CN112648635A - 一种锅炉空预器蒸汽吹灰优化指导方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种锅炉空预器蒸汽吹灰优化指导方法，根据烟气参数计算硫酸氢铵的沉积系数，评判硫酸氢铵沉积倾向；根据空预器烟气侧压降与锅炉负荷运行数据计算空预器阻力系数，反映空预器积灰堵塞情况；获得空预器阻力系数与硫酸氢铵沉积系数的相关关系，以硫酸氢铵沉积系数预判空预器积灰堵塞趋势，实现主动预防吹灰。本发明提供的锅炉空预器蒸汽吹灰优化指导方法，改变原先固定频率吹灰方式，将硫酸氢铵沉积系数作为吹灰操作前馈参数，预判空预器积灰趋势，实现主动预防吹灰，保证机组经济安全运行，同时蒸汽吹灰投运操作更加合理，在一定程度上可节省蒸汽耗量，适用于燃煤电站锅炉、工业锅炉等配套预热器的蒸汽吹灰优化指导。

Description

一种锅炉空预器蒸汽吹灰优化指导方法

技术领域

本发明属于锅炉空预器蒸汽吹灰方法技术领域，具体涉及一种锅炉空预器蒸汽吹灰优化指导方法。

背景技术

现有锅炉空预器积灰类型有以下三种：

松散性积灰：烟气处于中低温受热面时，气态碱金属结束凝结进程，灰粒由熔融态转为固态，此时灰分沉积物粘性较弱，结构松散，蒸汽吹灰易于清除；

酸冷凝积灰：烟气温度低于酸露点温度时，硫酸蒸汽凝结并粘附飞灰附着在受热面壁面，不易被吹灰清除，造成低温腐蚀及通道堵塞影响；

ABS粘结积灰：脱硝改造后产生的液态强粘结性ABS粘附飞灰沉积于受热面，并形成板结，一旦板结将难以被吹灰器清除。

对预热器受热面进行吹灰是使其安全经济运行所必需的，在当前吹灰操作中，一般仅根据空预器出口排烟温度或者空预器阻力情况进行吹灰操作，或仅在每天固定班次进行吹灰操作。

随着脱硝改造的完成，硫酸对空预器波纹板的腐蚀和积灰影响有所降低，而硫酸氢铵粘结积灰影响却日益显现，空预器蓄热元件积灰演变周期明显缩短，当空预器烟气侧阻力监测值开始升高时，说明沉积灰已开始发生集聚垢化，随着运行时间的增加，空预器阻力将快速增大，严重时将制约机组带负荷能力。

图1为现有某燃煤锅炉脱硝改造后空预器烟气侧压降变化曲线：投入运行约15天，B侧空预器烟气侧压降由1.3kPa上升至1.8kPa；到第20天，烟气侧压降已快速升高至2.4kPa，说明硫酸氢铵一旦沉积垢化，空预器阻力将快速增加，此时蒸汽吹灰已无法有效发挥作用。

