计算流程r 1 3 2 2 1 对流受热面污染率计算流程1 3 2 2 2 炉膛污染率计算流程1 5 2 2 3 空预器污染率计算流程1 5 2 3 本章小结1 6 第三章监测结果与灰污影响因素分析1 7 3 1 监测对象的介绍1 7 3 1 1 设计参数1 7 3 1 2 煤质资料1 8 3 1 3 锅炉总体简介1 9 3 1 4 吹灰系统简介1 9 3 1 5 理想传热系数的确定2 0 3 2 受热面监测结果2 l 3 2 1 对流受热面灰污变化趋势2 1 3 2 2 炉膛灰污变化趋势2 4 3 2 3 空预器灰污变化趋势2 4 华北电力大学硕士学位论文目录 3 3 影响受热面积灰状态的因素分析2 5 3 3 1 负荷对对流受热面污染率的影响2 5 3 3 2 受热面布置随积灰变化情况2 7 3 3 3 烟气中氧含量对积灰的影响：2 7 3 3 4 积灰对烟气温度的影响2 9 3 3 5 煤质对积灰和结渣的影响3 0 3 3 6 影响受热面积灰其他方面的因素3 2 3 4 本章小结3 3 第四章优化吹灰方案的研究3 4 4 1 吹灰模型的优化3 4 4 1 1 受热面灰污增长预测的基本模型3 4 4 1 2 灰污增长模型中a 、c 的确定3 6 4 1 3 吹灰器的能量消耗3 6 4 1 4 吹灰频率的确定3 6 4 1 5 临界污染率的确定3 8 4 2 吹灰模式的优化3 8 4 3 控制合理的运行参数4 0 4 3 1 加强燃料的管理4 0 4 3 2 保持合适的过量空气系数j 4 l 4 3 3 控制合理的含硫量与壁温4 2 4 3 4 控制合理的排烟温度4 2 4 3 5 控制合理的烟气流速4 3 4 3 6 提高吹灰器投用率和加强运行管理4 3 4 4 本章小结4 4 第五章灰污监测的软件实现4 5 5 1 程序功能模块实现示意图4 5 5 1 1 计算平台的应用4 5 5 2 优化吹灰系统的主界面4 7 5 2 2 受热面灰污监测模块4 7 5 3 本章小结5 0 第六章结论与展望5 l h 华北电力大学硕士学位论文目录 参考文献5 2 致谢5 5 在学期间发表的学术论文和参加科研情况5 6 i i i 华北电力大学硕士学位论文 1 1 引言 第一章绪论 据统计，2 0 0 4 年全国发电总量约为1 9 0 0 0 多亿千瓦时，火电比例约占8 2 【。 目前，国内发电厂为了降低发电成本，对于大机组大多燃用煤种都属于易结渣煤， 加之我国电厂燃用煤煤质多变，经常偏离设计值较大，锅炉受热面都存在不同程度 的结渣和积灰。虽然锅炉在设计的过程中，已经考虑了结渣和积灰造成的影响，但 是严重的结渣和积灰会给锅炉的安全经济运行造成很大的影响。 结渣是在锅炉烟气侧受热面出现的严重影响锅炉正常运行的故障现象。结渣的 形态主要是粘稠或熔融的沉淀物形式，多出现在辐射受热面上，如水冷壁、水排管、 防渣管、过热器管排等【2 1 。当烟气温度高于灰分的软化温度时，灰分熔化成液态， 粘结在受热面上，形成结渣；在更高的烟气温度下，灰分挥发成气态，然后在较冷 的水冷壁、过热器或再热器管面上凝结，并与飞灰相结合一起沉积于管子上，形成 积灰【。 积灰是指温度低于灰熔点的灰粒在受热面上的沉积，可分为高温灰沉积和低温 灰沉积两种类型。前者的形成需要温度处于灰粒变形温度下的某一范围内，这类沉 积多发生于屏式再热器、屏式过热器、末级再热器、末级过热器、低温过热器等对 流受热面上；后者则主要出现在温度可能低于酸露点的管壁上，如省煤器和空气预 热器，它是由酸液与飞灰凝聚而成。 受热面的结渣和积灰都影响锅炉的正常运行，与清洁状况相比，受到污染后锅 炉效率将降低1 2 5 ，排烟温度升高十几度1 3 l 。积灰和结渣不仅使受热面吸热能 力降低，而且还会引起受热面温度过高，导致受热面金属超温、高温腐蚀，甚至管 排爆漏。此外，较大的渣块的坠落，重则导致降负荷甚至意外停炉。 故预防和减轻电厂锅炉受热面积灰结渣是确保机组安全经济运行的重大问题 之一。 