CN109753679B - 一种空预器积灰堵塞可视化监控方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种空预器积灰堵塞可视化监控方法及系统。所述监控方法包括：采用近似处理方法，将空预器转化为三维空间结构；根据三维空间结构建立三维几何模型；获取空预器的边界条件以及积灰粒径分布；根据三维空间结构、边界条件以及积灰粒径分布建立空预器积灰分布模型；根据三维几何模型以及空预器积灰分布模型确定不同工况下空预器积灰分布的动态数据库；获取空预器的实际运行工况；根据实际运行工况调用动态数据库中的氨气分布数据、积灰强度以及积灰厚度，并导入数据可视化单元，模拟空预器的积灰情况；根据积灰情况实时对所述空预器进行可视化监控。采用本发明所提供的监控方法及系统能够实时有效的监控空预器的积灰情况。

Description

一种空预器积灰堵塞可视化监控方法及系统
技术领域
本发明涉及锅炉空预器领域，特别是涉及一种空预器积灰堵塞可视化监控方法及系统。
背景技术
空预器中的粘结性积灰堵塞流道使压损上升，增加设备的磨损与能耗，最终迫使机组停机。尤其是在控制发电量、低负荷运行时，空预器发生堵灰和低温腐蚀现象更为严重。现有的空预器积灰堵塞监控方法包括折算压差法、热流计法以及声学测温法，折算压差法根据进出口烟气温度、烟气压差和换热器管壁温度等参数来监测其灰污程度；热流计法通过观察热流计探头两侧温度差值即可实现受热面灰污程度的在线监测；声学测温法通过获取声波在烟气中的传播速度与壁面温度及灰厚度之间的关系式对空预器内的积灰情况进行监测。但是传统的监控方法都是根据空预器内某一具体参数进行监控，若监测装置发生故障，工作人员无法实时有效的监控空预器的积灰情况，因此需要有效地监控空预器积灰情况，对粘性NH4HSO4积灰的发生提供实时预警与吹灰指导，是提高空预器尾部受热面运行安全性与经济性亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种空预器积灰堵塞可视化监控方法及系统，以解决工作人员无法实时有效的监控空预器的积灰情况的问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种空预器积灰堵塞可视化监控方法，包括：
采用近似处理方法，将空预器转化为三维空间结构；
根据所述三维空间结构建立三维几何模型；
获取空预器的边界条件以及积灰粒径分布；所述边界条件包括温度以及压力；
根据所述三维空间结构、所述边界条件以及所述积灰粒径分布建立空预器积灰分布模型；
根据所述三维几何模型以及所述空预器积灰分布模型确定不同工况下所述空预器积灰分布的动态数据库；所述工况为电厂运行时不同负荷比例的负荷工况，所述动态数据库包括氨气分布数据、积灰强度以及积灰厚度；
获取所述空预器的实际运行工况；
根据所述实际运行工况调用所述动态数据库中的所述氨气分布数据、所述积灰强度以及所述积灰厚度，并导入数据可视化单元，模拟所述空预器的积灰情况；
根据所述积灰情况实时对所述空预器进行可视化监控。
可选的，所述空预器积灰分布模型具体包括：标准k-ε湍流模型、两相流颗粒相随机轨道模型、相间传热模型、粒径分布函数分布模型、曳力模型、热泳力模型、粘弹性模型以及接触力学模型；
根据公式
Figure BDA0001870402640000021
建立标准k-ε湍流模型；其中，ρ为密度；t为时间；Xj为坐标；μ为粘性系数；k为湍动能；ε为湍流耗散率；φk为壁面动能项；
采用蒙特卡洛模拟方法，采用取样颗粒代替真实颗粒进行模拟，建立两相流颗粒相随机轨道模型；
根据公式Qsg＝hsg(Ts-Tg)建立相间传热模型；其中，hsg为相间传热系数；Ts为固相温度；Tg为气相温度；
根据公式
Figure BDA0001870402640000022
建立粒径分布函数分布模型；其中，F(d)为分布函数；d为粒径；ds0为粉尘累计重量分布F＝0.5处粒径尺寸大小，即中粒径；n为分布指数；
根据公式
Figure BDA0001870402640000023
建立曳力模型；其中，CD为曳力系数；u为黏度系数；Re为雷诺数；ρp为近壁面第一个内节点处的烟气密度；dp为近壁面一个内节点处的烟气颗粒粒径；
根据公式
Figure BDA0001870402640000024
