CN109635341A - 一种尾部三烟道二次再热锅炉的受压件寿命预测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种尾部三烟道二次再热锅炉的受压件寿命预测方法，包括如下步骤：步骤一、建立尾部三烟道二次再热锅炉的汽水系统动态模型；步骤二、通过接入DCS的测点数据作为输入参数，计算出模型中其余未安装测点的受压件的实时参数；步骤三、根据动态模型输出的受压件参数，计算受压件寿命损耗。本发明可持续对二次再热锅炉受压件寿命进行预测，可实时判断设备各部件的使用寿命情况，不仅可在线监测机组安全性和寿命损耗，也可为停机前的检修和备件做准备。采用本发明方法对受压件寿命进行检测，电厂运行者可进行故障监测和设备管理，并且最优化运行方式，在经济性和安全性以及设备寿命之间做出最优化选择。
Description
技术领域
本发明属于电站锅炉技术领域，具体涉及一种尾部三烟道二次再热锅炉的受压件寿命预测方法。
背景技术
为进一步降低发电燃煤机组煤耗，进一步发展洁净煤燃用技术，发展高参数大容量的二次再热锅炉是一个重点发展方向。二次再热机组使锅炉增加一级再热循环，与一次再热锅炉相比，机组热效率更高，但是随着再热级数增加，锅炉受热面布置趋于复杂。
在现有的二次再热锅炉技术中，对于二次再热锅炉的调温方式中再热器的调温方式包含摆动燃烧器+双烟道挡板、烟气再循环+双烟道挡板、三烟道纯挡板调节等三种方式。其以某660MW等级二次再热锅炉为例，对三种调温方式特性对比如下：
综合比较下，采用尾部三档板调节汽温的二次再热锅炉，能够实现双向调温，设备简单，可靠性高，实际运行过程中不增加机组厂用电，且投资运行维护费用低，可实现二次再热的收益最大化。
目前国内的能源结构调整，新能源发电机组的发展使得传统燃煤机组需要更好地灵活性运行能力，且能响应电网调节的需求。使得尾部三烟道纯挡板调温的二次再热锅炉不仅可以实现高效率，低煤耗，同时也具有灵活调节的能力。为了实现调峰运行模式，电厂运营商需要评估不同运行策略和运行手段下的经济性和对设备寿命的影响。
二次再热机组，在锅炉启动、负荷变化时，主汽温度和两级再热的温度之间的调节会相互影响，为了适应机组频繁启停或者调峰需求，监控受压件的寿命损耗就很重要，是满足进组长期稳定运行的必要条件。
疲劳损伤是影响锅炉寿命的最主要的措施，是受压元件热疲劳的直接后果。例如，在快速启动的过程中，过热器管暴露在高烟温下，而内部工质温度仍比较低。相反，在停炉过程中，管子外表面烟气可能温度已经冷却下来，而管内工质温度仍较高。而对于厚壁元件，更容易受到冷热应力交变的影响。
对于大容量高参数的二次再热锅炉，其热惯性就比常规锅炉更大。且存在主蒸汽温度T0，一次再热蒸汽温度T1，二次再热蒸汽温度T2三个需要调整匹配的参数，调节过程比常规锅炉复杂。而尾部三烟道二次再热锅炉由于其再热器都是依靠挡板调节，其动态特性与其他二次再热锅炉又是不同的。监控尾部三烟道二次再热锅炉的动态情况下的受压件状况和寿命消耗是一个新的领域。
在高温部件寿命监测领域，国内外先后出现了基于持久强度法的锅炉寿命在线监测系统、金相组织蠕变劣化过程分析的寿命检测技术及装置。通常情况下都是将DCS的壁温监测数据和压力、温度运行数据引出，对受热面和厚壁元件的超温和热偏差方面进行监控，预防超温引起的爆管，这些寿命预测系统都是基于锅炉中的测点，并不能涵盖整个锅炉受压件体系。对于尾部三烟道的二次再热锅炉，由于其受热面布置比现有技术的常规锅炉更加复杂，且其调温特性是依靠布置在尾部的三个烟道的烟气调节挡板，其动态特性区别于常规锅炉。依靠受热面的壁温测点可以掌握已装测点的受压件的壁温波动，但是不能涵盖整体锅炉受压件。由于尾部三烟道二次再热锅炉的动态特性的特殊性，根据现有技术，不能通过已装测点获得其他受压件在机组启动、负荷波动的动态条件下的壁温和压力波动的实时情况。
发明内容
