CN110455855B - 考虑燃煤锅炉全局传热影响的受热面积灰程度判断方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种考虑燃煤锅炉全局传热影响的受热面积灰程度判断方法，包括以下步骤：1)获取当前时刻的负荷P和各个对流受热面的出入口蒸汽温差ΔT_k；2)获取未吹灰受热面k的出入口蒸汽温差改变值向量δT_{a_k}；3)修正其他受热面的出入口蒸汽温差得到修正后的出入口蒸汽温差修正值ΔT'_k；4)根据受热面出入口蒸汽温差修正值ΔT'_k计算各受热面积灰程度系数β_k；5)当某一受热面的积灰程度系数大于启动阈值时，启动吹灰直至积灰程度系数降低到启动阈值以下，完成燃煤锅炉受热面的吹灰。与现有技术相比，本发明具有科学实用、精确简单等优点。

Description

考虑燃煤锅炉全局传热影响的受热面积灰程度判断方法

技术领域

本发明涉及燃煤锅炉检测领域，尤其是涉及一种考虑燃煤锅炉全局传热影响的受热面积灰程度判断方法。

背景技术

燃煤锅炉受热面积灰程度检测是优化吹灰策略的基础和前提，目前，对受热面积灰程度的判断主要有清洁因子法、传热有效度比法、神经网络法、熵产分析法和出口烟温增量法，但在实际应用中，因为煤质的不确定、负荷的变化、金属蓄热和热交换系统复杂的能量交互，导致上述积灰程度判断方法的准确性难以保证。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种考虑燃煤锅炉全局传热影响的受热面积灰程度判断方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种考虑燃煤锅炉全局传热影响的受热面积灰程度判断方法，包括以下步骤：

1)获取当前时刻的负荷P和各个对流受热面的出入口蒸汽温差ΔT_k；

2)获取未吹灰受热面k的出入口蒸汽温差改变值向量δT_{a_k}；

3)修正其他受热面的出入口蒸汽温差得到修正后的出入口蒸汽温差修正值ΔT'_k；

4)根据受热面出入口蒸汽温差修正值ΔT'_k计算各受热面积灰程度系数β_k；

5)当某一受热面的积灰程度系数大于启动阈值时，启动吹灰直至积灰程度系数降低到启动阈值以下，完成燃煤锅炉受热面的吹灰。

所述的步骤2)中，未吹灰受热面k的出入口蒸汽温差改变值向量δT_{a_k}的表达式为：

δT_{a_k}＝F(P,δT_{a_a})

其中，δT_{a_a}为吹灰受热面a的出入口蒸汽温差改变值向量，F表示未吹灰受热面k的出入口蒸汽温差修正值δT_{a_k}与吹灰受热面a的出入口蒸汽温差改变值向量δT_{a_a}和负荷P的函数关系。

所述的步骤2)中，函数关系F的获取方法包括以下步骤：

21)提取多个离散稳定负荷值，将其作为X变量；

22)预先获取各个离散稳定负荷值下某一受热面a吹灰后其出入口蒸汽温差改变值向量，将其作为Y变量；

23)获取各负荷下受热面a吹灰后产生的温差变量对受热面k的出入口蒸汽温差的影响向量δT_{a_k}，并将其作为Z变量，拟合出Z关于X和Y的二元线性回归曲线，即：

Z＝F(X,Y)＝b₀+b₁X+b₂Y

其中，b₀、b₁、b₂为拟合参数。

所述的步骤22)中，

取吹灰受热面a的出入口蒸汽温差下限值ΔT_{L_a}作为温差改变值的计算起点，即起始值，则其温差的改变值δT_{a_a}就等于受热面a的温差实时值ΔT_a减去当前负荷下的起始值，即：

δT_{a_a}＝ΔT_a-ΔT_{L_a}。

所述的步骤23)中，离散稳定负荷下的δT_{a_k}通过以下方式获得：

取受热面a吹灰前受热面k的出入口蒸汽温差值ΔT_{a_k}作为温差改变值的计算起点，即起始值，则其温差的改变值δT_{a_k}等于受热面k的温差实时值ΔT_k减去当前负荷下的起始值，即：