目前锅炉运行中传统的吹灰方法都是定期的吹灰，这种吹灰方式虽然起了一定 的作用，但是由于积灰速度是与预测的有一定的差距，从而造成吹灰不足或过于频 繁，锅炉出现严重的积灰和结渣或者浪费了大量的吹灰介质，严重影响了锅炉的安 全经济运行。 因此，研究受热面灰污状态的实时监测并制定经济合理的优化吹灰策略，指导 优化吹灰清渣是十分必要的，越来越受到电力行业的重视。 华北电力大学硕士学位论文 1 2 积灰、结渣对锅炉的影响 由于锅炉积灰与结渣，需要经常停炉检修，不但在发电量上带来很大的损失， 而且要增加大量的维修费用，如清渣、更换炉管等所需费用。据国外估计，5 0 0 m w 机组每停运一天就要损失1 0 万美元以上，美国每年因锅炉受热面灰污带来的各种经 济损失总和达2 0 1 0 0 亿美元；我国有研究表明，长期不吹灰，灰沉积使中等容量锅 炉( 2 0 0 m w ) 排烟温度升高1 5 1 8 ，锅炉效率降低0 9 1 2 ，据保守估计，以 全国2 0 0 台3 0 0 m w 火电机组计，仅由积灰引起每年多耗煤1 4 0 0 万吨以上，折合人民 $ 2 5 亿元以上【4 l 。 受热面结渣与积灰会对锅炉造成以下几个方面的影响：第一、受热面积灰与结 渣对锅炉的影响。燃煤电站锅炉受热面的积灰与结渣使传热热阻和烟道通风阻力增 加，影响锅炉的正常运行，降低锅炉热效率并增加机组煤耗，严重时将导致机组降 负荷运行或停机，甚至酿成重大事故。第二、灰污对锅炉效率的影响。根据美国有 关方面的粗略估计，在有效控制灰沉积的条件下，如热流损失减少1 ，则可用率提 高1 ；而对于一台燃用易积灰褐煤的5 0 0 m w 锅炉，仅灰沉积一项所造成的损失就 可达到8 0 0 万美元年。因此，对受热面结渣、积灰的影响也应给予高度重视。第三、 灰污对设备和运行的影响。锅炉受热面的积灰和结渣，导致烟气温度升高，致使受 热面的腐蚀加剧。我国由于燃用煤种较国外恶劣，问题更为严重。我国电站锅炉受 热面“四管”因积灰、腐蚀和磨损泄漏爆管的问题十分严重，据统计“四管”事故占锅 炉临检事故的2 3 左右，其中磨损引起爆管是最为严重的。第四、灰污对运行安全性 的影响。锅炉受热面的严重结渣和积灰还可能诱发运行事故，导致设备损坏，甚至 造成人员伤亡当炉膛水冷壁上部有大渣块形成时，在自重和炉内压力波动 扰动的作用下，大渣块会突然掉落。如果渣块足够大，对炉底冷灰斗的动态 将非常大，有可能损坏设备。渣块掉落在冷灰斗上，还会使水冷壁产生振动 更多的落渣。由于炉内结渣的温度很高，渣块的热容较大，短时间内大量炽 落入渣池，蒸发大量水蒸气，会导致炉内压力的大幅度波动。压力波动超过 制时，会引发燃烧保护系统误动，切断燃料投放，导致锅炉灭火或停炉。 目前，在各种减少积灰与结渣的技术措施中，运行中带负荷对受热面进 是一种避免严重积灰或结渣的十分有效和必要的技术措施。但是，无论是空 蒸汽吹灰，甚至声波吹灰都要消耗大量的能量。不适当的频繁吹灰会因磨蚀 力对受热面造成损坏，缩短受热面的寿命，同时也增加了吹灰装置的维修费 会造成短时间的烟尘排放超标，可能会招致处罚。所以，锅炉运行中，应尽 准确监测炉内结渣积灰的程度和发展趋势，并根据积灰结渣的状况和运行需 时有效地采取吹灰清渣措施。 2 华北电力大学硕士学位论文 1 3 吹灰优化的概念及建立灰污监测系统必要性 由于受热面的积灰结渣会降低炉内受热面的传热能力，炉膛出口烟温相应提 高，引起过热器的积灰和腐蚀。积灰会使省煤器，空气预热器堵塞，排烟温度升高， 降低锅炉运行经济性。此外积灰结渣还会导致检修费用增加，高温腐蚀和管道泄露 等其他事故的发生。因此电站锅炉多采用吹灰器清洁受热面，以提高锅炉安全性和 经济性吹灰器的运作是用一定量的介质消耗来换取受热面的清洁，因而其运作本 身要消耗一定的成本。如果不及时吹灰，虽然降低了吹灰器消耗的能量，但是由于 受热面受到污染将导致锅炉效率减低。如果吹灰过于频繁，虽然保证了受热面的清 洁，提高了锅炉的传热效率，但是吹灰器消耗的热量也增加了。此外还有安全性的 考虑，过于频繁将破坏管壁外的氧化膜保护层，使磨损加大。吹灰不及时将使受热 面表面温度升高，导致高温腐蚀。