CN102095204A - 基于烟道飞灰质量流量的锅炉吹灰控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于烟道飞灰质量流量的锅炉吹灰控制装置，包括吹灰器，包括电荷感应传感器、信号处理模块以及用于控制吹灰器的工控机；所述电荷感应传感器安装在锅炉尾部烟道内，用于测量飞灰颗粒云团的感应电流；所述信号处理模块与所述电荷感应传感器连接，用于对感应电流进行A/D转换以及滤波处理，获得烟道飞灰质量流量M；所述工控机根据信号处理模块传来的信号控制吹灰器的工作。本发明可用于各燃煤发电厂，对各煤粉锅炉吹灰器运行实现控制，可维持锅炉炉膛出口温度、主蒸汽温度的稳定，提高锅炉效率，减少锅炉故障，延长吹灰器寿命，节省吹灰器维护工作量等。

Description

基于烟道飞灰质量流量的锅炉吹灰控制装置

技术领域

本发明属于热能动力工程及其自动化技术领域，具体涉及一种基于烟道飞灰质量流量的锅炉吹灰控制装置。

背景技术

电站锅炉的安全经济运行正面临复杂煤种和多变煤质的威胁，引发的突出问题之一是受热面积灰结渣严重。我国电站锅炉都配有相应的蒸汽吹灰系统，用于吹扫受热面上沉积的灰和结渣，吹灰系统的投运方式主要是按照锅炉运行操作规程或者依赖于运行人员的操作经验，定时定期地按照先后次序将受热面吹扫一遍。这样的吹扫方式，都是在并不了解受热面确切的沾污状况下进行的，实际上很难确定每次吹扫的时间和两次吹扫的时间间隔，结果或是吹扫不足，或是造成过度吹扫，不仅经济性差，而且安全性差。例如，对于没有积灰的受热面进行吹扫，不仅浪费蒸汽，而且还会吹伤管壁，减少受热面的寿命。我国火电厂曾多次发生过“过吹”造成炉管被吹破裂的事故，此外我国锅炉检修周期短、炉管更换频繁等都与吹灰器投运不当有密切的关系。吹灰器投运不当，还会引起炉膛出口温度升高和波动，造成主蒸汽温度的大幅波动，升高排烟温度，降低锅炉效率，减少吹灰器寿命，增加吹灰器维护工作量等问题。

为优化锅炉吹灰策略，国内外都有很多研究，出现了许多基于热力学计算的沾污模型诊断方法，即以锅炉整体或局部能量平衡为基础，通过热力计算，诊断受热面的沾污状况，实现受热面积灰结渣的在线监测。代表性的国外公司有Emerson公司的Sootblower Optimizer系统、NeuCo公司研制的SootblowerOpt、ABB公司的Optimax系统、B&W公司的PowerClean系统等。国内机构中，西安热工研究院和华北电力大学等提出了锅炉清洁因子模型诊断法，还有一些学者提出了基于神经网络的炉膛受热面结渣的软测量技术。由于锅炉对象十分复杂，再加上锅炉运行工况的变化，煤种煤质的频繁波动，都会导致沾污模型的误差增大，稳定性和适应性较差。而且，从受热面沾污到引起热力参数的变化通常有较长的滞后时间，其实时性也较差。故基于沾污模型的锅炉吹灰策略的实际应用效果并不理想。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种基于烟道飞灰质量流量的锅炉吹灰控制装置。

技术方案：本发明公开了一种基于烟道飞灰质量流量的锅炉吹灰控制装置，包括吹灰器，包括电荷感应传感器、信号处理模块以及用于控制吹灰器的工控机；

所述电荷感应传感器安装在锅炉尾部烟道内，用于测量飞灰颗粒云团的感应电流；所述电荷感应传感器感应飞灰颗粒云团的电荷，形成感应电流，在进行隔离放大、滤波等信号前置处理后，形成4～20mA电流输出；

