CN107525064A - 基于温压计算的煤粉锅炉省煤器吹灰系统优化操作方法 - Google Patents

基于温压计算的煤粉锅炉省煤器吹灰系统优化操作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于温压计算的煤粉锅炉省煤器吹灰系统优化操作方法。现有的一种方法，在一定程度上解决了吹灰系统定时操作所带来的缺陷，但只是按照某几个锅炉负荷得到清洁状况下的比值，使计算的实际灰污染程度容易受运行工况影响。利用锅炉运行时省煤器进、出口烟气参数实际值和省煤器的结构参数，计算当前运行工况下和省煤器清洁状况下的传热系数；再根据当前运行工况下省煤器内工质实际的吸热量计算在清洁状况下的省煤器传热温压，与此时省煤器实际的传热温压构成灰污染因子，当灰污染因子大于灰污染因子最小值时，启动省煤器吹灰操作。本发明可以减小锅炉运行工况对灰污染程度监测的影响。

Description

基于温压计算的煤粉锅炉省煤器吹灰系统优化操作方法
技术领域
本发明涉及燃煤发电机组锅炉省煤器受热面吹灰系统，具体地说是一种基于温压计算的煤粉锅炉省煤器吹灰系统优化操作方法。
背景技术
燃煤发电机组在运行过程中，燃煤所含的灰分会造成锅炉受热面积灰，使受热面的传热系数下降，影响了受热面的传热效率，使得主蒸汽、再热蒸汽温度下降，而排烟温度升高，从而使锅炉效率下降。因此，在锅炉运行时有必要对受热面进行吹灰。
燃煤发电机组的锅炉省煤器受热面吹灰系统的操作方法主要有两类：一类是采用定时操作，即每隔一定的时间启动一次吹灰程控操作，启动的时间周期一般根据经验来确定。这种方法简单易行，具有一定效果，但由于机组燃用的燃料多变，使得受热面的污染程度随时间的变化也具有一定的不确定性。定时吹扫可能导致省煤器受热面被过度吹扫，将破坏管外氧化保护膜，加大了管壁磨损，容易产生省煤器泄漏。当省煤器受热面污染严重时，又没有及时吹扫，使得排烟损失增加，导致锅炉效率下降。
另一类是根据灰污染监测理论模型计算进行吹灰操作，其通过计算清洁状况下和污染状况下的灰污热阻比、传热有效度比或清洁因子监测灰污染程度，根据这些比值的变化进行吹灰操作。该方法在一定程度上解决了吹灰系统定时操作所带来的缺陷，但只是按照某几个锅炉负荷得到清洁状况下的比值，使计算的实际灰污染程度容易受运行工况影响。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种基于温压计算的煤粉锅炉省煤器吹灰系统优化操作方法，其利用锅炉运行时省煤器进、出口烟气参数实际值和省煤器的结构参数，计算当前运行工况下、管子清洁状况下烟气和工质之间具有的传热系数，从而得到当前运行工况下、管子清洁状况下烟气和工质之间的传热温压，以减小锅炉运行工况对灰污染程度监测的影响。
为此，本发明采用如下的技术方案：基于温压计算的煤粉锅炉省煤器吹灰系统优化操作方法，其利用锅炉运行时省煤器进、出口烟气参数实际值和省煤器的结构参数，计算当前运行工况下和省煤器清洁状况下的传热系数；
再根据当前运行工况下省煤器内工质实际的吸热量计算在清洁状况下的省煤器传热温压，与此时省煤器实际的传热温压构成灰污染因子，当灰污染因子大于灰污染因子最小值时，启动省煤器吹灰操作。
作为上述技术方案的补充，灰污染因子的计算步骤包括：
1)省煤器换热量计算
烟气通过锅炉省煤器时的换热量为
式中，Q1为省煤器换热量，kJ/kg；K为受热面传热系数，kW/(m2·℃)；F为受热面面积，m2；ΔT为传热温压，℃；Bj为计算燃料量，kg/s；
2)传热温压计算
传热温压
式中，θ″、θ′分别为省煤器出口烟气温度、进口烟气温度，℃；T″、T′分别为省煤器出口工质温度、进口工质温度，℃；
3)传热系数计算
传热系数
式中，α1、α2分别为烟气对省煤器管壁和管壁对工质的放热系数，kW/(m2·℃)；
δa、λa分别为烟气侧积灰层厚度及其导热系数，单位分别为m及kW/(m·℃)；
δm、λm分别为省煤器管壁厚度及其导热系数，单位分别为m及kW/(m·℃)；
当省煤器管外表面不存在积灰时，即δa＝0，省煤器的传热系数称为清洁状况下的传热系数K0，
4)灰污染因子计算
