本發(fā)明涉及鍋爐吹灰技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種鍋爐吹灰優(yōu)化系統(tǒng)及其優(yōu)化方法。

背景技術(shù)：

在國(guó)家政策對(duì)節(jié)能減排要求日益提高的今天，各發(fā)電企業(yè)面對(duì)煤炭?jī)r(jià)格持續(xù)上漲、排放指標(biāo)更加嚴(yán)苛等多重壓力，盈利空間被不斷壓縮，因此不斷挖潛增效成為我們迫切的需求。鍋爐作為電廠能量損失的大戶，在運(yùn)行調(diào)整中提高其熱效率、降低發(fā)電煤耗成為提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的重要手段。

鍋爐受熱面積灰結(jié)渣，不僅會(huì)降低傳熱效率，造成排煙熱損失增大，還會(huì)對(duì)受熱面造成腐蝕，降低設(shè)備使用壽命，極大的影響了機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，為此運(yùn)行中必須對(duì)受熱面的灰污進(jìn)行有效清理。但是，由于吹灰蒸汽品質(zhì)差、吹灰系統(tǒng)故障或者吹灰方式不當(dāng)?shù)戎T多原因，空預(yù)器嚴(yán)重堵塞造成機(jī)組被迫停運(yùn)、吹灰器故障吹漏水冷壁造成事故停爐等事故屢有發(fā)生，爐膛受熱面吹灰方式亟待優(yōu)化。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種鍋爐吹灰優(yōu)化系統(tǒng)及其優(yōu)化方法，利用已有DCS系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)，建立不同傳熱方式下的積灰監(jiān)測(cè)分析模型，通過數(shù)據(jù)分析結(jié)果指導(dǎo)吹灰器優(yōu)化運(yùn)行方式，對(duì)現(xiàn)行吹會(huì)方式進(jìn)行定量分析，提出改進(jìn)方案，力爭(zhēng)以最少的吹灰成本取得最多的收益，最終達(dá)到節(jié)能降耗、提高機(jī)組安全性、經(jīng)濟(jì)性的目的，以解決現(xiàn)有技術(shù)中導(dǎo)致的上述多項(xiàng)缺陷。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供以下的技術(shù)方案：一種鍋爐吹灰優(yōu)化系統(tǒng)，包括DCS系統(tǒng)和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，所述DCS系統(tǒng)和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通訊連接，所述監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括基于輻射方式的水冷壁積灰監(jiān)測(cè)模塊、基于對(duì)流方式的水平煙道換熱面積灰監(jiān)測(cè)模塊和空氣預(yù)熱器積灰監(jiān)測(cè)模塊。

一種鍋爐吹灰優(yōu)化系統(tǒng)的優(yōu)化方法，包括以下步驟：

1）基于輻射方式的水冷壁積灰監(jiān)測(cè)模塊，建立基于輻射方式的水冷壁積灰監(jiān)測(cè)模型；

2）基于對(duì)流方式的水平煙道換熱面積灰監(jiān)測(cè)模塊，建立基于對(duì)流方式的水平煙道換熱面積灰監(jiān)測(cè)模型；

3）空氣預(yù)熱器積灰監(jiān)測(cè)模塊，建立基于差壓計(jì)算的空氣預(yù)熱器積灰監(jiān)測(cè)模型；

4）DCS系統(tǒng)采集監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)信息，對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果綜合分析。

優(yōu)選的，所述步驟1）具體是，采用爐膛出口煙溫作為主要參數(shù)間接監(jiān)測(cè)爐膛污染，

根據(jù)古爾維奇計(jì)算關(guān)聯(lián)式：

（1）

其中，為理論燃燒溫度，℃；為玻爾茲曼常數(shù)5.67×，為爐膛黑度，是一個(gè)表示火焰有效輻射的假想黑度；為爐膛面積，為保熱系數(shù)；為計(jì)算燃料量，t/h；為燃燒產(chǎn)物的平均熱容，m^3/kg，M為表征爐膛火焰中心位置的參數(shù)；