发明内容

为解决现有技术中存在的技术问题，本发明的目的在于提供一种锅炉空预器蒸汽吹灰优化指导方法。

为实现上述目的，达到上述技术效果，本发明采用的技术方案为：

一种锅炉空预器蒸汽吹灰优化指导方法，包括以下步骤：

根据烟气参数计算硫酸氢铵沉积系数，评估空预器硫酸氢铵粘附沉积倾向；

硫酸氢铵沉积系数依据机组监测数据实时计算，对于测量准确性较差的参数通过理论计算获得；

空预器烟气阻力系数拟合为与空预器烟气侧压降、锅炉负荷相关的函数关系，反映空预器堵塞情况；

采用硫酸氢铵沉积系数预判空预器积灰堵塞趋势，并将其作为吹灰控制前馈参数，实现空预器主动预防吹灰。

进一步的，所述空预器烟气阻力系数变化滞后于硫酸氢铵沉积系数，根据历史运行数据，确定硫酸氢铵沉积系数阀值及超阈值运行时间上限；

当硫酸氢铵沉积系数连续超阈值运行时间超过限定值时，投运吹灰器进行吹灰，保证吹灰效果，同时避免吹灰器频繁启停操作。

进一步的，所述硫酸氢铵沉积系数按照公式一计算得到：

式中：T_IFT为硫酸氢铵形成时的初始温度；

为烟气中SO₃浓度；

为烟气中NH₃浓度；T_rep为空预器排烟温度和冷端金属壁表面温度的加权数值，T_rep＝(0.7×T_{cold end}+0.3×T_{exit gas})，T_{cold end}为空预器冷端金属壁温，T_{exit gas}为排烟温度。

进一步的，所述烟气中NH₃浓度按照公式二计算得到：

式中：

为烟气中NH₃浓度；η为脱硝效率；P_L,τ为脱硝反应器潜能；

为脱销反应器入口NOx浓度；P_L,0为现场试验测试的脱硝反应器潜能；n为一常数；τ为现场试验结束后脱硝累计运行时间；τ₀为时间常数；

为脱销反应器入口O₂浓度；现场测试时在典型负荷下对脱硝反应器潜能进行测试，实际运行负荷下脱硝反应器潜能采用插值法计算得到。

进一步的，所述烟气中SO₃浓度根据SO₂监测数据计算得到，取SO₂/SO₃转化率为1.5～2.5％。

进一步的，所述空预器烟气阻力系数按照公式三计算得到：

式中：δ为空预器烟气阻力系数，通过监测该系数相对变化获知空预器堵塞情况；ΔP 为空预器烟气侧压降，以空预器进出口烟气差压表示；L为锅炉负荷；α根据机组运行参数拟合选取，与空预器结构和烟气参数相关，取值范围为1.3～1.7。

进一步的，空预器烟气阻力系数由公式四至公式六推导得出：

烟气量及烟气密度变化均会影响烟气阻力，仅通过烟气阻力值尚无法判断受热面堵塞情况，对公式四进行变换，得到综合空预器流通面积的空预器烟气阻力系数：

式中：Z为阻力系数；w为烟气流速；Q为烟气流量；ρ为烟气密度；ρ₀为标态烟气密度，取1.32kg/m³；T为烟气温度；δ为空预器烟气阻力系数，通过监测该系数相对变化获知空预器堵塞情况，由于烟气温度以及烟气流量与机组负荷成正相关关系，在实际应用中，上述空预器阻力系数可以简化为空预器烟气侧压降与负荷的关系，即公式三。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明公开了一种锅炉空预器蒸汽吹灰优化指导方法，根据烟气参数计算硫酸氢铵的沉积系数，评判硫酸氢铵沉积倾向；根据空预器烟气侧压降与锅炉负荷运行数据计算空预器阻力系数，反映空预器积灰堵塞情况；获得空预器阻力系数与硫酸氢铵沉积系数的相关关系，以硫酸氢铵沉积系数预判空预器积灰堵塞趋势，当硫酸氢铵进入易沉积区间时，投运吹灰器进行吹灰操作，及时清除沉积灰，避免其进一步集聚垢化，实现主动预防吹灰。本发明提供的锅炉空预器蒸汽吹灰优化指导方法，改变原先固定频率吹灰方式，将硫酸氢铵沉积系数(Radian数)作为吹灰操作的前馈参数，预判空预器积灰趋势，变堵塞被动吹灰为空预器积灰状态的主动预防吹灰方式，在换热元件发生积灰堵塞初期即投入蒸汽吹灰，预防沉积灰进一步集聚垢化，保证机组经济安全运行，同时蒸汽吹灰投运操作更加合理，在一定程度上可节省蒸汽耗量，适用于燃煤电站锅炉、工业锅炉等配套(空气)预热器的蒸汽吹灰优化指导。

附图说明

图1为现有技术中燃煤锅炉脱硝改造后空预器烟气侧压降变化曲线图；

图2为实施例1中某电厂Radian数与空预器阻力系数关系曲线图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

