CN113379072A - 一种火力发电厂锅炉受热面的状态检修方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种火力发电厂锅炉受热面的状态检修方法，其包括如下步骤：S1、采集机组运行中的煤质参数、水冷壁管壁温度、高温受热面管壁温度、高温受热面进出口蒸汽温度和压力、水冷壁还原性气氛成分与浓度数据；S2、基于采集数据，建立包括水冷壁管管壁厚度数据预测模型、高温受热面寿命预测模型、高温受热面氧化皮生成预测模型，S3、基于获取的水冷壁壁厚变化数据、高温受热面寿命变化数据、高温受热面氧化皮生成数据，实现对水冷壁、高温受热面实时监测，并对水冷壁、高温受热面的状况进行分析。本发明提供的状态检修方法，可实时监测水冷壁、高温受热面厚度和氧化皮生产情况，并进行分析，以及时对机组进行检修，提高机组运行安全性。

Description

一种火力发电厂锅炉受热面的状态检修方法
技术领域
本发明属于锅炉检修领域，具体涉及一种火力发电厂锅炉受热面的状态检修方法。
背景技术
长期以来，火力发电机组的检修养护都是以定期检修为主，它是基于时间周期的一种设备检修制度，比较通行的做法是，每年一次C级检修、三年一次B级检修、六年一次A级检修；但是这种基于时间周期的设备检修制度的弊端愈发凸显，最主要的是“无病也治”，就因为到了定期检修的时间，尽管机组状态良好，也得停下来检修，从而影响了机组的使用效率和造成设备“过修”，所以提出了状态检修的概念，强调通过加强设备状态检测，判断机组整体已存在的缺陷和隐患，或系统局部出现重大缺陷，继续运行会带来较大的安全风险。
现在火力发电厂锅炉运行中，锅炉水冷壁发生高温腐蚀，导致水冷壁管壁不断减薄，水冷壁管壁有效承载能力不断下降严重时导致水冷壁管爆破，造成机组停运，严重影响机组的安全运行。随着锅炉技术的提高，蒸汽参数也随之提高，高温受热面超温爆管事故发生几率更大，锅炉受热面一旦因某处温度过高发生泄漏，停机停炉在所难免，不仅直接影响电厂经济效益，威胁人身安全，甚至会影响电网的安全平稳运行。大多数的锅炉在长期使用中，锅炉的内壁会产生许多的氧化皮，当氧化皮结渣过大时会封堵炉管，形成超温爆管，影响锅炉正常运行。
尤其是在机组超净排放改造后，机组炉内的高温腐蚀的问题愈发突出，如何精准了解炉内管水冷壁以及炉内管高温受热面状态，了解炉内管水冷壁和炉内管高温受热面的厚度和氧化皮的生成情况，对是否开展机组状态检修极为重要。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于火力发电厂锅炉受热面的状态检修方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
本发明提供一种火力发电厂锅炉受热面的状态检修方法，其包括如下步骤：
S1、采集机组运行中的煤质参数、水冷壁管壁温度、高温受热面管壁温度、高温受热面进出口蒸汽温度和压力、水冷壁还原性气氛成分与浓度数据；
S2、基于步骤S1中的采集数据，建立包括水冷壁管管壁厚度数据预测模型、高温受热面寿命预测模型、高温受热面氧化皮生成预测模型，
基于水冷壁管管壁厚度数据预测模型获取水冷壁壁厚变化数据；
基于高温受热面寿命预测模型获取高温受热面寿命变化数据；
基于高温受热面氧化皮生成预测模型获取高温受热面氧化皮的生成数据；
S3、基于步骤S2中获取的水冷壁壁厚变化数据、高温受热面寿命变化数据、高温受热面氧化皮生成数据，实现对水冷壁、高温受热面实时监测，并对水冷壁、高温受热面的状况进行分析。