因?yàn)椋?/p>

（2）

其中x為爐膛平均角系數(shù)，為爐膛內(nèi)平均污染系數(shù)；

根據(jù)（1）（2）式可以推導(dǎo)出：

（3）

為爐膛內(nèi)平均污染系數(shù)，可表征爐膛的平均污染程度，值越大表示爐膛積灰結(jié)渣輕，爐膛換熱效果好。

優(yōu)選的，所述步驟2）具體是，利用熱平衡計(jì)算原理，在已知受熱面出口煙溫，工質(zhì)側(cè)進(jìn)、出口參數(shù)的基礎(chǔ)上，分別由工質(zhì)側(cè)和煙氣側(cè)的熱平衡方程式（4）、（5），計(jì)算該受熱面的進(jìn)口煙溫。再根據(jù)傳熱方程（6），計(jì)算該工況下該受熱面的實(shí)際傳熱系數(shù)Ksj；

(4)

(5)

(6)

(7)

以上各式中式中，h′為受熱面進(jìn)口蒸汽焓，kJ/kg；h″為受熱面出口的蒸汽焓，kJ/kg；H′為受熱面進(jìn)口煙氣焓，kJ/kg；H″為受熱面出口煙氣焓，kJ/kg；為減溫水焓，kJ/kg；為計(jì)算燃料消耗量，kJ/h；為保熱系數(shù)；為漏風(fēng)系數(shù)；為理論冷空氣焓，kJ/kg；Ksj是實(shí)際傳熱系數(shù)，；△t，傳熱溫差，℃；A，計(jì)算對(duì)流受熱面積，m²；

系統(tǒng)根據(jù)熱力計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算得到受熱面理想傳熱系數(shù)，根據(jù)在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算得到受熱面實(shí)際傳熱系數(shù)Ksj，定義受熱面的污染倍率CW為:

(8)

污染倍率的大小反映受熱面的污染程度，越接近于1表明受熱面越清潔，數(shù)值越大表明受熱面積灰程度越嚴(yán)重；

優(yōu)選的，所述步驟3）具體是，根據(jù)流體力學(xué)基本原理，分析比較回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器進(jìn)出口煙氣壓差的變化，并對(duì)不同工況下的空預(yù)器差壓折算到標(biāo)準(zhǔn)工況下，從煙氣流動(dòng)阻力的角度出發(fā)研究鍋爐運(yùn)行中空氣預(yù)熱器的積灰嚴(yán)重程度；

根據(jù)空預(yù)器前后差壓通用表達(dá)式為:

(9)

其中z為通用阻力系數(shù);w為空預(yù)器煙氣量；

在煤質(zhì)變化不大的情況，流過空氣預(yù)熱器的煙氣量主要受鍋爐負(fù)荷和

煙氣含氧量變化的影響,可以得出折算后空預(yù)器差壓；

（10）

其中，、分別表示折算壓差和實(shí)測(cè)壓差，Pa；、分別

表示標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下和實(shí)測(cè)的空預(yù)器出口煙氣過量空氣系數(shù)；、分表表示額定鍋爐負(fù)荷和當(dāng)時(shí)鍋爐負(fù)荷，T/H；

在實(shí)時(shí)采集的熱力參數(shù)中，鍋爐負(fù)荷與機(jī)組負(fù)荷（MW)成正比，即，其中、分別表示額定負(fù)荷和實(shí)測(cè)負(fù)荷；而過量空氣系數(shù)可以通過實(shí)測(cè)含氧量通過公式計(jì)算得來(lái)；

現(xiàn)定義實(shí)際折算差壓與理想狀態(tài)下折算差壓為空預(yù)器換熱面污染倍率，其計(jì)算公式為：

（11）

污染倍率的大小反映受熱面的污染程度，越接近于1表明受熱面越清潔，數(shù)值越大表明空預(yù)器受熱面積灰程度越嚴(yán)重。

采用以上技術(shù)方案的有益效果是：建立基于DCS控制系統(tǒng)的自動(dòng)吹灰決策建議系統(tǒng)，通過與DCS相應(yīng)服務(wù)器通訊，實(shí)時(shí)計(jì)算分析出各受熱面的污染倍率，通過進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)得出污染倍率高限值，并在高限值時(shí)通過光字牌提醒或者實(shí)現(xiàn)自動(dòng)吹灰命令，有效指導(dǎo)實(shí)際運(yùn)行中的吹灰工作。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的原理框圖；

