CN113740090A - 一种用于火电厂的空预器防堵方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于火电厂的空预器防堵方法及系统，应用于电力生产技术领域，获取火电厂机组运行数据；根据所述运行数据获取空预器阻力系数；利用所述运行数据和所述空预器阻力系数构建数据集；构建实时风速预测模型；将当前火电厂机组运行数据输入所述实时风速预测模型中；通过实时风速预测模型得到的实时风速，与洁净状态下风速比较，判断堵塞情况。通过历史数据计算空预器阻力系数，通过空预器阻力系数确定实时风量，利用实时风量、风压和风速之间的关系动态确定当前风速，根据风速与洁净状态下风速比较判断堵塞情况，相比静态压差确定风速更加准确，便于工作人员第一时间能够了解当前堵塞情况。
Description
技术领域
本发明涉及电力生产技术领域，更具体的说是涉及一种用于火电厂的空预器防堵方法及系统。
背景技术
空预器(也即空气预热器的简称)堵塞是燃煤火电站普遍面临的痛点问题，给火电站的安全经济运行带来了诸多不利影响，导致排烟温度升高、漏风率增大、一二次风机和引风机电流增加甚至喘振。空预器堵塞严重时机组将不得不限负荷运行或停机进行空预器离线冲洗。
空预器的运行状况对锅炉的安全经济运行有重要影响，在运行过程中空预器蓄热片容易积灰，主要原因为烟气本身携带大量飞灰，其次是燃煤中若硫分较高，生成的SO3与烟气中的水蒸汽形成硫酸蒸汽，当烟温到酸露点温度时，大量硫酸蒸汽凝结在低温受热面上，并粘结大量飞灰，造成空预器发生堵塞。空预器蓄热片堵塞，会使锅炉排烟温度升高，锅炉效率下降；通过空预器的一、二次风出口风温达不到设计值，不利于煤粉的充分燃烧。同时空预器阻力也会增加，一次风机、送风机、引风机的电耗也会增加，对于风机裕量较小的机组，空预器堵塞严重时还会限制机组出力，且风机还会出现喘振等威胁机组安全性的问题。
目前电厂是通过监视空预器进出口压差来判断空预器是否堵灰，即在空预器进、出口烟道上安装静压测点，根据二者压力值的区别进行判定。由于空预器出口烟道较宽且气流不均匀，差压监视只能反映一种趋势，所以使用进出口压差来判定时不仅监测滞后，而且使得监测数值不够直观准确。
因此，如何提供一种监测准确的用于火电厂的空预器防堵系统与方法是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种用于火电厂的空预器防堵方法及系统，通过历史数据计算空预器阻力系数，通过空预器阻力系数确定实时风量，利用实时风量、风压和风速之间的关系动态确定当前风速，根据风速与洁净状态下风速比较判断堵塞情况，相比静态压差确定风速更加准确，便于工作人员第一时间能够了解当前堵塞情况。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种用于火电厂的空预器防堵方法，具体步骤如下：
获取火电厂机组运行数据；
根据所述运行数据获取空预器阻力系数；
利用所述运行数据和所述空预器阻力系数构建数据集；
构建实时风速预测模型；
将当前火电厂机组运行数据输入所述实时风速预测模型中；
通过实时风速预测模型得到的实时风速，与洁净状态下风速比较，判断堵塞情况。
优选的，在上述的一种用于火电厂的空预器防堵方法中，所述运行数据包括所述火电厂机组的脱硝装置喷氨量、锅炉蒸发量、脱硝装置出口烟气含氧量、脱硝装置进口烟气氮氧化物浓度、脱硝装置出口烟气氮氧化物浓度、脱硫装置进口烟气二氧化硫浓度、空预器进口一次风温度、空预器进口二次风温度和空预器出口烟气温度。
优选的，在上述的一种用于火电厂的空预器防堵方法中，所述空预器阻力系数计算公式：