δT_{a_k}＝ΔT_k-ΔT_{a_k}。

所述的步骤3)中，受热面k修正后的出入口蒸汽温差修正值ΔT'_k的计算式为：

ΔT'_k＝δT_{a_k}+ΔT_k。

所述的步骤4)中，受热面的积灰程度系数β的表达式为：

其中，β_k为受热面k的积灰程度系数，ΔT_Hk为当前负荷下受热面k的出入口蒸汽温差的上限值，ΔT_Lk为当前负荷下受热面出入口蒸汽温差的下限值，积灰程度系数β_k介于0到1之间，β_k趋近于1时表示受热面积灰严重，β_k趋近于0时表示受热面趋于清洁。

所述的当前负荷下受热面k的出入口蒸汽温差的上限值ΔT_Hk及下限值ΔT_Lk通过以下方法获得：

41)预先获取多个离散稳定负荷值下对应的各受热面出入口蒸汽温差的上限值以及下限值；

42)采用一元线性回归法得到各个受热面温差上下限值和负荷P的线性关系，则有：

ΔT_H＝G_h(P)＝b_{h_0}+b_{h_1}P

ΔT_L＝G_l(P)＝b_{l_0}+b_{l_1}P

43)将当前负荷值代入上式，得到当前负荷所对应的各个受热面温差上下限值。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

一、本发明基于热力学机理，通过数据分析构建了基于锅炉受热面出入口蒸汽温差的积灰程度系数模型，通过积灰程度系数反映锅炉受热面积灰程度，具有科学性和实用性，计算简单、所需测点少；

二、本发明考虑受热面烟气热量分布及积灰程度的影响影响的情况，通过对受热面出入口蒸汽温差进行，修正了温差表征积灰程度的模型，使其能够更精确地判断受热面积灰程度。

附图说明

图1为本发明的方法流程框图，图中，下标PG代表屏式过热器；GG代表高温过热器；GZ代表高温再热器；DG代表低温过热器；DZ代表低温再热器。

图2为本发明实施例中采用四角切圆燃烧方式的π型亚临界压力再热式直流锅炉的本体结构图。

图3为本发明实施例中负荷变化变化曲线图。

图4为本发明实施例中高温再热器积灰程度系数的变化曲线。

图5为本发明实施例中高温再热器出入口蒸汽温差曲线图。

图6为本发明实施例中高温再热器吹灰前后其他受热面出入口蒸汽温差变化曲线图，其中，图(6a)为屏式过热器出入口工质温差的变化曲线图，图(6b)为高温过热器出入口工质温差的变化曲线图，图(6c)为低温过热器出入口工质温差的变化曲线图，图(6d)为低温再热器出入口工质温差的变化曲线图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。注意，以下的实施方式的说明只是实质上的例示，本发明并不意在对其适用物或其用途进行限定，且本发明并不限定于以下的实施方式。

实施例：

基于热力学机理，从积灰影响对流传热、蒸汽吸热的特性进行分析，通过对大量实际生产数据进行挖掘，计算了对流受热面的出入口蒸汽温差与传热系数的灰色关联特性，建立了用受热面进出口蒸汽温差表征积灰程度系数的模型；考虑某一受热面吹灰会对烟气温度分布及受热面吸热量产生一定的影响，会对其他受热面的温差造成改变，通过温差修正算法进一步优化了温差表征积灰程度的方法，消除因吹灰操作产生的烟道温度改变而对其他受热面蒸汽温差造成的影响。具体热力学机理分析与生产数据挖掘过程如下：

A(1)：从锅炉燃烧的角度，若不考虑煤种影响，则燃料燃烧释放的热量主要由煤量决定。分别以负荷为自变量，以给煤量、风量为因变量，进行一元线性回归分析，可得知给煤量、总风量与负荷之间是良好的线性关系，即负荷一定时，锅炉燃烧释放的热量也是一定的。

A(2)：从传热学的角度，分析了积灰对锅炉受热面传热性能及蒸汽吸热的影响，确定了流经受热面单位质量蒸汽吸热量的偏差，能用来表示受热面的积灰特性；

A(3)：从蒸汽吸热焓增的角度，在一定的压力下，受热面进出口的蒸汽焓差与温度差近似呈线性关系，即当蒸汽压力维持稳定时，流经各对流受热面单位质量蒸汽吸热量的偏差均可线性等价为该对流受热面出入口蒸汽温差，进而可用受热面出入口蒸汽温差反映其积灰特性；

