CN111637478A - 一种炉膛吹灰方法 - Google Patents

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黄亚继
张恩先
管诗骈
徐力刚
陈波
陈华桂
刘馨雅
王亚欧
耿察民
杨振
丁守一
肖杰
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Abstract

本发明公开了一种炉膛吹灰方法，包括以下步骤：建立炉膛吹灰优化模型；根据炉膛吹灰优化模型求解临界污染率Fmax的上限和下限、合理积灰时间τj、吹灰时长τc；根据临界污染率Fmax的上限和下限、合理积灰时间τj、吹灰时长τc控制炉膛吹灰的启停。本发明一方面能够提供炉膛实时积灰情况的直观数据，为炉膛吹灰操作提供了有效的参考，另一方面综合临界污染率和吹灰周期制定了吹灰方案，得到了更加恰当的吹灰时机和最合适吹灰时长，最大化了炉膛基于单位时间的传热量，实现节能减排保安全的运行效果。

Description

一种炉膛吹灰方法
技术领域
本发明属于燃烧生成物或燃烧余渣的清除或处理技术领域，具体涉及一种炉膛吹灰优化方法。
背景技术
针对当前燃煤电厂由于缺乏受热面直观积灰程度的数据，只能凭借经验以及排烟温度升高进行吹灰或者直接安排每一运行班全流程吹灰的现状，需根据锅炉不同受热面的传热性质建立相应的积灰监测模型，通过积灰监测模型计算各受热面污染率曲线，从而给运行人员提供受热面实时灰污染程度数据。但是受热面污染率曲线只能做到实时监测受热面积灰程度，并不能帮助运行人员判断“何时吹灰”和“吹多久”，吹灰的问题仍然没有得到解决。因此，就需要通过已建立的积灰监测模型并综合实际运行情况制定吹灰优化策略来解决吹灰的问题。
制定吹灰优化策略主要从两方面考虑，第一方面就是“何时吹灰”，对于受热面来说必定存在最恰当的吹灰时机，早于这个时间点吹灰会导致蒸汽不必要的损失，晚于这个时间点吹灰会导致受热面传热效率下降。这首先可定义污染率作为受热面的监测指标，寻找最恰当吹灰时机即是求解临界污染率；第二方面就是“吹多久”，受热面必然存在一个最合适的吹灰时长，虽然吹灰能够使受热面灰污染程度下降、传热效率提高，但也是有限度的。如果超过最合适吹灰时长无论怎么进行吹灰都无法提高传热效率，而如果少于最合适吹灰时长则会导致受热面积灰无法吹干净。因此，制定恰当的吹灰优化方案就是，寻找最合适的吹灰时机和吹灰时长，给运行人员提供判断依据，进行合理的受热面吹灰操作，真正实现节能减排保安全的运行效果。
发明内容
本发明针对现有技术中的不足，提供一种炉膛吹灰方法，能够提供炉膛实时积灰情况，并综合实际运行情况制定了吹灰优化策略，适用范围广。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种炉膛吹灰方法，包括以下步骤：
建立炉膛吹灰优化模型；
根据炉膛吹灰优化模型求解临界污染率Fmax的上限和下限、合理积灰时间τj、吹灰时长τc；
根据临界污染率Fmax的上限和下限、合理积灰时间τj、吹灰时长τc控制炉膛吹灰的启停。
为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：
进一步地，上述建立炉膛吹灰优化模型包括以下步骤：
采集炉膛结构、炉膛设计参数、入炉煤质数据和锅炉实时运行参数；
计算炉膛实时污染率F；
通过历史炉膛污染数据拟合积灰时污染率曲线Fj和吹灰时污染率Fc，得到吹灰优化模型。
进一步地，上述炉膛结构和炉膛设计参数包括炉膛整体传热面积、不同区段的传热面积、有效容积、计算高度、上下排燃烧器布置高度差、燃烧器平均布置高度、出口烟窗面积、炉膛出口对半辐射受热面的辐射热有效系数；
所述入炉煤质数据包括通过煤质分析获取的数据和煤样的配比，所述煤质分析包括元素分析、工业分析和热值分析；
所述锅炉实时运行参数包括锅炉燃煤量、一次风占总风量比例、二次风占总风量比例、一次风进出口风温、二次风进出口风温、水冷壁工质流量、和炉膛出口烟气温度。
进一步地，上述炉膛实时污染率F的计算公式为：
Figure BDA0002525441520000021
Figure BDA0002525441520000022
Figure BDA0002525441520000023
其中，ψ为水冷壁热有效系数；Z为过程参数；F为积灰污染率；Bj为计算燃烧量；εsyn为考虑了火焰辐射强度因介质吸收而减弱的火焰综合黑度；Tth为理论燃烧温度；Tf″为炉膛出口烟温；
Figure BDA0002525441520000024
