CN114034054A - 电站锅炉吹灰器运行优化与状态监测系统和方法 - Google Patents

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CN114034054A CN202111296898.8A CN202111296898A CN114034054A CN 114034054 A CN114034054 A CN 114034054A CN 202111296898 A CN202111296898 A CN 202111296898A CN 114034054 A CN114034054 A CN 114034054A
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Abstract

本发明提供一种燃煤电站锅炉吹灰器运行优化与状态监测系统和方法，包括设置的热工测量系统、物理隔离装置、服务器、数据转换装置或控制器、操作员站，在服务器中安装有数据通讯模块、数据库、吹灰器运行优化与监测系统模块，热工测量系统经其数据总线与DCS系统或SIS系统连接，或与服务器直接连接，DCS系统或SIS系统经物理隔离装置与服务器连接，再通过通讯协议和通讯模块，将热工测点数据和DCS系统或SIS系统数据向数据库传送，吹灰器运行优化与监测系统模块从数据库中读取数据、存入优化计算结果，操作员站与服务器中数据库数据交互，进行客户端监测，数据转换装置或控制器分别与服务器和DCS系统通讯，实现吹灰器运行优化指令对吹灰器的控制和运行状态监测。

Description

电站锅炉吹灰器运行优化与状态监测系统和方法
技术领域
本发明涉及燃煤锅炉节能改造及信息控制领域，具体是一种燃煤电站锅炉吹灰器运行优化与状态监测系统和方法。
背景技术
燃煤电站锅炉在运行过程中，存在积灰结渣的现象较为普遍。积灰结渣不仅影响锅炉的换热效果，影响锅炉运行效率，同时带来锅炉高温及低温腐蚀，加大锅炉受热面爆管几率，降低锅炉使用寿命，并影响锅炉安全运行。为此，在煤粉电站锅炉均配备较多的吹灰器，根据运行经验定时吹灰，或按照班次进行吹灰，容易造成受热面的过度吹扫或吹扫不足等问题。近年来，随着信息技术的发展，陆续出现了污染监测及智能吹灰在煤粉电站锅炉上的应用，根据锅炉不同受热面的灰污情况，有针对性的吹灰，即污染重的受热面加强吹灰，污染轻的受热面减少吹灰次数或不进行吹灰。目前的电站锅炉吹灰器运行优化技术中，其中位于锅炉炉膛出口或顶部的幅射受热面、对流半对流受热面，及尾部烟道的对流受热面的吹灰器运行优化技术趋于成熟，但位于炉膛水冷壁区域的吹灰器运行优化技术尚存在不科学的问题，由于现有大容量炉膛水冷壁的污染监测和吹灰器运行优化技术是基于原苏联蒸发量400t/h以下炉膛经验计算公式和方法进行的，对于目前蒸发量1000t/h或以上大容量锅炉来说，由于炉膛采用“双灰体”模型所带来的误差，炉内温度场不均匀性的处理考虑欠合理及炉膛几何形状的影响，导致炉膛区域现有公开吹灰器运行优化技术存在计算不准确和不科学的情况；另一方面，对应的吹灰器运行状态监测技术也需要不断提高。本发明针对上述问题和情况，提出了电站锅炉吹灰器运行优化与状态监测系统和方法。
发明内容
技术问题：本发明针对现有大容量燃煤电站锅炉炉膛水冷壁污染监测和吹灰器运行优化技术存在计算不准确、不科学，及吹灰器运行状态监测技术需要提高的问题，提供一种能够较好地解决大容量燃煤电站锅炉炉膛水冷壁污染监测及吹灰器运行优化和状态监测的方案。
本发明解决技术问题的技术方案为：
本发明提供一种燃煤电站锅炉吹灰器运行优化与状态监测系统和方法，包括设置的热工测量系统、物理隔离装置、服务器、数据转换装置或控制器、操作员站，在服务器中安装有数据通讯模块、数据库、吹灰器运行优化与监测系统模块，其中吹灰器运行优化与监测系统模块包含锅炉受热面污染监测与吹灰器运行优化模块、吹灰器运行状态监测模块，热工测量系统经其数据总线与DCS系统或SIS系统连接，或与服务器直接连接，DCS系统或SIS系统经物理隔离装置与服务器连接，再通过通讯协议和通讯模块，将热工测点数据和DCS系统或SIS系统数据向数据库传送，吹灰器运行优化与监测系统模块从数据库中读取数据、存入优化计算结果，操作员站与服务器中数据库数据交互，进行客户端监测，数据转换装置或控制器分别与服务器和DCS系统通讯，实现吹灰器运行优化指令对吹灰器的控制和运行状态监测。