进一步地，步骤S3中，对水冷壁的状况进行分析包括：
所述水冷壁壁厚变化数据包括水冷壁经过时间Ti后的壁厚数据，若获取的水冷壁壁厚数据小于预设壁厚阈值，则需对水冷壁进行检修，若获取的水冷壁壁厚数据不小于预设壁厚阈值，则无需检修。
进一步地，步骤S3中，对高温受热面的状况进行分析包括：
所述高温受热面寿命变化数据包括高温受热面经过时间Ti后的寿命数据，若获取的高温受热面寿命数据小于预设寿命阈值，则需对高温受热面进行检修，若获取的高温受热面寿命数据不小于预设寿命阈值，则无需检修。
进一步地，步骤S3中，对高温受热面的状况进行分析包括：
所述高温受热面氧化皮的生成数据包括经过时间Ti后的高温受热面氧化皮厚度数据，若获取的高温受热面氧化皮厚度数据大于预设厚度阈值，则需对高温受热面进行检修，若获取的高温受热面氧化皮厚度数据不大于预设厚度阈值，则无需检修。
进一步地，所述水冷壁管壁厚度数据预测模型如下：
WTt＝WT0-WT0×f(C、St、T、t)＝WT0×Kw×O2 a×COb×H2Sc×Std×Te×tf
其中，WTt为水冷壁经过时间Ti后的壁厚，WT0为开始计算时的管壁厚度，C为还原性气氛浓度，O2为O2的浓度，CO为CO的浓度，H2S为H2S的浓度；St为燃煤含硫量；T为水冷壁管壁温度，t为电厂机组运行有效时间，Kw、a、b、c、d、e、f均为权重系数。
进一步地，所述水冷壁管壁厚度数据预测模型中，设定Kw范围为3-8，a范围为-2-0，b范围为1-3，c范围为2-5，d范围为1-4，e范围为0.5-3，f范围为0.5-3。
进一步地，所述高温受热面寿命预测模型如下：
Lt＝L0×f(Tso、Tsi、Pso、Psi、Tw、t)＝L0·KL·Tsog·Tsih·Psoi·Psij·Twk·tl
其中，Lt为受热面经过时间Ti后的寿命，L0为开始计算时的管材寿命，Tso为高温受热面进口的蒸汽温度，Tsi为高温受热面出口的蒸汽温度，Pso为高温受热面进口的蒸汽压力，Psi为高温受热面出口的蒸汽压力，Tw为受热面管壁温度，t为电厂机组运行有效时间，KL、g、h、i、j、k、l均为权重系数。
进一步地，所述高温受热面寿命预测模型中，设定KL范围为0.3-1.2，g范围为-0.02-0，h范围为-0.02-0，i范围为-0.03-0，j范围为-0.03-0，k范围为-0.07-0，l范围为-0.007-0。
进一步地，所述高温受热面氧化皮生成预测模型如下：
Tt＝f(Tso、Tsi、Pso、Psi、Tw、t)＝KT·Tsom·Tsin·Psoo·Psip·Twq·tr
其中，Tt为高温受热面经过时间Ti后的氧化皮厚度，Tso为高温受热面进口的蒸汽温度，Tsi为高温受热面进口的蒸汽温度，Pso为高温受热面出口的蒸汽压力，Psi为高温受热面出口的蒸汽压力，Tw为高温受热面管壁温度，t为电厂机组运行有效时间，KT、m、n、o、p、q、r均为权重系数。
进一步地，所述高温受热面氧化皮生成预测模型中，设定KT范围为0.5-1.2，m范围为0-0.1，n范围为0-0.1，o范围为0-0.1，p范围为0-0.1，q范围为0-0.1，r范围为0-0.002。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明提供的火力发电厂锅炉受热面的状态检修方法，通过建立包括水冷壁管管壁厚度数据预测模型、高温受热面寿命预测模型、高温受热面氧化皮生成预测模型，可实时监测水冷壁、高温受热面壁厚变化情况以及高温受热面氧化皮的生成情况，并对水冷壁、高温受热面的状况进行分析，精准了解炉内水冷壁及高温受热面状态，精准了解水冷壁和高温受热面的厚度和氧化皮的生成情况，以便于判断机组整体是否存在缺陷和隐患，或系统局部是否出现重大缺陷，以便于在出现问题时及时对机组进行检修，无需只在定期检修时才能检修，不影响机组的使用效率，不会造成设备“过修”，提高机组运行安全性。
