CN109351178B - 火电站空预器防堵控制方法及系统和火电站空预器系统 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种火电站空预器防堵控制系统及方法以及一种火电站空预器系统。所述防堵控制系统包括:发电机组功率表;引风机电流表;气压表;压力测点,设置在空预器烟气出入口;温度测点,设置在空预器烟气出口;多个流速测点,设置在空预器烟气出口;信号转换板卡,连接所述发电机组功率表、所述引风机电流表、所述气压表、所述压力测点、所述温度测点和所述流速测点;以及服务器端,连接所述信号转换板卡且用于输出空预器堵塞前剩余运行天数预测值和空预器出口截面烟气流场三维图作为吹灰操作参考。本发明实施例可以实现低成本有效避免空预器堵塞。
Description
技术领域
本发明涉及电力生产技术领域,尤其涉及一种火电站空预器防堵控制方法、一种火电站空预器防堵控制系统和一种火电站空预器系统。
背景技术
空预器(也即空气预热器的简称)堵塞是燃煤火电站普遍面临的痛点问题,给火电站的安全经济运行带来了诸多不利影响,导致排烟温度升高、漏风率增大、一二次风机和引风机电流增加甚至喘振。空预器堵塞严重时机组将不得不限负荷运行或停机进行空预器离线冲洗。
在采用SCR(Selective Catalyst Reduction,选择性催化还原)脱硝工艺的火电站,空预器堵塞一般是由烟气中SO3和NH3反应生成的硫酸氢铵在冷段换热面上的凝结导致的,因此空预器防堵是一个系统工程。控制氨逃逸和SO2氧化是核心手段,既能从源头上控制导致空预器堵塞的因素,而且还减少了NH3、SO3的排放和脱硝介质的用量,具有良好的环保和经济效益,但是工程投资和实施难度都比较大,导致成本过高。
因此,如何以低成本方式有效避免空预器堵塞是目前亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的实施例提供一种火电站空预器防堵控制方法、一种火电站空预器防堵控制系统和一种火电站空预器系统,其可以实现以低成本方式有效避免空预器堵塞的技术效果。
一方面,本发明实施例提出的一种火电站空预器防堵控制方法,包括步骤:a)采集发电机组负荷、引风机电流、大气压力、空预器烟气出入口压力、空预器出口烟气温度和空预器出口截面烟气流速,其中所述空预器出口截面烟气流速包括设置在空预器烟气出口不同位置的多个流速测点分别输出的多个烟气流速;b)根据所述大气压力、所述空预器烟气出入口压力、所述空预器出口烟气温度和所述空预器出口截面烟气流速获取空预器阻力系数;c)根据所述发电机组负荷、所述引风机电流和所述空预器阻力系数输出空预器堵塞前剩余运行天数预测值,以作为对所述空预器进行吹灰操作的一个参考;以及d)根据所述空预器出口截面烟气流速输出空预器出口截面烟气流场三维图,以作为对所述空预器进行吹灰操作的另一个参考。
在本发明的一个实施例中,所述多个流速测点在空预器烟气出口截面的宽度方向上相互间隔排列,且在所述空预器烟气出口截面的长度方向上任意两个流速测点不共线;以及所述多个流速测点分别采用热式流速传感器。
在本发明的一个实施例中,所述根据所述大气压力、所述空预器烟气出入口压力、所述空预器出口烟气温度和所述空预器出口截面烟气流速获取空预器阻力系数采用以下公式:
其中,K表示所述空预器阻力系数,pout、pin分别表示空预器烟气出口压力和空预器烟气入口压力,表示流经所述空预器的烟气平均密度且其大小相关于所述大气压力和所述空预器出口烟气温度,Aph表示空预器烟气出口截面面积,Qv表示流经所述空预器的烟气体积流量且其大小取决于所述空预器出口截面烟气流速。