在相同工况下，当省煤器管外表面有积灰层时，传热系数K将减小；积灰层越厚，K越小，烟气和工质的换热量也将减少；
以ΔT0表示清洁状况下的传热温压，此时有ΔT＞ΔT0，因此，用下式计算灰污染因子：
灰污染因子φ反映省煤器管外表面积灰程度，φ为大于等于1的数，等于1时表示煤器管外表面清洁；φ值越大，积灰层越厚；
当灰污染因子φ>最小污染因子φ0时，启动吹灰操作。
作为上述技术方案的补充，清洁状况下的省煤器传热温压ΔT0的计算步骤包括：
1)清洁状况下的传热系数K0的计算
因省煤器管壁对工质的放热系数很大，1/α2忽略不计，清洁状况下的传热系数简化为K0＝α1，K0按下式计算：
式中，λ为烟气导热系数，W/(m·℃)；d为省煤器管子直径，m；ρ为烟气密度，kg/m3；v为烟气流速，m/s；μ为烟气粘性系数，Pa·s；cp为烟气定压比热，kj/(kg·℃)；
2)工质吸热量的计算
工质通过省煤器时的吸热量Q2＝W(i″-i′)/Bj，
式中，Q2为工质吸热量，kj/kg；W为通过省煤器的工质流量，kg/s；i″、i′分别为省煤器出口工质焓、进口工质焓，kj/kg；Bj为计算燃料量，kg/s；
3)清洁状况下的传热温压ΔT0的计算
在省煤器管壁清洁状况下，烟气与工质换热量为Q2时的温压即为ΔT0，ΔT0按下式计算：
式中，F为受热面面积，m2。
作为上述技术方案的补充，最小污染因子φ0需综合考虑吹扫对省煤器寿命的影响和污染对锅炉效率的影响，由试验确定。
本发明利用锅炉运行时省煤器进口烟气参数、工质参数进行灰污染因子计算，计算所需数据可以从DCS系统中读取或从SIS系统数据库中读取，读取数据方便、可靠。
本发明通过读取运行数据计算清洁状况下传热温压和灰污染因子，可以减小锅炉运行工况对灰污染程度监测的影响，减少灰污染程度误报的可能性，提高吹灰系统运行的经济性。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步说明。
本发明提供一种基于温压计算的煤粉锅炉省煤器吹灰系统优化操作方法，其利用锅炉运行时省煤器进、出口烟气参数实际值和省煤器的结构参数，计算当前运行工况下和省煤器清洁状况下的传热系数。
再根据当前运行工况下省煤器内工质实际的吸热量计算在清洁状况下的省煤器传热温压，与此时省煤器实际的传热温压构成灰污染因子，当灰污染因子大于灰污染因子最小值时，启动省煤器吹灰操作。
灰污染因子的计算步骤包括：
1)省煤器换热量计算
烟气通过锅炉省煤器时的换热量为
式中，Q1为省煤器换热量，kJ/kg；K为受热面传热系数，kW/(m2·℃)；F为受热面面积，m2；ΔT为传热温压，℃；Bj为计算燃料量，kg/s；
2)传热温压计算
传热温压
式中，θ″、θ′分别为省煤器出口烟气温度、进口烟气温度，℃；T″、T′分别为省煤器出口工质温度、进口工质温度，℃；
3)传热系数计算
传热系数
式中，α1、α2分别为烟气对省煤器管壁和管壁对工质的放热系数，kW/(m2·℃)；
δa、λa分别为烟气侧积灰层厚度及其导热系数，单位分别为m及kW/(m·℃)；
δm、λm分别为省煤器管壁厚度及其导热系数，单位分别为m及kW/(m·℃)；
当省煤器管外表面不存在积灰时，即δa＝0，省煤器的传热系数称为清洁状况下的传热系数K0，
4)灰污染因子计算
在相同工况下，当省煤器管外表面有积灰层时，传热系数K将减小；积灰层越厚，K越小，烟气和工质的换热量也将减少；
以ΔT0表示清洁状况下的传热温压，此时有ΔT＞ΔT0，因此，用下式计算灰污染因子：
灰污染因子φ反映省煤器管外表面积灰程度，φ为大于等于1的数，等于1时表示煤器管外表面清洁；φ值越大，积灰层越厚；
当灰污染因子φ>最小污染因子φ0时，启动吹灰操作。
清洁状况下的省煤器传热温压ΔT0的计算步骤包括：
1)清洁状况下的传热系数K0的计算
因省煤器管壁对工质的放热系数很大，1/α2忽略不计，清洁状况下的传热系数简化为K0＝α1，K0按下式计算：
式中，λ为烟气导热系数，W/(m·℃)；d为省煤器管子直径，m；ρ为烟气密度，kg/m3；v为烟气流速，m/s；μ为烟气粘性系数，Pa·s；cp为烟气定压比热，kj/(kg·℃)；