其中，Pout表示空预器烟气出口压力，Pin表示空预器烟气入口压力；所述空预器烟气出口压力和所述空预器烟气入口压力通过运行数据计算获得；
表示流经空预器的烟气平均密度；Q表示流经所述空预器的烟气体积流量；APh空预器烟气出口有效截面面积。
优选的，在上述的一种用于火电厂的空预器防堵方法中，所述风速预测模型的表达式：
其中，Δhn表示两测点之间的压差；ΔQn表示两测点之间的风量差；f(v,P)表示风量关于风速v和风压P的函数关系。
优选的，在上述的一种用于火电厂的空预器防堵方法中，判断堵塞情况通过风速预测模型得到实时风速，实时风速高于洁净状态下风速50％，为轻度堵灰；实时风速高于洁净状态下风速50％-70％，为中度堵灰；实时风速高于洁净状态下风速70％为重度堵灰。
一种用于火电厂的空预器防堵系统，包括：
数据获取模块，用于获取火电厂机组运行数据；
阻力系数计算模块，用于根据所述运行数据获取空预器阻力系数；
数据集构建模块，利用所述运行数据和所述空预器阻力系数构建数据集；
风速预测模块，构建实时风速预测模型；
输入模块，将当前火电厂机组运行数据输入所述实时风速预测模型中；
判断模块，通过实时风速预测模型得到的实时风速，与洁净状态下风速比较，判断堵塞情况。
优选的，在上述的一种用于火电厂的空预器防堵系统中，所述数据获取模块包括：
气体浓度传感器，用于获取火电厂机组的脱硝装置喷氨量、锅炉蒸发量、脱硝装置出口烟气含氧量、脱硝装置进口烟气氮氧化物浓度、脱硝装置出口烟气氮氧化物浓度、脱硫装置进口烟气二氧化硫浓度；
温度传感器，用于获取空预器进口一次风温度、空预器进口二次风温度和空预器出口烟气温度。
优选的，在上述的一种用于火电厂的空预器防堵系统中，阻力系数计算模块包括：
第一压力单元和第二压力单元，分别通过通过运行数据计算获得空预器烟气出口压力和所述空预器烟气入口压力；
烟气平均密度计算单元，用于根据空预器的容积、各种气体的质量分数计算气体质量，获取烟气平均密度；
烟气体积流量单元，用于获取烟气气体流量；
有效截面面积单元，用于获取有效截面面积。
优选的，在上述的一种用于火电厂的空预器防堵系统中，风速预测模块包括：
风量计算单元，通过压差法计算风量；
风速计算单元，通过回归方程构建风速、风量和风压三者之间的关系，确定风速。
优选的，在上述的一种用于火电厂的空预器防堵系统中，判断模块包括：
比较单元，用于比较风速与洁净状态下的风速；
等级划分单元，通过历史数据确定当前风速对应的堵塞程度。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种用于火电厂的空预器防堵方法及系统，通过历史数据计算空预器阻力系数，通过空预器阻力系数确定实时风量，利用实时风量、风压和风速之间的关系动态确定当前风速，根据风速与洁净状态下风速比较判断堵塞情况，相比静态压差确定风速更加准确，便于工作人员第一时间能够了解当前堵塞情况。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1附图为本发明的方法流程图；
图2附图为本发明的各测点传感器布置示意图；
图3附图为本发明的结构框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的实施例公开了一种用于火电厂的空预器防堵方法，如图1所示，具体步骤如下：
S101获取火电厂机组运行数据；
S102根据运行数据获取空预器阻力系数；
S103利用运行数据和空预器阻力系数构建数据集；
S104构建实时风速预测模型；
S105将当前火电厂机组运行数据输入实时风速预测模型中；
S106通过实时风速预测模型得到的实时风速，与洁净状态下风速比较，判断堵塞情况。
