CN111637479B - 一种锅炉受热面积灰影响评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种锅炉受热面积灰影响评价方法，包括以下步骤：采集锅炉进出口的烟气温度和工质温度，计算受热面实时传热有效度；根据历史传热有效度或设计数据计算受热面清洁状态的传热有效度；进行受热面本级工质温度影响和本级烟气温度影响评价；进行受热面传递工质温度影响和传递烟气温度影响评价；进行受热面叠加工质温度影响和叠加烟气温度影响评价。本发明更加直观的对锅炉运行中各受热面的积灰程度对主要运行指标的影响进行观察，便于精准吹灰的实现，做到积灰损失与吹灰损失的最小化，且对于部分严重积灰导致下游受热面金属壁温超温的情况也有吹灰指导意义。

Description

一种锅炉受热面积灰影响评价方法

技术领域

本发明涉及锅炉积灰监测领域，具体涉及一种锅炉受热面积灰影响评价方法。

背景技术

在燃煤锅炉运行过程中，受热面通常会因为灰的沉积导致受热面换热效率降低，导致工质温度降低和排烟温度升高，影响机组运行的经济性。在对受热面进行吹灰的过程，需要对每个受热面分别进行积灰影响程度评价，以寻找最佳吹灰时机，实现不同受热面的精准吹灰，使吹灰获得最大收益，并减小吹灰对受热面的吹损。

目前常用基于受热面传热系数的清洁程度或污染率作为受热面的积灰程度评价，或采用基于受热面利用系数的清洁因子作为的积灰程度评价，上述方法优点是基于传热过程热力计算建立清洁程度、污染率或清洁因子等指标，理论更加清晰易懂，缺点一是通用性较差，需要针对不同的受热面建立不同的计算模型，二是需要较多的输入参数，三是计算结果(清洁因子、污染率或清洁因子等)不够直观，需要进行较为复杂的热力计算以获得这些结果与运行人员更关心的参数(如工质温度、烟气温度或积灰损失)的关系。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足，提供一种锅炉受热面积灰影响评价方法，解决了现有的积灰程度影响评价方法计算量大、计算结果不直观、通用性较差的问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种锅炉受热面积灰影响评价方法，包括以下步骤：

采集锅炉进出口的烟气温度和工质温度，计算受热面实时传热有效度；

根据历史传热有效度或设计数据计算受热面清洁状态的传热有效度；

进行受热面本级工质温度影响和本级烟气温度影响评价；

进行受热面传递工质温度影响和传递烟气温度影响评价；

进行受热面叠加工质温度影响和叠加烟气温度影响评价。

为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

进一步地，上述受热面清洁状态的传热有效度包括烟气侧传热有效度和工质侧传热有效度，所述受热面清洁状态的传热有效度为机组负荷的函数，所述根据涉计数据计算受热面清洁状态的传热有效度包括通过设计工况下各设定负荷的受热面进出口烟温和进出口工质温度计算该设定负荷下对应的传热有效度，然后将计算结果插值得到当前负荷下的受热面清洁状态的烟气侧传热有效度EG°和工质侧传热有效度EW°。所述受热面设定负荷下清洁状态的传热有效度的计算公式为：

烟气侧传热有效度EG°计算公式为：

工质侧传热有效度EW°计算公式为：

其中，t'_g，0为设计进口烟气温度；t”_g，0为设计出口烟气温度；t'_w，0为设计进口工质温度，t”_w，0为设计出口工质温度。

进一步地，上述受热面清洁状态的传热有效度包括烟气侧传热有效度EG°和工质侧传热有效度EW°，所述受热面清洁状态的传热有效度为机组负荷的函数，所述受热面清洁状态的传热有效度的计算包括采用历史数据中该受热面在指定负荷下刚完成吹灰时刻的实时传热有效度计算值作为受热面清洁状态的传热有效度，所述受热面实时传热有效度的计算公式为：