2)工质吸热量的计算
工质通过省煤器时的吸热量Q2＝W(i″-i′)/Bj， (7)
式中，Q2为工质吸热量，kj/kg；W为通过省煤器的工质流量，kg/s；i″、i′分别为省煤器出口工质焓、进口工质焓，kj/kg；Bj为计算燃料量，kg/s；
3)清洁状况下的传热温压ΔT0的计算
在省煤器管壁清洁状况下，烟气与工质换热量为Q2时的温压即为ΔT0，ΔT0按下式计算：
式中，F为受热面面积，m2。
最小污染因子φ0需综合考虑吹扫对省煤器寿命的影响和污染对锅炉效率的影响，由试验确定。
本发明实际应用时，按下列步骤进行：
1)传热系数K0计算
读取省煤器进口烟气温度、流量、压力、省煤器管径，查询表格得到烟气的导热系数、密度、流速、粘性系数、比热，按照式(6)计算K0。
2)工质吸热量Q2计算
读取省煤器进出口工质温度、压力、流量、计算燃料量，按照式(7)计算Q2。
3)清洁状况下的传热温压ΔT0计算
读取省煤器传热面积F，按照式(8)计算ΔT0。
4)实际的传热温压ΔT计算
读取省煤器出口烟气温度，按照式(2)计算ΔT。
5)灰污染因子φ计算
按照式(5)计算。
6)判断
根据计算得到的灰污染因子φ判断是否启动吹灰操作。当φ>φ0，发出启动吹灰操作提示。当φ<φ0，则不发出启动吹灰操作提示。
上述描述的本发明实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (4)

1.基于温压计算的煤粉锅炉省煤器吹灰系统优化操作方法，其特征在于，利用锅炉运行时省煤器进、出口烟气参数实际值和省煤器的结构参数，计算当前运行工况下和省煤器清洁状况下的传热系数；
再根据当前运行工况下省煤器内工质实际的吸热量计算在清洁状况下的省煤器传热温压，与此时省煤器实际的传热温压构成灰污染因子，当灰污染因子大于灰污染因子最小值时，启动省煤器吹灰操作。
2.根据权利要求1所述的煤粉锅炉省煤器吹灰系统优化操作方法，其特征在于，灰污染因子的计算步骤包括：
1)省煤器换热量计算
烟气通过锅炉省煤器时的换热量为
<mrow> <msub> <mi>Q</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mi>K</mi> <mi>F</mi> <mi>&amp;Delta;</mi> <mi>T</mi> </mrow> <msub> <mi>B</mi> <mi>j</mi> </msub> </mfrac> <mo>,</mo> <mi>k</mi> <mi>J</mi> <mo>/</mo> <mi>k</mi> <mi>g</mi> </mrow>
式中，Q1为省煤器换热量，kJ/kg；K为受热面传热系数，kW/(m2·℃)；F为受热面面积，m2；ΔT为传热温压，℃；Bj为计算燃料量，kg/s；
2)传热温压计算
传热温压
式中，θ″、θ′分别为省煤器出口烟气温度、进口烟气温度，℃；T″、T′分别为省煤器出口工质温度、进口工质温度，℃；
3)传热系数计算
传热系数
式中，α1、α2分别为烟气对省煤器管壁和管壁对工质的放热系数，kW/(m2·℃)；
δa、λa分别为烟气侧积灰层厚度及其导热系数，单位分别为m及kW/(m·℃)；
δm、λm分别为省煤器管壁厚度及其导热系数，单位分别为m及kW/(m·℃)；
当省煤器管外表面不存在积灰时，即δa＝0，省煤器的传热系数称为清洁状况下的传热系数K0，
<mrow> <msub> <mi>K</mi> <mn>0</mn> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <mrow> <mfrac> <mn>1</mn> <msub> <mi>&amp;alpha;</mi> <mn>1</mn> </msub> </mfrac> <mo>+</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <msub> <mi>&amp;alpha;</mi> <mn>2</mn> </msub> </mfrac> </mrow> </mfrac> <mo>;</mo> </mrow>