燃煤电站锅炉吹灰器运行优化与状态监测系统和方法，建立的热工测量系统，包括烟温测量装置、汽水温度测量装置、蒸汽温度测量装置、烟气压力测量及变送装置、蒸汽压力测量及变送装置、声波测量及传感装置、数据采集装置、通讯缆、数据总线，其中烟温测量装置、烟气压力测量及变送装置分别固定在锅炉膜式壁或水冷壁上，布置在锅炉内各个受热面、省煤器、空预器的进口和出口，及炉膛出口，用于测量锅炉内各个受热面进、出口及炉膛出口的烟气温度和烟气压力参数，烟温测量装置可采用热电偶、远红外测温仪或声波测温装置，并均布成多点或成网格法布置；汽水温度测量装置分别布置在各个受热面、省煤器的进口和出口汽水联箱或集箱上，用于测量各个受热面、省煤器的进口和出口的汽水温度参数；蒸汽温度测量装置、蒸汽压力测量及变送装置、声波测量及传感装置三种测量装置，或其中一种、两种，分别安装在吹灰器汽门后的直管段上，分别用于测量吹灰器内蒸汽温度参数、压力参数、声音参数；烟温测量装置、汽水温度测量装置、蒸汽温度测量装置和声波测量及传感装置，分别经补偿电缆与数据采集装置连接，数据采集装置与数据总线连接，烟气压力测量及变送装置、蒸汽压力测量及变送装置与数据总线连接，实现热工测量参数传送。
燃煤电站锅炉吹灰器运行优化与状态监测系统和方法，吹灰器运行优化与监测系统模块包括的锅炉受热面污染监测与吹灰器运行优化模块，用以监测锅炉炉膛、锅炉内各个受热面、省煤器及空预器的污染状态，计算最佳吹灰经济频次，实现吹灰器的运行优化。目前锅炉受热面污染监测与吹灰器运行优化模块，其中位于锅炉内尾部烟道的对流受热面、位于炉膛出口上部的幅射受热面及位于幅射受热面烟气流程后部的半幅受热面的计算方法，是公开技术，本说明书不再叙述；本发明主要针对其中大容量锅炉炉膛污染监测与吹灰器运行优化，提供可行的方法，并对模型计算所依赖的炉膛出口烟温进行多方法或组合计算。
锅炉受热面污染监测与吹灰器运行优化模块，包括以下步骤：
步骤1，计算炉膛出口平均烟温
Figure BSA0000256634930000021
在一个实施方式中，对于在炉膛出口进行分区和增加烟温测量装置的，测出每个分区的烟温参数θi，再采取烟气流通面积加权平均，依据式
Figure BSA0000256634930000031
求出
Figure BSA0000256634930000032
或先求出炉膛出口烟温θ与炉膛出口截面积的函数关系θ(s)＝f(S)，依据式
Figure BSA0000256634930000033
积分求得
Figure BSA0000256634930000034
可把炉膛出口截面积根据大小分成4到16个分区，N代表炉膛出口分区数量；ΔSi为对应炉膛出口截面i分区面积，m2；θi对应炉膛出口截面i分区的烟温，℃。
其中，θ(s)为炉膛出口微元截面烟温，℃，θ(s)＝f(s)；ds为炉膛出口微元截面积，m2；
在一个实施方式中，对于依据锅炉水冷壁与炉膛内烟气的热平衡计算的，
依据式
Figure BSA0000256634930000035
求得
Figure BSA0000256634930000036
再依据式
Figure BSA0000256634930000037
及依据对应燃料烟气温-焓关系图表，求出
Figure BSA0000256634930000038
其中，Bj为计算燃料消耗量，kg/h，计算为公开技术；Q1为每kg燃料送入炉膛的有效利用热量，kJ，Q1计算为公开技术；Dslrhslr为水冷壁入口热量，kJ；Dfcqh″为汽水分离器蒸汽出口热量，kJ；Dfcq＝Dslr-Dfcs为分离器出口蒸汽流量，kg/h；Dfcsh′为汽水分离器分离出水的热量，kJ；Dfcs为分离器出口水流量，kg/h，可通过安装在分离器出口的流量计测量获得；Dslr为炉膛水冷壁入口给水量，kg/h，可由省煤器入口水量Dgs与减温水流量Djwhsmc通过流量平衡计算获得；h″为汽水分离器出口蒸汽焓，kJ/kg，可对应饱和压力查汽水焓温表获得；h′为汽水分离器分离后水焓，kJ/kg，可对应饱和压力查汽水焓温表获得；hslr为炉膛水冷壁入口给水焓，kJ/kg，由给水温度和给水压力，查汽水焓温表获得；
Figure BSA0000256634930000039
为炉膛出口平均烟气焓，kJ/kg；
Figure BSA00002566349300000310
为炉膛出口烟气平均定压比热容，kJ/(kg·k)，可查烟气定压比热容表获得；
Figure BSA00002566349300000311
为炉膛保热系数，可根据散热损失计算，为公开技术。