再一方面,本发明实施例提出的一种火电站空预器防堵控制系统,包括:发电机组功率表;引风机电流表;气压表;压力测点,设置在空预器烟气出入口;温度测点,设置在空预器烟气出口;多个流速测点,设置在空预器烟气出口;信号转换板卡,连接所述发电机组功率表、所述引风机电流表、所述气压表、所述压力测点、所述温度测点和所述流速测点,用于采集发电机组负荷、引风机电流、大气压力、空预器烟气出入口压力、空预器出口烟气温度和空预器出口截面烟气流速,其中所述空预器出口截面烟气流速包括所述多个流速测点分别输出的多个烟气流速;以及服务器端,连接所述信号转换板卡且可供终端通过网络连接访问,用于根据所述大气压力、所述空预器烟气出入口压力、所述空预器出口烟气温度和所述空预器出口截面烟气流速获取空预器阻力系数,用于根据所述发电机组负荷、所述引风机电流和所述空预器阻力系数输出空预器堵塞前剩余运行天数预测值,以及用于根据空预器出口截面烟气流速输出空预器出口截面烟气流场三维图。
在本发明的一个实施例中,所述多个流速测点在空预器烟气出口截面的宽度方向上相互间隔排列,且在所述空预器烟气出口截面的长度方向上任意两个流速测点不共线。
在本发明的一个实施例中,所述多个流速测点分别采用热式流速传感器。
在本发明的一个实施例中,所述多个流速测点的数量为八个。
在本发明的一个实施例中,所述服务器端用于根据所述大气压力、所述空预器烟气出入口压力、所述空预器出口烟气温度和所述空预器出口截面烟气流速获取空预器阻力系数采用以下公式:
其中,K表示所述空预器阻力系数,pout、pin分别表示空预器烟气出口压力和空预器烟气入口压力,表示流经所述空预器的烟气平均密度且其大小相关于所述大气压力和所述空预器出口烟气温度,Aph表示空预器烟气出口截面面积,Qv表示流经所述空预器的烟气体积流量且其大小取决于所述空预器出口截面烟气流速。
另一方面,本发明实施例提出的一种火电站空预器系统,包括:空预器;压力测点,设置在所述空预器的烟气出入口;温度测点,设置在所述空预器的烟气出口;以及多个流速测点,设置在所述空预器的烟气出口。其中,所述多个流速测点在所述空预器的烟气出口截面的宽度方向上相互间隔排列,且在所述空预器的烟气出口截面的长度方向上任意两个流速测点不共线。
在本发明的一个实施例中,所述多个流速测点的数量为八个,所述八个流速测点中在所述空预器的烟气出口截面的宽度方向上相互间隔排列的七个流速测点的每相邻两个流速测点在所述宽度方向上的距离大致等于所述空预器的烟气出口截面的宽度的1/7、且剩余的一个流速测点与所述七个流速测点中的一个流速测点位于以所述空预器的转轴为圆心的同一个圆周上;以及所述八个流速测点分别采用热式流速传感器。
本发明实施例通过对空预器系统的硬件设计例如多个流速测点的设置作为硬件基础,再结合服务器端的数据处理软件设计,其可以输出空预器堵塞前剩余运行天数预测值和空预器出口截面烟气流场三维图,从而可以实现空预器的精准、精细吹灰,达到降低平均差压、减少吹灰介质消耗、延长停机冲洗周期的效果,借此实现低成本空预器防堵控制。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例的一种火电站空预器防堵控制系统的架构示意图。
图2为本发明实施例的包含空预器堵塞前剩余运行天数预测值显示区域的显示界面截图。
图3为本发明实施例的一种空预器出口截面烟气流速分布三维图的显示界面截图。
图4为本发明实施例空预器烟气出口截面中八个流速测点的分布示意图。
图5为本发明实施例的一种火电站空预器防堵控制方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的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作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。
