锅炉对流受热面积灰在线监测系统

摘要

本发明公开了一种锅炉对流受热面积灰在线监测系统，包括数据采集装置、吹灰监测控制装置和吹灰装置。本发明直接实时监测计算对流受热面的积灰厚度，将此积灰厚度与临界积灰厚度进行比较，若积灰厚度大于等于临界积灰厚度，则输出吹灰控制信号，实现对流受热面的积灰智能监测和控制。本积灰在线监测系统不管锅炉的运行状态如何变化都可实时计算出积灰厚度；数据采集装置结构简单，可以充分利用电站锅炉现在所具有的数据采集装置；能够较准确及时地对锅炉对流受热面进行吹灰；可将实时计算出的积灰厚度数据上传到电站DCS系统，可为优化锅炉运行提供技术数据。

说明书

技术领域

本发明属于燃料燃烧积灰在线监测技术领域，具体是一种锅炉尾部烟道对流受热面积灰在线监测系统。   

背景技术

电站锅炉运行的安全性和经济性受很多因素影响，其中锅炉受热面上的积灰是影响锅炉安全经济运行的一个主要因素。燃煤电厂锅炉受热面的积灰使传热热阻增加、换热量减少，直接导致锅炉排烟温度升高、锅炉热效率降低，为了保证负荷只能增加燃料量，但是燃料量的增加会加剧受热面的积灰程度从而形成恶性循环，同时锅炉受热面的积灰会导致烟道的通风阻力增加，使得引风机电耗增加，降低了机组供电效率，严重时将导致机组降负荷运行或者停机，甚至酿成重大事故。

在各种避免严重积灰的技术措施中，对受热面进行积灰吹扫是一种有效而且普遍采用的手段。目前，我国的大型电站锅炉均装备了各种可靠的吹灰装置。但是，目前的吹灰操作带有一定的盲目性和不经济性。第一，现行的吹灰操作不能直接根据受热面积灰程度来判断什么时候、哪个受热面需要吹灰，而是按照锅炉制造厂给的吹灰规程或者按照运行人员的经验按班按点对所有受热面进行全面定时吹灰。电站锅炉的燃用煤种经常发生变化，按设计煤种制定的吹灰规程就不适用了，所以定时吹灰有时造成的结果就是：吹灰要么过于频繁要么不足，吹灰过于频繁会导致锅炉受热面因磨蚀和热应力而损坏，缩短使用寿命，同时也增加了吹灰装置的维修费用，吹灰不足则使受热面积灰严重，导致运行经济性和安全性降低。第二，无论是空气还是蒸汽吹灰，都要消耗大量的能量，国内现行的吹灰装置主要以蒸汽吹灰为主，且锅炉运行当中以后屏过热器进口蒸汽经过减压后作为吹灰的主要汽源，所耗汽量一般占蒸汽总产量的1％，使得发电效率降低0.7％左右，且吹灰蒸汽无法回收。

基于以上原因，开发电站锅炉受热面积灰的在线监测技术十分重要。现有的积灰在线监测诊断技术，主要有测量炉膛出口烟温、采用壁面热流计和热平衡计算法三大类。

根据锅炉炉膛出口烟温的变化监测炉内受热面积灰程度：在锅炉负荷不变的条件下，当锅炉受热面积灰时，由于灰层的热阻较大，使灰层外壁面温度升高，反向辐射更强烈，受热面吸热量减少，炉膛出口温度升高。吹灰后，炉膛出口烟温显著下降，然后随着积灰的增厚又逐渐升高，直到下一次吹灰。这种方法的缺点是依然无法确定锅炉哪个受热面积灰严重需要重点吹灰。当满足积灰严重的受热面吹灰要求时，其他的受热面就会存在吹灰过量造成吹灰蒸汽的浪费，影响锅炉运行经济性。