建立热泳力模型；其中，Cs为热滑移系数；λg为流体导热系数、λp为颗粒导热系数；Ct为温度阶跃系数；Cm为动量滑移系数；mp为颗粒质量；Kn＝Knudsen数＝2λ/dp，λ为气体平均分子自由程，K＝k/kp，k为基于气体平均动能的气体热导率；kp为颗粒导热率；T为当地流体温度，μ为气体动力粘度；
根据公式
Figure BDA0001870402640000031
建立粘弹性模型；其中，θ为应力；ξ为应变；ζ为材料粘性系数；
根据公式
Figure BDA0001870402640000032
公式
Figure BDA0001870402640000033
以及公式
Figure BDA0001870402640000034
建立接触力学模型；其中，x是偏离平衡位置的位移；m是振子质量；χ为弹簧阻尼系数；Ψ为弹性系数；
Figure BDA0001870402640000035
为颗粒所受法向力；kn为法向弹簧刚度系数；ηn为法向阻尼系数；
Figure BDA0001870402640000036
为球i在法向上的变形；
Figure BDA0001870402640000037
为球i与壁面接触点法向上的相对速度分量；
Figure BDA0001870402640000038
切向力；kt为切向弹簧刚度系数；ηt为切向阻尼系数。
可选的，所述根据所述三维几何模型以及所述空预器积灰分布模型确定不同工况下所述空预器积灰分布的动态数据库，具体包括：
根据所述三维几何模型以及所述空预器积灰分布模型确定所述空预器内的积灰颗粒速度；
根据公式
Figure BDA0001870402640000039
确定所述空预器内的积灰颗粒的临界积灰速度；其中，E表示材料的附着能，
Figure BDA00018704026400000310
k1表示蓄热板的湍动能；k2表示烟灰颗粒的湍动能；rp为烟灰颗粒密度；dp表示颗粒粒径；
根据所述积灰颗粒速度以及所述临界积灰速度确定不同工况下所述空预器积灰分布的动态数据库。
可选的，所述根据所述实际运行工况调用所述动态数据库中的所述氨气分布数据、所述积灰强度以及所述积灰厚度，并导入数据可视化单元，模拟所述空预器的积灰情况，具体包括：
当所述空预器内部的蓄热板温度为420K～493K时，所述蓄热板的表面发生氢硫化铵沉积，根据所述实际运行工况调用所述动态数据库中的所述氨气分布数据、所述积灰强度以及所述积灰厚度，并导入数据可视化单元，模拟所述空预器的积灰情况。
一种空预器积灰堵塞可视化监控系统，包括：
三维空间结构确定模块，用于采用近似处理方法，将空预器转化为三维空间结构；
三维几何模型建立模块，用于根据所述三维空间结构建立三维几何模型；
边界条件以及积灰粒径分布获取模块，用于获取空预器的边界条件以及积灰粒径分布；所述边界条件包括温度以及压力；
空预器积灰分布模型建立模块，用于根据所述三维空间结构、所述边界条件以及所述积灰粒径分布建立空预器积灰分布模型；
动态数据库确定模块，用于根据所述三维几何模型以及所述空预器积灰分布模型确定不同工况下所述空预器积灰分布的动态数据库；所述工况为电厂运行时不同负荷比例的负荷工况，所述动态数据库包括氨气分布数据、积灰强度以及积灰厚度；
实际运行工况获取模块，用于获取所述空预器的实际运行工况；
积灰情况确定模块，用于根据所述实际运行工况调用所述动态数据库中的所述氨气分布数据、所述积灰强度以及所述积灰厚度，并导入数据可视化单元，模拟所述空预器的积灰情况；
可视化监控模块，用于根据所述积灰情况实时对所述空预器进行可视化监控。
可选的，所述空预器积灰分布模型具体包括：标准k-ε湍流模型、两相流颗粒相随机轨道模型、相间传热模型、粒径分布函数分布模型、曳力模型、热泳力模型、粘弹性模型以及接触力学模型；
标准k-ε湍流模型建立单元，用于根据公式
Figure BDA0001870402640000041
建立标准k-ε湍流模型；其中，ρ为密度；t为时间；Xj为坐标；μ为粘性系数；k为湍动能；ε为湍流耗散率；φk为壁面动能项；
两相流颗粒相随机轨道模型建立单元，用于采用蒙特卡洛模拟方法，采用取样颗粒代替真实颗粒进行模拟，建立两相流颗粒相随机轨道模型；
相间传热模型建立单元，用于根据公式Qsg＝hsg(Ts-Tg)建立相间传热模型；其中，hsg为相间传热系数；Ts为固相温度；Tg为气相温度；
粒径分布函数分布模型建立单元，用于根据公式
Figure BDA0001870402640000051
建立粒径分布函数分布模型；其中，F(d)为分布函数；d为粒径；ds0为粉尘累计重量分布F＝0.5处粒径尺寸大小，即中粒径；n为分布指数；