在一个实施方式中，对省煤器出口到炉膛出口之间烟道内多个受热面，逆烟气流动方向逐一进行汽水与烟气热平衡换热计算，可倒推出炉膛出口烟温
Figure BSA0000256634930000041
炉膛出口平均烟温
Figure BSA0000256634930000042
可根据上述方法，结合电站燃煤锅炉机组情况，采用任一种或两种、三种方法获得，获得的
Figure BSA0000256634930000043
可以相互验证。
步骤2，计算水冷壁的平均沾污系数ζpj：
依据大容量炉膛出口烟温计算公式
Figure BSA0000256634930000044
可得：
Figure BSA0000256634930000045
代入式ζ＝ψ/χ，可得水冷壁的沾污系数：
Figure BSA0000256634930000046
其中，Ta为理论燃烧温度，K，以输入炉膛的有效热量作为火焰的绝热燃烧焓，可根据对应燃料烟气温-焓关系图表确定；M为与炉膛结构有关，代表火焰中心位置的常量；al炉膛黑度，是一个表示火焰有效辐射的假想黑度；qF为水冷壁受热面的单位热负荷，KJ/m2；F1为炉膛壁面面积，m2，由锅炉结构计算获得；χ为水冷壁的角系数，对于大容量炉膛膜式水冷壁，χ＝1。
计算步骤3，计算经济吹灰频率和水冷壁的最佳吹灰时间：
依据式：
Figure BSA0000256634930000047
Figure BSA0000256634930000048
Figure BSA0000256634930000049
其中，QFll为炉膛理论幅射吸热量，kJ；QFsj为实际吸热量，kJ；qFll为炉膛辐射受热面理论热负荷，kJ/m2；H1炉膛辐射受热面面积，m2；
在煤质成份稳定及工况相同的情况下，ζpj为炉膛出口平均烟温
Figure BSA00002566349300000410
的函数，而
Figure BSA00002566349300000411
为时间的函数；
在t＝τ0至t＝τ0+Δτ时间段，吹灰器不吹灰时，炉膛实际辐射吸热量为：
Figure BSA0000256634930000051
在t＝τ0至t＝τ0+Δτ时间段进行n次吹灰时，炉膛实际辐射吸热量为：
Figure BSA0000256634930000052
全部吹灰器n次吹灰支出为Qchzc＝nτ1mz(Ich-I0)，
n次吹灰收益：
Figure BSA0000256634930000053
对Qsy求最大值时，并令Qsy′＝0，可求出最佳吹灰次数n，根据
Figure BSA0000256634930000054
求出水冷壁的最佳吹灰时间。
τ1为每个吹灰器一次动作所需时间(min)，m为该过程所消耗的蒸汽流量(kg/min)，z为炉膛吹灰枪数量；Ich为吹灰蒸汽的汽源焓值，kj/kg；I0为凝汽器入口焓值，kj/kg；
步骤4，限定条件计算与设定：
依据
Figure BSA0000256634930000055
Figure BSA0000256634930000056
计算一定时间段炉膛过量空气系数变化率；依据
Figure BSA0000256634930000057
计算一定时间段锅炉负荷变化率；
其中，一定时间段可设定为3分钟、5分钟、10分钟或15分钟，α为炉膛过量空气系数，α″1为炉膛出口过量空气系数，Δα1为炉膛漏风系数，Δαzf为制粉系统漏风系数；N为锅炉运行负荷，MW；ΔN为锅炉运行负荷变化量，MW；ε0、μ0针对不同煤质通过大数据寻优或试验确定，做为限定条件，输入吹灰器运行优化与监测系统模块中，确保在锅炉负荷及锅炉过量空气系数相对稳定的情况下，准确判断水冷壁的污染情况，进而实现吹灰器运行优化。
燃煤电站锅炉吹灰器运行优化与状态监测系统和方法，吹灰器运行状态监测模块包括：
实施方式一，利用声波测量及传感装置测量流过吹灰器蒸汽阀门后的蒸汽声强级，监测吹灰器的运行状态的：
吹灰器运行状态信号为运行，且当t≤t0，同时L≥L1时，判定正常吹灰；
吹灰器运行状态信号为否，且当t≥t0，同时L≤L0时，判定吹灰器无吹灰；吹灰器运行状态信号为否，且当t≥t0，同时L0≤L≤L1时，判定吹灰器蒸汽阀门漏气；
吹灰器运行状态信号为运行，且当t≥t0，同时L≥L1时，判定吹灰器卡涩；吹灰器运行状态信号为运行，且当t≥t0，同时L≤L0时，判定吹灰器堵塞；
其中，L为吹灰器蒸汽阀门后的蒸汽声强级，单位dB，通过声波测量及传感装置测得；L1为蒸汽吹灰时低限声强级，单位dB，通过历史数据寻优或试验获得；L0为吹灰器蒸汽阀门关闭后无蒸汽流动时声强级高限值，单位dB，通过历史数据寻优或试验获得；