A(4)：从锅炉热量分布角度，某一受热面吹灰会对烟气温度分布及受热面吸热量产生一定的影响，此影响不仅与被吹灰受热面温差的改变有关，还与负荷的大小有关。

在上述基础上，本发明提供一种考虑燃煤锅炉全局传热影响的受热面积灰程度判断方法，该方法包括如下步骤：

(1)获取当前时刻的负荷P和各个对流受热面的出入口蒸汽温差ΔT_k；

(2)判断上次吹灰受热面为哪一个受热面，获取该受热面吹灰后的温差改变值向量δT_{a_a}；

(3)根据吹灰受热面的温差改变值向量δT_{a_a}与当前负荷P，计算其他受热面的温差修正向量δT_{a_k}；

(4)修正其他受热面的出入口蒸汽温差ΔT_k；

(5)根据各个受热面温差上下限值和负荷P的线性关系，计算当前负荷对应的各受热面温差上下限值ΔT_Hk和ΔT_Lk；

(6)根据修正后的出入口蒸汽温差ΔT'_k计算各受热面积灰程度系数β_k；

(7)当某一受热面的积灰程度系数大于启动阈值时启动吹灰直至积灰程度系数降低到启动阈值以下。

步骤(3)中，某一受热面吹灰后对其他受热面出入口蒸汽温差的修正值具体通过如下方式获得：

δT_{a_k}＝F(P,δT_{a_a})

其中，δT_{a_a}为吹灰受热面a的出入口蒸汽温差改变值向量；δT_{a_k}为未吹灰受热面k的出入口蒸汽温差改变值向量；P为负荷；某一受热面吹灰对其他受热面温差的影响不仅与吹灰受热面温差的改变有关，同时与负荷的大小有关。

未吹灰受热面k的出入口蒸汽温差修正值δT_{a_k}与吹灰受热面a的出入口蒸汽温差改变值向量δT_{a_a}和负荷P的函数关系F通过如下方式获得：

(a)提取多个离散稳定负荷值，将其作为X变量；

(b)预先获取各个离散稳定负荷值下某一受热面a吹灰后其出入口蒸汽温差改变值向量δT_{a_a}(℃)，将其作为Y变量，步骤(b)具体为：

取吹灰受热面a的出入口蒸汽温差下限值ΔT_{L_a}作为温差改变值的计算起点，即起始值，则其温差的改变值δT_{a_a}(℃)就等于受热面a的温差实时值ΔT_a减去当前负荷下的起始值，即

δT_{a_a}＝ΔT_a-ΔT_{L_a}；

(c)获取各负荷下受热面a吹灰后产生的温差变量对受热面k的出入口蒸汽温差的影响向量δT_{a_k}(℃)，并将其作为Z变量，拟合出Z关于X和Y的二元线性回归曲线，即

Z＝F(X,Y)＝b₀+b₁X+b₂Y

步骤(c)中离散稳定负荷下的δT_{a_k}(℃)通过如下方式获得：

取受热面a吹灰前受热面k的出入口蒸汽温差值ΔT_{a_k}作为温差改变值的计算起点，即起始值，则其温差的改变值δT_{a_k}(℃)就等于受热面k的温差实时值ΔT_k减去当前负荷下的起始值，即

δT_{a_k}＝ΔT_k-ΔT_{a_k}。

步骤(6)中，吹灰受热面的积灰程度系数β的计算表达式为：

其中，β_k为受热面k的积灰程度系数；ΔT'_k表示修正后的受热面k的出入口蒸汽温差值；ΔT_Hk为当前负荷下受热面k的出入口蒸汽温差的上限值；ΔT_Lk为当前负荷下受热面出入口蒸汽温差的下限值。积灰程度系数β_k介于0到1之间，β_k趋近于1表示受热面积灰严重；β_k逐渐减小，趋近于0则表示受热面趋于清洁。