所述信号处理模块与所述电荷感应传感器连接，用于对感应电流进行A/D转换以及滤波处理，获得烟道飞灰质量流量M；

所述工控机根据信号处理模块传来的信号控制吹灰器的工作。

本发明中，优选地，所述电荷感应传感器包含感测体部分，电荷感应传感器的感测体为坚硬耐磨的钨钴合金。

本发明中，优选地，所述感测体为细长圆柱体，直径为10～20mm。

本发明中，优选地，所述感测体与烟道壁垂直安装，伸入烟道长度为烟道宽度的40～45％。

本发明中，优选地，所述电荷感应传感器为两组对称布置在锅炉尾部烟道上，每组为3～5个电荷感应传感器。

本发明中，优选地，所述信号处理模块通过执行以下步骤获得烟道飞灰质量流量M：

测量各电荷感应传感器所在点的感应电流值I_i，烟气速度W_i，计算感应电流的速度加权平均值I_w以及各电荷感应传感器所在点的权重系数k_i：W_i可以通用的毕托管风速仪作为测试仪器测量；

其中，n为电荷感应传感器的最大数值，

计算电荷感应传感器感应电流的加权平均值I，

其中N为电荷感应传感器个数；

计算烟道飞灰质量流量M，

其中C、m为通过质量流量标定确定的常数，本发明中C的取值优选为2.1～2.6的实数；m的取值范围优选为1.2～1.5的实数。

本发明中，优选地，所述工控机通过执行以下步骤控制吹灰操作：

(1)计算烟道飞灰流量的时间移动平均线

时间ω取10～20分钟；

其中M_t表示t时刻的烟道飞灰流量，t₁是当前时刻；

(2)针对每个吹灰器，当烟道飞灰质量流量M_t小于吹扫下限时，则停止吹扫，所述吹扫下限为移动平均线

的1.2～1.3倍；

(3)计算该吹灰器本次吹扫飞灰质量流量平均值

其中τ为每次吹灰的持续时间，t₀为吹灰器初始工作时刻；

(4)计算相邻两次吹扫飞灰质量流量平均值的变化率φ：

其中，

为该吹灰器上个吹扫周期的飞灰质量流量平均值。

如果φ＜-0.1，将下次吹扫时刻自动延后1小时；

如果-0.1≤φ≤0.1，维持当前设定的吹扫周期不变；

如果φ＞0.1，将下次吹扫时刻自动提前1小时。

(5)依照步骤(1)至步骤(4)动态调整各吹灰器吹扫时刻并控制每次吹扫持续时间。

有益效果：本发明可用于各燃煤发电厂，对各煤粉锅炉吹灰器运行实现控制，本发明根据对锅炉尾部烟道飞灰质量流量的在线监测，通过实时限值分析、变化趋势分析和历史数据分析，从而形成优化的吹灰器吹扫策略，针对每个吹灰器，控制适宜的吹灰器动作频度和每次吹扫操作的持续时间，以锅炉吹扫形成的飞灰云团质量流量为反馈信息，指导形成正确的吹灰器吹扫策略，控制适宜的吹灰器动作频度和每次吹扫操作的持续时间，既不“欠吹”也防止“过吹”。可维持锅炉炉膛出口温度、主蒸汽温度的稳定，提高锅炉效率，减少锅炉故障，延长吹灰器寿命，节省吹灰器维护工作量等。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。

