电站锅炉智能吹灰优化系统

电站锅炉智能吹灰优化系统

(ISBSystemforPCBoiler)

1/12/20231主要内容锅炉受热面积灰及工程意义；积灰特性；受热面污染监测方法；污染监测原理；监测模型验证试验；典型“锅炉智能吹灰系统〞简介。1/12/20232一、锅炉受热面吹灰及工程意义美国电力科学研究院〔EPRI〕对全美境内91台电站锅炉灰污状况进行调查，统计数据说明37%的机组锅炉频繁发生严重灰污，40%的锅炉不时会出现灰污问题。受热面结渣和积灰，不仅会降低炉内受热面的传热能力，还会引起与加剧锅炉腐蚀，降低受热面使用寿命从而就降低了锅炉的可靠性和可用率。1/12/20233国内不乐观？！掺烧或改烧品位较低灰分高且灰熔点低问题：受热面积灰结渣程度的加剧。通过锅炉的结构改造和运行调整不能完全解决受热面的结渣积灰问题，吹灰是去除灰污和维持锅炉受热面清洁的一种极为有效的手段，它能提高机组可用率，保证锅炉经济、平安运行。1/12/20234如何吹灰？有保障吗？吹灰器的问题：吹灰原理、结构不合理，在使用中被烧坏、卡住，使吹灰器无法使用或效果很差。吹灰的方式不合理：定时吹灰，不管积灰状况，到时间就吹灰；根据排烟温度的上下进行吹灰，排烟温度高就吹灰。不了解积灰的部位和程度，不考虑积灰是否严重、是否应该吹灰、什么部位吹灰，锅炉受热面全部进行吹灰。既费蒸汽，锅炉效率下降，又产生严重磨损。1/12/20235手段：蒸汽吹灰、激波吹灰、声波除灰等，以蒸汽吹灰为主。吹灰和积灰是两个截然相反的过程，后者增加受热面的热阻，降低能量的利用率；而前者通过消耗少量的能量，减小热阻，最终到达提高能量利用的目的。由于吹灰在增加传热系数、提高热流率的同时，需要消耗一定的能量，并对受热面造成磨损，因此，吹灰并不总是有益，吹灰器不恰当的运作不仅无助于提高机组的经济性，反而可能影响机组的平安运行〔磨损爆管〕，存在一个最正确吹灰策略的问题。怎么办？！吹灰并不总是有益,存在最正确吹灰策略1/12/20236需要“污染面积灰可视化和智能吹灰指导〞1.监测受热面的污染状况，对各受热面的污染量化，并实现可视化；2.在量化的根底上，改变原吹灰模式，按需吹灰；3.提高锅炉整体性能；4.减小受热面的磨损。1/12/20237二、积灰特性：灰污如何形成的？煤产生的不可燃固体剩余物称为灰渣。煤粉炉冷灰斗排出的固态燃烧剩余物称为渣，烟气带出的固态燃烧剩余物称为灰。灰分含量的上下决定了灰渣生成量的大小。煤在燃烧过程中所有可燃物完全燃烧，煤中的矿物质发生一系列分解、化合等复杂反响后所剩余的残渣。600MW锅炉即使所用煤的灰分仅为15%，有700t/d的煤灰产生。1/12/20238积灰特性受热面积灰和结渣主要是由燃煤中矿物质在燃烧过程中发生选择性沉积所造成的。1/12/20239积灰类型灰污如何形成的？1、炉膛辐射受热面结渣；2、对流受热面积灰；1/12/202310煤燃烧过程中，局部灰渣形成熔化或半熔化的颗粒，在凝固前由烟气携带碰撞在炉墙、水冷壁或者高温段过热器上，并粘附于其外表，经冷却凝固而形成焦块。结渣而形成的焦块形态主要是粘稠或熔融的沉淀物，并主要出现在锅炉辐射受热面上，降低炉内受热面的传热能力。炉膛辐射受热面结渣1/12/202311对流受热面积灰烟气夹带局部固态灰渣经过热器、再热器、省煤器和空气预热器等受热面。高温积灰：局部灰渣在高温下挥发成气态，然后在水冷壁、过热器和再热器管子外表上发生凝结，并与飞灰相结合一起沉积在管子外表上，形成高温粘结性积灰。多发生在屏式过热器、对流过热器、再热器等对流受热面上。积灰的程度与煤种有很大的关系，Fe基、Na基……由内外两层组成：内层呈液相形态，在受热面管子和外层飞灰之间起着一种粘结剂的作用，形成块状沉积物，发生二次物理、化学过程，积灰层的强度。形成盐分……1/12/202312对流受热面积灰低温积灰:粒径较大的飞灰颗粒沉积,降低传热能力并可能引起堵塞，主要出现在温度可能低于烟气中酸露点的管壁外表上〔如省煤器和空气预热器受热面〕，由酸液与飞灰凝聚而成，因此低温积灰与冷却外表上发生的酸或水蒸气的凝结有关。由三类物质构成：第一类物质为由于酸腐蚀而产生的反响产物，其数量取决于产生酸腐蚀的量、反响温度以及受热面金属的类型；第二类物质为随烟气碰撞受热面管子并沉积下来的大局部飞灰；第三类物质为酸与飞灰中的铁、钠、钙等元素发生反响形成的盐类。1/12/2023131/12/202314灰污的危害？传热方面主要热阻在烟气侧，特别是积灰附加热阻，如得不到及时去除，显著地影响传热。预测：3mm疏松灰或10mm熔融渣时，炉膛传热量下降40%，炉膛出口烟温升高近300℃。实测：炉膛积灰厚度由1mm增至2mm时，传热量减少28%。1/12/202315灰污的危害？受热面的腐蚀