曳力模型建立单元，用于根据公式
Figure BDA0001870402640000052
建立曳力模型；其中，CD为曳力系数；u为黏度系数；Re为雷诺数；ρp为近壁面第一个内节点处的烟气密度；dp为近壁面第一个内节点处的烟气颗粒粒径；
热泳力模型建立单元，用于根据公式
Figure BDA0001870402640000053
建立热泳力模型；其中，Cs为热滑移系数；λg为流体导热系数、λp为颗粒导热系数；Ct为温度阶跃系数；Cm为动量滑移系数；mp为颗粒质量；Kn＝Knudsen数＝2λ/dp，λ为气体平均分子自由程，K＝k/kp，k为基于气体平均动能的气体热导率；kp为颗粒导热率；T为当地流体温度，μ为气体动力粘度；
粘弹性模型建立单元，用于根据公式
Figure BDA0001870402640000054
建立粘弹性模型；其中，θ为应力；ξ为应变；ζ为材料粘性系数；
接触力学模型建立单元，用于根据公式
Figure BDA0001870402640000055
公式
Figure BDA0001870402640000056
以及公式
Figure BDA0001870402640000057
建立接触力学模型；其中，x是偏离平衡位置的位移；m是振子质量；χ为弹簧阻尼系数；Ψ为弹性系数；
Figure BDA0001870402640000058
为颗粒所受法向力；kn为法向弹簧刚度系数；ηn为法向阻尼系数；
Figure BDA0001870402640000059
为球i在法向上的变形；
Figure BDA00018704026400000510
为球i与壁面接触点法向上的相对速度分量；
Figure BDA00018704026400000511
切向力；kt为切向弹簧刚度系数；ηt为切向阻尼系数。
可选的，所述动态数据库确定模块具体包括：
积灰颗粒速度确定单元，用于根据所述三维几何模型以及所述空预器积灰分布模型确定所述空预器内的积灰颗粒速度；
临界积灰速度确定单元，用于根据公式
Figure BDA0001870402640000061
确定所述空预器内的积灰颗粒的临界积灰速度；其中，E表示材料的附着能，
Figure BDA0001870402640000062
k1表示蓄热板的湍动能；k2表示烟灰颗粒的湍动能；rp为烟灰颗粒密度；dp表示颗粒粒径；
动态数据库确定单元，用于根据所述积灰颗粒速度以及所述临界积灰速度确定不同工况下所述空预器积灰分布的动态数据库。
可选的，所述积灰情况确定模块具体包括：
积灰情况确定单元，用于当所述空预器内部的蓄热板温度为420K～493K时，所述蓄热板的表面发生氢硫化铵沉积，根据所述实际运行工况调用所述动态数据库中的所述氨气分布数据、所述积灰强度以及所述积灰厚度，并导入数据可视化单元，模拟所述空预器的积灰情况。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供了一种空预器积灰堵塞可视化监控方法及系统，通过建立三维几何模型以及空预器积灰分布模型，并根据三维几何模型以及空预器积灰分布模型确定动态数据库，根据所述实际运行工况调用所述动态数据库中的所述氨气分布数据、所述积灰强度以及所述积灰厚度，并导入数据可视化单元，模拟所述空预器的积灰情况；根据所述积灰情况实时对所述空预器进行可视化监控；本发明采用模拟空预器的积灰情况的方法可使电厂工作人员观察到空预器内部的动态模拟结果，根据动态模拟结果对机组人员提出指导性意见；采用本发明提供的监控方法及系统，可建立一个集空预器堵灰预警、吹灰指导为一体的三维可视化智能监控系统，该系统能够对空预器的堵灰进行科学预警，在一定程度上强化了传热效果，提高了空预器运行的安全性和经济性，值得大力推广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明所提供的空预器积灰堵塞可视化监控装置结构图；
图2为本发明所提供的可视化监控方法流程图；
图3为本发明所提供的用户监控空预器吹灰指导界面图；
图4为本发明所提供的空预器积灰堵塞可视化监控系统结构图。
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。