实施方式二，利用蒸汽压力测量及变送装置测量流过吹灰器蒸汽阀门后的蒸汽压力，监测吹灰器的运行状态的：
吹灰器运行状态信号为运行，且当t≤t0，同时p≥p1时，判定正常吹灰；
吹灰器运行状态信号为否，且当t≥t0，同时p≤p0时，判定吹灰器无吹灰；吹灰器运行状态信号为否，且当t≥t0，同时p0≤p≤p1时，判定吹灰器蒸汽阀门漏气；
吹灰器运行状态信号为运行，且当t≥t0，同时p≥p1时，判定吹灰器卡涩；吹灰器运行状态信号为运行，且当t≥t0，同时p≤p0时，判定吹灰器堵塞；
其中，p为流过吹灰器蒸汽阀门后的蒸汽压力，单位MPa，通过蒸汽压力测量及变送装置测得；p1为蒸汽吹灰时低限压力，单位MPa，通过历史数据寻优或试验获得；p0为吹灰器蒸汽阀门关闭后无蒸汽流动时高限值，单位MPa，通过历史数据寻优或试验获得；
实施方式三，利用蒸汽温度测量装置测量流过吹灰器蒸汽阀门后的蒸汽温度，监测吹灰器的运行状态的：
吹灰器运行状态信号为运行，且当t≤t0，同时T≥T1时，判定正常吹灰；
吹灰器运行状态信号为否，且当t≥t0，同时T≤T0时，判定吹灰器无吹灰；吹灰器运行状态信号为否，且当t≥t0，同时T0≤T≤T1时，判定吹灰器蒸汽阀门漏气；
吹灰器运行状态信号为运行，且当t≥t0，同时T≥T1时，判定吹灰器卡涩；吹灰器运行状态信号为运行，且当t≥t0，同时T≤T0时，判定吹灰器堵塞；
其中，T为流过吹灰器蒸汽阀门后的蒸汽温度，单位K，由蒸汽温度测量装置测量获得；T1为蒸汽吹灰时低限压力，单位K，通过历史数据寻优或试验获得；T0为吹灰器蒸汽阀门关闭后无蒸汽流动时高限值，单位K，通过历史数据寻优或试验获得；
其中，上述t0为每个吹灰器一次动作所需时间高限值，单位分钟(min)，根据吹灰器的长吹、短吹、半长吹吹灰时段的运行速度及吹灰器行程确定。
本发明所具有的积极有益效果为：通过燃煤电站锅炉吹灰器运行优化与状态监测系统和方法的实施，克服了现有大容量燃煤电站锅炉炉膛污染监测与智能吹灰存在的问题，提升了现有智能吹灰技术水平，及吹灰器运行状态监测的水平，实现了燃煤电站锅炉吹灰器运行优化与状态监测，有利于实现电站锅炉吹灰器运行科学性和安全性。
附图说明
图1为本发明的系统原理图。
图2为本发明一个实施例中炉膛出口烟温计算原理图。
图3为本发明热工测量系统中热工测量装置布置图。
图4为本发明一个实施例热工测量系统中部分热工测量装置布置图。
图5为本发明另一个实施例热工测量系统中部分热工测量装置布置图。
图6为本发明两个实施例图4、图5的A向(B向)图。
具体实施方式
下面提供本发明的实施例，以加深对本专利的认识。这些实施实例仅仅是对本发明的阐述，不限制本发明的范围。
结合本发明实施例的附图对本发明进行进一步的说明。
本发明提供一种燃煤电站锅炉吹灰器运行优化与状态监测系统和方法，包括设置的热工测量系统、物理隔离装置、服务器、数据转换装置或控制器、操作员站，在服务器中安装有数据通讯模块、数据库、吹灰器运行优化与监测系统模块，其中吹灰器运行优化与监测系统模块包含锅炉受热面污染监测与吹灰器运行优化模块、吹灰器运行状态监测模块，热工测量系统经其数据总线与DCS系统或SIS系统连接，或与服务器直接连接，DCS系统或SIS系统经物理隔离装置与服务器连接，再通过通讯协议和通讯模块，将热工测点数据和DCS系统或SIS系统数据向数据库传送，吹灰器运行优化与监测系统模块从数据库中读取数据、存入优化结果，操作员站与服务器中数据库数据交互，进行客户端监测，数据转换装置或控制器分别与服务器和DCS系统通讯，实现吹灰器运行优化指令对吹灰器的控制和运行状态监测。
燃煤电站锅炉吹灰器运行优化与状态监测系统和方法，建立的热工测量系统，包括烟温测量装置3、6、14、17、29、40和42等、汽水温度测量装置5、16、25和26等、蒸汽温度测量装置10、21、30和35、烟气压力测量及变送装置2、7、13、18、28、41和43等、蒸汽压力测量及变送装置11、22、31和36等、声波测量及传感装置12、23、、32和37等、数据采集装置、通讯缆、数据总线，其中烟温测量装置、烟气压力测量及变送装置分别固定在锅炉水冷壁1和膜式壁上，布置在锅炉内各个受热面、省煤器、空预器的进口和出口，及炉膛出口，用于测量锅炉内各个受热面进、出口及炉膛出口的烟气温度和烟气压力参数，烟温测量装置可采用热电偶、远红外测温仪或声波测温装置，并均布成多点或成网格法布置；汽水温度测量装置25、26和5、16分别布