具体实施方式
下面结合所示的实施例对本发明作进一步描述。
本发明提供一种火力发电厂锅炉受热面的状态检修方法为：其包括如下步骤：
S1、采集机组运行中的煤质参数、水冷壁管壁温度、高温受热面(屏式过热器、高温过热器和高温再热器等)管壁温度、高温受热面(屏式过热器、高温过热器和高温再热器等)进出口蒸汽温度和压力、水冷壁还原性气氛成分与浓度数据，还原性气氛O2、CO、H2S。
S2、基于步骤S1中的采集数据，建立包括水冷壁管管壁厚度数据预测模型、高温受热面寿命预测模型、高温受热面氧化皮生成预测模型，其中，
基于水冷壁管管壁厚度数据预测模型获取水冷壁壁厚变化数据；
基于高温受热面寿命预测模型获取高温受热面寿命变化数据；
基于高温受热面氧化皮生成预测模型获取高温受热面氧化皮的生成数据。
S3、基于步骤S2中获取的水冷壁壁厚变化数据、高温受热面寿命变化数据、高温受热面氧化皮生成数据，实现对水冷壁、高温受热面实时监测，并对水冷壁、高温受热面的状况进行分析。
步骤S3中，对水冷壁的状况进行分析包括：
水冷壁壁厚变化数据包括水冷壁经过时间Ti后的壁厚数据，若计算获取的水冷壁壁厚数据小于预设壁厚阈值，则需对水冷壁进行检修，若计算获取的水冷壁壁厚数据不小于预设壁厚阈值，则无需检修。其中，预设壁厚阈值为水冷壁初始壁厚的50％-60％，优选为60％。
步骤S3中，对高温受热面的状况进行分析包括：
高温受热面寿命变化数据包括高温受热面经过时间Ti后的寿命数据，若计算获取的高温受热面寿命数据小于预设寿命阈值，则需对高温受热面进行检修，若计算获取的高温受热面寿命数据不小于预设寿命阈值，则无需检修。其中，预设寿命阈值为高温受热面初始寿命的50％-60％，优选为60％。
步骤S3中，对高温受热面的状况进行分析包括：
高温受热面氧化皮的生成数据包括经过时间Ti后的高温受热面氧化皮厚度数据，若计算获取的高温受热面氧化皮厚度数据大于预设厚度阈值，则需对高温受热面进行检修，若计算获取的高温受热面氧化皮厚度数据不大于预设厚度阈值，则无需检修。其中，预设厚度阈值为高温受热面初始厚度的50％-60％，优选为60％。
水冷壁管壁厚度数据预测模型如下：
WTt＝WT0-WT0×f(C、St、T、t)＝WT0×Kw×O2 a×COb×H2Sc×Std×Te×tf
其中，WTt为水冷壁经过时间Ti后的壁厚，WT0为开始计算时的管壁厚度，C为还原性气氛浓度，O2为O2的浓度，CO为CO的浓度，H2S为H2S的浓度；St为燃煤含硫量；T为水冷壁管壁温度，t为电厂机组运行有效时间，Kw、a、b、c、d、e、f均为权重系数。
水冷壁管壁厚度数据预测模型中，设定Kw范围为3-8，a范围为-2-0，b范围为1-3，c范围为2-5，d范围为1-4，e范围为0.5-3，f范围为0.5-3。
实施例说明，一炉内水冷壁初始阶段管壁厚度WT0为7mm，机组运行一年后，通过水冷壁管壁厚度数据预测模型计算得到该水冷壁管壁实际厚度WTt，具体计算过程为：运行氧量O2为0.1％(体积百分比)，CO排放浓度为10％(体积百分比)，H2S浓度为0.1％(体积百分比)，含硫量St为0.6％(体积百分比)，水冷壁温度平均值T为623.15K，电厂机组运行有效时间t为16200000s，Kw为4.972，a为-1，b为1.5，c为3，d为2，e为1，f为1，WTt＝7*4.972*0.001^-1*0.1^1.5*0.001^3*0.006^2*623.15*16200000＝4mm。
