一種電站鍋爐爐膛結渣分區段實時軟測量方法技術

本發明專利技術公開了一種電站鍋爐爐膛結渣分區段實時軟測量方法，在不增加電站鍋爐測點的基礎上，通過采集鍋爐爐膛結構參數、入爐煤質數據和爐膛實時運行參數，以爐膛不同區段的水冷壁熱有效系數作為結渣監測指標，基于爐膛整體及分區段傳熱平衡建立了爐膛分區段結渣軟測量計算模型，能夠提供爐膛不同區段實時結渣情況的直觀數據，為爐膛分區段吹灰操作提供參考。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種電站鍋爐爐膛結渣分區段實時軟測量方法，屬于鍋爐運行參數監測領域。特別是一種針對電站鍋爐爐膛，根據電廠已有測點采集鍋爐運行數據，通過事先建立好的模型進行爐膛分區段結渣情況實時推算的軟測量方法。
技術介紹
大型電站鍋爐的爐膛作為燃料的主要燃燒空間，火焰中心溫度可以達到1400℃～1700℃，此溫度下煤質中的灰分已處于熔融狀態，極易粘附在溫度較低的爐膛水冷壁上造成結渣現象，且一旦開始結渣會形成越來越厚的渣層，如不及時清理會導致鍋爐的傳熱性能急劇下降、鍋爐效率降低，嚴重時可能會停爐，從而引發安全事故并造成極大的經濟損失。現今電站鍋爐都采用吹灰器進行爐膛結渣的清除工作，但是由于爐膛燃燒溫度極高且煙氣中含有大量飛灰無法進行結渣情況直接監測，因此運行人員只能夠憑借排煙溫度和經驗來進行爐膛結渣判斷，通常直接采用定時定量的吹灰操作方式，從而造成了結渣吹灰不及時而傳熱效率下降，或者吹灰過于頻繁而蒸汽浪費太多。因為缺乏可靠的直接測量手段，鍋爐爐膛中的結渣監測通常采用軟測量方法，即通過已安裝測點測得的運行參數根據熱平衡原理進行爐膛結渣程度推算。目前專利文獻中的有關鍋爐爐膛結渣監測的軟測量方法，大多都是推算爐膛整體結渣情況，但是隨著鍋爐容量的增加、爐膛空間的變大以及吹灰器的多點排布(可分區段吹灰)，爐膛結渣整體監測由于不能反應爐膛不同區段的結渣情況，無法滿足電廠對鍋爐爐膛進行分區段吹灰的需求，應用受到了一定限制。因此，建立一種爐膛結渣分區段實時軟測量方法顯得至關重要。
技術實現思路
專利技術目的：為了克服現有技術中存在的不足，本專利技術提供一種電站鍋爐爐膛結渣分區段實時軟測量方法，在不增加電站鍋爐的測點的基礎上，以爐膛不同區段的水冷壁熱有效系數作為結渣監測指標，通過建立好的爐膛分區段結渣軟測量計算模型推算出鍋爐運行中爐膛不同區段的實時結渣程度，以幫助運行人員判斷爐膛不同區段的吹灰時機。技術方案：為實現上述目的，本專利技術采用的技術方案為：一種電站鍋爐爐膛結渣分區段實時軟測量方法，包括以下步驟：步驟1，將爐膛按燃燒性質由下到上依次分為主燃燒區、燃盡區和換熱區三個區段。對爐膛進行相關數據采集。步驟2，根據步驟1中采集的相關數據的分別計算燃料理論燃燒溫度Tth、爐膛整體輻射吸收減弱系數ka、爐膛整體火焰綜合黑度εsyn、爐膛整體黑度和爐膛整體水冷壁熱有效系數ψf，為爐膛分區段輻射傳熱計算作準備。步驟3，假設主燃燒區出口煙溫Tf1″，列出主燃燒區熱平衡方程，計算主燃燒區水冷壁熱有效系數ψ1。步驟4，列出爐膛內主燃燒區熱負荷方程，對假設的主燃燒區出口煙溫Tf1″進行校核，若滿足條件則進行步驟5，若不滿足則重復步驟3到4。步驟5，假設燃盡區的出口煙氣溫度Tf2″，列出燃盡區熱平衡方程，計算燃盡區水冷壁熱有效系數ψ2。步驟6，列出爐膛內燃盡區熱負荷方程，對假設的燃盡區出口煙溫Tf2″進行校核，若滿足條件則進行步驟7，若不滿足則重復步驟5到6。