置在各个受热面、省煤器的进口汽水联箱或集箱27和24，及出口汽水联箱或集箱4和15上，用于测量各个受热面、省煤器的进口和出口的汽水温度参数；蒸汽温度测量装置、蒸汽压力测量及变送装置、声波测量及传感装置三种测量装置，或其中一种、两种，分别安装在吹灰器汽门9、20、33和38等后的直管段上，分别用于测量吹灰器内蒸汽温度参数、压力参数、声音参数，其中8、9、34和39等为吹灰器；烟温测量装置、汽水温度测量装置、蒸汽温度测量装置和声波测量及传感装置，分别经补偿电缆与数据采集装置连接，数据采集装置与数据总线连接，烟气压力测量及变送装置、蒸汽压力测量及变送装置与数据总线连接，实现热工测量参数传送。
燃煤电站锅炉吹灰器运行优化与状态监测系统和方法，吹灰器运行优化与监测系统模块包括的锅炉受热面污染监测与吹灰器运行优化模块，用以监测锅炉炉膛、锅炉内各个受热面、省煤器及空预器的污染状态，计算最佳吹灰经济频次，实现吹灰器的运行优化。目前锅炉受热面污染监测与吹灰器运行优化模块，其中位于锅炉内尾部烟道的对流受热面、位于炉膛出口上部的幅射受热面及位于幅射受热面烟气流程后部的半幅受热面的计算方法，是公开技术，本说明书不再叙述；本发明主要针对其中大容量锅炉炉膛污染监测与吹灰器运行优化，提供可行的方法，并对模型计算所依赖的炉膛出口烟温进行多方法或组合计算。
锅炉受热面污染监测与吹灰器运行优化模块，包括：
步骤1，计算炉膛出口平均烟温
Figure BSA0000256634930000081
在一个实施方式中，通过在炉膛出口增加的烟温测量装置，对于测出的烟温参数θi，再采取烟气流通面积加权平均或采取炉膛出口烟温与出口截面积函数关系积分获得
Figure BSA0000256634930000082
烟温测量装置可采用热电偶、远红外测仪或声波测温装置，并均布成多点或网格法在线测量，
如把炉膛出口截面积根据大小可分成4到16个分区，N代表炉膛出口分区数量；ΔSi为对应炉膛出口截面i分区面积，m2；θi对应炉膛出口截面i分区的烟温，℃。
根据公式(1)计算出
Figure BSA0000256634930000091
Figure BSA0000256634930000092
或依据公式(2)计算出
Figure BSA0000256634930000093
Figure BSA0000256634930000094
其中，θ(s)为炉膛出口微元截面烟温，℃，θ(s)＝f(s)；ds为炉膛出口微元截面积，m2；
在一个实施方式中，依据锅炉水冷壁与炉膛内烟气的热平衡计算，及燃料烟气温-焓关系，求出
Figure BSA0000256634930000095
即依据公式(3)，先求得
Figure BSA0000256634930000096
Figure BSA0000256634930000097
再依据公式(4)，及对应燃料烟气温-焓关系图表，求出
Figure BSA0000256634930000098
Figure BSA0000256634930000099
其中，Bj为计算燃料消耗量，kg/h，计算为公开技术；Q1为每kg燃料送入炉膛的有效利用热量，kJ，Q1计算为公开技术；Dslrhslr为水冷壁入口热量，kJ；Dfcqh″为汽水分离器蒸汽出口热量，kJ；Dfcq＝Dslr-Dfcs为分离器出口蒸汽流量，kg/h；Dfcsh′为汽水分离器分离出水的热量，kJ；Dfcs为分离器出口水流量，kg/h，可通过安装在分离器出口的流量计测量获得；Dslr为炉膛水冷壁入口给水量，kg/h，可由省煤器入口水量Dgs与减温水流量Djwhsmc通过流量平衡计算获得；h″为汽水分离器出口蒸汽焓，kJ/kg，可对应饱和压力查汽水焓温表获得；h′为汽水分离器分离后水焓，kJ/kg，可对应饱和压力查汽水焓温表获得；hslr为炉膛水冷壁入口给水焓，kJ/kg，由给水温度和给水压力，查汽水焓温表获得；
Figure BSA00002566349300000910
为炉膛出口平均烟气焓，kJ/kg；
Figure BSA00002566349300000911
为炉膛出口烟气平均定压比热容，kJ/(kg·k)，可查烟气定压比热容表获得；
Figure BSA00002566349300000912
为炉膛保热系数，可根据散热损失计算，为公开技术。
在一个实施方式中，从省煤器出口到炉膛出口之间烟道内布置多个受热面，可按照逐个受热面汽水与烟气热平衡换热计算，倒推出
Figure BSA0000256634930000101