若预设壁厚阈值为水冷壁初始壁厚的60％，则预设壁厚阈值为4.2mm，该实际厚度WTt小于4.2mm，表明水冷壁管壁厚度变化较快，提醒检修人员需进行检修。
通过水冷壁管壁厚度数据预测模型计算得到该水冷壁管壁经过时间Ti后的实际壁厚，可实时对水冷壁进行监测，可在机组正常运行的情形下及时快速得知水冷壁管厚度变化情况，当获取的水冷壁壁厚数据小于预设壁厚阈值，及时检修水冷壁，在出现问题时及时检修，无需在定期检修时检修，不影响机组的使用效率，不会造成设备“过修”。
高温受热面寿命预测模型如下：
Lt＝L0×f(Tso、Tsi、Pso、Psi、Tw、t)＝L0·KL·Tsog·Tsih·Psoi·Psij·Twk·tl
其中，Lt为受热面经过时间Ti后的寿命，L0为开始计算时的管材寿命，该管材寿命在冷态停炉时检测获得；Tso为高温受热面进口的蒸汽温度，Tsi为高温受热面出口的蒸汽温度，Pso为高温受热面进口的蒸汽压力，Psi为高温受热面出口的蒸汽压力，Tw为受热面管壁温度，t为电厂机组运行有效时间，KL、g、h、i、j、k、l均为权重系数。
高温受热面寿命预测模型中，设定KL范围为0.3-1.2，g范围为-0.02-0，h范围为-0.02-0，i范围为-0.03-0，j范围为-0.03-0，k范围为-0.07-0，l范围为-0.007-0。
实施例说明，在初始阶段管材寿命L0为50000小时。运行一年后，通过高温受热面寿命预测模型计算得到高温受热面寿命数据，具体计算过程为：Tso为873.15K，Tsi为813.15K，Pso为31.0MPa，Psi为32.5MPa，Tw为843.15K，t为16200000s，KL为0.8556，g为-0.01，h为-0.01，i为-0.02，j为-0.02，k为-0.06，l为-0.005，
Lt＝50000*0.8556*873.15^-0.01*813.15^-0.01*31.0^-0.02*32.5^-0.02*843.15^-0.06*16200000^-0.005＝20000小时。
若预设寿命阈值为初始阶段管材寿命的60％，预设寿命阈值为30000小时，该实际寿命Lt小于30000小时，表明高温受热面寿命变化较快，提醒检修人员进行管材检修或更换。
通过高温受热面寿命预测模型计算得到该高温受热面经过时间Ti后的寿命数据，可对高温受热面进行实时监测，可在机组正常运行的情形下及时快速得知高温受热面寿命变化情况，在高温受热面寿命数据小于预设寿命阈值时，可及时检修高温受热面，在出现问题时及时检修，无需在定期检修时检修，不影响机组的使用效率，不会造成设备“过修”。
高温受热面氧化皮生成预测模型如下：
Tt＝f(Tso、Tsi、Pso、Psi、Tw、t)＝KT·Tsom·Tsin·Psoo·Psip·Twq·tr
其中，Tt为高温受热面经过时间Ti后的氧化皮厚度，Tso为高温受热面进口的蒸汽温度，Tsi为高温受热面进口的蒸汽温度，Pso为高温受热面出口的蒸汽压力，Psi为高温受热面出口的蒸汽压力，Tw为高温受热面管壁温度，t为电厂机组运行有效时间，KT、m、n、o、p、q、r均为权重系数。
高温受热面氧化皮生成预测模型中，设定KT范围为0.5-1.2，m范围为0-0.1，n范围为0-0.1，o范围为0-0.1，p范围为0-0.1，q范围为0-0.1，r范围为0-0.002。