据报道国外某2 2 0 t h 页岩炉，平均每昼夜吹灰1 8 2 0 次，吹灰器附近管子磨损2 m m a i 五引。 在安全的前提下，吹灰器的运作必定有一个经济平衡点，目前在电厂中，吹灰 器的运作大多是定时定量的或由运行人员根据经验进行吹扫受热面，很难找到经济 平衡点。故从经济的角度考虑，对吹灰器的运作加以优化显的尤为重要。用计算机 的监测状态代替运行人员的经验判断，在安全性的前提下，根据经济性的原则，用 不定时的动态调度代替定时吹灰。由计算机根据实时参数进行判断，何时吹灰，吹 扫哪块受热面，投运几个吹灰器就成了吹灰优化的核心。 在电站锅炉中，炉膛与大屏过热器的结焦严重时可达几顿至几十吨，一旦坠落， 轻则灭火，重则导致锅炉爆炸，甚至人员伤亡等恶性事件。为了减少灰污对锅炉的 危害，在实际运行中使用吹灰器来清除受热面上的灰污染。然而随着时间的发展， 对吹灰器的调度越来越高，不仅保证机组的安全性，而且要具有良好的经济性。为 了对吹灰器进行优化，必须知道当前的灰污状况，才能有效的进行吹灰。这就要求 在进行吹灰之前首先建立灰污监测系统，能够提供受热面的污染状况。 1 4 国内外火电厂优化吹灰系统的发展现状 目前，我国锅炉积灰、结渣等问题没有有效的解决措施。吹灰系统投用率也比 较低，甚至会停用。不但不能提高电厂的经济效益，甚至还浪费了大量的资金。而 国外一些工业发达国家很早就十分重视燃煤电站锅炉结渣积灰原理、监测和优化吹 灰技术的开发和应用，并已经在某些大型燃煤电站锅炉上进行了实施，取得了一定 的成果，提高了锅炉的安全性和经济性。国内对优化吹灰的研究起步较晚，有关研 究单位在研究过程当中，借鉴了国外的研究经验，也已将该技术应用于实际中1 6 l 。 近年来，在国外，人工智能已经在电站锅炉受热面灰污监测中得到广泛的应用。 如t h eb a b c o c k & w i l c o xc o m p a n y ( b w ) 公司的s o o tb l o w e ro p t i m i z a t i o n 系统【7 】、 3 华北电力大学硕士学位论文 b m si n t e r n a t i o n a ll t d 公司的i n t e l l i g e n ts o o tb l o w e rc o n t r o ls y s t e m sf o re f f i c i e n t p o w e rg e n e r a t i o n 系统【8 】等。国外的系统主要是采用了热平衡法对受热面进行传热计 算，然后根据热量的变化情况推断受热面积灰的情况，间接地监测锅炉受热面积灰。 瑞士a b b 公司产品o p t i m a x 中的锅炉清洁( b o i l e rc l e a n l i n e s s ) 模块能在线计 算每个受热面入口的烟气温度以及锅炉受热面的清洁因子，并将该计算结果用于锅 炉的吹灰程序中i 引。该模块还以图形界面显示各受热面吹灰效果和灰污状况，直观 地给予运行人员吹灰指导建议。加拿大能源技术研究中心c a n m e t 开发了积灰监 测系统a m s ，于1 9 9 4 年在e p c o r 电厂投入使用。之后该中心又开发了o p gs y s t e m ， 在l a m b t o n 的躬机组上运行【加】。 德国s t a u d i n g e r 电厂栖机组上安装了保持受热面清洁的新型锅炉诊断系统【l l 】。 这一系统依靠现有数据采集系统d a s 在线采集运行参数，由分段热平衡计算得出受 热面的实际换热系数，由传热计算得出无灰污时的理想换热系数，比较二者得出表 征受热面灰污程度的污染系数。该系统利用计算出的污染系数实现吹灰器的优化控 制1 1 甜。 美国h o n e y w e l l 公司于二十世纪九十年代开始对燃煤电站吹灰影响的数据分 析，利用神经网络对炉膛结渣和对流受热面积灰进行灰污建模，描述灰污动态特性 以优化吹灰周期，并利用p c a 等数学分析方法发现影响电站性能的主要因素1 1 3 j 。 