2025火电机组受热面沾污智能吹灰管理

火电机组受热面沾污智能吹灰管理目录TOC\o"1-3"\h\u16336一、项目概述 318323（三）项目建设情况 525796二、应用场景及建设方案 55103（一）场景描述 517828（二）技术架构 614486（1）对流受热面污染模型 713955（2）优化吹灰策略提出方法 711170（三）建设方案 826114三、项目效果 830304（一）项目效益 88380(1)延长“四管”寿命、提高锅炉安全性 8369(2)合理吹灰、改善锅炉燃烧环境 910592(3)降低吹灰频次、监测锅炉整体运行 922301(4)能够显著降低不合理吹灰带来的蒸汽消耗量: 94668（二）鉴定评价（如有） 1013579（三）推广前景 1011400四、下一步计划 10一、项目概述XXX发电有限责任公司是浙江省五大百亿工程项目之一。投产后不断对机组设备和运行进行优化，先后完成了超低排放改造和低氮燃烧改造，取得了良好的效果。但受燃煤机组技术发展所限，通过开展常规技术改造来提升机组性能、优化管理流程、保障机组安全方面均有较大难度。在此背景下，通过数字化、智能化技术与发电技术的深度融合，是XXX电厂实现安全、经济、环保、高效的智慧电厂的最佳途径。同时，XXX智慧电厂建设对于集团公司燃煤机组智慧电厂建设具有重要的示范作用和推广价值。2016-2021年，陆续完成全部4台机组通流改造，升级为65万千瓦汽轮发电机组。由于当前煤价处于历史高位，多数电厂为降低运行成本，不得不采用低品位劣质煤配煤掺烧，导致煤质特性变化范围宽，且现有供配煤系统普遍存在一些不足，导致锅炉燃用煤质的稳定性难以保证，且煤质严重偏离设定值，锅炉内部各受热面往往被不可燃灰污物质覆盖，这些灰污物质往往具有一定粘性，在受热面上沉积后，因其导热系数很低，热阻很大，造成烟气与工质间的换热量大大降低，烟气热量白白流失，严重影响了锅炉效率（估计损失大致相当于锅炉效率下降0.5-1%）。而对于炉膛水冷壁部分，由于煤质频繁的变化，炉膛内部存在严重的结焦结渣现象，不仅使水冷壁换热效率降低，若燃烧室上部大块邊掉落，还会造成换热设备的损坏，严重时甚至直接造成炉膛灭火。近年来电厂由于炉膛掉焦造成负荷下降甚至机组灭火的现象也时有发生。因此，积灰结蜜现象对燃煤电站机组的经济性以及安全性都存在很大的影响，在机组运行过程中，必须采取及时有效的措施进行吹灰。目前国内发电企业采取的吹灰措施多为在锅炉系统各受热面安装大量的以蒸汽或液态水为吹灰介质的吹灰器（部分电厂安装有声波吹灰器），按照运行班组进行定时吹灰操作。然而，长期多年的实践证明，这种吹灰方式存在较大的缺陷：首先，每次吹灰都会消耗大量的能量（吹灰介质所用水或水蒸气带有一定的热量），且频繁的吹灰(“过吹”)还会磨损受热面，减少受热面的使用寿命，同时也增加了吹灰器件的维护费用；其次，这种定时吹灰的方式并未充分考虑炉腔内各受热面的实际受污染情况，很可能出现“欠吹”造成受污染较重的受热面未得到及时吹灰，而较为洁净的受热面接受吹扫而白白浪费能量。因此，从安全性和经济性的角度分析，这种定时定量吹灰的方式都是十分不合理的。因此，有必要利用基于实时运行数据的受热面积灰在线监测技术，实现按需吹灰，在受热面换热特性得到保证的情况下，最大限度降低吹灰频次，提高机组运行经济性和安全性。（三）项目建设情况实施时间：2020年10月；建设周期：2年；预期目标：受热面沾污智能吹灰管理系统包括受热面状态模型建立和智能吹灰模块，根据实时运行数据，在线监测各受热面污染状况(清洁因子)，对污染程度进行量化分析;根据量化污染程度，对现有吹灰模式进行变更，按需吹灰，避免“过吹”与“欠吹”;评估吹灰所导致的支出与收益，基于吹灰净收益最小化原则，确定吹灰频率和优化吹灰方案，从而指导吹灰运行。投资额：100万；承建单位：中国XXX集团科学技术研究院有限公司火力发电技术研究院；当前进展：已完成系统的调试并上线运行。二、应用场景及建设方案（一）场景描述受热面状态模型建立。针对对流受热面、辐射受热面和空预器受热面，建立适应的受热面状态模型，以锅炉整体和局部受热面传热原理、能量守恒原理、流体力学原理为基础，建立锅炉结构数值模型、热平衡和传热特性模型，通过数据融合、统计回归、模糊逻辑等技术对模型优化，利用DCS系统采集的蒸汽进出口参数、烟温，首先进行锅炉各项热损失和热效率的计算，继而从高温过热器进口开始，顺烟气的流程逐段进行各受热面的污染率计算，建立起各受热面污染模型，实时给出各级受热面的污染，进而为各受热面吹灰策略提出奠定条件。优化吹灰策略提出。根据吹灰收益和吹灰支出，进行吹灰净收益最大化的优化目标计算，获得最佳吹灰频率和优化吹灰方案，为智能吹灰提供指导。其中吹灰收益为因吹灰使得排烟损失减小、实际循环热效率提高等带来的机组经济性提升；吹灰支出为因吹灰消耗能量、影响受热面的寿命带来的损失。