圖2為吹灰前后水冷壁污染系數(shù)變化情況圖；

圖3為吹灰前后過熱器污染倍率的變化情況圖；

圖4為吹灰前后再熱器污染倍率的變化情況圖；

圖5為吹灰前后空預(yù)器污染倍率的變化情況圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。

圖1出示本發(fā)明的具體實(shí)施方式：一種鍋爐吹灰優(yōu)化系統(tǒng)，包括DCS系統(tǒng)和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，所述DCS系統(tǒng)和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通訊連接，所述監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括基于輻射方式的水冷壁積灰監(jiān)測(cè)模塊、基于對(duì)流方式的水平煙道換熱面積灰監(jiān)測(cè)模塊和空氣預(yù)熱器積灰監(jiān)測(cè)模塊。

一種鍋爐吹灰優(yōu)化系統(tǒng)的優(yōu)化方法，包括以下步驟：

1）基于輻射方式的水冷壁積灰監(jiān)測(cè)模塊，建立基于輻射方式的水冷壁積灰監(jiān)測(cè)模型；

2）基于對(duì)流方式的水平煙道換熱面積灰監(jiān)測(cè)模塊，建立基于對(duì)流方式的水平煙道換熱面積灰監(jiān)測(cè)模型；

3）空氣預(yù)熱器積灰監(jiān)測(cè)模塊，建立基于差壓計(jì)算的空氣預(yù)熱器積灰監(jiān)測(cè)模型；

4）DCS系統(tǒng)采集監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)信息，對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果綜合分析。

本實(shí)施例中，所述步驟1）具體是，采用爐膛出口煙溫作為主要參數(shù)間接監(jiān)測(cè)爐膛污染，

根據(jù)古爾維奇計(jì)算關(guān)聯(lián)式：

（1）

其中，為理論燃燒溫度，℃；為玻爾茲曼常數(shù)5.67×，為爐膛黑度，是一個(gè)表示火焰有效輻射的假想黑度；為爐膛面積，為保熱系數(shù)；為計(jì)算燃料量，t/h；為燃燒產(chǎn)物的平均熱容，m^3/kg，M為表征爐膛火焰中心位置的參數(shù)；

因?yàn)椋?/p>

（2）

其中x為爐膛平均角系數(shù)，為爐膛內(nèi)平均污染系數(shù)；

根據(jù)（1）（2）式可以推導(dǎo)出：

（3）

為爐膛內(nèi)平均污染系數(shù)，可表征爐膛的平均污染程度，值越大表示爐膛積灰結(jié)渣輕，爐膛換熱效果好。

本實(shí)施例中，所述步驟2）具體是，利用熱平衡計(jì)算原理，在已知受熱面出口煙溫，工質(zhì)側(cè)進(jìn)、出口參數(shù)的基礎(chǔ)上，分別由工質(zhì)側(cè)和煙氣側(cè)的熱平衡方程式（4）、（5），計(jì)算該受熱面的進(jìn)口煙溫。再根據(jù)傳熱方程（6），計(jì)算該工況下該受熱面的實(shí)際傳熱系數(shù)Ksj；

(4)

(5)

(6)

(7)

以上各式中式中，h′為受熱面進(jìn)口蒸汽焓，kJ/kg；h″為受熱面出口的蒸汽焓，kJ/kg；H′為受熱面進(jìn)口煙氣焓，kJ/kg；H″為受熱面出口煙氣焓，kJ/kg；為減溫水焓，kJ/kg；為計(jì)算燃料消耗量，kJ/h；為保熱系數(shù)；為漏風(fēng)系數(shù)；為理論冷空氣焓，kJ/kg；Ksj是實(shí)際傳熱系數(shù)，；△t，傳熱溫差，℃；A，計(jì)算對(duì)流受熱面積，m²；