壁面热流计诊断是采用安装在受热面的清洁热流计和灰污热流计作为诊断传感器，通过清洁热流计和灰污热流计的数据比较得出锅炉受热面的灰污程度。该系统在优化吹灰运行、提高可用率、增加机组出力、提高效率和减少吹灰蒸汽耗量等方面发挥了良好的作用。但是热流计的布置却比较麻烦，需要焊接在受热面上，降低了受热面的强度；另外热流计的价格一般较贵，如果推广在锅炉受热面中多处使用，有一定的难度。

热平衡计算法通常从省煤器入口或空气预热器入口测得烟温及相应的汽水侧温度等，逆烟气的流程逐段进行各受热面的热平衡计算，推算炉膛出口烟温。除省煤器外，其他各个受热面均能够不同程度地显示出吹灰投入前后受热面洁净因子的显著变化。但是对省煤器来说，其本身的传热率较高，吹灰前后所带来的换热量变化仅为总换热量的3％～5％，这一变化幅度与因热工参数不稳定造成的热量波动幅度比较接近，不能准确判断积灰程度。

可以看出，以上三种监测技术都是间接监测锅炉受热面的积灰程度。

发明内容

为了解决现有技术存在的不足，本发明提供了一种锅炉对流受热面积灰在线监测系统，通过监测稳定状态下各对流受热面的烟气流动阻力和烟气流量的变化来直接计算积灰厚度。

本发明提供的技术方案是：一种锅炉对流受热面积灰在线监测系统，包括数据采集装置、吹灰监测控制装置和吹灰装置，数据采集装置与吹灰监测控制器相连接并将实时采集的对流受热面处烟气参数传输给吹灰监测控制装置，吹灰监测控制器与吹灰装置相连接，并根据传输的运行数据且结合对流受热面的结构设计参数，实时计算出对流受热面的积灰厚度，再与确定的临界积灰厚度进行比较，若大于临界积灰厚度，则输出吹灰控制信号给吹灰装置，吹灰装置开始吹灰，吹灰监测控制装置还将受热面积灰厚度值实时传至电站DCS系统。

作为一种优选方式，所述的数据采集装置包括设置在对流受热面进出口处的烟气压力采集装置、烟气温度采集装置和设置在对流受热面进口处的烟气成分采集装置及烟气流量采集装置。

作为一种优选方式，吹灰监测控制装置加载有基于锅炉对流受热面烟气阻力数值计算方法的积灰监测及控制软件，主要依据如下计算方法编程实现：先定义积灰污染系数为                                                ，其中d₁为积灰后的管径，d₀为清洁时的管径，然后根据横流冲刷顺列光管管簇和错列光管管簇分别进行计算；

横流冲刷顺列光管管簇时，按照下列方法进行：

（1）当≤（0.12≤≤1）时，

，                        （a）

式中：，为对流受热面的结构参数；，为烟气在对流受热面处的流动雷诺数；，为烟气在对流受热面处的流动速度；，为烟气在对流受热面处的流通截面积； ，为对流受热面处烟气流通截面的当量直径；，为对流受热面处烟气流通湿周；为对流受热面进出口的烟气压差；和分别为对流受热面横向节距和纵向节距，Z为对流受热面纵向排数，、、V和分别为对流受热面处烟气平均温度、烟气运动黏度、烟气容积流量和烟气平均温度，a和b分别为对流受热面处烟道横向宽度和纵向深度，n和l分别为对流受热面每排并联管数和管子有效长度；根据式（a），得到积灰后的对流受热面管径为：

，                

其中；

（2）当＞（1＜≤8）时，

     

，                                （b）

则积灰后的对流受热面管径为：

    则积灰厚度为：；

横流冲刷错列光管管簇时，按照下列方法进行：

（1）当0.14≤＜1.7且＜2.0时，

，                         （c）

式中：，，为对流受热面的结构参数；，为烟气在对流受热面的流通截面积；，为对流受热面处烟气流通湿周；、和分别为对流受热面的并联管数、第一排管数和第二排管数；其它参数与式（a）中相同；根据式（c），得到积灰后的对流受热面管径为：