步驟7，列出換熱區熱平衡方程，計算換熱區水冷壁熱有效系數ψ3，輸出計算出的不同區段水冷熱有效系數ψ1、ψ2和ψ3作為不同區段的結渣監測指標。所述步驟1中采集的相關數據包括鍋爐爐膛結構及設計參數、入爐煤質數據和鍋爐實時運行參數。鍋爐爐膛結構及設計參數包括爐膛整體傳熱面積、不同區段的傳熱面積、有效容積、計算高度、上下排燃燒器布置高度差、燃燒器平均布置高度、出口煙窗面積、爐膛出口對半輻射受熱面的輻射熱有效系數。入爐煤質數據通過煤質分析獲得，主要包括煤的元素分析、工業分析和熱值分析。鍋爐實時運行參數通過電廠DCS系統采集，主要測點包括鍋爐燃煤量、一次風占總風量比例、二次風占總風量比例、一次風進出口風溫、二次風進出口風溫、水冷壁工質流量、水冷壁進出口工質壓力、水冷壁進出口工質溫度和爐膛出口煙氣溫度。所述步驟2中根據采集數據的分別計算燃料理論燃燒溫度Tth、爐膛整體輻射吸收減弱系數ka、爐膛整體火焰綜合黑度εsyn、爐膛整體黑度和爐膛整體水冷壁熱有效系數ψf的方法如下：步驟2-1，根據理論的熱空氣焓和理論的冷空氣焓得到進入爐內空氣熱量。Qk=(αf′′-Δαf-Δαpcs)Ihk0+(Δαf+Δαpcs)Ick0]]>Qk為隨單位質量燃料帶入爐內的空氣的熱量，且此熱量含漏風的熱量。為理論的熱空氣焓，即空預器出口一次風和二次風混合溫度。為理論的冷空氣焓，即空預器進口一次風和二次風混合溫度。αf\為爐膛出口過量空氣系數，Δαf為爐膛漏風系數，Δαpcs為制粉系統的漏風系數。根據入爐內空氣熱量、單位質量燃料帶入爐內的熱量、化學未完全燃燒熱損失、機械未完全燃燒熱損失以及其他熱損失得到燃料帶入爐內有效熱量。Qfef=Qr100-q3-q4-q6100-q4+Qk]]>為爐內有效熱量，即為理論燃燒溫度Tth對應焓值，在獲得爐內有效熱量后通過煙氣焓溫表利用插值法查取燃料理論燃燒溫度Tth。Qr為單位質量燃料帶入爐內的熱量，通常等于燃料收到基低位發熱量，q3為化學未完全燃燒熱損失，q4為機械未完全燃燒熱損失，q6為其他熱損失，步驟2-2，根據收到基灰分以及單位燃料燃燒產生煙氣質量得到煙氣中灰分顆粒的質量濃度。μash,m=Aarαfa100Gy.]]>μash,m為煙氣中灰分顆粒的質量濃度，Aar為收到基灰分，αfa為飛灰系數。Gy為單位燃料燃燒產生煙氣質量。根據收到基碳元素、干燥無灰基揮發份、最上排燃燒器布置高度、最下排燃燒器布置高度以及水冷壁的吸熱表面積得到煙氣中焦炭顆粒的容積濃度。μcok,v=5.5Car(10+q4)(100+Vdaf)Vy(1+ht-hunhf).]]>μcok,v為煙氣中焦炭顆粒的容積濃度，Car為收到基碳元素，Vdaf為干燥無灰基揮發份，VY為單位燃料燃燒產生煙氣體積，ht為最上排燃燒器布置高度，hun為最下排燃燒器布置高度，Hf為水冷壁的吸熱表面積；根據水蒸汽占煙氣容積份額、水蒸汽和二氧化物之和占煙氣容積份額、爐內輻射層有效厚度以及爐膛整體出口煙溫得到三原子氣體減弱系數。kgr=[0.78+1.6rH2OrS-0.1](1-0.37Tf′′1000)r.]]>kgr為三原子氣體減弱系數。rH2O為水蒸汽占煙氣容積份額，r為水蒸汽和二氧化物之和占煙氣容積份額，S為爐內輻射層有效厚度，Tf″為爐膛整體出口煙溫。根據煙氣中灰分顆粒的質量濃度以及灰分顆粒的平均粒徑得到灰分減弱系數。kashμash=5330μash,m(Tf′′dash)2/3[1-0.651+0.0177/(μash,mS)2].]]