实施例说明，在初始阶段认为管内是较干净的，没有氧化皮生成，运行一年后，通过高温受热面氧化皮生成预测模型计算得到高温受热面经过时间Ti后的氧化皮厚度Tt，实际氧化皮厚度计算如下：Tso为873.15K，Tsi为813.15K，Pso为31.0MPa，Psi为32.5MPa，Tw为843.15K，t为16200000s，KT为0.9993，m为0.01，n为0.01，o为0.02，p为0.02，q为0.06，r为0.001，
Tt＝0.9993*873.15^0.01*813.15^0.01*31.0^0.02*32.5^0.02*843.15^0.06*16200000^0.001＝2mm。
生成了2mm的氧化皮，若预设厚度阈值为1.5mm，该氧化皮实际厚度Tt大于1.5mm，表明氧化皮增长较快，提醒检修人员根据厚度的变化进行管材检修以清除氧化皮。
通过高温受热面氧化皮生成预测模型计算得到经过时间Ti后的高温受热面氧化皮厚度数据，可对高温受热面氧化皮生成进行实时监测，可在机组正常运行的情形下及时快速得知高温受热面氧化皮的生成情况，在高温受热面氧化皮厚度数据大于预设厚度阈值时，可及时检修高温受热面，去除氧化皮，在出现问题时及时检修，无需在定期检修时检修，不影响机组的使用效率，不会造成设备“过修”。
上述三个模型中，时间Ti与电厂机组运行有效时间t不同，因机组检修、调停等，如一天(Ti为24小时)内电厂机组运行有效时间t一般小于Ti。
本发明提供的火力发电厂锅炉受热面的状态检修方法，通过建立包括水冷壁管管壁厚度数据预测模型、高温受热面寿命预测模型、高温受热面氧化皮生成预测模型，可实时监测水冷壁、高温受热面壁厚变化情况以及高温受热面氧化皮的生成情况，并对水冷壁、高温受热面的状况进行分析，精准了解炉内水冷壁及高温受热面状态，精准了解水冷壁和高温受热面的厚度和氧化皮的生成情况，以便于判断机组整体是否存在缺陷和隐患，或系统局部是否出现重大缺陷，以便于在出现问题时及时对机组进行检修，无需只在定期检修时才能检修，不影响机组的使用效率，不会造成设备“过修”，提高机组运行安全性。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种火力发电厂锅炉受热面的状态检修方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1、采集机组运行中的煤质参数、水冷壁管壁温度、高温受热面管壁温度、高温受热面进出口蒸汽温度和压力、水冷壁还原性气氛成分与浓度数据；
S2、基于步骤S1中的采集数据，建立包括水冷壁管管壁厚度数据预测模型、高温受热面寿命预测模型、高温受热面氧化皮生成预测模型，
基于水冷壁管管壁厚度数据预测模型获取水冷壁壁厚变化数据；
基于高温受热面寿命预测模型获取高温受热面寿命变化数据；
基于高温受热面氧化皮生成预测模型获取高温受热面氧化皮的生成数据；
S3、基于步骤S2中获取的水冷壁壁厚变化数据、高温受热面寿命变化数据、高温受热面氧化皮生成数据，实现对水冷壁、高温受热面实时监测，并对水冷壁、高温受热面的状况进行分析。
2.根据权利要求1所述的火力发电厂锅炉受热面的状态检修方法，其特征在于：步骤S3中，对水冷壁的状况进行分析包括：
所述水冷壁壁厚变化数据包括水冷壁经过时间Ti后的壁厚数据，若获取的水冷壁壁厚数据小于预设壁厚阈值，则需对水冷壁进行检修，若获取的水冷壁壁厚数据不小于预设壁厚阈值，则无需检修。