另外，德国斯递亚克电力公司的s r 4 是德国的运行优化管理系统s i e n e r g y 中的 机组效率分析优化模块。s r 4 对锅炉受热面进行传热效率计算，如果炉膛区域受热面 积灰，会使炉膛的热交换后移，引起减温水量、排烟温度等发生变化【3 l 。该系统可实 时、动态地指导工人操作，使设备在最优化情况下运行。国外在建设电厂时会综合考 虑各方面的条件，如环境，负荷、电厂投资回收年限等，然后进行电厂的最优化设计； 在控制系统方面进行多目标优化设计和改进，在负荷预测、分配和调度优化方面做了 较深入的研究。另外在机组快速启动优化方面也做了较深入的研究，已有较成熟的优 化模型和程序【1 4 】【1 5 1 。 北爱尔兰的q u e e n 大学早期对灰污染监测和吹灰周期进行研究，现阶段主要致 力于吹灰对炉内能量分布和热力循环效率影响的角度对吹灰进行优化【1 6 l 【1 7 j 。 美国能源研究中心( e n e r g yr e s e a r c hc e n t e r ) 通过使用热平衡计算，获得锅炉 各个受热面进出口烟气温度，然后确定锅炉各受热面的吸热量、传热系数，最终计 算得到各受热面的污染程度。又从如何优化吹灰才能减少锅炉烟气污染物的排放并 改善机组性能，指出制定吹灰策略的关键在于确定锅炉各个部位的吹扫时间间隔。 最终寻求n o x 排放、蒸汽温度波动、机组热耗率以及其它( 诸如烟尘排放、管子寿 命、蒸汽能量损耗) 考虑因素的一种均衡，以指导优化吹灰【1 7 1 1 1 8 j 。 国内的研究起步相对较晚，自上个世纪末，华北电力大学、东南大学、清华大 学、浙江大学、华中科技大学等高校相继开展了这方面的工作，至今已取得了一定 4 华北电力大学硕士学位论文 的研究成果，将一些智能控制方法用于吹灰监测系统。一些受热面的灰污监测系统 现已投入使用。近年来，我国建成投产的3 0 0 m w 及以上的大型电厂锅炉，均安装 了性能良好和运行可靠的受热面吹灰指导系统，并配备了先进的计算机数据采集、 处理、控制和运行管理系统，一次传感器和仪表的测量精度较以前大幅度提高，这 些都为实现在线监测分析和指导运行创造了有利的条件1 1 2 j 。 华北电力大学阎维平教授等采用实际传热系数与理想传热系数的比值作为污 染率，以电站锅炉整体、局部的能量和质量平衡原理为基础，开发了燃煤电站锅炉 结渣积灰计算机在线分析检测装置和吹灰优化软件系统【l 引。该系统已经在衡水发电 厂的3 0 0 m w 机组上成功实施并运行，通过电厂的验收，应用效果良好；东南大学 周克毅教授等提出了由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 灰时间间隔的方法【加】，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【2 1 】。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1 1 号炉，实现了受热面灰污 状态在线监测【2 2 j ；浙江大学根据灰污热流计的设计原理及优点根据导热基本定律， 设计出带不锈钢探头的水冷灰污热流计。通过数据采集仪，获取灰污热流计探头上温 度信号，可以掌握热流密度随积灰结渣的动态变化，能够有效地监测炉内积灰结渣 的发展状况，优化吹灰，在工程应用和试验分析中具有一定作用【捌。这些系统都具 有锅炉受热面的在线监测功能，并给出了初步的吹灰优化操作指导。 近年来，国内外对人工智能领域研究颇多，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，用于 指导吹灰器运行1 2 引，取得了一些研究成果，这些成果的应用将对优化和完善锅炉吹 灰方案提供重要的帮助。 1 5 目前存在的问题 1 、目前电厂中，吹灰器的投用都是定时吹灰或根据运行人员对运行数据综合 分析来判断炉内结渣和积灰的严重程度。