炉膛出口烟温。
炉膛出口平均烟温
Figure BSA0000256634930000102
可根据上述方法，结合电站燃煤锅炉机组情况，采用任一种或两种、三种方法获得，获得的
Figure BSA0000256634930000103
可以相互验证。
计算步骤2，计算水冷壁的平均沾污系数ζpj：
根据炉膛出口烟温修正后的计算公式(5)，
Figure BSA0000256634930000104
可得：
Figure BSA0000256634930000105
ζ＝ψ/χ (7)
把(6)式代入(7)式，可得水冷壁的沾污系数：
Figure BSA0000256634930000106
其中，Ta为理论燃烧温度，K，以输入炉膛的有效热量作为火焰的绝热燃烧焓，可根据对应燃料烟气温-焓关系图表确定；M为与炉膛结构有关，代表火焰中心位置的常量；al炉膛黑度，是一个表示火焰有效辐射的假想黑度；qF为水冷壁受热面的单位热负荷，KJ/m2；F1为炉膛壁面面积，m2，由锅炉结构计算获得；χ为水冷壁的角系数，对于大容量炉膛膜式水冷壁，χ＝1。
计算步骤3，计算经济吹灰频率和水冷壁的最佳吹灰时间：
依据炉膛理论幅射吸热量
Figure BSA0000256634930000107
实际吸热量，
Figure BSA0000256634930000108
及依据
Figure BSA0000256634930000109
其中，qFll为炉膛辐射受热面理论热负荷，kJ/m2；H1炉膛辐射受热面面积，m2；
在煤质成份稳定及工况相同的情况下，ζpj为炉膛出口平均烟温
Figure BSA00002566349300001010
的函数，而
Figure BSA00002566349300001011
为时间的函数；
在t＝τ0至t＝τ0+Δτ时间段，如果吹灰器不吹灰，炉膛实际辐射吸热量为：
Figure BSA0000256634930000111
在t＝τ0至t＝τ0+Δτ时间段进行n次吹灰时，
炉膛实际辐射吸热量为
Figure BSA0000256634930000112
全部吹灰器n次吹灰支出为Qchzc＝nτ1mz(Ich-I0)
n次吹灰收益：
Figure BSA0000256634930000113
对Qsy求最大值时，并令Qsy′＝0，可求出最佳吹灰次数n，根据
Figure BSA0000256634930000114
求出水冷壁的最佳吹灰时间。
τ1为每个吹灰器一次动作所需时间(min)，m为该过程所消耗的蒸汽流量(kg/min)，z为炉膛吹灰枪数量；Ich为吹灰蒸汽的汽源焓值，kj/kg；I0为凝汽器入口焓值，kj/kg；
计算步骤4，限定条件计算与设定：
计算一定时间段炉膛过量空气系数变化率，依据α＝α″1-Δα1-Δαzf，
Figure BSA0000256634930000115
计算一定时间段锅炉负荷变化率计算，
Figure BSA0000256634930000116
一定时间段可设定3分钟、5分钟、10分钟或15分钟，
其中，α为炉膛过量空气系数，α″1为炉膛出口过量空气系数，Δα1为炉膛漏风系数，Δαzf为制粉系统漏风系数；N为锅炉运行负荷，MW；ΔN为锅炉运行负荷变化量，MW；ε0、μ0针对不同煤质通过大数据寻优或试验确定，做为限定条件，输入吹灰器运行优化与监测系统模块中，确保在锅炉负荷及锅炉过量空气系数相对稳定的情况下，准确判断水冷壁的污染情况，进而实现吹灰器运行优化。
燃煤电站锅炉吹灰器运行优化与状态监测系统和方法，吹灰器运行状态监测模块包括：
实施方式一，利用声波测量及传感装置测量流过吹灰器蒸汽阀门后的蒸汽声强级，监测吹灰器的运行状态：
吹灰器运行状态信号为运行，且当t≤t0，同时L≥L1时，判定正常吹灰；
吹灰器运行状态信号为否，且当t≥t0，同时L≤L0时，判定吹灰器无吹灰；吹灰器运行状态信号为否，且当t≥t0，同时L0≤L≤L1时，判定吹灰器蒸汽阀门漏气；
吹灰器运行状态信号为运行，且当t≥t0，同时L≥L1时，判定吹灰器卡涩；吹灰器运行状态信号为运行，且当t≥t0，同时L≤L0时，判定吹灰器堵塞；
其中，L为吹灰器蒸汽阀门后的蒸汽声强级，单位dB，通过声波测量及传感装置测得；L1为蒸汽吹灰时低限声强级，单位dB，通过历史数据寻优或试验获得；L0为吹灰器蒸汽阀门关闭后无蒸汽流动时声强级高限值，单位dB，通过历史数据寻优或试验获得；
实施方式二，利用蒸汽压力测量及变送装置测量流过吹灰器蒸汽阀门后的蒸汽压力，监测吹灰器的运行状态的：