通过上述的技术方案，通过历史数据计算空预器阻力系数，通过空预器阻力系数确定实时风量，利用实时风量、风压和风速之间的关系动态确定当前风速，根据风速与洁净状态下风速比较判断堵塞情况，相比静态压差确定风速更加准确，便于工作人员第一时间能够了解当前堵塞情况。
为了进一步优化上述技术方案，运行数据包括火电厂机组的脱硝装置喷氨量、锅炉蒸发量、脱硝装置出口烟气含氧量、脱硝装置进口烟气氮氧化物浓度、脱硝装置出口烟气氮氧化物浓度、脱硫装置进口烟气二氧化硫浓度、空预器进口一次风温度、空预器进口二次风温度和空预器出口烟气温度。
为了进一步优化上述技术方案，空预器阻力系数计算公式：
其中，Pout表示空预器烟气出口压力，Pin表示空预器烟气入口压力；空预器烟气出口压力和空预器烟气入口压力通过运行数据计算获得；
表示流经空预器的烟气平均密度；Q表示流经空预器的烟气体积流量；APh空预器烟气出口有效截面面积。
为了进一步优化上述技术方案，风速预测模型的表达式：
其中，Δhn表示两测点之间的压差；ΔQn表示两测点之间的风量差；f(v,P)表示风量关于风速v和风压P的函数关系。
具体地，在计算两测点之间的风量差时，传感器交叉布置，如图2所示，采用微元思想将两点之间进行分割，保证近似值极限接近真实值，进而保证测量精度，例如测量点1和测量点5两点之间的风量差时，具体计算过程为
因为每个测点基于各种原因存在不同风量，所以测量点1和测量点5之间的风量差无限接近与每个测量点风量之差的总和。
更进一步，f(v,P)表示风量关于风速v和风压P的函数关系，其中风速、风量和风压之间通过线性回归确定三者之间关系，自然得到风速与风压、风量之间的关系，从而进一步利用风速判断当前堵塞情况。
为了进一步优化上述技术方案，判断堵塞情况通过风速预测模型得到实时风速，实时风速高于洁净状态下风速50％，为轻度堵灰；实时风速高于洁净状态下风速50％-70％，为中度堵灰；实时风速高于洁净状态下风速70％为重度堵灰。
具体地，关于上述技术方案中提及的洁净状态下风速的百分比，判断堵塞等级，其中洁净状态下风速的百分比的确定是根据历史数据确定的。
本发明的实施例中公开了一种用于火电厂的空预器防堵系统，如图3所示，包括：
数据获取模块，用于获取火电厂机组运行数据；
阻力系数计算模块，用于根据运行数据获取空预器阻力系数；
数据集构建模块，利用运行数据和空预器阻力系数构建数据集；
风速预测模块，构建实时风速预测模型；
输入模块，将当前火电厂机组运行数据输入实时风速预测模型中；
判断模块，通过实时风速预测模型得到的实时风速，与洁净状态下风速比较，判断堵塞情况。
为了进一步优化上述技术方案，数据获取模块包括：
气体浓度传感器，用于获取火电厂机组的脱硝装置喷氨量、锅炉蒸发量、脱硝装置出口烟气含氧量、脱硝装置进口烟气氮氧化物浓度、脱硝装置出口烟气氮氧化物浓度、脱硫装置进口烟气二氧化硫浓度；
温度传感器，用于获取空预器进口一次风温度、空预器进口二次风温度和空预器出口烟气温度。
为了进一步优化上述技术方案，阻力系数计算模块包括：
第一压力单元和第二压力单元，分别通过通过运行数据计算获得空预器烟气出口压力和空预器烟气入口压力；
烟气平均密度计算单元，用于根据空预器的容积、各种气体的质量分数计算气体质量，获取烟气平均密度；
烟气体积流量单元，用于获取烟气气体流量；
有效截面面积单元，用于获取有效截面面积。
为了进一步优化上述技术方案，风速预测模块包括：
风量计算单元，通过压差法计算风量；
风速计算单元，通过回归方程构建风速、风量和风压三者之间的关系，确定风速。
为了进一步优化上述技术方案，判断模块包括：
比较单元，用于比较风速与洁净状态下的风速；