为了克服现有技术的缺点，本发明提供了一种尾部三烟道二次再热锅炉的受压件寿命预测方法，基于一个尾部三烟道二次再热锅炉的动态模型，将锅炉受热面划分为多个区域，通过接入DCS的测点数据作为输入参数，计算出模型中其余未安装测点的受压件的实时参数。将动态分析结果应用于力学计算，以计算热应力和受压件的寿命衰减。采用本发明方法可以协助电厂操作人员，以提高工厂的灵活性，而不过分损耗在高温下的受压件的使用寿命。而基于现场实时数据、历史数据和动态模型实时计算的锅炉寿命实时分析系统，是今后锅炉使用寿命分析的一个重大发展方向。通过对锅炉运行状况进行适时监测，可有效提高锅炉运行水平、优化负荷变化速率、延长锅炉使用寿命。
本发明所采用的技术方案是：一种尾部三烟道二次再热锅炉的受压件寿命预测方法，包括如下步骤：
步骤一、建立尾部三烟道二次再热锅炉的汽水系统动态模型；
步骤二、通过接入DCS的测点数据作为输入参数，计算出模型中其余未安装测点的受压件的实时参数；
步骤三、根据动态模型输出的受压件参数，计算受压件寿命损耗。
与现有技术相比，本发明的积极效果是：
依据尾部三烟道二次再热锅炉动态模型的在线计算和DCS摘取数据，本发明可持续对二次再热锅炉受压件寿命进行预测，在校核期内可输出统计期内部件总的疲劳寿命损耗Df，统计时间段内部件总的蠕变寿命损耗Dc，以及疲劳、蠕变共同作用下允许的总寿命损耗D。本发明可实时判断设备各部件的使用寿命情况，不仅可在线监测机组安全性和寿命损耗，也可为停机前的检修和备件做准备。采用本发明方法对受压件寿命进行检测，电厂运行者可进行故障监测和设备管理，并且最优化运行方式，在经济性和安全性以及设备寿命之间做出最优化选择。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1为尾部三烟道布置的二次再热锅炉示意图；其中：1-炉膛，2-水平烟道，3-尾部烟道，4-一次再热器低温段，5-二次再热器低温段，6-低温过热器，7-省煤器，8-调节挡板，9-屏式过热器，10-高温过热器，11-一次再热器高温段，12-二次再热器高温段，13-水冷壁；
图2为受压件寿命损耗计算流程图。
具体实施方式
一种尾部三烟道二次再热锅炉的受压件寿命预测方法，包括如下内容：
1、本控制系统适用于尾部三烟道布置的二次再热电站锅炉，如图1所示，燃料和空气在炉膛中燃烧生成的烟气，经炉膛1、水平烟道2后，进入尾部烟道3。所述尾部烟道3分隔成三个并列的烟道，从前到后分别布置三级受热面，分别为：一次再热器低温段4、二次再热器低温段5和低温过热器6，每个受热面下方设置省煤器7。在省煤器7下方分别设置烟气挡板8，三个挡板均为调节档板。
2、建立一个尾部三烟道二次再热锅炉的汽水系统动态模型，其受压件分区包括：省煤器8、炉膛水冷壁1、屏式过热器9、高温过热器10、一次再热器高温段11、二次再热器高温段12、一次再热器低温段4、二次再热器低温段5和低温过热器6。
3、在构建一个尾部三烟道二次再热锅炉的动态模型后，引入DCS中的变量如锅炉负荷，耗煤量，风量，负荷，给水量，省煤器出口烟气温度，省煤器出口氧量，过热器减温水量，减温水喷水点后蒸汽温度，锅炉出口蒸汽压力以及煤种特性等参数，这些参数都可实时取自DCS系统，作为动态模型计算时的已知条件。
4、动态模型输出数据是一系列随时间变化的受压件壁温数据。其中某些受压件已安装壁温测点，这些DCS中的壁温数据反馈到动态模型中，对模型的输出数据(受压件壁温)进行校核修正。动态模型经修正后可较准确反映锅炉各部分受压件的参数情况，压力、壁温等等。
5、对受压件在机组动态过程中评估其蠕变和疲劳损害。最重要的评估计算方法是基于如下标准：ASME，EN12952，TRD 301，GB/T16507，DL/T 654，DL/T 441。
6、根据动态模型得到的受压件参数，继续计算受压件寿命损耗，其计算流程如图2所示，包括如下内容：
(1)在锅炉启停、变负荷及正常运行过程中，通过尾部三烟道二次再热锅炉动态模型对部件的温度、压力变化进行连续输出，可以得到系列工况中部件的循环应力幅，依据上述相关标准进行温度、应力修正计算，对照材料疲劳寿命曲线即可得该次工况中部件的疲劳寿命损耗值1/Nj。统计期内部件总的疲劳寿命损耗由Miner线性累积损伤法则确定：Df＝∑(1/Nj)；