系統(tǒng)根據(jù)熱力計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算得到受熱面理想傳熱系數(shù)，根據(jù)在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算得到受熱面實(shí)際傳熱系數(shù)Ksj，定義受熱面的污染倍率CW為:

(8)

污染倍率的大小反映受熱面的污染程度，越接近于1表明受熱面越清潔，數(shù)值越大表明受熱面積灰程度越嚴(yán)重；

本實(shí)施例中，所述步驟3）具體是，根據(jù)流體力學(xué)基本原理，分析比較回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器進(jìn)出口煙氣壓差的變化，并對(duì)不同工況下的空預(yù)器差壓折算到標(biāo)準(zhǔn)工況下，從煙氣流動(dòng)阻力的角度出發(fā)研究鍋爐運(yùn)行中空氣預(yù)熱器的積灰嚴(yán)重程度；

根據(jù)空預(yù)器前后差壓通用表達(dá)式為:

(9)

其中z為通用阻力系數(shù);w為空預(yù)器煙氣量；

在煤質(zhì)變化不大的情況，流過空氣預(yù)熱器的煙氣量主要受鍋爐負(fù)荷和煙氣含氧量變化的影響,可以得出折算后空預(yù)器差壓；

（10）

其中，、分別表示折算壓差和實(shí)測(cè)壓差，Pa；、分別表示標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下和實(shí)測(cè)的空預(yù)器出口煙氣過量空氣系數(shù)；、分表表示額定鍋爐負(fù)荷和當(dāng)時(shí)鍋爐負(fù)荷，T/H；

在實(shí)時(shí)采集的熱力參數(shù)中，鍋爐負(fù)荷與機(jī)組負(fù)荷（MW)成正比，即，其中、分別表示額定負(fù)荷和實(shí)測(cè)負(fù)荷；而過量空氣系數(shù)可以通過實(shí)測(cè)含氧量通過公式計(jì)算得來(lái)；

現(xiàn)定義實(shí)際折算差壓與理想狀態(tài)下折算差壓為空預(yù)器換熱面污染倍率，其計(jì)算公式為：

（11）

污染倍率的大小反映受熱面的污染程度，越接近于1表明受熱面越清潔，數(shù)值越大表明空預(yù)器受熱面積灰程度越嚴(yán)重。

2016年9月26日，對(duì)灞橋熱電廠1號(hào)機(jī)組8：00至20：00內(nèi)以現(xiàn)行吹灰方式的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，經(jīng)過計(jì)算得到水冷壁（對(duì)應(yīng)短吹）、水平煙道受熱面（對(duì)應(yīng)長(zhǎng)吹）的及空預(yù)器（對(duì)應(yīng)空預(yù)器吹灰）的實(shí)時(shí)污染倍率，其中8：00至13：00間機(jī)組負(fù)荷維持在240MW，14：30至20：00負(fù)荷降低至160MW，在8：50、9：50先后對(duì)爐膛和過熱器（再熱器）進(jìn)行一次吹灰，12：02、16：20先后兩次進(jìn)行空預(yù)器吹灰；

圖2為吹灰前后水冷壁污染系數(shù)變化情況圖，由圖2可知，鍋爐負(fù)荷維持穩(wěn)定的情況下，爐膛吹灰前后水冷壁污染系數(shù)有明顯變化，吹灰后能維持較長(zhǎng)時(shí)間的潔凈狀態(tài)，過熱器一級(jí)減溫水量在吹灰后有小幅度下降，但隨擺角的變化減溫水量變化較大，由于涉及過程較為復(fù)雜，本文未能建立有效模型，但從不同穩(wěn)定負(fù)荷下水冷壁污染系數(shù)基本穩(wěn)定可見，水冷壁污染系數(shù)仍能從一定程度反應(yīng)爐膛灰污情況，短吹結(jié)束后水冷壁灰污積累較快，實(shí)際運(yùn)行中可適當(dāng)增加短吹投入次數(shù)。

