CN104215546B - 一种电站锅炉空气预热器堵灰监测系统及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电站锅炉空气预热器堵灰监测系统及其工作方法，它包括入炉煤处理单元、灰渣处理单元、烟气处理单元、静压处理单元、烟温处理单元、压降计算模块和堵灰评估模块，各处理单元均包括采样模块和分析模块，各个采样模块采集对应信息，传输给各自的分析模块，分析模块进行数据分析并将结果传输给压降计算模块，压降计算模块计算出对烟气流量和烟温偏离设计值修正的空气预热器烟气侧压降值，并传输给堵灰评估模块，堵灰评估模块根据烟气侧压降计算值与设计值的相对变化量判断空气预热器堵灰程度。该发明不仅实现空气预热器堵灰的实时监测，而且由于对空气预热器烟气侧压降值进行了烟气流量和烟温偏离设计值修正，保证堵灰评判的准确性。

Description

一种电站锅炉空气预热器堵灰监测系统及其工作方法

技术领域

本发明涉及一种电站锅炉空气预热器堵灰监测系统及其工作方法。

背景技术

2012年1月1日，我国正式实施《火电厂大气污染排放标准(GB13223-2011)》，标准中明确要求重点地区自2012年1月1日起，新建火力发电锅炉NOx排放量上限为100mg/m³；自2014年7月1日起，现有火力发电锅炉NOx排放量上限为100mg/m³。为了满足排放要求，发电企业需在省煤器出口和空气预热器入口采用选择性催化还原SCR技术。SCR技术是目前世界上发达国家普遍采用的烟气脱硝技术，当其投运时，烟气中的NOx、SO₂、还原剂(尿素或氨)等在催化剂的作用下，一方面可以将NOx还原成无害的N₂和H₂O，另一方面，也会产生硫酸氢氨副产物。由于空气预热器出入口烟气侧温度跨越100℃～400℃区间，正好涵盖了硫酸氢氨呈现液态的146℃～207℃温度范围，液态硫酸氢氨捕捉烟气中的飞灰粒子，附着与预热器传热元件上形成融盐状的积灰，若不注重监控，就会造成空气预热器严重堵灰，影响机组的安全稳定运行。

目前，电厂技术人员采用空气预热器烟气侧出入口差压DCS显示值与设计值进行比较，评判其堵灰程度。由于电厂燃煤和运行方式多变，导致流经空气预热器的烟气量和烟温与设计值存在差异，若直接用DCS显示值与设计值比较会产生较大误差。以某电厂的空气预热器为例，其烟气侧差压DCS显示值为1200Pa，而对烟气流量和烟温偏离设计值修正的烟气侧差压值为1520Pa，两者相差约25％。可见，依靠DCS显示差压值评判空气预热器堵灰程度会产生较大的偏差，不能正确反映设备真实状况，继而延误处理的最佳时机，造成堵灰的加剧。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种电站锅炉空气预热器堵灰监测系统及其工作方法，其综合考虑燃煤特性、燃烧特性和运行状况的影响，实现了空气预热器堵灰的实时、准确监测。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种电站锅炉空气预热器堵灰监测系统，包括入炉煤处理单元、灰渣处理单元、烟气处理单元、静压处理单元、烟温处理单元、压降计算模块和堵灰评估模块，其中，各个处理单元均包括采样模块和分析模块，各个采样模块采集对应信息，并将其传输给各自的分析模块，分析模块进行数据分析处理并将结果传输给压降计算模块，压降计算模块读取设计参数模块中存储的相对应的设计参数，计算出对烟气流量和烟温偏离设计值修正的空气预热器烟气侧压降值，并传输给堵灰评估模块，堵灰评估模块根据烟气侧压降计算值与设计值的相对变化量判断空气预热器堵灰程度。

所述入炉煤处理单元，包括入炉煤采样模块和入炉煤分析模块，其中，入炉煤采样模块采集入炉煤样品并送至入炉煤分析模块，入炉煤分析模块获取入炉煤样品的成份数据并传输给压降计算模块，当电厂安装有煤质在线测量装置时，直接读取煤质成份数据，否则，采用人工化验分析，并将化验分析数据在输入终端录入。

所述灰渣处理单元，包括灰渣采样模块和灰渣分析模块，其中，灰渣采样模块采集灰渣样品并送至灰渣分析模块，灰渣分析模块获取灰渣可燃物含量数据并传输给压降计算模块，当电厂安装有飞灰在线测量装置时，直接读取数据，否则，采用人工化验分析，并将化验分析数据在输入终端录入。