由于锅炉实际运行环境条件的限制和运行 人员对运行数据综合分析能力的局限性以及其它人为因素的影响，使得试图单纯依 靠操作人员根据常规的运行数据来判断炉内结渣和严重积灰的程度十分困难。因此 需要一个监测系统，尽可能准确地监测炉内结渣积灰的程度和发展趋势，实现吹灰 器合理动态调度的实质，就是将传统的定期、顺序吹扫变为不定期的按需吹扫。 2 、目前缺少对影响受热面积灰结渣的因素分析以及哪些是影响积灰的主要因 素。因此需要研究都有哪些因素会加重受热面的积灰结渣。需要怎样来克服这些因 素带来的影响。运行人员可以根据这些因素来调整运行工况，从而减少锅炉的积灰。 3 、目前定时的吹灰可能会造成很多不必要的能量的浪费。要本着安全性高， 5 华北电力大学硕士学位论文 经济性好，做到优化吹灰。由于受热面布置的位置不同，积灰速度也是不相同的， 可能部分受热面已经产生吹灰需求，而其它受热面仍只处于轻微污染状态，传统的 统一吹扫方式无法解决这种不同步的吹灰需求的分歧，造成部分受热面吹灰过多过 频，部分受热面吹灰不足的现象。另外，由于煤质变化、燃烧调整和大小修的进行 等原因，对于同一受热面在不同的运行工况下，积灰速度也是与原先预测的不能吻 合，甚至偏差很大。故应该针对应用对象的运行特性和具体的优化目标，以安全性 为前提，经济消耗最小为原则，制定合理的吹灰模式，直接指导运行人员对吹灰器 进行操作，将传统的周期性定时定量吹灰改变为根据受热面污染状况和其它运行需 要的动态吹灰，以提高锅炉效率。 4 、目前的吹灰优化系统的思路比较统一，都是先为每个受热面找到临界污染 华北电力大学硕士学位论文 第四章是对优化吹灰方案的研究。为了避免传统吹灰模式的弊端，本章根据灰 污增长预测的基本模型、吹灰收益最大原则、安全性最高以及一些关键因素对积灰 的影响，确定最佳吹灰时机，从而基于最佳频率动态的确定临界污染率，制定吹灰 优化方案，判定出当前受热面是否需要吹灰。从分析影响积灰结渣的因素中得出： 过量空气系数越大，积灰程度越轻；水平烟道布置的受热面积灰速率比较快；烟道 受热面积灰越多，受热面出口烟温越高，反而锅炉效率损失越大：煤质分析中得出， 漳山电厂目前所用煤属于轻微结渣低沾污煤。通过这些影响因素，最终确定怎样控 制合理的运行参数，会使积灰结渣情况减弱。 第五章是将受热面监测模型和优化方案集成一个灰污监测软件。该软件充分展 示了受热面的灰污监测、吹灰优化指导、实时烟温、关键参数以及污染率的变化趋 势，为进行科学管理提供服务。另外，还介绍了实现模型计算的工具维思通计算平 厶 口。 最后对全文作了总结，并指出进一步研究的方向。 7 华北电力大学硕士学位论文 第二章燃煤电站锅炉受热面灰污监测模型 本文的研究对象为燃煤锅炉，由于煤中灰份的存在，锅炉在运行中必然会积灰 结渣。目前运行人员仍然是根据经验判定或者是定时对受热面进行吹灰，为了避免 积灰造成不良后果，因此对锅炉的灰污状态监测显得相当重要。 在锅炉的常规运行中，受热面的积灰结渣状态是不可见的，一般用表征受热面 灰污程度的一些参数来反映积灰状况的。而这些参数是由一些可以直接测量和已知 的参数间接的推算出来的。所谓的积灰监测过程就是由直接测量的量导出灰污染参 华北电力大学硕士学位论文 侧的热平衡方程式1 2 6 1 1 刁j ( 2 - 2 ) ( 2 3 ) ，计算该受热面的进口烟温，再根据传热方 程( 2 5 ) ，计算该工况下该受热面的实际传热系数k j 。 q 可一d ( h 一一h + 6 h 一) 坷 ( 2 2 ) q 巧- 9 ( 日一h 一+ h a h n ) ( 2 - 3 ) q 了k a a t ( 2 4 ) d l k 时。蓑b j ( 2 - 5 ) 式中：h 、 。一受热面进口及出口的蒸汽焓，k j k g 。h 、h 一受热面进、出 口烟气焓，k j k g 。 烟气侧出口焓日的计算：h 。- 【蟛0 + ( 口+ 口一1 ) h 盖】+ 日一，( 协口) l d k g 理论烟气焓日；：日；一：( c 毋) 。+ vo ，( c 毋) ，+ + y 。