烟气侧实时传热有效度EG计算公式为：

工质侧实时传热有效度EW计算公式为：

其中，t'_g为进口烟气温度；t”_g为出口烟气温度；t'_w为进口工质温度，t”_w为出口工质温度。

进一步地，上述受热面本级工质温度影响即积灰对自身出口工质温度的影响，所述受热面本级工质温度影响包括以下步骤：

对于在第i个烟气流程gi中处于第n级，在第j个工质流程wj处于第m级的单级受热面，本级工质温度影响的评价公式为：

其中，i＝1～P；wj为第j个工质流程，j＝1～Q；n为1至N_i的自然数，N_i为第i个烟气流程gi的受热面数；m为1至M_j的自然数，M_j为第j个工质流程wj的受热面数，P为烟气流程数；Q为工质流程数；gi为第i个烟气流程；ΔTW_wj,m为在工质流程wj中处于第m级的受热面积灰对工质温度的影响评价结果；

为在工质流程wj中处于第m级的受热面清洁状态的工质侧传热有效度；EW_wj,m为在工质流程wj中处于第m级的受热面实时工质侧传热有效度；t'_gi,n为在烟气流程gi中处于第n级的受热面入口烟气温度；t'_wj,m为在烟气流程wj中处于第m级的受热面工质入口温度；

所述受热面本级烟气温度影响即积灰对自身出口烟气温度的影响，所述受热面本级烟气温度影响包括以下步骤：

对于在第i个烟气流程gi中处于第n级，在第j个工质流程wj处于第m级的单级受热面，本级烟气温度影响的评价方法为：

其中，ΔTG_gi,n为在烟气流程gi中处于第n级的受热面积灰对烟温的影响评价结果；

为在烟气流程gi中处于第n级的受热面清洁状态的烟气侧传热有效度；EG_gi,n为在烟气流程gi中处于第m级的受热面实时烟气侧传热有效度。

进一步地，上述受热面传递工质温度影响和传递烟气温度影响评价方法包括以下步骤：

所述受热面传递工质温度影响为受热面积灰对其下游某一受热面出口工质温度的影响，所述受热面传递烟气温度影响为受热面积灰对其下游某一受热面出口烟气温度的影响；

对于在烟气流程gi中处于第n级，在工质流程wj处于第m级的单级受热面：

对本工质流程中后续m+1～M级受热面中第k级的传递工质温度影响为：

其中，ΔTW_wj,m-k为在工质流程wj中处于第k级的受热面出口工质温度因第m级受热面的积灰造成的工质温度影响；

对本工质流程中后续m+1～M级受热面中第k级的传递烟气温度影响为：

其中，ΔTG_g,m-k为在工质流程wj中处于第k级的受热面出口工质温度因第m级受热面的积灰造成的烟气温度影响；

对本烟气流程中后续n+1～N级受热面中第k级的传递工质温度影响为：

其中，ΔTW_gi,n-k为烟气流程处于第k级的受热面出口烟气温度因第n级受热面的积灰造成的工质温度影响；

对本烟气流程中后续n+1～N级受热面中第k级的传递烟气温度影响为：

其中，ΔTG_gi,n-k为烟气流程处于第k级的受热面出口烟气温度因第n级受热面的积灰造成的影响。

进一步地，上述末级受热面叠加工质温度影响和叠加烟气温度影响评价包括以下步骤：

所述工质流程末级受热面的叠加工质温度影响为所有受热面积灰对该受热面出口工质温度的影响，所述末级受热面叠加烟气温度影响为所有受热面积灰对该受热面出口烟气温度的影响；

所述末级受热面叠加工质温度影响评价结果为：

或

其中，所述末级受热面叠加工质温度影响为对于各烟气和工质流程所有受热面积灰对工质流程wj的第M_j级受热面出口工质温度的总影响；

所述末级受热面叠加烟气温度影响评价结果为：

或

其中，所述末级受热面叠加烟气温度影响为各烟气和工质流程所有受热面积灰对烟气流程gi的第N_i级受热面出口烟气温度的总影响。

本发明的有益效果是：

本发明提供的一种锅炉受热面积灰影响评价方法可以更加直观的对锅炉运行中各受热面的积灰程度对主要运行指标的影响进行观察，便于精准吹灰的实现，做到积灰损失与吹灰损失的最小化，积灰损失为积灰导致的工质温度下降进而导致汽轮机组热耗升高和积灰导致的排烟损失增大，吹灰损失为吹灰耗用工质的热损失，且对于部分严重积灰导致下游受热面金属壁温超温的情况也有吹灰指导意义。

附图说明

图1为本发明的方法流程示意图。

具体实施方式

现在结合附图1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所示，在本发明的其中一个实施例中，以某锅炉部分受热面在100％负荷下工作状态为例说明，为描述清晰，作如下流程与受热面命名定义，每个受热面有两个编号，分别为烟气流程编号与工质流程编号,编号越小，表示受该受热面处于该流程的越上游。