为保热系数；Hf为水冷壁的吸热表面积；xm为为炉膛火焰最高温度位置的相对高度；σ0为玻尔兹曼常数；cpj为炉内烟气的平均比热容；x为水冷壁角系数。
进一步地，上述吹灰优化模型为：
Figure BDA0002525441520000031
Figure BDA0002525441520000032
其中，Qs为单位时间吹灰引起的蒸汽、电机及引风机能耗损失；Fmax、Fmin分别为临界污染率上、下限；τcmin、τcmax分别为吹灰程控最小、最大时间；Fj＝A-Be-Cτ；Fc＝De-Eτ；A、B、C、D和E都是拟合得到的常数且均大于0。
进一步地，上述根据临界污染率Fmax的上限和下限、合理积灰时间τj、吹灰时长τc控制炉膛吹灰的启停具体包括以下步骤：
采集锅炉实时运行数据，根据实时运行数据计算炉膛实时污染率F；
若炉膛实时污染率F达到临界污染率Fmax的上限，且距离上次吹灰完毕时间与合理积灰时间τj的差值不超过预设的误差阈值，则进行炉膛吹灰，否则不进行炉膛吹灰；
若炉膛吹灰操作开始后，炉膛实时污染率F达到临界污染率Fmax的下限，且吹灰进行的时间与吹灰时长τc的差值不超过预设的误差阈值，则停止炉膛吹灰，否则继续进行炉膛吹灰。
本发明的有益效果是：
本发明提供的炉膛吹灰方法一方面能够提供炉膛实时积灰情况的直观数据，为炉膛吹灰操作提供了有效的参考，另一方面综合临界污染率和吹灰周期制定了吹灰方案，得到了更加恰当的吹灰时机和最合适吹灰时长，最大化了炉膛基于单位时间的传热量，实现节能减排保安全的运行效果。
附图说明
图1为本发明的方法流程示意图。
图2为本发明的一个吹灰周期内炉膛传热量变化示意图。
图3为本发明的一个吹灰周期内炉膛污染率变化示意图。
图4为本发明的炉膛积灰污染率示意图。
具体实施方式
现在结合附图1-4对本发明作进一步详细的说明。
需要注意的是，发明中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
如图1和图4所示，在本发明的其中一个实施例中，选取的锅炉为某600MW超临界直流锅炉，锅炉型号为HG-1956/25.4-YM5型，是一次中间再热、超临界压力变压运行带内置式再循环泵启动系统的直流锅炉。此锅炉采用Π型布置，单炉膛、平衡通风、固态排渣、旋流燃烧器采用前后墙布置、对冲燃烧。锅炉前后墙各布置3层旋流燃烧器(LNASB)，在最上层煤粉燃烧器上方，前后墙各布置1层燃尽风口，图4为该锅炉某一天的炉膛污染率变化图。
如图1所示，在本发明的其中一个实施例中，一种炉膛吹灰方法，包括以下步骤：
步骤1：采集炉膛结构和设计参数、入炉煤质数据和锅炉实时运行参数。炉膛结构及设计参数可以通过锅炉使用和设计说明书获得，需要炉膛整体传热面积、不同区段的传热面积、有效容积、计算高度、上下排燃烧器布置高度差、燃烧器平均布置高度、出口烟窗面积、炉膛出口对半辐射受热面的辐射热有效系数；入炉煤质数据通过煤质分析获得，主要包括煤的元素分析、工业分析和热值分析等，如所烧煤样为掺混煤则还需要不同煤样的配比；锅炉实时运行参数通过电厂DCS系统采集，主要测点包括锅炉燃煤量、一次风占总风量比例、二次风占总风量比例、一次风进出口风温、二次风进出口风温、水冷壁工质流量、和炉膛出口烟气温度(若无测点可沿逆烟气流程推算)等。(上述测点均为锅炉中常用测点，无须再加入测点)。
步骤2：计算实时炉膛污染率，计算公式为：
Figure BDA0002525441520000041
Figure BDA0002525441520000042
Figure BDA0002525441520000051
其中，ψ为水冷壁热有效系数；Z为简化公式所设过程参数，无实际意义；F为积灰污染率；Bj为计算燃烧量；εsyn为考虑了火焰辐射强度因介质吸收而减弱的火焰综合黑度；Tth为理论燃烧温度；Tf″为炉膛出口烟温；
Figure BDA0002525441520000052
为保热系数；Hf为水冷壁的吸热表面积；xm为为炉膛火焰最高温度位置的相对高度；σ0为玻尔兹曼常数；cpj为炉内烟气的平均比热容；x为水冷壁角系数；。
步骤3：按照步骤2中计算积灰污染率F的方法，使用大量历史数据以公式(4)和(5)拟合积灰时污染率曲线Fj和吹灰时污染率Fc，炉膛一个吹灰周期内的热量变化和污染率变化如图2和图3所示。
Fj＝A-Be-Cτ (4)
Fc＝De-Eτ (5)
其中，A、B、C、D和E都是拟合得到的常数，且都大于0。
图2和图3中，Qj为积灰时间内的传热量变化曲线，Qc为吹灰时间内的传热量变化曲线，τj、τc分别为积灰和吹灰时长，Qb为吹灰带来的传热量收益。