具体地,本发明实施例提出在有限的条件下通过空预器堵塞监测实现精准吹灰的思路,其主要优点是见效快,周期短,工程量小。本发明实施例的火电站空预器防堵控制系统的设计思路是:基于流体力学原理,建立反映空预器堵塞程度的本征指标,通过实时和历史趋势监测可以给出直观的预警信息(例如堵塞速率、达到允许差压上限的时长预测)和吹灰运行指导建议,再结合基于流场的空预器断面(出口截面)堵塞监测,实现空预器的精准、精细吹灰,达到降低平均差压、减少吹灰介质消耗、延长停机冲洗周期的效果。
本发明实施例的火电站空预器防堵控制系统可以实现以下(1)~(3)三个方面:
(1)空预器总体堵塞程度的准确监测
DCS系统(Distributed Control System,分散控制系统)虽然一般都有实时的空预器烟气出入口差压指标,但它有波动性,且与机组负荷、烟气量、烟气温度等直接相关,仅凭操作人员的记忆和脑力,很难将其与历史数据“拉平后”直接比对。本火电站空预器防堵控制系统建立了反映空预器堵塞程度的本征指标,并对其变化趋势进行连续监测并结合历史数据进行智能对比分析和直观显示,使运行人员高效、准确地掌握空预器堵塞的变化趋势。
(2)空预器堵塞的截面监测
空预器烟气出口横截面上结垢和堵塞的程度很可能是不均匀的,但空预器烟气出入口差压是一个整体指标,不能反映这些细节。本火电站空预器防堵控制系统基于流场测量手段,实现了空预器烟气出口截面堵塞程度的自动监测,使运行人员可以掌握空预器的分区堵塞情况。
(3)空预器的精准、精细吹灰
火电站(或称火电厂)在不掌握空预器堵塞的详细量化指标的情况下,主要凭定性判断和经验进行吹灰操作,容易出现吹灰不足或过度吹灰的情况,时机上难以做到精准,力度上难以做到精细。本火电站空预器防堵控制系统通过时间上对空预器总体堵塞程度的连续监测、空间上对空预器烟气出口截面堵塞程度的详细测量,可以指导运行人员实行空预器的精准和精细吹灰。
为便于更清楚地理解本发明实施例的火电站空预器防堵控制系统,下面将结合图1至图4进行详细描述。
参见图1,本实施例的火电站空预器防堵控制系统10例如包括:发电机组功率表111、引风机电流表112、气压表113、压力测点114、温度测点115、流速测点116、信号转换板卡13和服务器端15。
其中,发电机组功率表111用于提供发电机组负荷;引风机电流表112用于提供引风机电流;气压表113用于提供发电机组所在地的大气压力;压力测点114通常为多个且分别设置在空预器烟气入口和空预器烟气出口,用于提供空预器烟气出入口压力以便于得到空预器烟气出入口压差;温度测点115设置在空预器烟气出口,用于提供空预器出口烟气温度;流速测点116为多个且设置在空预器烟气出口,用于提供包含多个烟气流速的空预器出口截面烟气流速。
信号转换板卡13连接发电机组功率表111、引风机电流表112、气压表113、压力测点114、温度测点115、流速测点116和服务器端15,其例如包括变送器例如DS26C31系列芯片和微处理器例如STM32F系列单片机,且微处理器通过变送器连接发电机组功率表111、引风机电流表112、气压表113、压力测点114、温度测点115和流速测点116。本实施例中,信号转换板卡13具体用于采集发电机组负荷、引风机电流、大气压力、空预器烟气出入口压力、空预器出口烟气温度和空预器出口截面烟气流速并上传至服务器端15。
服务器端15可供多个终端30通过网络连接进行访问,其可以是PC机或者PC机的组合。本实施例中,服务器端15具体用于:(i)根据信号转换板卡13上传的大气压力、空预器烟气出入口压力、空预器出口烟气温度和空预器出口截面烟气流速获取空预器阻力系数,(ii)根据信号转换板卡13上传的发电机组负荷及引风机电流和所述空预器阻力系数输出空预器堵塞前剩余运行天数预测值,以及(iii)根据信号转换板卡13上传的空预器出口截面烟气流速输出空预器出口截面烟气流场三维图。