因此，对于上述受热面的流程级数如下表1所示。

表1

锅炉在100％负荷下的设计参数如下表2所示：

表2

锅炉在100％负荷下的实时参数如下表3所示：

表3

基于上述数据，采用一种基于传热有效度的锅炉受热面积灰影响评价方法就上述受热面积灰对烟气温度和工质温度的影响进行评价，包括步骤：

步骤1，受热面实时传热有效度计算。

烟气侧传热有效度EG计算公式为：

工质侧传热有效度EW计算公式为：

计算结果如下表4：

表4

步骤2，受热面清洁状态的传热有效度计算。

烟气侧传热有效度EG°计算公式为：

工质侧传热有效度EW°计算公式为：

计算结果如下表5：

表5

步骤3，受热面本级工质温度影响及本级烟气温度影响评价。

对于在烟气流程gi中处于第n级，在工质流程wj处于第m级的单级受热面：

其本级工质温度影响的评价方法为：

其中：ΔTW_wj,m,ΔTW_gi,n——二者等效，为在工质流程wj处于第m级的受热面，亦即在烟气流程gi中处于第n级的受热面(以下简称该级受热面)积灰对工质温度的影响评价结果；

——二者等效，为该级受热面清洁状态的工质侧传热有效度；EW_wj,m，EW_gi,n——二者等效，为该级受热面实时工质侧传热有效度；t'_g,n——烟气流程处于第n级的受热面入口烟气温度；t'_w,m——工质流程处于第m级的受热面工质入口温度。

其本级烟气温度影响的评价方法为：

其中：ΔTG_wj,m，ΔTG_gi,n——二者等效，为该级受热面积灰对本级出口烟温的影响评价结果。

二级省煤器在烟气流程为第1级(共3级)，在工质流程(水流程)为第2级(共2级)，则其积灰的本级烟气温度影响：

即二级省煤器积灰导致其出口烟温升高6.51℃。

本级工质温度(水温)影响为：

即二级省煤器积灰导致其出口水温降低0.76℃

同理，计算其他受热面的本级烟气温度影响和本级工质影响，计算结果如下表6所示：

表6

步骤4，受热面传递工质温度影响和传递烟气温度影响评价。

对于在烟气流程gi中处于第n级(共N_i级)，在工质流程wj处于第m级(共M_j级)的单级受热面：

其对工质流程中后续m+1～M级受热面中第k级的传递工质温度影响为

其中：ΔTW_wj,m-k——在工质流程wj中处于第k级的受热面出口工质温度因第m级受热面的积灰造成的工质温度影响。

其对本工质流程中后续m+1～M级受热面中第k级的传递烟气温度影响为

其中：ΔTG_g,m-k——在工质流程wj中处于第k级的受热面出口工质温度因第m级受热面的积灰造成的烟气温度影响。

其对烟气流程中后续n+1～N级受热面中第k级的传递工质温度影响为

其中：ΔTW_gi,n-k——烟气流程处于第k级的受热面出口烟气温度因第n级受热面的积灰造成的工质温度影响。

其对烟气流程中后续n+1～N级受热面中第k级的传递烟气温度影响为

其中：ΔTG_gi,n-k——烟气流程处于第k级的受热面出口烟气温度因第n级受热面的积灰造成的影响。

二级省煤器在烟气流程为第1级(共3级)，在工质流程(水流程)为第2级(共2级)，则其积灰：

对烟气流程末级(空预器)的出口工质温度影响为：

ΔTW_g1,1-3＝ΔTG_g1,1(1-EG_g1,2)EW_g1,3＝6.51×(1-0.3239)×0.9008＝3.96℃

对烟气流程第3级(空预器)的出口烟气温度影响为：

ΔTG_g1,1-3＝ΔTG_g1,1(1-EG_g1,2)(1-EG_g1,3)＝6.51×(1-0.3239)×(1-0.6753)＝1.43℃即二级省煤器积灰导致空预器出口烟温升高1.43℃，空气温度升高3.96℃(其他受热面积灰情况不变的情况下)。