u , o ( c o ) 日l 口k j k g c 0 2 和s 0 2 的体积：一2 + - 1 8 6 6 上c w + 0 7 盖1 8 6 6 坠1 0 0 理论n 2 体积y 。心：y 。也一等告+ o 7 9 y 。- o 8 宰急+ o 7 9 矿 理论水蒸汽体积y ：y 。印一1 1 1 急+ 1 2 4 鲁+ 1 6 域y 。 绝对湿度以：可由干球温度和湿球温度查图得到或由计算公式求得，d = o o l k g m 3 。 烟气进口过量空气系数口：口。芴= 1 瓦 漏风系数口：口歹a v ，过量空气y ：a y y y 。一等暑鲁( 完 全燃烧) ，a v y y 。旦警v o ( 不完全燃烧) ，其中是干烟气体积。 理论空气量v o ： y。一面1(1866c+555h”+07墅o7刍|00889(巳+03750211 0 01 0 01 0 01 0 0 s ，) 、，、 _ 删， + 0 2 6 5 h - 0 0 3 3 3 0 w _ 0 0 8 8 9 r , , + o 2 6 5 ( h 一一手) 理论冷空气焓h ：h o - v o ( c 研il d k g 飞灰焓h 舜：h 加。而a a g 口a ( c 一k i a g ，1 k g 灰在秒时的焓( c 回一查表得到。 烟气侧进口焓h 的计算： 日【日；+ ( 口一1 ) 日：】+ 日，f ( o ，口) - 芝 + 。一a 口日：k j k g 放热量：蜴- c ：( h - h 。+ 础：) 保热系数驴：妒1 一且，散热损失鼋s ：吼。菇等，锅炉机组效率( 毛效率) 1 1t q s 工， r l ：r l - 1 0 0 一劢，锅炉机组总热损失z q ：z q 一吼+ 吼+ 口。+ 口。+ 吼。 9 华北电力大学硕士学位论文 排烟损失：口：鼋：- 丝 孑2 壁( 1 一吼物。其中日刀排烟焓，由实时采集 的排演温度确定；口刀排烟处的过量空气系数，由空气预热器的氧含量确定； 醒冷空气焓，由大气温度决定；g 燃料带入热量，约等于燃料的地位发热 量；q 4 机械不完全燃烧损失。 化学不完全燃烧损一坐型等塑塾( 警) 舢 n m 3 k g ；机械不完全燃烧损失鼋4 ： ”3 2 8 q ，6 6 , 4 i ( 1 a h c c 西：+ 而a 1 2 c 石u ) q r q 。一，+ + q 荫+ q 舸 k j k g m 一 - - - ， 华北电力大学硕士学位论文 空预器进口塑，压力 【亡j 空预器进出 空预器出口烟气压力j 矿口烟气压差 实际氧量 额定状态下 烟气过量空 气系数 实测烟气过 量空气系数 空预器进出 c e e 今d 烟气折算 压差 空预器理想 进出口烟气 折算压差 日粪蓁茎 华北电力大学硕士学位论文 第三章监测结果与灰污影响因素分析 本文前面讨论了以热平衡为基础的对流受热面灰污监测模型、以折算压差法为 基础的空气预热器灰污监测模型和以炉膛出口烟温为关键参数的炉膛监测模型。为 了验证模型的可靠性和准确性，本章进行了计算机模拟仿真。将积灰监测模型用于 漳山电厂的躬机组上，软件采样周期是3 0 秒，数据均采用2 0 0 9 的现场实际运行的 历史数据做模拟离线监测。监测结果最终证实了模型的可靠性和准确性，并对实验 结果进行了分析。 从影响受热面污染率的因素，如负荷、受热面布置情况、过量空气系数、烟气 温度、煤质等出发，分析哪些因素的变化会加重受热面的积灰结渣。在未来，可以 通过对这些敏感因素的改进与控制，进一步完善监测系统和减少积灰结渣。 