，

其中；

（2）当0.14≤＜1.7且≥2.0时，

，                                          （d）

根据式（d），得到积灰后的对流受热面管径为：

，

其中；

（3）当1.7≤≤5.2时，

，                                    （e）

根据式（e），得到积灰后的对流受热面管径为：

， 

其中；

则积灰厚度为：。

与现有技术相比，本发明具有如下优势：

（1）直接实时监测计算对流受热面的积灰厚度，超过临界积灰厚度就发出吹灰信号，不管锅炉的运行状态如何变化，如煤种不同、工况不同及结构不同等，都可实时计算出积灰厚度；

（2）本发明结构简单，可以充分利用电站锅炉现在所具有的数据采集装置，无需增加更多的采集装置；

（3）本发明的实施能够较准确及时地对锅炉对流受热面进行吹灰，可以减少以往因为不合理吹灰操作造成的蒸汽损耗及管壁磨损和腐蚀，为电厂生产带来可观的直接经济效益；

（4）本发明可将实时计算出的积灰厚度数据上传到电站DCS系统，可为优化锅炉运行提供技术数据。

附图说明

    图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，本发明提供的锅炉对流受热面积灰在线监测系统，包括数据采集装置、吹灰监测控制装置和吹灰装置，数据采集装置包括设置在对流受热面进出口处的烟气压力采集装置、烟气温度采集装置和设置在对流受热面进口处的烟气成分采集装置及烟气流量采集装置，数据采集装置与吹灰监测控制器相连接并将实时采集的对流受热面处烟气参数传输给吹灰监测控制装置，吹灰监测控制器与吹灰装置相连接，并根据传输的运行数据且结合对流受热面的结构设计参数，实时计算出对流受热面的积灰厚度，再与确定的临界积灰厚度进行比较，若大于临界积灰厚度，则输出吹灰控制信号给吹灰装置，吹灰装置开始吹灰，吹灰监测控制装置还将受热面积灰厚度值实时传至电站DCS系统，可为优化吹灰装置提供数据基础。

该系统中，吹灰监测控制装置加载有基于锅炉对流受热面烟气阻力数值计算方法的积灰监测及控制软件，主要依据如下计算方法编程实现：先定义积灰污染系数为 ，其中d₁为积灰后的管径，d₀为清洁时的管径，然后根据横流冲刷顺列光管管簇和横流冲刷错列光管管簇分别进行计算；

横流冲刷顺列光管管簇时，按照下列方法进行：

（1）当≤（0.12≤≤1）时，

，                        （a）

式中：，为对流受热面的结构参数；，为烟气在对流受热面处的流动雷诺数；，为烟气在对流受热面处的流动速度；，为烟气在对流受热面处的流通截面积； ，为对流受热面处烟气流通截面的当量直径；，为对流受热面处烟气流通湿周；为对流受热面进出口的烟气压差；和分别为对流受热面横向节距和纵向节距，Z为对流受热面纵向排数，、、V和分别为对流受热面处烟气平均温度、烟气运动黏度、烟气容积流量和烟气平均温度，a和b分别为对流受热面处烟道横向宽度和纵向深度，n和l分别为对流受热面每排并联管数和管子有效长度；根据式（a），得到积灰后的对流受热面管径为：

，                

其中；

（2）当＞（1＜≤8）时，

，                                （b）

则积灰后的对流受热面管径为：

    则积灰厚度为：；

横流冲刷错列光管管簇时，按照下列方法进行：

（1）当0.14≤＜1.7且＜2.0时，

，                         （c）

式中：，，为对流受热面的结构参数；，为烟气在对流受热面的流通截面积；，为对流受热面处烟气流通湿周；、和分别为对流受热面的并联管数、第一排管数和第二排管数；其它参数与式（a）中相同；根据式（c），得到积灰后的对流受热面管径为：

，

其中；

（2）当0.14≤＜1.7且≥2.0时，

，                                          （d）

根据式（d），得到积灰后的对流受热面管径为：

，

其中；

（3）当1.7≤≤5.2时，

，                                    （e）

根据式（e），得到积灰后的对流受热面管径为：

， 

其中；

则积灰厚度为：。