由于二级省煤器处于工质流程最后一级，则其传递工质温度影响即为本级工质温度影响为：

ΔTW_w1,2-2＝ΔTW_w1,2＝0.76℃

同理，计算各积灰受热面对下游受热面(指处于积灰受热面的工质流程下游或烟气流程下游的受热面)的传递烟气温度影响和传递工质温度影响，计算结果如下表7所示：

表7

步骤5，受热面叠加工质温度影响和叠加烟气温度影响评价。

对于所有受热面各烟气和工质流程所有受热面积灰对某一工质流程的最后一级(第M级)受热面出口工质温度的总影响，即叠加工质温度影响评价结果为：

或等效的

各烟气和工质流程所有受热面积灰对某一烟气流程的最后一级(第N级)受热面出口烟气温度的总影响，即叠加烟气温度影响评价结果为：

或等效的

其中：P——烟气流程数；Q——工质流程数；gi——第i个烟气流程，i＝1～P；wj——第j个工质流程，j＝1～Q；N_i——第i个烟气流程gi的受热面数；M_j——第j个工质流程wj的受热面数。

本例中共2个工质流程，Q＝2，分别为水流程w1(M₁＝2)和空气流程w2(M₂＝1)；共1个烟气流程，P＝1，g1(N₁＝3)。

空气预热器处于烟气流程g1的最后一级,则上述所有受热面积灰对空预器出口烟气温度影响结果,即叠加烟气温度影响评价结果

ΔTG_g1＝ΔTG_g1,1-3+ΔTG_g1,2-3+ΔTG_g1,3-3＝1.43+0.26+16.51＝18.20℃

空气预热器处于工质流程w2的最后一级,则上述所有受热面积灰对空预器出口工质温度影响结果，即叠加工质温度影响评价结果

ΔTW_w2＝ΔTW_w1,1-2+ΔTW_w1,2-2+ΔTW_w2,1-1＝3.96+0.72+12.49＝17.17℃

二级省煤器处于工质流程w1的最后一级,则上述所有受热面积灰对二级省煤器出口工质温度影响结果，即叠加工质温度影响评价结果

ΔTW_w1＝ΔTW_w1,1-2+ΔTW_w1,2-2+ΔTW_w2,1-1＝0.76+0.14+0＝0.90℃

通过步骤1～步骤5，即完成了对上述受热面的本级影响、传递影响和叠加影响评价。可以将评价结果应用于后续的分析决策中，如：

(1)根据上述从上述叠加影响评价结果分析，各受热面积灰对空预器出口烟气温度和出口空气温度影响较大，分别为18.20℃和17.17℃，需要对受热面进行吹灰。

(2)根据上述从上述传递影响评价结果分析，空预器出口烟气温度高于设计值，出口空气温度低于设计值，各受热面积灰的影响程度依次为：空预器积灰最大(对烟气温度和工质温度分别影响16.51℃和12.49℃)，其次是二级省煤器积灰(对烟气温度和工质温度分别影响1.43℃和3.96℃)，而一级省煤器积灰的影响最小(对烟气温度和工质温度分别影响0.26℃和0.72℃)，吹灰时优先对空预器进行吹灰；

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 (3)

1.一种锅炉受热面积灰影响评价方法，其特征在于，包括以下步骤：

采集锅炉进出口的烟气温度和工质温度，计算受热面实时传热有效度；

根据历史传热有效度或设计数据计算受热面清洁状态的传热有效度；

进行受热面本级工质温度影响和本级烟气温度影响评价；所述受热面本级工质温度影响评价包括：

对于在第i个烟气流程gi中处于第n级，在第j个工质流程wj处于第m级的单级受热面，本级工质温度影响的评价公式为：

其中，i＝1～P；wj为第j个工质流程，j＝1～Q；n为1至N_i的自然数，N_i为第i个烟气流程gi的受热面数；m为1至M_j的自然数，M_j为第j个工质流程wj的受热面数，P为烟气流程数；Q为工质流程数；gi为第i个烟气流程；ΔTW_wj,m为在工质流程wj中处于第m级的受热面积灰对工质温度的影响评价结果；

为在工质流程wj中处于第m级的受热面清洁状态的工质侧传热有效度；EW_wj,m为在工质流程wj中处于第m级的受热面实时工质侧传热有效度；t'_gi,n为在烟气流程gi中处于第n级的受热面入口烟气温度；t'_wj,m为在烟气流程wj中处于第m级的受热面工质入口温度；