实施例1

如图2所示，一种锅炉空预器蒸汽吹灰优化指导方法，包括以下步骤：

根据烟气参数计算硫酸氢铵沉积系数，评估空预器硫酸氢铵粘附沉积倾向；

硫酸氢铵沉积系数依据机组监测数据实时计算，对于测量准确性较差的参数通过理论计算获得；

根据空预器烟气侧压降与锅炉负荷运行数据计算空预器烟气阻力系数，反映空预器积灰堵塞情况；

获得空预器烟气阻力系数与硫酸氢铵沉积系数的相关关系，采用硫酸氢铵沉积系数预判空预器积灰堵塞趋势，并将其作为吹灰控制前馈参数，实现空预器主动预防吹灰。

硫酸氢铵为强粘性液体，易粘附并吸附烟气飞灰沉积在空预器中、低温换热元件表面，造成空预器堵塞，对空预器烟气阻力系数δ产生影响。硫酸氢铵的沉积可由硫酸氢铵沉积系数(Radian数)评估，其与烟气成分(NH₃及SO₃)浓度、TIFT与Trep间差值有关； Radian数越大，表示硫酸氢铵沉积的可能性越高。硫酸氢铵沉积系数按照公式一计算得到：

式中：T_IFT为硫酸氢铵形成时的初始温度，单位：℃；

为烟气中SO₃浓度，单位：μL/L；

为烟气中NH₃浓度，单位：μL/L；T_rep为空预器排烟温度和冷端金属壁表面温度的加权数值，T_rep＝(0.7×T_{cold end}+0.3×T_{exit gas})，T_{cold end}为空预器冷端金属壁温，单位：℃，T_{exit gas}为排烟温度，单位：℃；在实际应用中，空预器冷端金属壁温和排烟温度取对应仪器监测数据。

烟气中SO₃浓度根据SO₂监测数据计算得到，一般取SO₂/SO₃转化率为1.5～2.5％。

对于氨逃逸，由于氨逃逸表计测量普遍准确性差，可采用理论计算方法预测氨逃逸浓度，烟气中NH₃浓度按照公式二计算得到：

式中：

为烟气中NH₃浓度，单位：μL/L；η为脱硝效率，单位：％；P_L,τ为脱硝反应器潜能；

为脱销反应器入口NOx浓度，单位：mg/m³；P_L,0为现场试验测试的脱硝反应器潜能；n为一常数；τ为现场试验结束后脱硝累计运行时间，单位：h；τ₀为时间常数；

为脱销反应器入口O₂浓度，单位：％；现场测试时在典型负荷下对脱硝反应器潜能进行测试，实际运行负荷下脱硝反应器潜能采用插值法计算得到。

空预器烟气侧阻力主要是摩擦阻力，其理论计算如公式四：

式中：ΔP为空预器烟气侧阻力，以空预器进出口烟气压降表示，单位：Pa；Z为阻力系数；w为烟气流速，单位：m/s；ρ为烟气密度，单位：kg/m³；烟气量及烟气密度变化均会影响烟气阻力，仅通过烟气阻力值尚无法判断受热面堵塞情况，故而对公式四进行变换，得到公式五，求得空预器烟气阻力系数，烟气密度通过公式六得到：

式中：δ为空预器烟气阻力系数，通过监测该系数相对变化获知空预器堵塞情况；Q为烟气流量，单位：m³/s；ρ₀为标态烟气密度，取1.32kg/m³；T为烟气温度，单位：℃。