（二）技术架构XXX“受热面沾污智能吹灰管理系统”，根据传热方式不同，锅炉所有受热面可分为辐射受热面（炉膛）、半辐射半对流受热面（前屏、后屏）、对流受热面（中再、高再、高过、低过、省煤器、空预器）。锅炉各受热面的表面清洁程度对换热过程具有重要影响，因为可将其作为吹灰重要参考。通常，该数值在0-1之间。数值越大表面污染越严重。以锅炉整体和局部受热面传热原理、能量守恒原理、流体力学原理为基础，建立锅炉结构数值模型、热平衡和传热特性模型，通过数据融合、统计回归、模糊逻辑等技术对模型优化，利用DCS系统采集的蒸汽进出口参数、烟温，首先进行锅炉各项热损失和热效率的计算，继而从省煤器出口开始，逆烟气的流程逐段进行各受热面的污染率计算，建立起对流受热面污染模型、炉膛污染模型，实时给出各级受热面的污染，进而为各受热面吹灰策略提出奠定条件。（1）对流受热面污染模型炉内对流受热面的工作原理如图1所示，工质在管内流动，烟气在管外流动。在运行过程中，当受热面收到积灰污染时，受热面传热量则根据式(1)进行计算。………(1)（2）优化吹灰策略提出方法根据吹灰收益和吹灰支出，进行吹灰净收益最大化的优化目标计算，获得最佳吹灰频率和优化吹灰方案，为智能吹灰提供指导。其中吹灰收益为因吹灰使得排烟损失减小、实际循环热效率提高等带来的机组经济性提升；吹灰支出为因吹灰消耗能量、影响受热面的寿命带来的损失。其计算方法分别见公式(13)和公式(14)。………………(13)………(14)（三）建设方案受热面沾污智能吹灰管理系统无须额外新增测点即可实现各受热面的污染状态的在线监测和量化分析，并充分考虑吹灰频率和吹灰净收益间关系，提供经济可靠的吹灰控制策略，实现受热面的按需吹灰，较以往盲目定时吹灰或依据排烟温度吹灰，能够最大限度降低吹灰频次，具有显著经济与安全收益。改变传统的“定时吹灰”模式，以各受热面清洁状态为依据，以最大吹灰净收益为目标函数，实现按需吹灰的智慧模式，最大程度降低吹灰频率，提高机组运行安全经济性和可靠性。为智慧吹灰实现奠定基础，也可响应智慧电厂的建设要求。三、项目效果（一）项目效益受热面沾污智能吹灰管理系统包括受热面状态模型建立和智能吹灰模块，根据实时运行数据，在线监测各受热面污染状况(清洁因子)，对污染程度进行量化分析;根据量化污染程度，对现有吹灰模式进行变更，按需吹灰，避免“过吹”与“欠吹”;评估吹灰所导致的支出与收益，基于吹灰净收益最小化原则，确定吹灰频率和优化吹灰方案，从而指导吹灰运行。所获得的效益如下：(1)延长“四管”寿命、提高锅炉安全性该系统对锅炉“四管”炉膛、高温过热器、再热器、中温再热器、屏式过热器、低温过热器、省煤器及空气预热器受热面运行状态及污染程度进行在线监测，实现各受热面污染程度的量化和“可视化”。通过提供受热面“污染率”界面显示，根据受热面积灰特性和运行状况，实时准确地反映炉内各受热面污染状况，运行人员能及时了解并掌握运行中受热面的积灰情况，可有效控制受热面不必要的吹灰磨损，对延长受热面使用寿命、保证受热面的安全有重要意义。(2)合理吹灰、改善锅炉燃烧环境该系统根据受热面污染情况、运行负荷和运行状态，通过软件的系统计算，作出吹灰优化决策，提出吹灰指导，报警提示受热面所需实施吹灰的顺序，改变以往传统的定时吹灰模式，运行人员按照系统提出的吹灰指导建议，实现按需吹灰。在受热面换热特性得到保证的前提下，最大限度地降低吹灰频率，达到节能降耗、提高机组运行经济性和安全性的目的。总体上，低温受热面吹灰频率适当增加，高温对流受热面的吹扫频率大幅度减少，炉膛和空预器的吹灰则从运行安全性角度考虑吹灰频率也适当减少，保证了炉膛区域不结焦，空预器烟气通道流畅不灰堵。系统提示的吹灰频率合理，吹灰模式人机交互界面全面友好、简便易行。(3)降低吹灰频次、监测锅炉整体运行通过该系统投运前、后有关的运行对比，实现吹灰优化后，可能出现高再和省煤器部分对流受热面积灰速度较快，长吹次数相对增加，但总体上吹灰频率普遍降低1/2以上；炉膛吹灰和空气预热器吹灰优化空间普遍较小，一般仍维持定时吹灰模式。整体上吹灰频率降低约1/3左右。(4)能够显著降低不合理吹灰带来的蒸汽消耗量:锅炉智能吹灰优化系统的投运，使“四管”受热面的污染状况能实现可视化及量化显示，运行人员据此判断受热面的污染程度和实际运行状况。通过现场试验和理论的有机结合得到吹灰优化的指导策略、按需吹灰的优化建议、相对最佳的吹灰模式、炉内烟气温度分布状况和飞灰含炭量等实时运行参数；实现炉膛、高温过热器、再热器、中温再热器、屏式过热器、低温过热器、省煤器及空气预热器受热面按需吹灰优化的目的。该系统不仅能减少吹灰频率、减轻对“四管”的磨损，还提高了受热面的换热效果，达到节能降耗目的。一般情况下，吹灰优化系统投运后，吹灰蒸汽用量可减