吹灰器运行状态信号为运行，且当t≤t0，同时p≥p1时，判定正常吹灰；
吹灰器运行状态信号为否，且当t≥t0，同时p≤p0时，判定吹灰器无吹灰；吹灰器运行状态信号为否，且当t≥t0，同时p0≤p≤p1时，判定吹灰器蒸汽阀门漏气；
吹灰器运行状态信号为运行，且当t≥t0，同时p≥p1时，判定吹灰器卡涩；吹灰器运行状态信号为运行，且当t≥t0，同时p≤p0时，判定吹灰器堵塞；
其中，p为流过吹灰器蒸汽阀门后的蒸汽压力，单位MPa，通过蒸汽压力测量及变送装置测得；p1为蒸汽吹灰时低限压力，单位MPa，通过历史数据寻优或试验获得；p0为吹灰器蒸汽阀门关闭后无蒸汽流动时高限值，单位MPa，通过历史数据寻优或试验获得；
实施方式三，利用蒸汽温度测量装置测量流过吹灰器蒸汽阀门后的蒸汽温度，监测吹灰器的运行状态的：
吹灰器运行状态信号为运行，且当t≤t0，同时T≥T1时，判定正常吹灰；
吹灰器运行状态信号为否，且当t≥t0，同时T≤T0时，判定吹灰器无吹灰；吹灰器运行状态信号为否，且当t≥t0，同时T0≤T≤T1时，判定吹灰器蒸汽阀门漏气；
吹灰器运行状态信号为运行，且当t≥t0，同时T≥T1时，判定吹灰器卡涩；吹灰器运行状态信号为运行，且当t≥t0，同时T≤T0时，判定吹灰器堵塞；
其中，T为流过吹灰器蒸汽阀门后的蒸汽温度，单位K，由蒸汽温度测量装置测量获得；T1为蒸汽吹灰时低限压力，单位K，通过历史数据寻优或试验获得；T0为吹灰器蒸汽阀门关闭后无蒸汽流动时高限值，单位K，通过历史数据寻优或试验获得；
其中，上述t0为每个吹灰器一次动作所需时间高限值，单位分钟(min)，根据吹灰器的长吹、短吹、半长吹吹灰时段的运行速度及吹灰器行程确定。

Claims (4)

1.本发明提供一种燃煤电站锅炉吹灰器运行优化与状态监测系统和方法，其特征在于，包括设置的热工测量系统、物理隔离装置、服务器、数据转换装置或控制器、操作员站，在服务器中安装有数据通讯模块、数据库、吹灰器运行优化与监测系统模块，其中吹灰器运行优化与监测系统模块包含锅炉受热面污染监测与吹灰器运行优化模块、吹灰器运行状态监测模块，热工测量系统经其数据总线与DCS系统或SIS系统连接，或与服务器直接连接，DCS系统或SIS系统经物理隔离装置与服务器连接，再通过通讯协议和通讯模块，将热工测点数据和DCS系统或SIS系统数据向数据库传送，吹灰器运行优化与监测系统模块从数据库中读取数据、存入优化计算结果，操作员站与服务器中数据库数据交互，进行客户端监测，数据转换装置或控制器分别与服务器和DCS系统通讯，实现吹灰器运行优化指令对吹灰器的控制和运行状态监测。
2.根据权利要求1所述的燃煤电站锅炉吹灰器运行优化与状态监测系统和方法，其特征在于，设置的热工测量系统，包括烟温测量装置、汽水温度测量装置、蒸汽温度测量装置、烟气压力测量及变送装置、蒸汽压力测量及变送装置、声波测量及传感装置、数据采集装置、通讯缆、数据总线，其中烟温测量装置、烟气压力测量及变送装置分别固定在锅炉膜式壁或水冷壁上，布置在锅炉内各个受热面、省煤器、空预器的进口和出口，及炉膛出口，用于测量锅炉内各个受热面进、出口及炉膛出口的烟气温度和烟气压力参数，烟温测量装置可采用热电偶、远红外测温仪或声波测温装置，并均布成多点或成网格法布置；汽水温度测量装置分别布置在各个受热面、省煤器的进口和出口汽水联箱或集箱上，用于测量各个受热面、省煤器的进口和出口的汽水温度参数；蒸汽温度测量装置、蒸汽压力测量及变送装置、声波测量及传感装置三种测量装置，或其中一种、两种，分别安装在吹灰器汽门后的直管段上，分别用于测量吹灰器内蒸汽温度参数、压力参数、声音参数；烟温测量装置、汽水温度测量装置、蒸汽温度测量装置和声波测量及传感装置，分别经补偿电缆与数据采集装置连接，数据采集装置与数据总线连接，烟气压力测量及变送装置、蒸汽压力测量及变送装置与数据总线连接，实现热工测量参数传送。
3.根据权利要求1所述的燃煤电站锅炉吹灰器运行优化与状态监测系统和方法，其特征在于，锅炉受热面污染监测与吹灰器运行优化模块，包括以下步骤：
步骤1，计算炉膛出口平均烟温
Figure FSA0000256634920000011
对于在炉膛出口进行分区和增加烟温测量装置的，测出每个分区的烟温参数θi，再采取烟气流通面积加权平均，依据式
Figure FSA0000256634920000021
求出
Figure FSA0000256634920000022
或先求出炉膛出口烟温θ与炉膛出口截面积的函数关系θ(s)＝f(S)，依据式