图1为本发明电荷感应传感器的工作原理图。

图2为本发明基于烟道飞灰质量流量在线监测的锅炉吹灰优化系统组成方框图。

图3a和图3b为本发明电荷感应传感器在锅炉烟道安装布置示意图。

图4为本发明实施例烟道飞灰质量流量变化趋势图。

具体实施方式：

如图1所示，烟道中飞灰颗粒在气力输送过程中，一方面要和烟道壁发生碰撞、摩擦和分离，另一方面飞灰颗粒与颗粒之间，也要发生碰撞、摩擦和分离。这样大量的紧密接触和分离的过程，能够使飞灰颗粒带上了相当数量的静电荷。而带电飞灰颗粒会产生一定的静电场，当带电飞灰颗粒通过金属感应探头时，处于静电场中的探头表面会产生等量感应电荷，并且通过接触飞灰颗粒而吸收电荷，大量带电飞灰颗粒流过探头时，在探头上形成电流，电流的大小与流经探头的飞灰颗粒质量流量有关，将感应电流作为测量信号，对该信号进行处理和分析，就可以得到飞灰颗粒的质量流量信号。烟道飞灰质量流量M与感应电荷q有如下关系式：

其中：C，m为待标定的常数。

如图2所示，本发明所述一种基于烟道飞灰质量流量的锅炉吹灰控制装置，包括吹灰器4，电荷感应传感器1、信号处理模块2以及用于控制吹灰器4的工控机3；为测量烟道中飞灰质量流量，需要在锅炉尾部烟道上布置电荷感应传感器组1，感测整个烟道断面的飞灰质量流量。如图3a和图3b所示(图3b为图3b的部分剖面图)，电荷感应传感器1分为两小组对称布置，每小组为5个，视烟道大小而定，所述感测体与烟道壁垂直安装，伸入烟道长度为烟道宽度的40～45％。电荷感应传感器的感测体由耐磨钨钴合金制成。电荷感应传感器的感测体为细长圆柱体，直径为10～20mm，在烟道安装时应使感测体与烟道壁垂直，并使伸入烟道的长度为烟道宽度的40～45％。电荷感应传感器获得的感应电流，在进行隔离放大、滤波等信号前置处理后，形成4～20mA电流输出。所述电荷感应传感器安装在锅炉尾部烟道内，用于测量飞灰颗粒云团5的感应电流；图中箭头6为吹灰时飞灰颗粒云团5的方向。

本实施例中，所述信号处理模块2通过执行以下步骤获得飞灰质量流量：

测量各电荷感应传感器所在点的感应电流值I_i，并以通用的毕托管风速仪测量烟气速度W_i，计算感应电流的速度加权平均值I_w以及各电荷感应传感器所在点的权重系数k_i：

其中，n为电荷感应传感器的最大数值，

计算电荷感应传感器感应电流的加权平均值I，

其中N为电荷感应传感器个数；

计算烟道飞灰质量流量M，

其中C、m为通过质量流量标定确定的常数，C的取值优选为2.1～2.6的实数；m的取值范围优选为1.2～1.5的实数。

本实施例中，所述工控机3通过执行以下步骤控制吹灰操作：

(1)计算烟道飞灰流量的时间移动平均线时间取10～20min；

其中M_t为t时刻的烟道飞灰流量M，t₁是当前时刻；

(2)针对每个吹灰器，当烟道飞灰质量流量M_t小于吹扫下限时，则停止吹扫，所述吹扫下限为移动平均线

的1.2～1.3倍；

(3)计算该吹灰器本次吹扫飞灰质量流量平均值

其中τ为每次吹灰的持续时间，t₀为吹灰器初始工作时刻；

(4)计算相邻两次吹扫飞灰质量流量平均值的变化率φ：

其中，为该吹灰器上个吹扫周期的飞灰质量流量平均值。

如果φ＜-0.1，将下次吹扫时刻自动延后1小时；

如果-0.1≤φ≤0.1，维持当前设定的吹扫周期不变；

如果φ＞0.1，将下次吹扫时刻自动提前1小时。

(5)依照步骤(1)至步骤(4)动态调整各吹灰器吹扫时刻并控制每次吹扫持续时间。

图4为本发明实施例某项目两次吹扫前后的烟道飞灰质量流量变化趋势图。由图4可见，当吹灰器开始吹扫时，烟道中飞灰质量流量迅速增加，而当吹扫一段时间后由于受热面积灰已被吹掉，烟道中飞灰质量流量又降低到正常值。同时可见，与间隔24小时吹扫相比，间隔12小时吹扫时烟道中飞灰质量流量明显减少。