圖3為吹灰前后過熱器整體污染倍率的變化情況圖，由圖3可見，相對(duì)穩(wěn)定工況下，由于煙氣有一定流速，煙氣自吹掃使得鍋爐受熱面有一定的自凈能力，在一段時(shí)間內(nèi)污染倍率能維持某個(gè)值附近波動(dòng)，直到工況改變（如機(jī)組負(fù)荷波動(dòng)、磨煤機(jī)運(yùn)行方式變化、煤質(zhì)變化等）經(jīng)過一段時(shí)間又達(dá)到一個(gè)新的平衡。在經(jīng)過長(zhǎng)吹灰槍吹掃后，過熱器整體污染倍率有較為明顯的下降，吹掃完成后污染倍率又快速恢復(fù)到略低于吹掃前水平，并呈緩慢增大趨勢(shì)，可見過熱器受熱面污染速度較快，應(yīng)當(dāng)適當(dāng)增加該處吹灰頻率。在進(jìn)行爐膛吹灰和空預(yù)器吹灰時(shí)，過熱器整體污染倍率未見明顯變化，可見實(shí)際運(yùn)行過程中，對(duì)沿?zé)煔夥较蛏蟼?cè)和下側(cè)部位進(jìn)行吹灰，對(duì)該部位自身積灰情況并無(wú)明顯影響，因此長(zhǎng)吹、短吹及空預(yù)器吹灰無(wú)需按照煙氣流程進(jìn)行吹掃，當(dāng)某一個(gè)受熱面污染倍率到達(dá)限值時(shí)，可以有選擇性的按需進(jìn)行吹灰。

圖4為吹灰前后再熱器污染倍率的變化情況圖，在剔除熱工參數(shù)動(dòng)態(tài)變化及測(cè)量誤差后，由圖4可見，總體上污染倍率的變化情況與真實(shí)情況基本吻合。相比過熱器整體污染倍率，再熱器污染倍率變化幅值較小，再熱器污染倍率僅在約0.3的范圍內(nèi)變化，可見吹灰對(duì)再熱器的清潔效果相對(duì)較弱。吹掃后，再熱器的污染倍率維持較低水平時(shí)間較過熱器長(zhǎng)三到四倍，可見再熱器處積灰情況較輕，可適當(dāng)降低吹掃頻率。對(duì)比前后兩個(gè)負(fù)荷下的污染倍率（過熱器與此結(jié)論相同）可見，負(fù)荷較高時(shí)，再熱器（過熱器）的污染倍率相對(duì)較低，這是由于低負(fù)荷爐膛火焰充滿度不好容易造成煙氣偏斜，而且隨著負(fù)荷的增加，煙氣流速隨之上升，使得積灰得到更好的自吹掃作用，從而使得污染倍率有一定的降低，因此在低負(fù)荷時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)受熱面吹灰。

圖5為空預(yù)器吹到前后污染倍率變化情況圖，由圖5可見，先后兩次吹灰后空預(yù)器污染倍率均有小幅度下降，而吹灰后污染倍率增長(zhǎng)速度較慢，在很長(zhǎng)時(shí)間能維持較為潔凈的狀態(tài)，因此可以適當(dāng)降低吹灰頻率，將現(xiàn)有一天兩次吹灰變?yōu)橐惶煲淮紊踔羶芍蝗煲淮巍Ｔ诘拓?fù)荷時(shí)，空預(yù)器污染倍率略有下降，雖然低負(fù)荷煙氣流速降低，但煙氣流量降低，氧量增大導(dǎo)致漏風(fēng)系數(shù)增大，致使積灰可能性降低，因此在低負(fù)荷時(shí)可適當(dāng)降低空預(yù)器的吹灰頻率。

基于上述，本發(fā)明的一種鍋爐吹灰優(yōu)化方法及其優(yōu)化方法，建立基于DCS控制系統(tǒng)的自動(dòng)吹灰決策建議系統(tǒng)，通過與DCS相應(yīng)服務(wù)器通訊，實(shí)時(shí)計(jì)算分析出各受熱面的污染倍率，通過進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)得出污染倍率高限值，并在高限值時(shí)通過光字牌提醒或者實(shí)現(xiàn)自動(dòng)吹灰命令，有效指導(dǎo)實(shí)際運(yùn)行中的吹灰工作。

以上所述的僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。