更具体地,服务器端15根据信号转换板卡13上传的大气压力、空预器烟气出入口压力、空预器出口烟气温度和空预器出口截面烟气流速获取空预器阻力系数例如采用以下公式:
其中,K表示所述空预器阻力系数,pout、pin分别表示空预器烟气出口压力和空预器烟气入口压力(单位:Pa),表示流经所述空预器的烟气平均密度(单位:kg/m3),Aph表示空预器烟气出口截面面积(单位:m2),Qv表示流经所述空预器的烟气体积流量(单位:m3/s)。本实施例中,的大小可以根据信号转换板卡13上传的大气压力和空预器出口烟气温度计算得到;Qv的大小可以由多个流速测点116提供的包含多个烟气流速的空预器出口截面烟气流速中的某一个烟气流速乘以Aph得到,又或者是由多个流速测点116提供的包含多个烟气流速的空预器出口截面烟气流速中的各个烟气流速的平均值乘以Aph得到。
服务器端15在计算得到空预器阻力系数后,可以根据信号转换板卡13上传的发电机组负荷及引风机电流和计算得到的空预器阻力系数输出空预器堵塞前剩余运行天数预测值,例如利用python大数据技术对历史和实时数据综合分析、智能预测空预器发生严重堵塞前剩余运行天数。例如图2所示的显示界面截图中,其显示有空预器阻力系数和空预器压差随时间变化图,引风机电流随时间变化图、空预器堵塞前剩余运行天数预测值随时间变化图等图表。在图2中,A侧和B侧分别表示发电机组锅炉配置的两台空预器,空预器阻力系数K是由前述公式实时计算得到,发电机组负荷区间为285MW-615MW,空预器烟气出入口最大允许压差设为3.0kPa;在确定发电机组负荷范围和最大允许压差的前提下,通过获取空预器阻力系数的实时值和短期/中期历史趋势线之间的差异即可智能判断出空预器初期堵塞部位、预测出空预器发生严重堵塞前剩余运行天数。
另一方面,由于在空预器烟气出口设置有多个流速测点116,因此服务器端15可以根据多个流速测点116实时提供的包含多个烟气流速的空预器出口截面烟气流速,利用三维图形处理技术在线绘制出空预器烟气出口横截面上的烟气流场三维动图例如图3所示的空预器出口截面烟气流速分布三维图,以便实现精准跟踪判定初期堵塞苗头、实现精准吹灰控制。
参见图4,其示出本实施例的八个流速测点在空预器烟气出口截面中的分布。如图4所示,八个流速测点116例如分别采用杆状热式流速传感器,空预器为回转式空预器且例如为二分仓、三分仓或四分仓回转式空预器,O点为空预器的转轴位置,OC连线为空预器的中心线,并假设空预器烟气出口截面的宽度W=4674mm。以下表格列出八个流速测点116在空预器烟气出口截面中的位置。
流速测点116在图4中的编号 | 长度(空预器烟气出口截面内) |
① | 334mm |
② | 1002mm |
③ | 1670mm |
④ | 2338mm |
⑤ | 1670mm |
⑥ | 1002mm |
⑦ | 334mm |
⑧ | 1780mm |
由以上表格可知,①号至⑧号共计八个流速测点116在空预器烟气出口截面的宽度方向(图4水平方向)上相互间隔排列、且在空预器烟气出口截面的长度方向(图4竖直方向)上任意两个流速测点116不共线。
更具体地,在图4中,对于①号至⑦号流速测点116,在宽度方向上每相邻两个流速测点116之间的间距(也即宽度方向上的距离)大致等于(此处的【大致等于】可以理解的为【等于】+10mm)W/7=4674/7≈668mm,在长度方向上的相邻两个流速测点116之间的间距(也即长度方向上的距离)为200mm;对于⑧号流速测点116,其与③号流速测点116位于以空预器的转轴O为圆心的同一个圆周上,且⑧号流速测点116距离中心线OC的距离为1000mm。
此处值得一提的是,图4所示的流速测点116的数量及排布方式仅为举例,并非用来限制本发明;而通常为了获得比较好的烟气流场三维图,建议的流速测点数量不少于6个。