当前负荷下各受热面出入口蒸汽温差的上限值ΔT_Hk及下限值ΔT_Lk通过如下方式获得：

(a)预先获取多个离散稳定负荷值下对应的各受热面出入口蒸汽温差的上限值以及下限值；

(b)采用一元线性回归法得到各个受热面温差上下限值和负荷的线性关系：

ΔT_H＝G_h(P)＝b_{h_0}+b_{h_1}P

ΔT_L＝G_l(P)＝b_{l_0}+b_{l_1}P

(c)将当前负荷值代入上式，得到当前负荷所对应的各个受热面温差上下限值。

如图1所示，本实施例一种考虑燃煤锅炉全局传热影响的受热面积灰程度判断方法的具体步骤如下：

步骤1：获取当前时刻的负荷P和各个对流受热面的出入口蒸汽温差ΔT_k；

步骤2：判断当前负荷P是否稳定，若稳定，则继续执行步骤3；若不稳定，则结束并返回步骤1；

步骤3：判断吹灰受热面是否为屏式过热器，若是，则依次计算屏式过热器出入口蒸汽温差的改变值向量δT_{a_a}与其他受热面出入口蒸汽温差的改变值向量δT_{a_k}；若不是，则执行步骤4；

步骤4：判断吹灰受热面是否为高温过热器，若是，则依次计算高温过热器出入口蒸汽温差的改变值向量δT_{a_a}与其他受热面出入口蒸汽温差的改变值向量δT_{a_k}；若不是，则执行步骤5；

步骤5：判断吹灰受热面是否为高温再热器，若是，则依次计算高温再热器出入口蒸汽温差的改变值向量δT_{a_a}与其他受热面出入口蒸汽温差的改变值向量δT_{a_k}；若不是，则执行步骤6；

步骤6：判断吹灰受热面是否为低温过热器，若是，则依次计算低温过热器出入口蒸汽温差的改变值向量δT_{a_a}与其他受热面出入口蒸汽温差的改变值向量δT_{a_k}；若不是，则执行步骤7；

步骤7：判断吹灰受热面是否为低温再热器，若是，则依次计算低温再热器出入口蒸汽温差的改变值向量δT_{a_a}与其他受热面出入口蒸汽温差的改变值向量δT_{a_k}；若不是，则执行步骤8；

步骤8：根据求解出的各个受热面出入口蒸汽温差的改变值向量δT_{a_k}对受热面的蒸汽温差ΔT_K进行修正；

步骤9：根据各个受热面温差上下限值和负荷P的线性关系，计算当前负荷对应的各受热面温差上下限值ΔT_Hk和ΔT_Lk；

步骤10：根据修正后的出入口蒸汽温差ΔT'_k和计算得到的受热面温差上下限值ΔT_Hk、ΔT_Lk计算各受热面积灰程度系数β_k；

步骤11：当某一受热面的积灰程度系数大于启动阈值时启动吹灰直至积灰程度系数降低到启动阈值以下，本实施例中积灰程度系数β设置为0.55。

本实施例中在负荷区间[160MW 300MW]，以160MW为起点，以每间隔10MW作为一个稳定负荷，对同一负荷下各受热面出入口蒸汽温差ΔT_K的样本数据进行非参数正态分布假设检验，根据拉依达准则，确定了不同稳定负荷下各个受热面出入口蒸汽温差的上限值和下限值，如表1所示。

表1各受热面蒸汽温差上下限值

对表1进行一元线性回归分析，得到各个受热面温差上下限值和负荷P的线性关系，如表2所示。

表2受热面进出口工质温差上下限值表

以计算某天的高温再热器积灰程度及高温再热器吹灰后对其他受热面出入口蒸汽温差的修正为例，当天9:50至19:50负荷相对稳定，在15:50对高温再热器进行了时间长为8分钟的吹灰操作。

首先，高温再热器吹灰结束后对其他受热面的出入口蒸汽温差进行修正：

经过步骤1,获取t时刻的负荷P与各个对流受热面的出入口蒸汽温差ΔT_K；执行步骤2，判断负荷P是否稳定，若稳定则继续执行步骤3；经过步骤3、4、5，判断得出吹灰受热面为高温再热器，依次计算高温再热器出入口蒸汽温差的改变值向量δT_{a_a}与其他受热面出入口蒸汽温差的改变值向量δT_{a_k}；执行步骤8，根据求解出的各个受热面出入口蒸汽温差的改变值向量δT_{a_k}对受热面的蒸汽温差ΔT_K进行修正。