本发明的目的是提供一种空预器积灰堵塞可视化监控方法及系统，能够实时有效的监控空预器的积灰情况。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明所提供的一种空预器积灰堵塞可视化监控方法基于一种空预器积灰堵塞可视化监控装置，如图1所示，该监控装置包括选择性催化还原技术(Selective CatalyticReduction，SCR)出口测量单元，空预器吹灰器，空预器出口测量单元，空预器吹灰控制单元，计算模型模拟单元，数据库单元；SCR出口测量单元，位置在SCR出口，主要包括氨逃逸检测仪，氮氧化物检测仪，流速检测仪，压力检测仪，温度检测仪；空预器吹灰器，安装在空预器上下端，图片见附件；空预器出口测量单元，位置在空预器出口，主要包括压力检测仪，温度检测仪；空预器吹灰控制单元是一个程序。SCR出口测量单元、空预器出口测量单元中测量对象包含烟气流量、烟气温度、烟气压力、氨气逃逸量；SCR出口测量单元、空预器出口测量单元通过燃煤电站分布式控制系统(Distributed Control System，DCS)与计算模型模拟单元的输入相连，计算模型模拟单元输出与数据库单元相连，模拟区间为空预器，空预器吹灰控制单元通过调用数据库中积灰厚度及积灰强度等数据对空预器进行吹灰指导。
在实际应用中，所述空预器积灰堵塞可视化智能预警系统还包括数据可视化单元，所述数据可视化单元的输入为电厂实际负荷参数，负荷参数的输入可调动数据库单元对应的模拟结果，并将该数据转化为实时动态的图像。
在实际应用中，所述数据可视化单元的用户界面包括：边界条件输入区域和显示区域；所述显示区域，用于在所述空预器三维模型上实时显示所述积灰强度及积灰厚度分布。
图2为本发明所提供的可视化监控方法流程图，如图2所示，一种空预器积灰堵塞可视化监控方法，包括：
步骤201：采用近似处理方法，将空预器转化为三维空间结构。
步骤202：根据所述三维空间结构建立三维几何模型。
步骤203：获取空预器的边界条件以及积灰粒径分布；所述边界条件包括温度以及压力。
步骤204：根据所述三维空间结构、所述边界条件以及所述积灰粒径分布建立空预器积灰分布模型。
所述空预器积灰分布模型具体包括：标准k-ε湍流模型、两相流颗粒相随机轨道模型、相间传热模型、粒径分布函数分布模型、曳力模型、热泳力模型、粘弹性模型以及接触力学模型；
根据公式
Figure BDA0001870402640000081
建立标准k-ε湍流模型；其中，ρ为密度；t为时间；Xj为坐标；μ为粘性系数；k为湍动能；ε为湍流耗散率；φk为壁面动能项；
动能耗散方程如下：
Figure BDA0001870402640000082
μτ为涡粘性；τtij为流体压强；Sij为平均速度应变率张量；φε为及壁面动能耗散项；
采用蒙特卡洛模拟方法，采用取样颗粒代替真实颗粒进行模拟，建立两相流颗粒相随机轨道模型；在实际应用中，采用少量的取样颗粒代替大量的真实颗粒。
根据公式Qsg＝hsg(Ts-Tg)建立相间传热模型；其中，hsg为相间传热系数；Ts为固相温度；Tg为气相温度；
根据公式
Figure BDA0001870402640000091
建立粒径分布函数分布模型；其中，F(d)为分布函数；d为粒径；ds0为粉尘累计重量分布F＝0.5处粒径尺寸大小，即中粒径；n为分布指数；
根据公式
Figure BDA0001870402640000092
建立曳力模型；其中，CD为曳力系数；u为黏度系数；Re为雷诺数；ρp为近壁面第一个内节点处的烟气密度；dp为近壁面第一个内节点处的烟气颗粒粒径；
根据公式
Figure BDA0001870402640000093
建立热泳力模型；其中，Cs为热滑移系数；λg为流体导热系数、λp为颗粒导热系数；Ct为温度阶跃系数，Ct＝1.17；Cm为动量滑移系数，Cm＝1.14；mp为颗粒质量；Kn＝Knudsen数＝2λ/dp，λ为气体平均分子自由程，K＝k/kp，k为基于气体平均动能的气体热导率；kp为颗粒导热率；T为当地流体温度，μ为气体动力粘度；
根据公式
Figure BDA0001870402640000094
建立粘弹性模型；其中，θ为应力；ξ为应变；ζ为材料粘性系数；
根据公式
Figure BDA0001870402640000095
公式
Figure BDA0001870402640000096
以及公式
Figure BDA0001870402640000097
建立接触力学模型；其中，x是偏离平衡位置的位移；m是振子质量；χ为弹簧阻尼系数；Ψ为弹性系数；
Figure BDA0001870402640000098