>kashμash為灰分顆粒減弱系數，μash,m為煙氣中灰分顆粒的質量濃度，dash為灰分顆粒的平均粒徑，根據焦炭顆粒的平均粒徑、煙氣中焦炭顆粒的容積濃度得到焦炭顆粒減弱系數。kcokμcok=10μcok,v(Tf′′dcok)2/3.]]>kcokμcok為焦炭顆粒減弱系數，dcok為焦炭本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種電站鍋爐爐膛結渣分區段實時軟測量方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟1，將爐膛按燃燒性質由下到上依次分為主燃燒區、燃盡區和換熱區三個區段。對爐膛進行相關數據采集。步驟2，根據步驟1中采集的相關數據的分別計算燃料理論燃燒溫度Tth、爐膛整體輻射吸收減弱系數ka、爐膛整體火焰綜合黑度εsyn、爐膛整體黑度和爐膛整體水冷壁熱有效系數ψf，為爐膛分區段輻射傳熱計算作準備。步驟3，假設主燃燒區出口煙溫Tf1″，列出主燃燒區熱平衡方程，計算主燃燒區水冷壁熱有效系數ψ1。步驟4，列出爐膛內主燃燒區熱負荷方程，對假設的主燃燒區出口煙溫Tf1″進行校核，若滿足條件則進行步驟5，若不滿足則重復步驟3到4。步驟5，假設燃盡區的出口煙氣溫度Tf2″，列出燃盡區熱平衡方程，計算燃盡區水冷壁熱有效系數ψ2。步驟6，列出爐膛內燃盡區熱負荷方程，對假設的燃盡區出口煙溫Tf2″進行校核，若滿足條件則進行步驟7，若不滿足則重復步驟5到6。步驟7，列出換熱區熱平衡方程，計算換熱區水冷壁熱有效系數ψ3，輸出計算出的不同區段水冷熱有效系數ψ1、ψ2和ψ3作為不同區段的結渣監測指標。

【技術特征摘要】
1.一種電站鍋爐爐膛結渣分區段實時軟測量方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟1，將爐膛按燃燒性質由下到上依次分為主燃燒區、燃盡區和換熱區三個區段。對爐膛進行相關數據采集。步驟2，根據步驟1中采集的相關數據的分別計算燃料理論燃燒溫度Tth、爐膛整體輻射吸收減弱系數ka、爐膛整體火焰綜合黑度εsyn、爐膛整體黑度和爐膛整體水冷壁熱有效系數ψf，為爐膛分區段輻射傳熱計算作準備。步驟3，假設主燃燒區出口煙溫Tf1″，列出主燃燒區熱平衡方程，計算主燃燒區水冷壁熱有效系數ψ1。步驟4，列出爐膛內主燃燒區熱負荷方程，對假設的主燃燒區出口煙溫Tf1″進行校核，若滿足條件則進行步驟5，若不滿足則重復步驟3到4。步驟5，假設燃盡區的出口煙氣溫度Tf2″，列出燃盡區熱平衡方程，計算燃盡區水冷壁熱有效系數ψ2。步驟6，列出爐膛內燃盡區熱負荷方程，對假設的燃盡區出口煙溫Tf2″進行校核，若滿足條件則進行步驟7，若不滿足則重復步驟5到6。步驟7，列出換熱區熱平衡方程，計算換熱區水冷壁熱有效系數ψ3，輸出計算出的不同區段水冷熱有效系數ψ1、ψ2和ψ3作為不同區段的結渣監測指標。2.根據權利要求1所述的電站鍋爐爐膛結渣分區段實時軟測量方法，其特征在于：所述步驟1中采集的相關數據包括鍋爐爐膛結構及設計參數、入爐煤質數據和鍋爐實時運行參數；鍋爐爐膛結構及設計參數包括爐膛整體傳熱面積、不同區段的傳熱面積、有效容積、計算高度、上下排燃燒器布置高度差、燃燒器平均布置高度、出口煙窗面積、爐膛出口對半輻射受熱面的輻射熱有效系數；入爐煤質數據通過煤質分析獲得，主要包括煤的元素分析、工業分析和熱值分析；鍋爐實時運行參數通過電廠DCS系統采集，主要測點包括鍋爐燃煤量、一次風占總風量比例、二次風占總風量比例、一次風進出口風溫、二次風進出口風溫、水冷壁工質流量、水冷壁進出口工質壓力、水冷壁進出口工質溫度和爐膛出口煙氣溫度。