由于烟气温度以及烟气流量与机组负荷成正相关关系，在实际应用中，上述空预器阻力系数可以简化为空预器烟气侧压降与锅炉负荷的关系，即公式三：

式中：L为机组负荷或锅炉蒸发量；α根据机组运行参数拟合选取，与机组结构和烟气参数相关，取值范围为1.3～1.7。

本发明采用空预器阻力系数反映空预器堵塞情况，根据硫酸氢铵沉积系数与空预器阻力系数相关关系，将硫酸氢铵沉积系数(Radian数)作为空预器吹灰控制前馈参数，空预器烟气阻力系数变化滞后于硫酸氢铵沉积系数，根据历史运行数据，确定硫酸氢铵沉积系数阀值及超阈值运行时间上限；当硫酸氢铵沉积系数连续超阈值运行时间超过限定值时，硫酸氢铵进入易沉积区间，投运吹灰器进行吹灰操作，及时清除沉积灰，避免其进一步集聚垢化，保证吹灰效果，同时避免吹灰器频繁启停操作。

图2为某电厂Radian数与空预器阻力系数关系曲线，当Radian数超过一定区间，阻力系数也将随之逐渐增大，且阻力系数的变化约滞后1～2天，因此提前预判空预器积灰堵塞就显得十分必要。

针对该实施例1，当Radian数超过4000、且连续时间大于30min，此时需进行吹灰操作，即图2中操作方法1需进行吹灰操作，而操作方法2中Radian数仅短时超阈值，吹灰器可暂不投运，在预防空预器堵塞的前提下避免吹灰器频繁启停。

本发明未具体描述的部分采用现有技术即可，在此不做赘述。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种锅炉空预器蒸汽吹灰优化指导方法，其特征在于，包括以下步骤：

根据烟气参数计算硫酸氢铵沉积系数，评估空预器硫酸氢铵粘附沉积倾向；

硫酸氢铵沉积系数依据机组监测数据实时计算，对于测量准确性较差的参数通过理论计算获得；

根据空预器烟气侧压降与锅炉负荷运行数据计算空预器烟气阻力系数，反映空预器积灰堵塞情况；

获得空预器烟气阻力系数与硫酸氢铵沉积系数的相关关系，采用硫酸氢铵沉积系数预判空预器积灰堵塞趋势，并将其作为吹灰控制前馈参数，实现空预器主动预防吹灰。

2.根据权利要求1所述的一种锅炉空预器蒸汽吹灰优化指导方法，其特征在于，通过烟气中SO₃浓度和烟气中NH₃浓度计算硫酸氢铵沉积系数，所述烟气中NH₃浓度按照如下公式计算得到，比采用实际监测值准确度更高：

式中：

为烟气中NH₃浓度；η为脱硝效率；P_L,τ为脱硝反应器潜能；

为脱销反应器入口NOx浓度；P_L,0为现场试验测试的脱硝反应器潜能；n为一常数；τ为现场试验结束后脱硝累计运行时间；τ₀为时间常数；

为脱销反应器入口O₂浓度；现场测试时在典型负荷下对脱硝反应器潜能进行测试，实际运行负荷下脱硝反应器潜能采用插值法计算得到。

3.根据权利要求2所述的一种锅炉空预器蒸汽吹灰优化指导方法，其特征在于，所述烟气中SO₃浓度根据SO₂监测数据计算得到，取SO₂/SO₃转化率为1.5～2.5％。

4.根据权利要求1所述的一种锅炉空预器蒸汽吹灰优化指导方法，其特征在于，所述空预器烟气阻力系数变化滞后于硫酸氢铵沉积系数，根据历史运行数据，确定硫酸氢铵沉积系数阀值及超阈值运行时间上限；

当硫酸氢铵沉积系数连续超阈值运行时间超过限定值时，投运吹灰器进行吹灰，同时避免吹灰器频繁启停操作。

5.根据权利要求1所述的一种锅炉空预器蒸汽吹灰优化指导方法，其特征在于，所述空预器烟气阻力系数按照如下公式计算得到：

式中：δ为空预器阻力系数，通过监测该系数相对变化获知空预器堵塞情况；ΔP为空预器烟气侧压降，以空预器进出口烟气差压表示；L为锅炉负荷；α根据机组运行参数拟合选取，取值范围为1.3～1.7。

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