另外,请参考图5,基于以上实施例的火电站空预器防堵控制系统10,可以归纳出一种火电站空预器防堵控制方法,其例如包括步骤:
S51:采集发电机组负荷、引风机电流、大气压力、空预器烟气出入口压力、空预器出口烟气温度和空预器出口截面烟气流速,其中所述空预器出口截面烟气流速包括设置在空预器烟气出口不同位置的多个流速测点分别输出的多个烟气流速;
S52:根据所述大气压力、所述空预器烟气出入口压力、所述空预器出口烟气温度和所述空预器出口截面烟气流速获取空预器阻力系数;
S53:根据所述发电机组负荷、所述引风机电流和所述空预器阻力系数输出空预器堵塞前剩余运行天数预测值,以作为对所述空预器进行吹灰操作的一个参考;以及
S55:根据所述空预器出口截面烟气流速输出空预器出口截面烟气流场三维图,以作为对所述空预器进行吹灰操作的另一个参考。
至于各个步骤S51、S52、S53及S55的具体细节,可参考前述实施例相关于火电站空预器防堵控制系统10的描述,在此不再赘述。
再者,基于以上实施例对于火电站空预器防堵控制系统10的描述,本发明实施例还提供一种火电站空预器系统,其包括:空预器(图未示);压力测点114,设置在所述空预器的烟气出入口;温度测点115,设置在所述空预器的烟气出口;以及多个流速测点116,设置在所述空预器的烟气出口。其中,所述多个流速测点116在所述空预器的烟气出口截面的宽度方向上相互间隔排列,且在所述空预器的烟气出口截面的长度方向上任意两个流速测点不共线。值得说明的是,所述空预器通常是指发电机组锅炉尾部烟道中的烟气通过内部的蓄热元件将进入锅炉炉膛前的空气预热到一定温度的受热面,是一种用于提高锅炉的热交换性能、降低能量消耗的设备;而空预器的烟气出口处通常会设置引风机。
综上所述,本发明前述实施例通过在空预器烟气出口沿空预器径向密集布置一定数量流速测点,通过一定数据模型实时绘制出对整个空预器换热面的烟气流场三维图(例如空预器出口截面烟气流速分布三维图)在线分析,当空预器某部位有堵塞时,通过该处的烟气流速和流量会变化,会在整个烟气流场三维图中即刻显示,系统通过在线监测和对比计算可以立刻给出堵塞部位提醒,并可以自动或人工触发控制吹灰系统对该部位进行高压蒸汽吹灰或超声波吹灰等,避免因吹扫不及时造成堵塞扩大。本发明实施例的优点在于空预器烟气出口进行密集直接测量,能在第一时间发现堵塞并采取针对性吹扫,能在堵灰初期及时发现堵灰并吹扫,解决实际中因堵灰发现不及时、吹扫不及时造成堵灰扩大时吹扫已不能吹通而造成严重堵灰甚至因此造成发电机组被迫停运。
此外,可以理解的是,前述各个实施例仅为本发明的示例性说明,在技术特征不冲突、结构不矛盾、不违背本发明的发明目的前提下,各个实施例的技术方案可以任意组合、搭配使用。
在本申请所提供的几个实施例中,应该理解到,所揭露的系统,装置和/或方法,可以通过其它的方式实现。例如,以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的,例如,所述单元/模块的划分,仅仅为一种逻辑功能划分,实际实现时可以有另外的划分方式,例如多路单元或模块可以结合或者可以集成到另一个系统,或一些特征可以忽略,或不执行。另一点,所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口,装置或单元的间接耦合或通信连接,可以是电性,机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元/模块可以是或者也可以不是物理上分开的,作为单元/模块显示的部件可以是或者也可以不是物理单元,即可以位于一个地方,或者也可以分布到多路网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元/模块来实现本实施例方案的目的。