煤中S/Cl/碱金属较多，严重的灰污和高温腐蚀。碱金属化合物，在高温条件下发生升华，冷凝在温度较低的受热面管壁上，形成复杂的低熔点复合物，常以液相状态存在，称为熔池。熔池中的碱金属硫酸盐会与管壁金属发生强烈的腐蚀反响，形成所谓硫酸盐高温腐蚀。高温腐蚀可导致管壁金属迅速减薄降低受热面管子的使用寿命。1/12/202316灰污的危害？诱发事故，设备损坏大渣块突然掉落，损坏设备；渣块掉落在冷灰斗上，还会使水冷壁产生振动，引发更多的落渣；炽热渣块落入渣池，蒸发大量水蒸气，会导致炉内压力的大幅度波动；压力波动超过一定限制时，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；……1/12/202317

三、受热面积灰监测方法1、热流计：在炉膛水冷壁、过热器、再热器、省煤器等“四管〞等结渣积灰部位安装，包括清洁热流计、灰污热流计，通过两信号的差异判断水冷壁的污染程度。〔主要用于炉膛的监测〕1/12/2023181/12/2023191/12/2023201/12/2023211/12/2023221/12/202323每个一段时间〔20min～2hr〕对洁净传感器维护，……割管段，加装传感器，……建立数学模型：1/12/202324

运用热平衡原理，建立基于在线监测数据的热力计算模型；采用在线热工参数的模糊表述和预处理，考虑煤质和负荷变化的影响。在锅炉整体热平衡的根底上，从省煤器出口开始，逆烟气流向根据各段受热面特点进行热平衡和传热计算。根据受热面出口烟温，工质侧进出口温度等参数的根底上，分别由烟气侧和工质侧的热平衡方程，计算该受热面的入口烟温。根据热平衡方程得到该工况下受热面的实际传热系数，继而求出该受热面污染度。当污染到达一定程度时，给出吹灰建议。增加局部测点2、热平衡法1/12/202325四、污染监测原理1、受热面污染监测原理1工质烟气受热面积灰层金属管壁工质√√?√烟气1/12/202326理想K根据锅炉的运行参数和结构参数计算，实际K根据实际的换热量计算。工质侧、烟气侧同时计算烟气量：反平衡锅炉效率煤量，正平衡＋煤的参数烟气参数1/12/202327从省煤器出口倒推得到炉膛出口烟温，可求得炉膛平均热有效系数炉膛水冷壁吸收的热量主要是来自炉内火焰的辐射热，对流热只占大约5%左右，可以忽略不计。水冷壁的污染系数定义：受热面污染监测原理21/12/202328受热面污染监测原理3利用受热面烟气流动阻力〔进出口烟气压差〕的变化来反映锅炉运行中对流受热面的积灰严重程度：受热面沾污、积灰，出口烟温提高，且烟气流通截面变窄，烟速增加，受热面管壁粗糙度增加，引起烟气流动阻力增大。1/12/202329烟气流量不变积灰增多烟道截面变窄烟速增加受热面压降会变大.灰污程度加重，通用阻力系数会变大，烟道截面积会变小，灰污程度指标变大.1/12/202330受热面污染监测原理4仿真模拟方法；受热面污染因子统计数值；模糊决策算法；BP神经网络算法；1/12/202331通过计算工具模型保障：通过先进的计算工具实现FLUENT：流场的模拟MATLAB：BP神经网络模型的实现1/12/202332炉膛中心截面温度场1/12/202333燃烧器喷口的颗粒轨迹