本发明基于烟道飞灰质量流量在线监测的锅炉吹灰优化系统，通过在线监测烟道飞灰质量流量的变化，可以有效防止吹灰器持续吹扫时间超长引起的“过吹扫”，同时通过试验，形成知识积累，可以为各个吹灰器寻优到最适宜的吹灰频度。

本发明提供了一种基于烟道飞灰质量流量的锅炉吹灰控制装置的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (7)

1.一种基于烟道飞灰质量流量的锅炉吹灰控制装置，包括吹灰器，其特征在于，包括电荷感应传感器、信号处理模块以及用于控制吹灰器的工控机；

所述电荷感应传感器安装在锅炉尾部烟道内，用于测量飞灰颗粒云团的感应电流；

所述信号处理模块与所述电荷感应传感器连接，用于对感应电流进行A/D转换以及滤波处理，获得烟道飞灰质量流量M；

所述工控机根据信号处理模块传来的信号控制吹灰器的工作。

2.根据权利要求1所述的基于烟道飞灰质量流量的锅炉吹灰控制装置，其特征在于，所述电荷感应传感器包含感测体部分，电荷感应传感器的感测体为钨钴合金。

3.根据权利要求2所述的基于烟道飞灰质量流量的锅炉吹灰控制装置，其特征在于，所述感测体为细长圆柱体，直径为10～20mm。

4.根据权利要求3所述的基于烟道飞灰质量流量的锅炉吹灰控制装置，其特征在于，所述感测体与烟道壁垂直安装，伸入烟道长度为烟道宽度的40～45％。

5.根据权利要求1所述的基于烟道飞灰质量流量的锅炉吹灰控制装置，其特征在于，所述电荷感应传感器为两组对称布置在锅炉尾部烟道上，每组为3～5个电荷感应传感器。

6.根据权利要求1所述的基于烟道飞灰质量流量的锅炉吹灰控制装置，其特征在于，所述信号处理模块通过执行以下步骤获得烟道飞灰质量流量M：

测量各电荷感应传感器所在点的感应电流值I_i，烟气速度W_i，计算感应电流的速度加权平均值I_w以及各电荷感应传感器所在点的权重系数k_i：

其中，n为电荷感应传感器的最大数值，

计算电荷感应传感器感应电流的加权平均值I，

其中N为电荷感应传感器个数；

计算烟道飞灰质量流量M，

其中C、m为通过质量流量标定确定的常数。

7.根据权利要求6所述的基于烟道飞灰质量流量的锅炉吹灰控制装置，其特征在于，所述工控机通过执行以下步骤控制吹灰操作：

(1)计算烟道飞灰流量的时间移动平均线

时间ω取10～20分钟；

其中M_t为t时刻的烟道飞灰质量流量，t₁是当前时刻；

(2)针对每个吹灰器，在吹扫时刻到时开始吹灰，当烟道飞灰质量流量M_t小于吹扫下限时，则停止吹扫，所述吹扫下限为移动平均线

的1.2～1.3倍；

(3)计算该吹灰器本次吹扫飞灰质量流量平均值

其中τ为每次吹灰的持续时间，t₀为吹灰器初始工作时刻；

(4)计算相邻两次吹扫飞灰质量流量平均值的变化率φ：

其中，

为该吹灰器上个吹扫周期的飞灰质量流量平均值；

如果φ＜-0.1，则将下次吹扫时刻延后1小时；

如果-0.1≤φ≤0.1，则维持当前设定的吹扫周期不变；

如果φ＞0.1，将下次吹扫时刻提前1小时；

(5)依照步骤(1)至步骤(4)动态调整各吹灰器吹扫时刻并控制每次吹扫持续时间。

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