步骤4：按照设定的吹灰优化模型(6)和(7)的吹灰求解临界污染率Fmax、合理积灰时间τj、吹灰时长τc。
Figure BDA0002525441520000053
Figure BDA0002525441520000054
其中，Qs为单位时间吹灰引起的蒸汽、电机及引风机能耗损失；Fmax、Fmin分别为临界污染率上、下限；τcmin、τcmax分别为吹灰程控最小、最大时间。求解模型中式(6)为目标函数，式(7)为约束函数，实际计算中需根据具体运行情况设定好临界污染率下限Fmin。
步骤5：根据临界污染率Fmax的上限和下限、合理积灰时间τj、吹灰时长τc控制炉膛吹灰的启停：
采集锅炉实时运行数据，根据实时运行数据计算炉膛实时污染率F；
若炉膛实时污染率F达到临界污染率Fmax的上限，且距离上次吹灰完毕时间与合理积灰时间τj的差值不超过预设的误差阈值，则进行炉膛吹灰，否则不进行炉膛吹灰；
若炉膛吹灰操作开始后，炉膛实时污染率F达到临界污染率Fmax的下限，且吹灰进行的时间与吹灰时长τc的差值不超过预设的误差阈值，则停止炉膛吹灰，否则继续进行炉膛吹灰。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种炉膛吹灰方法，其特征在于，包括以下步骤：
建立炉膛吹灰优化模型；
根据炉膛吹灰优化模型求解临界污染率Fmax的上限和下限、合理积灰时间τj、吹灰时长τc；
根据临界污染率Fmax的上限和下限、合理积灰时间τj、吹灰时长τc控制炉膛吹灰的启停。
2.根据权利要求1所述的炉膛吹灰方法，其特征在于，所述建立炉膛吹灰优化模型包括以下步骤：
采集炉膛结构、炉膛设计参数、入炉煤质数据和锅炉实时运行参数；
计算炉膛实时污染率F；
通过历史炉膛污染数据拟合积灰时污染率曲线Fj和吹灰时污染率Fc，得到吹灰优化模型。
3.根据权利要求2所述的炉膛吹灰方法，其特征在于，所述炉膛结构和炉膛设计参数包括炉膛整体传热面积、不同区段的传热面积、有效容积、计算高度、上下排燃烧器布置高度差、燃烧器平均布置高度、出口烟窗面积、炉膛出口对半辐射受热面的辐射热有效系数；
所述入炉煤质数据包括通过煤质分析获取的数据和煤样的配比，所述煤质分析包括元素分析、工业分析和热值分析；
所述锅炉实时运行参数包括锅炉燃煤量、一次风占总风量比例、二次风占总风量比例、一次风进出口风温、二次风进出口风温、水冷壁工质流量、和炉膛出口烟气温度。
4.根据权利要求2所述的炉膛吹灰方法，其特征在于，所述炉膛实时污染率F的计算公式为：
Figure FDA0002525441510000011
Figure FDA0002525441510000012
Figure FDA0002525441510000013
其中，ψ为水冷壁热有效系数；Z为过程参数；F为积灰污染率；Bj为计算燃烧量；εsyn为考虑了火焰辐射强度因介质吸收而减弱的火焰综合黑度；Tth为理论燃烧温度；Tf″为炉膛出口烟温；
Figure FDA0002525441510000021
为保热系数；Hf为水冷壁的吸热表面积；xm为为炉膛火焰最高温度位置的相对高度；σ0为玻尔兹曼常数；cpj为炉内烟气的平均比热容；x为水冷壁角系数。
5.根据权利要求4所述的炉膛吹灰方法，其特征在于，所述吹灰优化模型为：
Figure FDA0002525441510000022
Figure FDA0002525441510000023
其中，Qs为单位时间吹灰引起的蒸汽、电机及引风机能耗损失；Fmax、Fmin分别为临界污染率上、下限；τcmin、τcmax分别为吹灰程控最小、最大时间；
Fj＝A-Be-Cτ；Fc＝De-Eτ；A、B、C、D和E都是拟合得到的常数且均大于0。
6.根据权利要求1或5所述的炉膛吹灰方法，其特征在于，所述根据临界污染率Fmax的上限和下限、合理积灰时间τj、吹灰时长τc控制炉膛吹灰的启停具体包括以下步骤：
采集锅炉实时运行数据，根据实时运行数据计算炉膛实时污染率F；
若炉膛实时污染率F达到临界污染率Fmax的上限，且距离上次吹灰完毕时间与合理积灰时间τj的差值不超过预设的误差阈值，则进行炉膛吹灰，否则不进行炉膛吹灰；
若炉膛吹灰操作开始后，炉膛实时污染率F达到临界污染率Fmax的下限，且吹灰进行的时间与吹灰时长τc的差值不超过预设的误差阈值，则停止炉膛吹灰，否则继续进行炉膛吹灰。
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