1/12/202334受热面BP网络积灰模型1/12/202335BP参数选取：参考传热系数〔实际、理想〕所需量输入参数确实定：11个参数组成输入向量工质侧：进口温度、出口温度、流量。烟气侧：计算燃料量、一次风量、二次风量、量、灰份含量、烟气出口温度，烟气进口温度。＋机组负荷隐层：18个隐节点。输出参数：污染因子。1/12/202336

训练样本的获取：基于试验数据详细吹灰记录：吹灰开始时间和结束时间；污染因子的上限试验；污染因子的下限试验；线性插值样本拟合：通过试验上下限，积灰速度统计值等参数，线性插值确定两次吹灰间隔时间内的污染增长趋势、吹灰动作过程内的污染降低趋势。不同稳定负荷下的积灰统计。1/12/202337五、监测模型验证试验锅炉是一个复杂的非线形系统，各受热面换热状况之间关联密切、相互藕合，各锅炉运行状况差异较大，即使是相同型号的锅炉，表现的积灰特性差异也较大。对于模型辨识，需要大量的现场实践工作。1/12/202338试验类型1、各受热面积灰模型辨识：屏式过热器，二级过热器，高温再热器，一级过热器，省煤器，空气过热器；2、积灰特性试验：各受热面的积灰增长特性；3、洁净因子上下限试验。1/12/202339受热面积灰模型辨识－－省煤器1/12/202340－－高再1/12/202341－－高过1/12/202342－－屏再1/12/202343