3 1 监测对象的介绍 3 1 1 设计参数 机组的设计参数如表3 - 1 表3 1 机组设计参数 最大连续蒸发量额定工况蒸发量 名称单位 ( b m c r )( e c r ) 过热蒸汽流量t h 2 0 9 31 8 4 9 过热蒸汽出口压力m p a 1 7 4 71 7 2 8 过热蒸汽出口温度 5 4 15 4 1 再热蒸汽流量t h 1 7 7 0 51 5 7 6 1 再热蒸汽进口压力m p a 4 0 83 6 3 再热蒸汽出口压力m p a 3 8 83 4 4 再热蒸汽进口温度 3 3 33 2 1 再热蒸汽出口温度 5 4 15 4 1 省煤器进口给水温度 2 8 42 7 7 省煤器进口给水压力 m p a 1 9 2 31 8 7 2 锅筒压力m p a 1 8 8 41 8 3 7 1 7 华北电力大学硕士学位论文 3 1 2 煤质资料 漳山电厂的设计煤种为晋东南贫煤，煤质特性分析如表3 2 所示： 表3 2 煤质资料 本工程设计和校核煤种为晋东南贫煤 项目符号单位设计煤种校核煤种i 校核煤种 全水分m t8 0 07 2 08 3 0 空气干燥基水分m a d 1 4 21 4 80 9 1 收到基灰分 a a r2 0 5 8 1 6 2 12 6 9 3 干燥无灰基挥发份 v a d f1 5 4 81 4 6 51 6 7 0 收到基碳c a r6 4 1 76 9 0 15 7 6 4 收到基氢 h a r3 0 43 3 4 2 8 4 收到基氧 o a r2 2 62 6 0 2 4 7 收到基氮 n a t1 0 61 1 60 9 8 收到基全硫 s a t 0 5 3 0 4 80 8 4 收到基低位发热量l h v k j k g 2 4 4 0 02 6 3 7 02 1 8 5 0 变形温度 d t 1 5 0 0 1 5 0 01 3 6 0 软化温度 s t 1 5 0 0 1 5 0 01 4 1 0 流动温度 f r 1 5 0 0 1 5 0 01 4 6 0 哈氏可磨系数 h g i8 18 58 4 二氧化硅s i 0 2 5 5 9 25 0 0 85 7 2 8 三氧化二铝a k 0 3 2 9 7 13 3 8 02 6 4 0 三氧化二铁 f e 2 0 3 3 4 62 8 25 5 1 氧化钙c a o 4 2 66 4 33 4 8 氧化镁m g o 0 9 41 1 11 0 6 三氧化硫s 0 3 1 5 71 4 4 1 9 8 二氧化钛t i 0 2 1 4 3 1 2 5 1 3 6 氧化钾k 2 0 0 7 80 7 30 9 5 氧化钠n a 2 0 0 5 10 5 6 0 4 9 二氧化锰m n 0 2 0 0 9o 0 7 0 0 5 1 8 华北电力大学硕士学位论文 3 1 3 锅炉总体简介 本文采用漳山电厂朽炉为具体监测对象，所有计算和设计都围绕这台锅炉来进 行的，但计算方法和监测原理适用于任何对象，也同样适用于其它锅炉。 漳山电厂躬炉是6 0 0 m w 火电空冷机组，锅炉为2 0 9 3 油亚临界压力一次中间 再热控制循环汽包炉。锅炉采用摆动式燃烧器调温，四角布置、切向燃烧，正压直 吹式制粉系统、单炉膛、n 型半紧身封闭布置、固态排渣、全钢架结构、平衡通风。 炉膛上部布置了分隔屏、后屏及屏式再热器，前墙及两侧墙前部均设有墙式辐射再 热器。水平烟道由水冷壁延伸部分和后烟井延伸部分组成，内部布置有再热器和过 热器。后烟井内设有低温过热器和省煤器。炉前布置三台低压头炉水循环泵，炉后 布置两台三分仓容壳式空预器；锅炉采用正压直吹式制粉系统，配六台z g m l l 3 n 型中速磨煤机，布置在炉前，五台磨煤机可带b m c r 负荷，一台备用。直流燃烧器 四角布置，切向燃烧，每台磨煤机出口有4 根煤粉管道接至一层煤粉喷嘴。过热器 的汽温调节主要采用喷水调节，再热器的汽温调节主要采用燃烧器摆动及过量空气 系数调节，在再热器进口管道上装有事故喷水装置； 过热蒸汽的流程如图3 1 ： i ：p 。：婪螋l 鲣受匮i 丝曼删丝堕墅竖蹬l螋- j 图3 - 1 过热蒸汽的流程图 3 1 4 吹灰系统简介 吹灰器在炉膛及烟道的布置情况如图3 - 2 所示： 1 9 华北电力大学硕士学位论文 吹灰器均采用再热蒸汽作为介质，吹灰汽源引自分隔屏出开口集箱。吹灰系统 采用在d c s 系统上实现的程序控制，即定期程控吹灰方式：先根据现场实际情况提 前规定好吹灰周期，然后根据在吹灰时按预设程序对所有受热面全部吹灰一次。当 有吹灰器动作的时候，吹灰器的颜色为红色；吹灰器未动作时，颜色为绿色。 