4)灰污染因子计算
在相同工况下，当省煤器管外表面有积灰层时，传热系数K将减小；积灰层越厚，K越小，烟气和工质的换热量也将减少；
以ΔT0表示清洁状况下的传热温压，此时有ΔT＞ΔT0，因此，用下式计算灰污染因子：
<mrow> <mi>&amp;phi;</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mi>&amp;Delta;</mi> <mi>T</mi> </mrow> <mrow> <msub> <mi>&amp;Delta;T</mi> <mn>0</mn> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>,</mo> </mrow>
灰污染因子φ反映省煤器管外表面积灰程度，φ为大于等于1的数，等于1时表示煤器管外表面清洁；φ值越大，积灰层越厚；
当灰污染因子φ>最小污染因子φ0时，启动吹灰操作。
3.根据权利要求1或2所述的煤粉锅炉省煤器吹灰系统优化操作方法，其特征在于，清洁状况下的省煤器传热温压ΔT0的计算步骤包括：
1)清洁状况下的传热系数K0的计算
因省煤器管壁对工质的放热系数很大，1/α2忽略不计，清洁状况下的传热系数简化为K0＝α1，K0按下式计算：
<mrow> <msub> <mi>K</mi> <mn>0</mn> </msub> <mo>=</mo> <mn>0.211</mn> <mrow> <mo>(</mo> <mfrac> <mi>&amp;lambda;</mi> <mi>d</mi> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> <msup> <mi>Re</mi> <mn>0.651</mn> </msup> <msup> <mi>Pr</mi> <mn>0.34</mn> </msup> <mo>,</mo> <mi>Re</mi> <mo>=</mo> <mi>&amp;rho;</mi> <mi>v</mi> <mi>d</mi> <mo>/</mo> <mi>&amp;mu;</mi> <mo>,</mo> <mi>Pr</mi> <mo>=</mo> <msub> <mi>&amp;mu;c</mi> <mi>p</mi> </msub> <mo>/</mo> <mi>&amp;lambda;</mi> <mo>,</mo> </mrow>
式中，λ为烟气导热系数，W/(m·℃)；d为省煤器管子直径，m；ρ为烟气密度，kg/m3；v为烟气流速，m/s；μ为烟气粘性系数，Pa·s；cp为烟气定压比热，kj/(kg·℃)；
2)工质吸热量的计算
工质通过省煤器时的吸热量Q2＝W(i″-i′)/Bj，
式中，Q2为工质吸热量，kj/kg；W为通过省煤器的工质流量，kg/s；i″、i′分别为省煤器出口工质焓、进口工质焓，kj/kg；Bj为计算燃料量，kg/s；
3)清洁状况下的传热温压ΔT0的计算
在省煤器管壁清洁状况下，烟气与工质换热量为Q2时的温压即为ΔT0，ΔT0按下式计算：
<mrow> <msub> <mi>&amp;Delta;T</mi> <mn>0</mn> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>Q</mi> <mn>2</mn> </msub> <msub> <mi>B</mi> <mi>j</mi> </msub> </mrow> <mrow> <msub> <mi>K</mi> <mn>0</mn> </msub> <mi>F</mi> </mrow> </mfrac> <mo>,</mo> </mrow>
式中，F为受热面面积，m2。
4.根据权利要求2述的煤粉锅炉省煤器吹灰系统优化操作方法，其特征在于，最小污染因子φ0需综合考虑吹扫对省煤器寿命的影响和污染对锅炉效率的影响，由试验确定。
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