3.根據權利要求1所述的電站鍋爐爐膛結渣分區段實時軟測量方法，其特征在于：所述步驟2中根據采集數據的分別計算燃料理論燃燒溫度Tth、爐膛整體輻射吸收減弱系數ka、爐膛整體火焰綜合黑度εsyn、爐膛整體黑度和爐膛整體水冷壁熱有效系數ψf的方法如下：步驟2-1，根據理論的熱空氣焓和理論的冷空氣焓得到進入爐內空氣熱量；Qk=(αf′′-Δαf-Δαpcs)Ihk0+(Δαf+Δαpcs)Ick0]]>Qk為隨單位質量燃料帶入爐內的空氣的熱量，且此熱量含漏風的熱量；為理論的熱空氣焓，即空預器出口一次風和二次風混合溫度；為理論的冷空氣焓，即空預器進口一次風和二次風混合溫度，αf\為爐膛出口過量空氣系數，Δαf為爐膛漏風系數，Δαpcs為制粉系統的漏風系數。；根據入爐內空氣熱量、單位質量燃料帶入爐內的熱量、化學未完全燃燒熱損失、機械未完全燃燒熱損失以及其他熱損失得到燃料帶入爐內有效熱量；Qfef=Qr100-q3-q4-q6100-q4+Qk]]>為爐內有效熱量，即為理論燃燒溫度Tth對應焓值，在獲得爐內有效熱量后通過煙氣焓溫表利用插值法查取燃料理論燃燒溫度Tth；Qr為單位質量燃料帶入爐內的熱量，通常等于燃料收到基低位發熱量，q3為化學未完全燃燒熱損失，q4為機械未完全燃燒熱損失，q6為其他熱損失，步驟2-2：根據收到基灰分以及單位燃料燃燒產生煙氣質量得到煙氣中灰分顆粒的質量濃度；μash,m=Aarαfa100Gy;]]>μash,m為煙氣中灰分顆粒的質量濃度，Aar為收到基灰分，αfa為飛灰系數；Gy為單位燃料燃燒產生煙氣質量；根據收到基碳元素、干燥無灰基揮發份、最上排燃燒器布置高度、最下排燃燒器布置高度以及水冷壁的吸熱表面積得到煙氣中焦炭顆粒的容積濃度；μcok,v=5.5Car(10+q4)(100+Vdaf)Vy(1+ht-hunhf);]]>μcok,v為煙氣中焦炭顆粒的容積濃度，Car為收到基碳元素，Vdaf為干燥無灰基揮發份，ht為最上排燃燒器布置高度，hun為最下排燃燒器布置高度，Hf為水冷壁的吸熱表面積；根據水蒸汽占煙氣容積份額、水蒸汽和二氧化物之和占煙氣容積份額、爐內輻射層有效厚度以及爐膛整體出口煙溫得到三原子氣體減弱系數；kgr=[0.78+1.6rH2Ors-0.1](1-0.37Tf′′1000)r;]]>kgr為三原子氣體減弱系數；為水蒸汽占煙氣容積份額，r為水蒸汽和二氧化物之和占煙氣容積份額，S為爐內輻射層有效厚度，Tf″為爐膛整體出口煙溫；根據煙氣中灰分顆粒的質量濃度以及灰分顆粒的平均粒徑得到灰分減弱系數；kashμash=5330μash,m(Tf′′dash)2/3[1-0.651+0.0177/(μash,mS)2];]]>kashμash為灰分顆粒減弱系數，μash,m為煙氣中灰分顆粒的質量濃度，dash為灰分顆粒的平均粒徑，根據焦炭顆粒的平均粒徑、煙氣中焦炭顆粒的容積濃度得到焦炭顆粒減弱系數；kcokμcok=10μcok,v(Tf′′dcok)2/3;]]>kcokμcok為焦炭顆粒減弱系數，dcok為焦炭顆粒的平均粒徑，根據三原子氣體減弱系數、灰分顆粒減弱系數以及焦炭顆粒...

【專利技術屬性】
技術研發人員：黃亞繼，徐力剛，鄒磊，岳峻峰，王健，楊釗，
申請(專利權)人：東南大學，
類型：發明
國別省市：江蘇;32