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)：

在國家政策對節(jié)能減排要求日益提高的今天，各發(fā)電企業(yè)面對煤炭價格持續(xù)上漲、排放指標更加嚴苛等多重壓力，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)濟效益的重要手段。

鍋爐受熱面積灰結(jié)渣，不僅會降低傳熱效率，造成排煙熱損失增大，還會對受熱面造成腐蝕，降低設(shè)備使用壽命，極大的影響了機組安全經(jīng)濟運行，為此運行中必須對受熱面的灰污進行有效清理。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?shù)戎T多原因，空預器嚴重堵塞造成機組被迫停運、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)測分析模型，通過數(shù)據(jù)分析結(jié)果指導吹灰器優(yōu)化運行方式，對現(xiàn)行吹會方式進行定量分析，提出改進方案，力爭以最少的吹灰成本取得最多的收益，最終達到節(jié)能降耗、提高機組安全性、經(jīng)濟性的目的，以解決現(xiàn)有技術(shù)中導致的上述多項缺陷。

為實現(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)測系統(tǒng)，所述DCS系統(tǒng)和監(jiān)測系統(tǒng)通訊連接，所述監(jiān)測系統(tǒng)包括基于輻射方式的水冷壁積灰監(jiān)測模塊、基于對流方式的水平煙道換熱面積灰監(jiān)測模塊和空氣預熱器積灰監(jiān)測模塊。

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)測模塊，建立基于輻射方式的水冷壁積灰監(jiān)測模型；

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

3）空氣預熱器積灰監(jiān)測模塊，建立基于差壓計算的空氣預熱器積灰監(jiān)測模型；

4）DCS系統(tǒng)采集監(jiān)測的數(shù)據(jù)信息，對監(jiān)測結(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)測爐膛污染，

根據(jù)古爾維奇計算關(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)；

因為：

（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，利用熱平衡計算原理，在已知受熱面出口煙溫，工質(zhì)側(cè)進、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），計算該受熱面的進口煙溫。再根據(jù)傳熱方程（6），計算該工況下該受熱面的實際傳熱系數(shù)Ksj；

(4)

(5)

(6)

(7)

以上各式中式中，h′為受熱面進口蒸汽焓，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；為計算燃料消耗量，kJ/h；為保熱系數(shù)；為漏風系數(shù)；為理論冷空氣焓，kJ/kg；Ksj是實際傳熱系數(shù)，；△t，傳熱溫差，℃；A，計算對流受熱面積，m²；

系統(tǒng)根據(jù)熱力計算標準計算得到受熱面理想傳熱系數(shù)，根據(jù)在線監(jiān)測數(shù)據(jù)計算得到受熱面實際傳熱系數(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重；

優(yōu)選的，所述步驟3）具體是，根據(jù)流體力學基本原理，分析比較回轉(zhuǎn)式空氣預熱器進出口煙氣壓差的變化，并對不同工況下的空預器差壓折算到標準工況下，從煙氣流動阻力的角度出發(fā)研究鍋爐運行中空氣預熱器的積灰嚴重程度；

根據(jù)空預器前后差壓通用表達式為:

(9)

其中z為通用阻力系數(shù);w為空預器煙氣量；

在煤質(zhì)變化不大的情況，流過空氣預熱器的煙氣量主要受鍋爐負荷和

煙氣含氧量變化的影響,可以得出折算后空預器差壓；

（10）

其中，、分別表示折算壓差和實測壓差，Pa；、分別

表示標準狀態(tài)下和實測的空預器出口煙氣過量空氣系數(shù)；、分表表示額定鍋爐負荷和當時鍋爐負荷，T/H；

在實時采集的熱力參數(shù)中，鍋爐負荷與機組負荷（MW)成正比，即，其中、分別表示額定負荷和實測負荷；而過量空氣系數(shù)可以通過實測含氧量通過公式計算得來；

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

（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)值越大表明空預器受熱面積灰程度越嚴重。

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)的自動吹灰決策建議系統(tǒng)，通過與DCS相應(yīng)服務(wù)器通訊，實時計算分析出各受熱面的污染倍率，通過進一步實驗得出污染倍率高限值，并在高限值時通過光字牌提醒或者實現(xiàn)自動吹灰命令，有效指導實際運行中的吹灰工作。

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為吹灰前后空預器污染倍率的變化情況圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖詳細說明本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。

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

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)測模塊，建立基于輻射方式的水冷壁積灰監(jiān)測模型；

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

3）空氣預熱器積灰監(jiān)測模塊，建立基于差壓計算的空氣預熱器積灰監(jiān)測模型；

4）DCS系統(tǒng)采集監(jiān)測的數(shù)據(jù)信息，對監(jiān)測結(jié)果綜合分析。

本實施例中，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)測爐膛污染，

根據(jù)古爾維奇計算關(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)；

因為：

（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。

本實施例中，所述步驟2）具體是，利用熱平衡計算原理，在已知受熱面出口煙溫，工質(zhì)側(cè)進、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），計算該受熱面的進口煙溫。再根據(jù)傳熱方程（6），計算該工況下該受熱面的實際傳熱系數(shù)Ksj；