－－屏过1/12/202344积灰特性试验，上下限试验1/12/202345试验周期及要求前后1个月；试验期间负荷稳定；完整的吹灰记录。－－－模型更准；－－－策略更符合实际运行规律；1/12/202346六、“锅炉智能吹灰优化系统〞简介电站锅炉智能吹灰优化系统，实现了水冷壁、过热器、再热器、省煤器“四管〞和省煤器后尾部烟道空气预热器对流受热面污染状态的在线监测，实现锅炉智能吹灰指导。原理：锅炉整体及局部能量守恒定律、传热学和流体力学原理为根底，建立锅炉整体及局部软测量模型、统计回归、模糊逻辑数学及人工神经网络等模型，实现受热面污染程度的量化计算。表现方法：IE浏览，实现可视化和实时管理，与SIS接轨。1/12/202347功能1：提供锅炉“四管〞污染的实时监测，实现污染程度的“可视化〞1、炉膛、屏式过热器、屏式再热器、末级再热器、末级过热器、低温过热器、省煤器及空气预热器A和空气预热器B计算洁净因子：锅炉结构参数的数值化处理模块、实时数据预处理模块、受热面热平衡和传热特性计算模块、用于消除负荷变化和参数扰动的模糊神经网络算法等模块……可视化处理……1/12/202348功能2：提示锅炉主要性能参数，实现多目标燃烧调整优化该系统通过锅炉各项热损失算法模块及烟气温度监测模块的分析平台的计算，实现了锅炉各受热面烟气温度分布、各项热损失、燃烧工况等性能的在线监测，运行人员可以此作为依据，直观地了解锅炉的运行状况，指导运行人员进行优化调整。1/12/202349功能3：提出吹灰优化指导策略，实现“按需吹灰〞现场试验＋理论计算，提供吹灰判据、基准值，提供锅炉吹灰优化的策略。通过试验〔敏感性、空预器积灰、积灰增长特性〕，建立吹灰时间吹灰强度与洁净因子之间关系数据库、受热面积灰特性数据库、吹灰模式分析数据库。通过洁净因子实时统计分析模块、锅炉负荷变化率分析和运行状态分析模块、受热面积灰特性分析模块和模糊算法等模块，确定积灰污染临界数值，以此作为判据来确定受热面的吹灰。了解锅炉各受热面的积灰污染程度，确定各受热面的吹灰需要，无需盲人摸象式的吹灰模式1/12/202350功能4：提高煤种在线自动调整功能，实现煤质变化时的动态吹灰优化该系统能够针对实际运行中入炉煤质的变化，建立具有在线调整煤种功能模块，保证煤种变化时计算结果的准确性，能适应不同煤种的需要，根据不同的煤种设置，通过积灰特性数据库和洁净因子统计模块对污染临界数值作出调整，煤种变化对计算结果的影响得到有效的控制。1/12/202351功能5：提供“锁气清灰〞配套改造，实现有效防止空预器灰堵的目标该系统在智能吹灰优化系统实施中，利用A级大修的时机，配套对烟气侧省煤器后进行“锁气清灰〞升级改造，实现了解决空预器大颗粒灰堵、加快排烟温度流速、提高受热面换热效果、防止声波和蒸汽的重复吹扫的目标，不仅明显提高入炉风温，而且稳定了空预器热交换工况。1/12/202352功能6：提升生产自动化管理水平，实现与SIS厂级监控决策信息系统的对接以电厂现有管理信息、性能诊断、集散控制及相关辅助程控系统及锅炉性能优化分析系统为根底，设计制作出完整的客户端网页界面，建立起实时的数据传输通道和稳健的计算分析平台，系统功能更齐全、更具人性化、在电厂生产管理中发挥更大作用；已经创立以ISB命名的“电站锅炉智能吹灰优化系统〞，实现了网页作为子系统与SIS系统的良好对接。1/12/202353系统组成

软件+硬件系统组成。软件：数据库及管理工具、实时数据平台、通讯软件〔实时数据收发〕、实时模块集成……硬件:吹灰优化效劳器、吹灰优化客户端浏览器、新增测点、DAS前置机和相应接口1/12/202354吹灰优化系统结构图厂级实时数据库效劳器Plant

LAN吹灰系统效劳器吹灰系统现场浏览机HUBWestation,SolarisEngineerworkstationNT4.0PI-APIforNTPIInterface新建DAS系统DAS系统与数据库接口前置机24路传感器1/12/202355DCS/DAS/MIS/PI……增加局部测点〔烟气温度、工质温度、烟气压差〕40个测点可以满足60个测点可以更准确一些测点来源1/12/202356增加烟气测点：41点工质温度测点：12点1/12/2023571/12/202358600MW机组新增测点示意图1/12/202359新增测点统计1/12/2023601/12/202361系统运行界面1/12/2023621/12/2023631/12/2023641/12/2023651/12/2023661/12/2023671/12/2023681/12/2023691/12/2023701/12/202371

总结

－－实施后优越性：－－可视化；－－按需吹灰;－－提高平安性;－－提高锅炉效率；－－锅炉性能监测；－－烟气温度分布；……1/12/202372－－实施后优越性：吹灰次数得到合理的控制：减少受热面的磨损；总的吹灰次数下降30%～50％；排烟温度降低2℃～6℃，锅炉效率可望提高0.2%～0.5%；了解烟温分布〔炉膛出口烟气温度〕，了解炉内燃烧情况；……1/12/202373

公司业绩典型用户投运机组减少吹灰频次排烟温度下降℃锅炉效率提高％华电邹县发电有限公司1000MW＃7锅炉20.33%1.09～1.50.055～0.08鲁能河曲电厂600MW#1锅炉29.8～50%3～50.23～0.3内蒙托克托电厂600MW#6锅炉24.5%5～70.157～0.2国投北海电厂300MW#1锅炉1/2～2/33～60.2～0.4西柏坡电厂300MW#4锅炉42.73%2.5～30.25～0.3邹县发电厂600MW#5锅炉2/3以上