然后，计算t时刻各个受热面的积灰程度系数β_K：

执行步骤9，根据各个受热面温差上下限值和负荷P的线性关系，计算当前负荷对应的各受热面温差上下限值ΔT_Hk和ΔT_Lk；继续执行步骤10，根据修正后的出入口蒸汽温差ΔT'_k和计算得到的受热面温差上下限值ΔT_Hk、ΔT_Lk计算各受热面积灰程度系数β_k；接着执行步骤11，当某一受热面的积灰程度系数大于启动阈值时启动吹灰直至积灰程度系数降低到启动阈值以下，本实施例中积灰程度系数β设置为0.55。

绘制某一天负荷变化曲线如图2所示，绘制高温再热器积灰程度系数的变化曲线如图3所示，绘制高温再热器吹灰前后出入口蒸汽温差的曲线如图4所示。由图4可知，15:50执行高温再热器吹灰，吹灰前高温再热器出入口蒸汽温差80℃附近，吹灰后高温再热器温差发生了明显的变化，达到100℃，此后随着高温再热器积灰的增加，蒸汽温差又逐渐下降。可知，负荷稳定时，高温再热器积灰程度系数β能准确地反映高温再热器积灰程度。

在时间段[15:50,19:50]内高再温差的改变值δT_{GZ_GZ}(℃)就等于高再温差的实时值减去当前负荷下的起始值(高再温差下限值)，即

δT_{GZ_GZ}＝ΔT_GZ-ΔT_{L_GZ}＝ΔT_GZ-(0.026×P+74)

根据拟合出的δT_{GZ_K}＝F(P,δT_{GZ_GZ})函数关系，高温再热器吹灰对屏式过热器、高温过热器、低温过热器和低温再热器受热面的进出口工质温差会产生影响，因高再吹灰导致的温度变化δT_{GZ_PG}、δT_{GZ_GG}、δT_{GZ_DG}、δT_{GZ_DZ}可分别通过下式获得：

δT_{GZ_PG}(P,δT_{GZ_GZ})＝1.096-0.008×P+0.2860×δT_{GZ_GZ}

δT_{GZ_GG}(P,δT_{GZ_GZ})＝1.005-0.006×P+0.0105×δT_{GZ_GZ}

δT_{GZ_DG}(P,δT_{GZ_GZ})＝-1.534+0.004×P-0.137×δT_{GZ_GZ}

δT_{GZ_DZ}(P,δT_{GZ_GZ})＝-1.078-0.008×P-0.186×δT_{GZ_GZ}

基于该偏差修正，可根据吹灰时刻各过热器受热面的温差，预测接下来的受热面温差，如图5所示，其温差变化趋势基本与实际的温差变化趋势一致，可证明该模型的有效性。

根据求解出的受热面出入口蒸汽温差的改变值向量δT_{GZ_k}对受热面k的蒸汽温差ΔT_K进行修正，根据修正后的出入口蒸汽温差ΔT'_k计算受热面k的积灰程度系数β_k，当其大于启动阈值时启动吹灰直至降低到启动阈值以下。

以热力学机理与生产数据挖掘为基础，考虑燃煤锅炉全局传热影响的受热面积灰程度判断方法，该方法通过对锅炉的燃烧特性、受热面的传热特性、蒸汽吸热焓增机理以及锅炉热量分布等进行分析，得出在稳定负荷下，受热面出入口的蒸汽温差能够反应其积灰特性，并根据各受热面出入口蒸汽温差的上限值与下限值构建了积灰程度数学模型。考虑到某一受热面进行吹灰操作时，会对其他受热面进出口烟气、蒸汽的温度产生影响，但其他受热面的积灰程度并未改变，于是，进一步修正了因吹灰造成的其他受热面出入口蒸汽温差，提高了温差表征积灰程度的准确性。

上述实施方式仅为例举，不表示对发明范围的限定。这些实施方式还能以其它各种方式来实施，且能在不脱离本发明技术思想的范围内作各种省略、置换、变更。

Claims (4)