为颗粒所受法向力；kn为法向弹簧刚度系数；ηn为法向阻尼系数；
Figure BDA0001870402640000099
为球i在法向上的变形；
Figure BDA00018704026400000910
为球i与壁面接触点法向上的相对速度分量；
Figure BDA00018704026400000911
切向力；kt为切向弹簧刚度系数；ηt为切向阻尼系数。
步骤205：根据所述三维几何模型以及所述空预器积灰分布模型确定不同工况下所述空预器积灰分布的动态数据库；所述工况为电厂运行时不同负荷比例的负荷工况，所述负荷工况包括特定电厂运行50％-100％的全部负荷工况；所述动态数据库包括氨气分布数据、积灰强度以及积灰厚度。
空预器积灰过程的计算中选择基于速度的积灰准则，当颗粒的速度大于其临界积灰速度时，颗粒因碰撞产生的弹性储能足以克服其附着能并产生反弹；反之，当颗粒速度低于其临界积灰速度时，碰撞的弹性储能不足以克服其附着能，碰撞表面产生积灰。
所述步骤205具体包括：根据所述三维几何模型以及所述空预器积灰分布模型确定所述空预器内的积灰颗粒速度；根据公
Figure BDA0001870402640000101
确定所述空预器内的积灰颗粒的临界积灰速度；其中，E表示材料的附着能，
Figure BDA0001870402640000102
k1表示蓄热板的湍动能，
Figure BDA0001870402640000103
vm为蓄热板的泊松比；Em为蓄热板的杨氏模量；k2表示烟灰颗粒的湍动能，
Figure BDA0001870402640000104
vp为烟灰颗粒的泊松比；Ep为烟灰颗粒的杨氏模量；rp为烟灰颗粒密度；dp表示颗粒粒径；
根据所述积灰颗粒速度以及所述临界积灰速度确定不同工况下所述空预器积灰分布的动态数据库。
步骤206：获取所述空预器的实际运行工况。
步骤207：根据所述实际运行工况调用所述动态数据库中的所述氨气分布数据、所述积灰强度以及所述积灰厚度，并导入数据可视化单元，模拟所述空预器的积灰情况。
步骤208：根据所述积灰情况实时对所述空预器进行可视化监控。
如图3所示，当所述空预器内部的蓄热板温度为420K～493K时，所述蓄热板的表面发生氢硫化铵沉积，蓄热板表面发生氢硫化铵沉积，在此区域，蓄热板的积灰使用氢硫化铵积灰的模型进行模拟。
图4为本发明所提供的空预器积灰堵塞可视化监控系统结构图，如图4所示，一种空预器积灰堵塞可视化监控系统，包括：
三维空间结构确定模块401，用于采用近似处理方法，将空预器转化为三维空间结构。
三维几何模型建立模块402，用于根据所述三维空间结构建立三维几何模型。
边界条件以及积灰粒径分布获取模块403，用于获取空预器的边界条件以及积灰粒径分布；所述边界条件包括温度以及压力；
空预器积灰分布模型建立模块404，用于根据所述三维空间结构、所述边界条件以及所述积灰粒径分布建立空预器积灰分布模型。
所述空预器积灰分布模型404具体包括：标准k-ε湍流模型、两相流颗粒相随机轨道模型、相间传热模型、粒径分布函数分布模型、曳力模型、热泳力模型、粘弹性模型以及接触力学模型；
标准k-ε湍流模型建立单元，用于根据公式
Figure BDA0001870402640000111
建立标准k-ε湍流模型；其中，ρ为密度；t为时间；Xj为坐标；μ为粘性系数；k为湍动能；ε为湍流耗散率；φk为壁面动能项；
两相流颗粒相随机轨道模型建立单元，用于采用蒙特卡洛模拟方法，采用取样颗粒代替真实颗粒进行模拟，建立两相流颗粒相随机轨道模型；
相间传热模型建立单元，用于根据公式Qsg＝hsg(Ts-Tg)建立相间传热模型；其中，hsg为相间传热系数；Ts为固相温度；Tg为气相温度；
粒径分布函数分布模型建立单元，用于根据公式
Figure BDA0001870402640000112
建立粒径分布函数分布模型；其中，F(d)为分布函数；d为粒径；ds0为粉尘累计重量分布F＝0.5处粒径尺寸大小，即中粒径；n为分布指数；
曳力模型建立单元，用于根据公式
Figure BDA0001870402640000113
建立曳力模型；其中，CD为曳力系数；u为黏度系数；Re为雷诺数；ρp为近壁面第一个内节点处的烟气密度；dp为近壁面第一个内节点处的烟气颗粒粒径；
热泳力模型建立单元，用于根据公式
Figure BDA0001870402640000114