3.根据权利要求1所述的火力发电厂锅炉受热面的状态检修方法，其特征在于：步骤S3中，对高温受热面的状况进行分析包括：
所述高温受热面寿命变化数据包括高温受热面经过时间Ti后的寿命数据，若获取的高温受热面寿命数据小于预设寿命阈值，则需对高温受热面进行检修，若获取的高温受热面寿命数据不小于预设寿命阈值，则无需检修。
4.根据权利要求1所述的火力发电厂锅炉受热面的状态检修方法，其特征在于：步骤S3中，对高温受热面的状况进行分析包括：
所述高温受热面氧化皮的生成数据包括经过时间Ti后的高温受热面氧化皮厚度数据，若获取的高温受热面氧化皮厚度数据大于预设厚度阈值，则需对高温受热面进行检修，若获取的高温受热面氧化皮厚度数据不大于预设厚度阈值，则无需检修。
5.根据权利要求1所述的火力发电厂锅炉受热面的状态检修方法，其特征在于：所述水冷壁管壁厚度数据预测模型如下：
WTt＝WT0-WT0×f(C、St、T、t)＝WT0×Kw×O2 a×COb×H2Sc×Std×Te×tf
其中，WTt为水冷壁经过时间Ti后的壁厚，WT0为开始计算时的管壁厚度，C为还原性气氛浓度，O2为O2的浓度，CO为CO的浓度，H2S为H2S的浓度；St为燃煤含硫量；T为水冷壁管壁温度，t为电厂机组运行有效时间，Kw、a、b、c、d、e、f均为权重系数。
6.根据权利要求5所述的火力发电厂锅炉受热面的状态检修方法，其特征在于：所述水冷壁管壁厚度数据预测模型中，设定Kw范围为3-8，a范围为-2-0，b范围为1-3，c范围为2-5，d范围为1-4，e范围为0.5-3，f范围为0.5-3。
7.根据权利要求1所述的火力发电厂锅炉受热面的状态检修方法，其特征在于：所述高温受热面寿命预测模型如下：
Lt＝L0×f(Tso、Tsi、Pso、Psi、Tw、t)＝L0·KL·Tsog·Tsih·Psoi·Psij·Twk·tl
其中，Lt为受热面经过时间Ti后的寿命，L0为开始计算时的管材寿命，Tso为高温受热面进口的蒸汽温度，Tsi为高温受热面出口的蒸汽温度，Pso为高温受热面进口的蒸汽压力，Psi为高温受热面出口的蒸汽压力，Tw为受热面管壁温度，t为电厂机组运行有效时间，KL、g、h、i、j、k、l均为权重系数。
8.根据权利要求7所述的火力发电厂锅炉受热面的状态检修方法，其特征在于：所述高温受热面寿命预测模型中，设定KL范围为0.3-1.2，g范围为-0.02-0，h范围为-0.02-0，i范围为-0.03-0，j范围为-0.03-0，k范围为-0.07-0，l范围为-0.007-0。
9.根据权利要求1所述的火力发电厂锅炉受热面的状态检修方法，其特征在于：所述高温受热面氧化皮生成预测模型如下：
Tt＝f(Tso、Tsi、Pso、Psi、Tw、t)＝KT·Tsom·Tsin·Psoo·Psip·Twq·tr
其中，Tt为高温受热面经过时间Ti后的氧化皮厚度，Tso为高温受热面进口的蒸汽温度，Tsi为高温受热面进口的蒸汽温度，Pso为高温受热面出口的蒸汽压力，Psi为高温受热面出口的蒸汽压力，Tw为高温受热面管壁温度，t为电厂机组运行有效时间，KT、m、n、o、p、q、r均为权重系数。
10.根据权利要求9所述的火力发电厂锅炉受热面的状态检修方法，其特征在于：所述高温受热面氧化皮生成预测模型中，设定KT范围为0.5-1.2，m范围为0-0.1，n范围为0-0.1，o范围为0-0.1，p范围为0-0.1，q范围为0-0.1，r范围为0-0.002。
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