1.一种考虑燃煤锅炉全局传热影响的受热面积灰程度判断方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)获取当前时刻的负荷P和各个对流受热面的出入口蒸汽温差ΔT_k；

2)获取未吹灰受热面k的出入口蒸汽温差改变值向量δT_{a_k}，未吹灰受热面k的出入口蒸汽温差改变值向量δT_{a_k}的表达式为：

δT_{a_k}＝F(P,δT_{a_a})

其中，δT_{a_a}为吹灰受热面a的出入口蒸汽温差改变值向量，F表示未吹灰受热面k的出入口蒸汽温差修正值δT_{a_k}与吹灰受热面a的出入口蒸汽温差改变值向量δT_{a_a}和负荷P的函数关系；

函数关系F的获取方法包括以下步骤：

21)提取多个离散稳定负荷值，将其作为X变量；

22)预先获取各个离散稳定负荷值下某一受热面a吹灰后其出入口蒸汽温差改变值向量，将其作为Y变量，取吹灰受热面a的出入口蒸汽温差下限值ΔT_{L_a}作为温差改变值的计算起点，即起始值，则其温差的改变值δT_{a_a}就等于受热面a的温差实时值ΔT_a减去当前负荷下的起始值，即：

δT_{a_a}＝ΔT_a-ΔT_{L_a}；

23)获取各负荷下受热面a吹灰后产生的温差变量对受热面k的出入口蒸汽温差的影响向量δT_{a_k}，并将其作为Z变量，拟合出Z关于X和Y的二元线性回归曲线，即：

Z＝F(X,Y)＝b₀+b₁X+b₂Y

其中，b₀、b₁、b₂为拟合参数；

离散稳定负荷下的δT_{a_k}通过以下方式获得：

取受热面a吹灰前受热面k的出入口蒸汽温差值ΔT_{a_k}作为温差改变值的计算起点，即起始值，则其温差的改变值δT_{a_k}等于受热面k的温差实时值ΔT_k减去当前负荷下的起始值，即：

δT_{a_k}＝ΔT_k-ΔT_{a_k}；

3)修正其他受热面的出入口蒸汽温差得到修正后的出入口蒸汽温差修正值ΔT′_k；

4)根据受热面出入口蒸汽温差修正值ΔT_k'计算各受热面积灰程度系数β_k；

5)当某一受热面的积灰程度系数大于启动阈值时，启动吹灰直至积灰程度系数降低到启动阈值以下，完成燃煤锅炉受热面的吹灰。

2.根据权利要求1所述的一种考虑燃煤锅炉全局传热影响的受热面积灰程度判断方法，其特征在于，所述的步骤3)中，受热面k修正后的出入口蒸汽温差修正值ΔT′_k的计算式为：

ΔT′_k＝δT_{a_k}+ΔT_k。

3.根据权利要求1所述的一种考虑燃煤锅炉全局传热影响的受热面积灰程度判断方法，其特征在于，所述的步骤4)中，受热面的积灰程度系数β _k 的表达式为：

其中，β_k为受热面k的积灰程度系数，ΔT_Hk为当前负荷下受热面k的出入口蒸汽温差的上限值，ΔT_Lk为当前负荷下受热面出入口蒸汽温差的下限值，积灰程度系数β_k介于0到1之间，β_k趋近于1时表示受热面积灰严重，β_k趋近于0时表示受热面趋于清洁。

4.根据权利要求3所述的一种考虑燃煤锅炉全局传热影响的受热面积灰程度判断方法，其特征在于，所述的当前负荷下受热面k的出入口蒸汽温差的上限值ΔT_Hk及下限值ΔT_Lk通过以下方法获得：

41)预先获取多个离散稳定负荷值下对应的各受热面出入口蒸汽温差的上限值以及下限值；

42)采用一元线性回归法得到各个受热面温差上下限值和负荷P的线性关系，则有：

ΔT_H＝G_h(P)＝b_{h_0}+b_{h_1}P

ΔT_L＝G_l(P)＝b_{l_0}+b_{l_1}P

43)将当前负荷值代入上式，得到当前负荷所对应的各个受热面温差上下限值。

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