建立热泳力模型；其中，Cs为热滑移系数；λg为流体导热系数、λp为颗粒导热系数；Ct为温度阶跃系数；Cm为动量滑移系数；mp为颗粒质量；Kn＝Knudsen数＝2λ/dp，λ为气体平均分子自由程，K＝k/kp，k为基于气体平均动能的气体热导率；kp为颗粒导热率；T为当地流体温度，μ为气体动力粘度；
粘弹性模型建立单元，用于根据公式
Figure BDA0001870402640000121
建立粘弹性模型；其中，θ为应力；ξ为应变；ζ为材料粘性系数；
接触力学模型建立单元，用于根据公式
Figure BDA0001870402640000122
公式
Figure BDA0001870402640000123
以及公式
Figure BDA0001870402640000124
建立接触力学模型；其中，x是偏离平衡位置的位移；m是振子质量；χ为弹簧阻尼系数；Ψ为弹性系数；
Figure BDA0001870402640000125
为颗粒所受法向力；kn为法向弹簧刚度系数；ηn为法向阻尼系数；
Figure BDA0001870402640000126
为球i在法向上的变形；
Figure BDA0001870402640000127
为球i与壁面接触点法向上的相对速度分量；
Figure BDA0001870402640000128
切向力；kt为切向弹簧刚度系数；ηt为切向阻尼系数。
动态数据库确定模块405，用于根据所述三维几何模型以及所述空预器积灰分布模型确定不同工况下所述空预器积灰分布的动态数据库；所述工况为电厂运行时不同负荷比例的负荷工况，所述动态数据库包括氨气分布数据、积灰强度以及积灰厚度。
所述动态数据库确定模块405具体包括：积灰颗粒速度确定单元，用于根据所述三维几何模型以及所述空预器积灰分布模型确定所述空预器内的积灰颗粒速度；临界积灰速度确定单元，用于根据公式
Figure BDA0001870402640000129
确定所述空预器内的积灰颗粒的临界积灰速度；其中，E表示材料的附着能，
Figure BDA00018704026400001210
k1表示蓄热板的湍动能；k2表示烟灰颗粒的湍动能；rp为烟灰颗粒密度；dp表示颗粒粒径；动态数据库确定单元，用于根据所述积灰颗粒速度以及所述临界积灰速度确定不同工况下所述空预器积灰分布的动态数据库。
实际运行工况获取模块406，用于获取所述空预器的实际运行工况。
积灰情况确定模块407，用于根据所述实际运行工况调用所述动态数据库中的所述氨气分布数据、所述积灰强度以及所述积灰厚度，并导入数据可视化单元，模拟所述空预器的积灰情况。
所述积灰情况确定模块407具体包括：积灰情况确定单元，用于当所述空预器内部的蓄热板温度为420K～493K时，所述蓄热板的表面发生氢硫化铵沉积，根据所述实际运行工况调用所述动态数据库中的所述氨气分布数据、所述积灰强度以及所述积灰厚度，并导入数据可视化单元，模拟所述空预器的积灰情况。
可视化监控模块408，用于根据所述积灰情况实时对所述空预器进行可视化监控。
本发明采用数值模拟的方式可使电厂工作人员观察到空预器内部的动态模拟结果，根据动态模拟结果对机组人员提出指导性意见；采用本发明提供的监控方法及系统可建立一个集空预器堵灰预警、吹灰指导为一体的三维可视化智能监控系统；该系统能够对空预器的堵灰进行科学预警，在一定程度上强化了传热效果，提高了空预器运行的安全性和经济性，值得大力推广。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种空预器积灰堵塞可视化监控方法，其特征在于，包括：
采用近似处理方法，将空预器转化为三维空间结构；
根据所述三维空间结构建立三维几何模型；
获取空预器的边界条件以及积灰粒径分布；所述边界条件包括温度以及压力；
根据所述三维空间结构、所述边界条件以及所述积灰粒径分布建立空预器积灰分布模型；所述空预器积灰分布模型具体包括：标准k-ε湍流模型、两相流颗粒相随机轨道模型、相间传热模型、粒径分布函数分布模型、曳力模型、热泳力模型、粘弹性模型以及接触力学模型；
根据公式
Figure FDA0002854284690000011
建立标准k-ε湍流模型；其中，ρ为密度；t为时间；Xj为坐标；μ为粘性系数；k为湍动能；ε为湍流耗散率；φk为壁面动能项；μτ为涡粘性；τtij为流体压强；Sij为平均速度应变率张量；
采用蒙特卡洛模拟方法，采用取样颗粒代替真实颗粒进行模拟，建立两相流颗粒相随机轨道模型；