残；，。弘 一 ， ，、：，上。t蠢嚣u 一q 净翻囵： 且矗l j 隧j 。? - a 匿囫m ：e ”圆n 团孙一1 宙西：，r 出开口，啊f ：甜”k + -m j 墨，毫簿7 参：、：争，：瓣曩： j 耘 _ ? 。jk 若i 蘩誊汀”? 毽 蘧晕墨- 。7 ，巍嗲霾器 ，；一 ：。 = = 竺，i ol e ：, p 嘱t 2 0 珥瞿 轴t ：i 一掣m zj e 畔i j ， 商， 邺m 攀 雾+ 涵。螂u t 箩：l 二7。 膳i l l 蕾 。m ：i i 擘s 玺_ 一 旦，。，撩鬯 ：j ! n 帏j - 矗曲； 每靶l 1 8 笮卑融r j 引 雾鬯坩埘一 登 o 。缎咖艟0 珥一e “l 一 。f m 一警础t 垂。j 掌 蚶l , n j- _ p巍鬯 ：“。 饵商j 霹 扣 左 t 舌一 圜 麓h on l 期嚯 五m 耵一叠， 匿夏i c - - 4 _ 辅汽 肇￥擎_ 攀 鼍硬￥珥￥n _ 疆。l ， 鬻 襄? 膏l 擎擎￥擎犟遁摹碍晕h 枷飞裤 m a - 1 ，：tn ：占 萋攀堑萋巍爷硝罩碍辜珥睾 窜窜亨￥糠娶硝量挪器瘤錾 i ，蠢 。 鼙鼍擎警 黼垂| 1 鹱b 2 薰- 塑塑耋! 窆瞎躲f熬 矽+ 圜 ! 1 1 0 | 1 1 拉 辜泪翠晕捌”? - ：警够警够 y 4 毒苟。矗t 矗2 辜汨涠草簿_ 1 严 老i j 妻 蟹警警够 j ：l 旌基t 工 ：，：，一：_ ，；： 雾? + 鼍。，r it7 一。 。嚣1 | 衙 一。 一：? 一- ，i 。臻。j 气。 一， “参? t ：， ，硇目曝麓，it e , d c n 玮i m ( i m t m t , x m m l 叼e 掰l 卫m t s m l li嘲i 缓重黟。，- j j ：。，一 n ；jt ， 、，冉一， 图3 - 2 钙锅炉吹灰系统图 整个吹灰系统部分由锅炉本体受热面吹灰和预热器吹灰两部分组成。锅炉本体 部分有9 0 只炉膛吹灰器布置在炉膛部分，柏只长伸缩式吹灰器布置在炉膛上部和 对流烟道区域。 3 1 5 理想传热系数的确定 以省煤器为例：锅炉吹扫完全后，运行相同时间后受热面的传热系数与负荷的 关系( 从历史数据中挑选3 0 0 1 1 2 m w 、4 5 0 2 0 6 m w 、6 0 0 1 8 5 m w 、6 4 3 4 2 9 m w 、 6 6 4 3 7 1 m w 负荷段工况下吹扫后1 小时的受热面的传热系数) 2 0 华北电力大学硕士学位论文 表3 3 理想传热系数与机组负荷 机组负荷( m w )省煤器刚吹灰完传热系数( w ( m 2 ) ) 6 6 4 3 7 1 1 4 9 3 0 6 6 4 3 4 2 91 4 7 7 8 3 6 0 0 1 8 51 4 2 6 2 2 5 0 0 2 2 91 2 9 5 0 6 4 5 0 2 0 6 1 2 0 9 5 2 3 6 2 1 1 01 1 2 5 1 7 3 0 0 1 1 21 0 6 0 9 2 故省煤器的理想传热系数和负荷p 之间存在这样的线性关系： k - 0 1 2 3 0 p + 6 7 9 7 7 ( 3 1 ) 其它各受热面理想传热系数的确定亦如此。 3 2 受热面监测结果 以下受热面监测结果分析均是来自于0 9 年历史数据的模拟仿真。数据采集后 由维思通计算平台进行计算处理。然后将计算的实时数据存入e d n a 历史数据库。 3 2 1 对流受热面灰污变化趋势 下面几个图均是实时监测的对流受热面污染率f f 在这段时间内的变化曲线。 与实际记录的吹灰操作时间对照比较，受热面污染率f f 趋势与实际现场进行 吹灰操作相符。从图中可以看出吹灰开始后，污染率f f 迅速降低。当吹灰结束后， 随着时间的增加，污染率又开始缓慢的升高。从开始吹灰到结束吹灰污染率变化大 概0 2 5 左右。这说明该对流受热面监测模型能够很好的反映对流受热面的吹灰前后 的变化，同时也说明吹灰能有效清扫高过受热面沉积的污染物，改善了受热面的传 热状况。 2