所述受热面本级烟气温度影响即积灰对自身出口烟气温度的影响，所述受热面本级烟气温度影响评价包括：

对于在第i个烟气流程gi中处于第n级，在第j个工质流程wj处于第m级的单级受热面，本级烟气温度影响的评价方法为：

其中，ΔTG_gi,n为在烟气流程gi中处于第n级的受热面积灰对烟温的影响评价结果；

为在烟气流程gi中处于第n级的受热面清洁状态的烟气侧传热有效度；EG_gi,n为在烟气流程gi中处于第m级的受热面实时烟气侧传热有效度;

进行受热面传递工质温度影响和传递烟气温度影响评价；所述受热面传递工质温度影响为受热面积灰对其下游某一受热面出口工质温度的影响，所述受热面传递烟气温度影响为受热面积灰对其下游某一受热面出口烟气温度的影响；

对于在烟气流程gi中处于第n级，在工质流程wj处于第m级的单级受热面：

对本工质流程中后续m+1～M级受热面中第k级的传递工质温度影响为：

其中，ΔTW_wj,m-k为在工质流程wj中处于第k级的受热面出口工质温度因第m级受热面的积灰造成的工质温度影响；

对本工质流程中后续m+1～M级受热面中第k级的传递烟气温度影响为：

其中，ΔTG_g,m-k为在工质流程wj中处于第k级的受热面出口工质温度因第m级受热面的积灰造成的烟气温度影响；

对本烟气流程中后续n+1～N级受热面中第k级的传递工质温度影响为：

其中，ΔTW_gi,n-k为烟气流程处于第k级的受热面出口烟气温度因第n级受热面的积灰造成的工质温度影响；

对本烟气流程中后续n+1～N级受热面中第k级的传递烟气温度影响为：

其中，ΔTG_gi,n-k为烟气流程处于第k级的受热面出口烟气温度因第n级受热面的积灰造成的影响;

进行受热面叠加工质温度影响和叠加烟气温度影响评价；所述工质流程受热面的叠加工质温度影响为所有受热面积灰对该受热面出口工质温度的影响，所述受热面叠加烟气温度影响为所有受热面积灰对该受热面出口烟气温度的影响；

所述受热面叠加工质温度影响评价结果为：

或

其中，所述受热面叠加工质温度影响为对于各烟气和工质流程所有受热面积灰对工质流程wj的第M_j级受热面出口工质温度的总影响；

所述受热面叠加烟气温度影响评价结果为：

或

其中，所述受热面叠加烟气温度影响为各烟气和工质流程所有受热面积灰对烟气流程gi的第N_i级受热面出口烟气温度的总影响。

2.根据权利要求1所述的锅炉受热面积灰影响评价方法，其特征在于，所述受热面清洁状态的传热有效度包括烟气侧传热有效度和工质侧传热有效度，所述受热面清洁状态的传热有效度为机组负荷的函数，所述根据设计数据计算受热面清洁状态的传热有效度包括通过设计工况下各设定负荷的受热面进出口烟温和进出口工质温度计算该设定负荷下对应的传热有效度，然后将计算结果插值得到当前负荷下的受热面清洁状态的烟气侧传热有效度EG⁰和工质侧传热有效度EW⁰；所述受热面设定负荷下清洁状态的传热有效度的计算公式为：

烟气侧传热有效度EG⁰计算公式为：

工质侧传热有效度EW⁰计算公式为：

其中，t'_g，0为设计进口烟气温度；t″_g，0为设计出口烟气温度；t'_w，0为设计进口工质温度，t″_w，0为设计出口工质温度。

3.根据权利要求1所述的锅炉受热面积灰影响评价方法，其特征在于，所述受热面清洁状态的传热有效度包括烟气侧传热有效度EG⁰和工质侧传热有效度EW⁰，所述受热面清洁状态的传热有效度为机组负荷的函数，所述受热面清洁状态的传热有效度的计算包括采用历史数据中该受热面在指定负荷下刚完成吹灰时刻的实时传热有效度计算值作为受热面清洁状态的传热有效度，所述受热面实时传热有效度的计算公式为：

烟气侧实时传热有效度EG计算公式为：

工质侧实时传热有效度EW计算公式为：

其中，t'_g为进口烟气温度；t″_g为出口烟气温度；t'_w为进口工质温度，t″_ww为出口工质温度。

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