(4)

(5)

(6)

(7)

以上各式中式中，h′為受熱面進口蒸汽焓，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；為計算燃料消耗量，kJ/h；為保熱系數(shù)；為漏風系數(shù)；為理論冷空氣焓，kJ/kg；Ksj是實際傳熱系數(shù)，；△t，傳熱溫差，℃；A，計算對流受熱面積，m²；

系統(tǒng)根據(jù)熱力計算標準計算得到受熱面理想傳熱系數(shù)，根據(jù)在線監(jiān)測數(shù)據(jù)計算得到受熱面實際傳熱系數(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重；

本實施例中，所述步驟3）具體是，根據(jù)流體力學基本原理，分析比較回轉(zhuǎn)式空氣預熱器進出口煙氣壓差的變化，并對不同工況下的空預器差壓折算到標準工況下，從煙氣流動阻力的角度出發(fā)研究鍋爐運行中空氣預熱器的積灰嚴重程度；

根據(jù)空預器前后差壓通用表達式為:

(9)

其中z為通用阻力系數(shù);w為空預器煙氣量；

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

（10）

其中，、分別表示折算壓差和實測壓差，Pa；、分別表示標準狀態(tài)下和實測的空預器出口煙氣過量空氣系數(shù)；、分表表示額定鍋爐負荷和當時鍋爐負荷，T/H；

在實時采集的熱力參數(shù)中，鍋爐負荷與機組負荷（MW)成正比，即，其中、分別表示額定負荷和實測負荷；而過量空氣系數(shù)可以通過實測含氧量通過公式計算得來；

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

（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)值越大表明空預器受熱面積灰程度越嚴重。

2016年9月26日，對灞橋熱電廠1號機組8：00至20：00內(nèi)以現(xiàn)行吹灰方式的數(shù)據(jù)進行分析，經(jīng)過計算得到水冷壁（對應(yīng)短吹）、水平煙道受熱面（對應(yīng)長吹）的及空預器（對應(yīng)空預器吹灰）的實時污染倍率，其中8：00至13：00間機組負荷維持在240MW，14：30至20：00負荷降低至160MW，在8：50、9：50先后對爐膛和過熱器（再熱器）進行一次吹灰，12：02、16：20先后兩次進行空預器吹灰；

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，吹灰后能維持較長時間的潔凈狀態(tài)，過熱器一級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雜，本文未能建立有效模型，但從不同穩(wěn)定負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，實際運行中可適當增加短吹投入次數(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，在一段時間內(nèi)污染倍率能維持某個值附近波動，直到工況改變（如機組負荷波動、磨煤機運行方式變化、煤質(zhì)變化等）經(jīng)過一段時間又達到一個新的平衡。在經(jīng)過長吹灰槍吹掃后，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到略低于吹掃前水平，并呈緩慢增大趨勢，可見過熱器受熱面污染速度較快，應(yīng)當適當增加該處吹灰頻率。在進行爐膛吹灰和空預器吹灰時，過熱器整體污染倍率未見明顯變化，可見實際運行過程中，對沿煙氣方向上側(cè)和下側(cè)部位進行吹灰，對該部位自身積灰情況并無明顯影響，因此長吹、短吹及空預器吹灰無需按照煙氣流程進行吹掃，當某一個受熱面污染倍率到達限值時，可以有選擇性的按需進行吹灰。

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)動態(tài)變化及測量誤差后，由圖4可見，總體上污染倍率的變化情況與真實情況基本吻合。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，可見吹灰對再熱器的清潔效果相對較弱。吹掃后，再熱器的污染倍率維持較低水平時間較過熱器長三到四倍，可見再熱器處積灰情況較輕，可適當降低吹掃頻率。對比前后兩個負荷下的污染倍率（過熱器與此結(jié)論相同）可見，負荷較高時，再熱器（過熱器）的污染倍率相對較低，這是由于低負荷爐膛火焰充滿度不好容易造成煙氣偏斜，而且隨著負荷的增加，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，因此在低負荷時，應(yīng)加強對受熱面吹灰。

圖5為空預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器污染倍率均有小幅度下降，而吹灰后污染倍率增長速度較慢，在很長時間能維持較為潔凈的狀態(tài)，因此可以適當降低吹灰頻率，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诘拓摵蓵r，空預器污染倍率略有下降，雖然低負荷煙氣流速降低，但煙氣流量降低，氧量增大導致漏風系數(shù)增大，致使積灰可能性降低，因此在低負荷時可適當降低空預器的吹灰頻率。

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)的自動吹灰決策建議系統(tǒng)，通過與DCS相應(yīng)服務(wù)器通訊，實時計算分析出各受熱面的污染倍率，通過進一步實驗得出污染倍率高限值，并在高限值時通過光字牌提醒或者實現(xiàn)自動吹灰命令，有效指導實際運行中的吹灰工作。

以上所述的僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當指出，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，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，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。