最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种火电站空预器防堵控制方法,其特征在于,包括:
采集发电机组负荷、引风机电流、大气压力、空预器烟气出入口压力、空预器出口烟气温度和空预器出口截面烟气流速,其中所述空预器出口截面烟气流速包括设置在空预器烟气出口不同位置的多个流速测点分别输出的多个烟气流速;
根据所述大气压力、所述空预器烟气出入口压力、所述空预器出口烟气温度和所述空预器出口截面烟气流速获取空预器阻力系数;
根据所述发电机组负荷、所述引风机电流和所述空预器阻力系数输出空预器堵塞前剩余运行天数预测值,以作为对所述空预器进行吹灰操作的一个参考;以及根据所述空预器出口截面烟气流速输出空预器出口截面烟气流场三维图,以作为对所述空预器进行吹灰操作的另一个参考。
2.如权利要求1所述的火电站空预器防堵控制方法,其特征在于,所述多个流速测点在空预器烟气出口截面的宽度方向上相互间隔排列,且在所述空预器烟气出口截面的长度方向上任意两个流速测点不共线;以及所述多个流速测点分别采用热式流速传感器。
4.一种火电站空预器防堵控制系统,其特征在于,包括:
发电机组功率表;
引风机电流表;
气压表;
压力测点,设置在空预器烟气出入口;
温度测点,设置在空预器烟气出口;
多个流速测点,设置在空预器烟气出口;
信号转换板卡,连接所述发电机组功率表、所述引风机电流表、所述气压表、所述压力测点、所述温度测点和所述流速测点,用于采集发电机组负荷、引风机电流、大气压力、空预器烟气出入口压力、空预器出口烟气温度和空预器出口截面烟气流速,其中所述空预器出口截面烟气流速包括所述多个流速测点分别输出的多个烟气流速;
服务器端,连接所述信号转换板卡且可供终端通过网络连接访问,用于根据所述大气压力、所述空预器烟气出入口压力、所述空预器出口烟气温度和所述空预器出口截面烟气流速获取空预器阻力系数,用于根据所述发电机组负荷、所述引风机电流和所述空预器阻力系数输出空预器堵塞前剩余运行天数预测值,以及用于根据空预器出口截面烟气流速输出空预器出口截面烟气流场三维图。
5.如权利要求4所述的火电站空预器防堵控制系统,其特征在于,所述多个流速测点在空预器烟气出口截面的宽度方向上相互间隔排列,且在所述空预器烟气出口截面的长度方向上任意两个流速测点不共线。
6.如权利要求5所述的火电站空预器防堵控制系统,其特征在于,所述多个流速测点分别采用热式流速传感器。
7.如权利要求5所述的火电站空预器防堵控制系统,其特征在于,所述多个流速测点的数量为八个。
9.一种火电站空预器系统,其特征在于,包括:
空预器;
压力测点,设置在所述空预器的烟气出入口;
温度测点,设置在所述空预器的烟气出口;
多个流速测点,设置在所述空预器的烟气出口;
其中,所述多个流速测点在所述空预器的烟气出口截面的宽度方向上相互间隔排列,且在所述空预器的烟气出口截面的长度方向上任意两个流速测点不共线。
10.如权利要求9所述的火电站空预器系统,其特征在于,所述多个流速测点的数量为八个,所述八个流速测点中在所述空预器的烟气出口截面的宽度方向上相互间隔排列的七个流速测点的每相邻两个流速测点在所述宽度方向上的距离等于所述空预器的烟气出口截面的宽度的1/7+10mm、且剩余的一个流速测点与所述七个流速测点中的一个流速测点位于以所述空预器的转轴为圆心的同一个圆周上;以及所述八个流速测点分别采用热式流速传感器。
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CN201811332730.6A CN109351178B (zh) | 2018-11-09 | 2018-11-09 | 火电站空预器防堵控制方法及系统和火电站空预器系统 |
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