根据公式Qsg＝hsg(Ts-Tg)建立相间传热模型；其中，hsg为相间传热系数；Ts为固相温度；Tg为气相温度；
根据公式
Figure FDA0002854284690000012
建立粒径分布函数分布模型；其中，F(d)为分布函数；d为粒径；ds0为粉尘累计重量分布F＝0.5处粒径尺寸大小，即中粒径；n为分布指数；
根据公式
Figure FDA0002854284690000013
建立曳力模型；其中，FD为曳力模型；CD为曳力系数；Re为雷诺数；ρp为近壁面第一个内节点处的烟气密度；dp为近壁面第一个内节点处的烟气颗粒粒径；
根据公式
Figure FDA0002854284690000014
建立热泳力模型；其中，Fth为热泳力模型；Cs为热滑移系数；λg为流体导热系数、λp为颗粒导热系数；Ct为温度阶跃系数；Cm为动量滑移系数；mp为颗粒质量；Kn＝Knudsen数＝2λ/dp，λ为气体平均分子自由程；T为当地流体温度，μ为气体动力粘度；
根据公式
Figure FDA0002854284690000021
建立粘弹性模型；其中，θ为应力；ξ为应变；ζ为材料粘性系数；
根据公式
Figure FDA0002854284690000022
公式
Figure FDA0002854284690000023
以及公式
Figure FDA0002854284690000024
建立接触力学模型；其中，x是偏离平衡位置的位移；m是振子质量；χ为弹簧阻尼系数；Ψ为弹性系数；
Figure FDA0002854284690000025
为颗粒所受法向力；kn为法向弹簧刚度系数；ηn为法向阻尼系数；
Figure FDA0002854284690000026
为球i在法向上的变形；
Figure FDA0002854284690000027
为球i与壁面接触点法向上的相对速度分量；
Figure FDA0002854284690000028
切向力；kt为切向弹簧刚度系数；ηt为切向阻尼系数；
根据所述三维几何模型以及所述空预器积灰分布模型确定不同工况下所述空预器积灰分布的动态数据库；所述工况为电厂运行时不同负荷比例的负荷工况，所述动态数据库包括氨气分布数据、积灰强度以及积灰厚度；
获取所述空预器的实际运行工况；
根据所述实际运行工况调用所述动态数据库中的所述氨气分布数据、所述积灰强度以及所述积灰厚度，并导入数据可视化单元，模拟所述空预器的积灰情况；
根据所述积灰情况实时对所述空预器进行可视化监控。
2.根据权利要求1所述的可视化监控方法，其特征在于，所述根据所述三维几何模型以及所述空预器积灰分布模型确定不同工况下所述空预器积灰分布的动态数据库，具体包括：
根据所述三维几何模型以及所述空预器积灰分布模型确定所述空预器内的积灰颗粒速度；
根据公式
Figure FDA0002854284690000031
确定所述空预器内的积灰颗粒的临界积灰速度；其中，E表示材料的附着能，
Figure FDA0002854284690000032
k1表示蓄热板的湍动能；k2表示烟灰颗粒的湍动能；rp为烟灰颗粒密度；dp表示颗粒粒径；
根据所述积灰颗粒速度以及所述临界积灰速度确定不同工况下所述空预器积灰分布的动态数据库。
3.根据权利要求1所述的可视化监控方法，其特征在于，所述根据所述实际运行工况调用所述动态数据库中的所述氨气分布数据、所述积灰强度以及所述积灰厚度，并导入数据可视化单元，模拟所述空预器的积灰情况，具体包括：
当所述空预器内部的蓄热板温度为420K～493K时，所述蓄热板的表面发生氢硫化铵沉积，根据所述实际运行工况调用所述动态数据库中的所述氨气分布数据、所述积灰强度以及所述积灰厚度，并导入数据可视化单元，模拟所述空预器的积灰情况。
4.一种空预器积灰堵塞可视化监控系统，其特征在于，包括：
三维空间结构确定模块，用于采用近似处理方法，将空预器转化为三维空间结构；
三维几何模型建立模块，用于根据所述三维空间结构建立三维几何模型；
边界条件以及积灰粒径分布获取模块，用于获取空预器的边界条件以及积灰粒径分布；所述边界条件包括温度以及压力；
空预器积灰分布模型建立模块，用于根据所述三维空间结构、所述边界条件以及所述积灰粒径分布建立空预器积灰分布模型；所述空预器积灰分布模型具体包括：标准k-ε湍流模型、两相流颗粒相随机轨道模型、相间传热模型、粒径分布函数分布模型、曳力模型、热泳力模型、粘弹性模型以及接触力学模型；
标准k-ε湍流模型建立单元，用于根据公式