所述烟气处理单元，包括烟气采样模块和烟气分析模块，其中，烟气采样模块采集空气预热器出入口的烟气成份数据并传输给烟气分析模块，烟气分析模块分析处理烟气成份数据，剔除坏值后取算术平均，并传输给压降计算模块。

所述静压处理单元，包括烟气静压采样模块和烟气静压分析模块，其中，烟气静压采样模块采集空气预热器烟气出入口处的静压数据并传输给烟气静压分析模块，烟气静压分析模块分析处理静压数据，剔除坏值后取算术平均，并传输给压降计算模块。

所述烟温处理单元，包括烟温采样模块和烟温分析模块，其中，烟温采样模块采集空气预热器出入口的烟温数据并传输给烟温分析模块，烟温分析模块分析处理烟温数据，剔除坏值后取算术平均，并传输给压降计算模块。

基于上述监测系统的工作方法，包括以下步骤：

步骤1：入炉煤采样模块、灰渣采样模块、烟气采样模块、静压采样模块和烟温采样模块分别采集煤质信息、灰渣信息、烟气成份信息、烟气静压信息和烟气温度信息，并传输给对应的分析模块；

步骤2：烟气分析模块、静压分析模块和烟温分析模块对空气预热器出入口的烟气成份数据、烟气静压数据和烟气温度数据进行坏值剔除后取算术平均，并将结果传输给压降计算模块；

步骤3：压降计算模块读取煤质数据、灰渣数据、烟气成份数据、静压数据、烟温数据和空气预热器相关设计参数，计算出对烟气流量和烟温偏离设计值修正的空气预热器烟气侧压降值，并将其传输给堵灰评估模块；

步骤4：堵灰评估模块根据烟气侧压降计算值与设计值的相对变化量，引入空气预热器的堵灰判断因子，判断空气预热器堵灰程度。

所述步骤2的具体方法为：计算所有采集样本的平均值，利用贝塞尔公式计算标准偏差及其最大误差范围，根据其进行坏值判断，剔除坏值。

所述步骤2的具体方法包括：

(1)取子样的平均值

式中n为子样总数目，x_i为第i个子样的样本值，i≤n；

(2)由贝塞尔公式可得：

$\mathrm{\σ}=\±\sqrt{\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(x_i-\stackrel{\‾}{x})}^2}{n-1}};$

(3)在区间(为3σ，+3σ)内，概率值为99.73％，当子样平均值为偏差在最大误差范围为±3σ时，测量值不是坏值的概率为99.73％，由此进行坏值判断，同时，将剔除坏值后的数据求取算术平均。

所述步骤3中，计算烟气量、烟气侧压降的方法为：

(1)空气预热器出入口烟气量的计算公式如下：

$W_{G^{\′}\mathrm{14,15}}=\frac{44.01{\mathrm{CO}}_2+{32O}_2+28.01\mathrm{CO}+28.02N_2}{12.01({\mathrm{CO}}_2+\mathrm{CO})}(C_b+\frac{12.01}{32.07}S)$

式中：W_G'14为空气预热器入口烟气质量，kg/kg燃料；W_G'15为空气预热器出口烟气质量，kg/kg燃料；CO₂、O₂、CO、N₂分别为干烟气中的二氧化碳、氧气、一氧化碳和氮气的容积百分数；S、H、N分别为燃料的收到基硫、收到基氢和收到基氮含量，％；C_b为实际烧掉的碳质量，kg/kg；

(2)空气预热器烟气侧压降的计算公式如下：

${\mathrm{\ΔP}}_{(14-15)\mathrm{\δ}}={\mathrm{\ΔP}}_{(14-15)}\frac{{W^2}_{\mathrm{GD}}(T_{G14D}+T_{G15D})}{{W^2}_G(T_{G14}+T_{G15})}$

式中：ΔP_(14-15)δ为烟气侧压降计算值，Pa；ΔP_(14-15)为烟气侧压降测量值，Pa；W_GD为设计的烟气流量，kg/kg燃料；T_G14D为烟气入口温度设计值，℃；T_G15D为烟气出口温度设计值，℃；W_G为实际烟气流量，kg/kg燃料；t_G14为空气预热器入口烟温测量值，℃；t_G15为空气预热器出口烟温测量值，℃。

所述步骤4中，根据烟气侧压降计算值与设计值的相对变化量判断空气预热器的堵灰程度的具体方法为：

空气预热器的堵灰判断因子σ的计算公式如下：

$\mathrm{\σ}=\left|\frac{{\mathrm{\ΔP}}_{(14-15)\mathrm{\δ}}-{\mathrm{\ΔP}}_{(14-15)D}}{{\mathrm{\ΔP}}_{(14-15)D}}\right|\×100\%$