等级划分单元，通过历史数据确定当前风速对应的堵塞程度。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种用于火电厂的空预器防堵方法，其特征在于，具体步骤如下：
获取火电厂机组运行数据；
根据所述运行数据获取空预器阻力系数；
利用所述运行数据和所述空预器阻力系数构建数据集；
构建实时风速预测模型；
将当前火电厂机组运行数据输入所述实时风速预测模型中；
通过实时风速预测模型得到的实时风速，与洁净状态下风速比较，判断堵塞情况。
2.根据权利要求1所述一种用于火电厂的空预器防堵方法，其特征在于，所述运行数据包括所述火电厂机组的脱硝装置喷氨量、锅炉蒸发量、脱硝装置出口烟气含氧量、脱硝装置进口烟气氮氧化物浓度、脱硝装置出口烟气氮氧化物浓度、脱硫装置进口烟气二氧化硫浓度、空预器进口一次风温度、空预器进口二次风温度和空预器出口烟气温度。
3.根据权利要求2所述一种用于火电厂的空预器防堵方法，其特征在于，所述空预器阻力系数计算公式：
其中，Pout表示空预器烟气出口压力，Pin表示空预器烟气入口压力；所述空预器烟气出口压力和所述空预器烟气入口压力通过运行数据计算获得；
表示流经空预器的烟气平均密度；Q表示流经所述空预器的烟气体积流量；APh空预器烟气出口有效截面面积。
4.根据权利要求3所述一种用于火电厂的空预器防堵方法，其特征在于，所述风速预测模型的表达式：
其中，Δhn表示两测点之间的压差；ΔQn表示两测点之间的风量差；f(v,P)表示风量关于风速v和风压P的函数关系。
5.根据权利要求4所述一种用于火电厂的空预器防堵方法，其特征在于，判断堵塞情况通过风速预测模型得到实时风速，实时风速高于洁净状态下风速50％，为轻度堵灰；实时风速高于洁净状态下风速50％-70％，为中度堵灰；实时风速高于洁净状态下风速70％为重度堵灰。
6.一种用于火电厂的空预器防堵系统，其特征在于，包括：
数据获取模块，用于获取火电厂机组运行数据；
阻力系数计算模块，用于根据所述运行数据获取空预器阻力系数；
数据集构建模块，利用所述运行数据和所述空预器阻力系数构建数据集；
风速预测模块，构建实时风速预测模型；
输入模块，将当前火电厂机组运行数据输入所述实时风速预测模型中；
判断模块，通过实时风速预测模型得到的实时风速，与洁净状态下风速比较，判断堵塞情况。
7.根据权利要求6所述的一种用于火电厂的空预器防堵系统，其特征在于，所述数据获取模块包括：
气体浓度传感器，用于获取火电厂机组的脱硝装置喷氨量、锅炉蒸发量、脱硝装置出口烟气含氧量、脱硝装置进口烟气氮氧化物浓度、脱硝装置出口烟气氮氧化物浓度、脱硫装置进口烟气二氧化硫浓度；
温度传感器，用于获取空预器进口一次风温度、空预器进口二次风温度和空预器出口烟气温度。
8.根据权利要求7所述的一种用于火电厂的空预器防堵系统，其特征在于，阻力系数计算模块包括：
第一压力单元和第二压力单元，分别通过通过运行数据计算获得空预器烟气出口压力和所述空预器烟气入口压力；
烟气平均密度计算单元，用于根据空预器的容积、各种气体的质量分数计算气体质量，获取烟气平均密度；
烟气体积流量单元，用于获取烟气气体流量；
有效截面面积单元，用于获取有效截面面积。
9.根据权利要求8所述的一种用于火电厂的空预器防堵系统，其特征在于，风速预测模块包括：
风量计算单元，通过压差法计算风量；
风速计算单元，通过回归方程构建风速、风量和风压三者之间的关系，确定风速。
10.根据权利要求9所述的一种用于火电厂的空预器防堵系统，其特征在于，判断模块包括：
比较单元，用于比较风速与洁净状态下的风速；
等级划分单元，通过历史数据确定当前风速对应的堵塞程度。
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