(2)在锅炉启停、变负荷及正常运行过程中，当部件处于蠕变温度范围运行时，将尾部三烟道二次再热锅炉动态模型输出的温度波动范围、应力波动范围或应力持续作用时间τi作为蠕变寿命统计的依据。以该时间段τi内的最高蠕变应力σc,max查部件材料在统计时间段内温度下的持久强度分散带下限，得出部件材料在温度下、σc,max应力作用时的允许持续时间τi,rupture，则部件蠕变寿命损耗为τi/τi,rupture。统计时间段内部件总的蠕变寿命损耗由Robinson法则确定：Dc＝∑(τi/τi,rupture)；
(3)在锅炉启停、变负荷运行及正常运行过程中，对于中温厚壁承压部件，如省煤器出口集箱，仅存在疲劳寿命损耗。为满足长期稳定运行，其总的疲劳寿命损耗应满足Df≤1.0。
对于高温厚壁承压部件，既存在着疲劳寿命损耗，又存在着蠕变寿命损耗，以及疲劳与蠕变间的交互作用寿命损耗。依据DL/T 654-2009，其总的寿命损耗应满足：Df+Dc≤D其中，D为疲劳、蠕变共同作用下允许的总寿命损耗，为满足长期稳定运行，应满足D≤1.0。
Claims (8)
1.一种尾部三烟道二次再热锅炉的受压件寿命预测方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一、建立尾部三烟道二次再热锅炉的汽水系统动态模型；
步骤二、通过接入DCS的测点数据作为输入参数，计算出模型中其余未安装测点的受压件的实时参数；
步骤三、根据动态模型输出的受压件参数，计算受压件寿命损耗。
2.根据权利要求1所述的一种尾部三烟道二次再热锅炉的受压件寿命预测方法，其特征在于：所述动态模型的受压件分区包括：省煤器、炉膛水冷壁、屏式过热器、高温过热器、一次再热器高温段、二次再热器高温段、一次再热器低温段、二次再热器低温段和低温过热器。
3.根据权利要求1所述的一种尾部三烟道二次再热锅炉的受压件寿命预测方法，其特征在于：所述DCS的测点数据包括：锅炉负荷、耗煤量、风量、负荷、给水量、省煤器出口烟气温度、省煤器出口氧量、过热器减温水量、减温水喷水点后蒸汽温度、锅炉出口蒸汽压力以及煤种特性。
4.根据权利要求1所述的一种尾部三烟道二次再热锅炉的受压件寿命预测方法，其特征在于：计算受压件寿命损耗的方法为：
(1)计算统计期内部件总的疲劳寿命损耗Df；
(2)计算统计期内部件总的蠕变寿命损耗Dc。
5.根据权利要求4所述的一种尾部三烟道二次再热锅炉的受压件寿命预测方法，其特征在于：计算统计期内部件总的疲劳寿命损耗Df的方法为：在锅炉启停、变负荷运行及正常运行过程中，通过尾部三烟道二次再热锅炉动态模型对部件的温度、压力变化进行连续输出，得到系列工况中部件的循环应力幅；然后进行温度、应力修正计算；再根据材料疲劳寿命曲线即可得该次工况中部件的疲劳寿命损耗值1/Nj；最后，采用Miner线性累积损伤法计算统计期内部件总的疲劳寿命损耗：Df＝∑(1/Nj)。
6.根据权利要求4所述的一种尾部三烟道二次再热锅炉的受压件寿命预测方法，其特征在于：计算统计期内部件总的蠕变寿命损耗Dc的方法为：在锅炉启停、变负荷及正常运行过程中，当部件处于蠕变温度范围运行时，将尾部三烟道二次再热锅炉动态模型输出的温度波动范围、应力波动范围或应力持续作用时间τi作为蠕变寿命统计的依据；以该时间段τi内的最高蠕变应力σc,max查部件材料在统计时间段内温度下的持久强度分散带下限，得到部件材料在温度下、σc,max应力作用时的允许持续时间τi,rupture，然后得到部件蠕变寿命损耗为τi/τi,rupture；最后再采用Robinson法则计算统计时间段内部件总的蠕变寿命损耗Dc＝∑(τi/τi,rupture)。
7.根据权利要求4所述的一种尾部三烟道二次再热锅炉的受压件寿命预测方法，其特征在于：在锅炉启停、变负荷运行及正常运行过程中，对于中温厚壁承压部件，其总的疲劳寿命损耗满足Df≤1.0。
8.根据权利要求4所述的一种尾部三烟道二次再热锅炉的受压件寿命预测方法，其特征在于：在锅炉启停、变负荷运行及正常运行过程中，对于高温厚壁承压部件，其总的寿命损耗满足：Df+Dc≤D，其中，D为疲劳、蠕变共同作用下允许的总寿命损耗，且满足D≤1.0。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190416 |
|
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