式中：ΔP_(14-15)δ为烟气侧压降计算值，Pa；为烟气侧压降设计值，Pa；σ为堵灰判断因子。

所述步骤4中，当σ≤50％，视为空气预热器轻度堵灰，电厂运行人员通过增加空气预热器吹灰频率的方法降低堵灰程度；当50％≤σ≤70％，视为空气预热器中度堵灰，电厂运行人员通过增加空气预热器吹灰频率和吹灰压力的方法降低堵灰程度；当σ＞70％，视为空气预热器重度堵灰，电厂运行人员在采取以上措施后，需特别注意防止风机失速事故，另外，应考虑采用单空气预热器运行的高压水冲洗处理方案或停机彻底冲洗蓄热元件。

本发明的有益效果为：

(1)可实现空气预热器堵灰的实时在线监测，为运行操作提供依据和指导；

(2)综合考虑燃煤特性、燃烧特性和运行状况，对空气预热器烟气侧压降值进行了烟气流量和烟温偏离设计值修正，保证了堵灰评判的准确性。

附图说明

图1是空气预热器堵灰监测系统示意图。

其中：1、入炉煤采样模块；2、灰渣采样模块；3、烟气采样模块；4、静压采样模块；5、烟温采样模块；6、入炉煤分析模块；7、灰渣分析模块；8、烟气分析模块；9、静压分析模块；10、烟温分析模块；11、设计参数模块；12、压降计算模块；13、堵灰评估模块。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，入炉煤采样模块1获取入炉煤样品并送至入炉煤分析模块6，入炉煤分析模块6获取煤质成份数据并传输给压降计算模块12，当电厂安装有煤质在线测量装置时，可直接读取煤质成份数据，反之，则采用人工化验分析，并将化验分析数据在输入终端录入；

灰渣采样模块2获取灰渣样品并送至灰渣分析模块7，灰渣分析模块7获取灰渣可燃物含量数据并传输给压降计算模块12，当电厂安装有飞灰在线测量装置时，可直接读取数据，反之，则采用人工化验分析，并将化验分析数据在输入终端录入；

烟气采样模块3在DCS系统中获取空气预热器出入口的烟气成份数据信息并送入烟气分析模块8，烟气分析模块8对烟气成份数据分析处理后传输给压降计算模块12；

静压采样模块4在DCS系统中获取空气预热器出入口的静压数据信息并送入静压分析模块9，静压分析模块9对静压数据分析处理后传输给压降计算模块12；

烟温采样模块5在DCS系统中获取空气预热器出入口的烟温数据信息并送入烟温分析模块10，烟温分析模块10对烟温数据分析处理后传输给压降计算模块12；

将压降计算模块12获取的煤质数据、灰渣数据、烟气数据、静压数据和烟温数据，与设计参数模块11联立，计算出对烟气流量和烟温偏离设计值修正的空气预热器烟气侧压降值，并传输给堵灰评估模块13；

堵灰评估模块13将获取的压降计算值与设计模块11中的对应值进行比对分析，评判出空气预热器的堵灰程度。

其具体实现步骤如下：

步骤1：获取煤质信息、灰渣信息、烟气成份信息、烟气静压信息和烟气温度信息，并传输给对应的分析模块；

步骤2：对空气预热器出入口的烟气成份数据、烟气静压数据和烟气温度数据进行坏值剔除，方法如下：

(1)取子样的平均值

$\stackrel{\‾}{x}=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{x}_i}{n}$

(2)由贝塞尔公式可得：

$\mathrm{\σ}=\±\sqrt{\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(x_i-\stackrel{\‾}{x})}^2}{n-1}}$

(3)在区间(为3σ，+3σ)内，概率值为99.73％。可知，当子样平均值为偏差在最大误差范围为±3σ时，测量值不是坏值的概率为99.73％，由此进行坏值判断。同时，将剔除坏值后的数据求取算术平均。

步骤3：联立煤质数据、灰渣数据、烟气成份数据、静压数据、烟温数据和空气预热器相关设计参数，计算出对烟气流量和烟温偏离设计值修正的空气预热器烟气侧压降值。

(1)空气预热器出入口烟气量的计算公式如下：

$W_{G^{\′}\mathrm{14,15}}=\frac{44.01{\mathrm{CO}}_2+{32O}_2+28.01\mathrm{CO}+28.02N_2}{12.01({\mathrm{CO}}_2+\mathrm{CO})}(C_b+\frac{12.01}{32.07}S)$