Figure FDA0002854284690000041
建立标准k-ε湍流模型；其中，ρ为密度；t为时间；Xj为坐标；μ为粘性系数；k为湍动能；ε为湍流耗散率；φk为壁面动能项；μτ为涡粘性；τtij为流体压强；Sij为平均速度应变率张量；
两相流颗粒相随机轨道模型建立单元，用于采用蒙特卡洛模拟方法，采用取样颗粒代替真实颗粒进行模拟，建立两相流颗粒相随机轨道模型；
相间传热模型建立单元，用于根据公式Qsg＝hsg(Ts-Tg)建立相间传热模型；其中，hsg为相间传热系数；Ts为固相温度；Tg为气相温度；
粒径分布函数分布模型建立单元，用于根据公式
Figure FDA0002854284690000042
建立粒径分布函数分布模型；其中，F(d)为分布函数；d为粒径；ds0为粉尘累计重量分布F＝0.5处粒径尺寸大小，即中粒径；n为分布指数；
曳力模型建立单元，用于根据公式
Figure FDA0002854284690000043
建立曳力模型；其中，FD为曳力模型；CD为曳力系数；Re为雷诺数；ρp为近壁面第一个内节点处的烟气密度；dp为近壁面第一个内节点处的烟气颗粒粒径；
热泳力模型建立单元，用于根据公式
Figure FDA0002854284690000044
建立热泳力模型；其中，Fth为热泳力模型；Cs为热滑移系数；λg为流体导热系数、λp为颗粒导热系数；Ct为温度阶跃系数；Cm为动量滑移系数；mp为颗粒质量；Kn＝Knudsen数＝2λ/dp，λ为气体平均分子自由程；T为当地流体温度，μ为气体动力粘度；
粘弹性模型建立单元，用于根据公式
Figure FDA0002854284690000045
建立粘弹性模型；其中，θ为应力；ξ为应变；ζ为材料粘性系数；
接触力学模型建立单元，用于根据公式
Figure FDA0002854284690000051
公式
Figure FDA0002854284690000052
以及公式
Figure FDA0002854284690000053
建立接触力学模型；其中，x是偏离平衡位置的位移；m是振子质量；χ为弹簧阻尼系数；Ψ为弹性系数；
Figure FDA0002854284690000054
为颗粒所受法向力；kn为法向弹簧刚度系数；ηn为法向阻尼系数；
Figure FDA0002854284690000055
为球i在法向上的变形；
Figure FDA0002854284690000056
为球i与壁面接触点法向上的相对速度分量；
Figure FDA0002854284690000057
切向力；kt为切向弹簧刚度系数；ηt为切向阻尼系数；
动态数据库确定模块，用于根据所述三维几何模型以及所述空预器积灰分布模型确定不同工况下所述空预器积灰分布的动态数据库；所述工况为电厂运行时不同负荷比例的负荷工况，所述动态数据库包括氨气分布数据、积灰强度以及积灰厚度；
实际运行工况获取模块，用于获取所述空预器的实际运行工况；
积灰情况确定模块，用于根据所述实际运行工况调用所述动态数据库中的所述氨气分布数据、所述积灰强度以及所述积灰厚度，并导入数据可视化单元，模拟所述空预器的积灰情况；
可视化监控模块，用于根据所述积灰情况实时对所述空预器进行可视化监控。
5.根据权利要求4所述的可视化监控系统，其特征在于，所述动态数据库确定模块具体包括：
积灰颗粒速度确定单元，用于根据所述三维几何模型以及所述空预器积灰分布模型确定所述空预器内的积灰颗粒速度；
临界积灰速度确定单元，用于根据公式
Figure FDA0002854284690000058
确定所述空预器内的积灰颗粒的临界积灰速度；其中，E表示材料的附着能，
Figure FDA0002854284690000059
k1表示蓄热板的湍动能；k2表示烟灰颗粒的湍动能；rp为烟灰颗粒密度；dp表示颗粒粒径；
动态数据库确定单元，用于根据所述积灰颗粒速度以及所述临界积灰速度确定不同工况下所述空预器积灰分布的动态数据库。
6.根据权利要求4所述的可视化监控系统，其特征在于，所述积灰情况确定模块具体包括：
积灰情况确定单元，用于当所述空预器内部的蓄热板温度为420K～493K时，所述蓄热板的表面发生氢硫化铵沉积，根据所述实际运行工况调用所述动态数据库中的所述氨气分布数据、所述积灰强度以及所述积灰厚度，并导入数据可视化单元，模拟所述空预器的积灰情况。
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