式中：W_G'14为空气预热器入口烟气质量，kg/kg燃料；W_G'15为空气预热器出口烟气质量，kg/kg燃料；CO₂、O₂、CO、N₂分别为干烟气中的二氧化碳、氧气、一氧化碳和氮气的容积百分数；S、H、N分别为燃料的收到基硫、收到基氢和收到基氮含量，％；C_b为实际烧掉的碳质量，kg/kg。

(2)空气预热器烟气侧压降的计算公式如下：

${\mathrm{\ΔP}}_{(14-15)\mathrm{\δ}}={\mathrm{\ΔP}}_{(14-15)}\frac{{W^2}_{\mathrm{GD}}(T_{G14D}+T_{G15D})}{{W^2}_G(T_{G14}+T_{G15})}$

式中：ΔP_(14-15)δ为烟气侧压降计算值，Pa；ΔP_(14-15)为烟气侧压降测量值，Pa；W_GD为设计的烟气流量，kg/kg燃料；T_G14D为烟气入口温度设计值，℃；T_G15D为烟气出口温度设计值，℃；W_G为实际烟气流量，kg/kg燃料；t_G14为空气预热器入口烟温测量值，℃；t_G15为空气预热器出口烟温测量值，℃。

步骤4：根据烟气侧压降计算值与设计值的相对变化量判断空气预热器的堵灰程度。

空气预热器的堵灰判断因子σ的计算公式如下：

$\mathrm{\σ}=\left|\frac{{\mathrm{\ΔP}}_{(14-15)\mathrm{\δ}}-{\mathrm{\ΔP}}_{(14-15)D}}{{\mathrm{\ΔP}}_{(14-15)D}}\right|\×100\%$

式中：ΔP_(14-15)δ为烟气侧压降计算值，Pa；为烟气侧压降设计值，Pa；σ为堵灰判断因子。

当σ≤50％，视为空气预热器轻度堵灰，电厂运行人员可通过增加空气预热器吹灰频率的方法降低堵灰程度；当50％≤σ≤70％，视为空气预热器中度堵灰，电厂运行人员可通过增加空气预热器吹灰频率和吹灰压力的方法降低堵灰程度；当σ＞70％，视为空气预热器重度堵灰，电厂运行人员在采取以上措施后，需特别注意防止风机失速事故，另外，应考虑采用单空气预热器运行的高压水冲洗处理方案或停机彻底冲洗蓄热元件。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种电站锅炉空气预热器堵灰监测系统，其特征是：包括入炉煤处理单元、灰渣处理单元、烟气处理单元、静压处理单元、烟温处理单元、压降计算模块和堵灰评估模块，其中，各个处理单元均包括采样模块和分析模块，各个采样模块采集对应信息，并将其传输给各自的分析模块，分析模块进行数据分析处理并将结果传输给压降计算模块，压降计算模块读取煤质数据、灰渣数据、烟气成份数据、静压数据、烟温数据和空气预热器相关设计参数，计算出对烟气流量和烟温偏离设计值修正的空气预热器烟气侧压降值，并传输给堵灰评估模块，堵灰评估模块根据烟气侧压降计算值与设计值的相对变化量，引入空气预热器的堵灰判断因子，判断空气预热器堵灰程度；

堵灰评估模块中空气预热器的堵灰判断因子σ的计算公式如下：

$\mathrm{\σ}=\left|\frac{{\mathrm{\ΔP}}_{(14-15)\mathrm{\δ}}-{\mathrm{\ΔP}}_{(14-15)D}}{{\mathrm{\ΔP}}_{(14-15)D}}\right|\×100\%$

式中：ΔP_(14-15)δ为烟气侧压降计算值，Pa；为烟气侧压降设计值，Pa；σ为堵灰判断因子。

2.如权利要求1所述的一种电站锅炉空气预热器堵灰监测系统，其特征是：所述入炉煤处理单元，包括入炉煤采样模块和入炉煤分析模块，其中，入炉煤采样模块采集入炉煤样品并送至入炉煤分析模块，入炉煤分析模块获取入炉煤样品成份数据并传输给压降计算模块，当电厂安装有煤质在线测量装置时，直接读取煤质成份数据，否则，采用人工化验分析，并将化验分析数据在输入终端录入。

3.如权利要求1所述的一种电站锅炉空气预热器堵灰监测系统，其特征是：所述灰渣处理单元，包括灰渣采样模块和灰渣分析模块，其中，灰渣采样模块采集灰渣样品并送至灰渣分析模块，灰渣分析模块获取灰渣可燃物含量数据并传输给压降计算模块，当电厂安装有飞灰在线测量装置时，直接读取数据，否则，采用人工化验分析，并将化验分析数据在输入终端录入。

4.如权利要求1所述的一种电站锅炉空气预热器堵灰监测系统，其特征是：所述烟气处理单元，包括烟气采样模块和烟气分析模块，其中，烟气采样模块采集空气预热器出入口的烟气成份数据并传输给烟气分析模块，烟气分析模块分析处理烟气成份数据，剔除坏值后取算术平均，并传输给压降计算模块。

5.如权利要求1所述的一种电站锅炉空气预热器堵灰监测系统，其特征是：所述静压处理单元，包括烟气静压采样模块和烟气静压分析模块，其中，烟气静压采样模块采集空气预热器烟气出入口处的静压数据并传输给烟气静压分析模块，烟气静压分析模块分析处理静压数据，剔除坏值后取算术平均，并传输给压降计算模块。

6.如权利要求1所述的一种电站锅炉空气预热器堵灰监测系统，其特征是：所述烟温处理单元，包括烟温采样模块和烟温分析模块，其中，烟温采样模块采集空气预热器出入口的烟温数据并传输给烟温分析模块，烟温分析模块分析处理烟温数据，剔除坏值后取算术平均，并传输给压降计算模块。

7.基于如权利要求1-6中所述的监测系统的工作方法，其特征是：包括以下步骤：

(1)入炉煤采样模块、灰渣采样模块、烟气采样模块、静压采样模块和烟温采样模块分别采集煤质信息、灰渣信息、烟气成份信息、烟气静压信息和烟气温度信息，并传输给对应的分析模块；

(2)烟气分析模块、静压分析模块和烟温分析模块对空气预热器出入口的烟气成份数据、烟气静压数据和烟气温度数据进行坏值剔除后取算术平均，并将结果传输给压降计算模块；

(3)压降计算模块读取煤质数据、灰渣数据、烟气成份数据、静压数据、烟温数据和空气预热器相关设计参数，计算出对烟气流量和烟温偏离设计值修正的空气预热器烟气侧压降值，并将其传输给堵灰评估模块；

(4)堵灰评估模块根据烟气侧压降计算值与设计值的相对变化量，引入空气预热器的堵灰判断因子，判断空气预热器堵灰程度。

8.如权利要求7所述的工作方法，其特征是：所述步骤(2)的具体方法为：计算所有采集样本的平均值，利用贝塞尔公式计算标准偏差及其最大误差范围，根据其进行坏值判断，剔除坏值。

9.如权利要求8所述的工作方法，其特征是：所述步骤(2)的具体方法包括：

(1)取子样的平均值

式中n为子样总数目，x_i为第i个子样的样本值，i≤n；

(2)由贝塞尔公式可得：

$\mathrm{\σ}=\±\sqrt{\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{(x_i-\stackrel{\‾}{x})}^2}{n-1}};$

(3)在区间(为3σ，+3σ)内，概率值为99.73％，当子样平均值为偏差在最大误差范围为±3σ时，测量值不是坏值的概率为99.73％，由此进行坏值判断，同时，将剔除坏值后的数据求取算术平均。

10.如权利要求7所述的工作方法，其特征是：所述步骤(3)中，计算烟气量、烟气侧压降的方法为：

(1)空气预热器出入口烟气量的计算公式如下：

$W_{G^{\′}14,15}=\frac{44.01{\mathrm{CO}}_2+32O_2+28.01CO+28.02N_2}{12.01({\mathrm{CO}}_2+CO)}(C_b+\frac{12.01}{32.07}S)$

式中：W_G'14为空气预热器入口烟气质量，kg/kg燃料；W_G'15为空气预热器出口烟气质量，kg/kg燃料；CO₂、O₂、CO、N₂分别为干烟气中的二氧化碳、氧气、一氧化碳和氮气的容积百分数；S、H、N分别为燃料的收到基硫、收到基氢和收到基氮含量，％；C_b为实际烧掉的碳质量，kg/kg；

(2)空气预热器烟气侧压降的计算公式如下：

${\mathrm{\ΔP}}_{(14-15)\mathrm{\δ}}={\mathrm{\ΔP}}_{(14-15)}\frac{{W^2}_{GD}(T_{G14D}+T_{G15D})}{{W^2}_G(T_{G14}+T_{G15})}$

式中：ΔP_(14-15)δ为烟气侧压降计算值，Pa；ΔP_(14-15)为烟气侧压降测量值，Pa；W_GD为设计的烟气流量，kg/kg燃料；T_G14D为烟气入口温度设计值，℃；T_G15D为烟气出口温度设计值，℃；W_G为实际烟气流量，kg/kg燃料；t_G14为空气预热器入口烟温测量值，℃；t_G15为空气预热器出口烟温测量值，℃。