Figure FSA0000256634920000023
积分求得
Figure FSA0000256634920000024
可把炉膛出口截面积根据大小分成4到16个分区，N代表炉膛出口分区数量；ΔSi为对应炉膛出口截面i分区面积，m2；θi对应炉膛出口截面i分区的烟温，℃。
其中，θ(s)为炉膛出口微元截面烟温，℃，θ(s)＝f(s)；ds为炉膛出口微元截面积，m2；
对于依据锅炉水冷壁与炉膛内烟气的热平衡计算的，依据式
Figure FSA0000256634920000025
求得
Figure FSA0000256634920000026
再依据式
Figure FSA0000256634920000027
及依据对应燃料烟气温-焓关系图表，求出
Figure FSA0000256634920000028
其中，Bj为计算燃料消耗量，kg/h；Q1为每kg燃料送入炉膛的有效利用热量，kJ；Dslrhslr为水冷壁入口热量，kJ；Dfcqh″为汽水分离器蒸汽出口热量，kJ；Dfcq＝Dslr-Dfcs为分离器出口蒸汽流量，kg/h；Dfcsh′为汽水分离器分离出水的热量，kJ；Dfcs为分离器出口水流量，kg/h；Dslr为炉膛水冷壁入口给水量，kg/h；h″为汽水分离器出口蒸汽焓，kJ/kg；h′为汽水分离器分离后水焓，kJ/kg；hslr为炉膛水冷壁入口给水焓，kJ/kg；
Figure FSA0000256634920000029
为炉膛出口平均烟气焓，kJ/kg；
Figure FSA00002566349200000210
为炉膛出口烟气平均定压比热容，kJ/(kg·k)；
Figure FSA00002566349200000211
为炉膛保热系数；
对于省煤器出口到炉膛出口之间烟道内多个受热面逆烟气流动方向逐一进行汽水与烟气热平衡换热计算的，可倒推出炉膛出口烟温
Figure FSA00002566349200000212
炉膛出口平均烟温
Figure FSA00002566349200000213
可根据上述方法，采用任一种或两种、三种方法获得，获得的
Figure FSA00002566349200000214
可以相互验证；
步骤2，计算水冷壁的平均沾污系数ζpj：
根据式：
Figure FSA00002566349200000215
Figure FSA0000256634920000031
ζ＝ψ/χ
Figure FSA0000256634920000032
可求得水冷壁的沾污系数ζpj；其中，Ta为理论燃烧温度，K，以输入炉膛的有效热量作为火焰的绝热燃烧焓；M为与炉膛结构有关，代表火焰中心位置的常量；al炉膛黑度，是一个表示火焰有效辐射的假想黑度；qF为水冷壁受热面的单位热负荷，KJ/m2；F1为炉膛壁面面积，m2；χ为水冷壁的角系数，对于大容量炉膛膜式水冷壁，χ＝1。
步骤3，计算经济吹灰频率和水冷壁的最佳吹灰时间：
依据式：
Figure FSA0000256634920000033
Figure FSA0000256634920000034
Figure FSA0000256634920000035
其中，QFll为炉膛理论幅射吸热量，kJ；QFsj为实际吸热量，kJ；qFll为炉膛辐射受热面理论热负荷，kJ/m2；H1炉膛辐射受热面面积，m2；
在煤质成份稳定及工况相同的情况下，ζpj为炉膛出口平均烟温
Figure FSA0000256634920000036
的函数，而
Figure FSA0000256634920000037
为时间的函数；
在t＝τ0至t＝τ0+Δτ时间段，吹灰器不吹灰时，炉膛实际辐射吸热量为：
Figure FSA0000256634920000038
在t＝τ0至t＝τ0+Δτ时间段进行n次吹灰时，炉膛实际辐射吸热量为：
Figure FSA0000256634920000039
全部吹灰器n次吹灰支出为Qchzc＝nτ1mz(Ich-I0)，
n次吹灰收益：
Figure FSA0000256634920000041
对Qsy求最大值时，并令Qsy′＝0，可求出最佳吹灰次数n，根据
Figure FSA0000256634920000042
求出水冷壁的最佳吹灰时间。
τ1为每个吹灰器一次动作所需时间(min)，m为该过程所消耗的蒸汽流量(kg/min)，z为炉膛吹灰枪数量；Ich为吹灰蒸汽的汽源焓值，kj/kg；I0为凝汽器入口焓值，kj/kg；
步骤4，限定条件计算与设定：
依据α＝α″1-Δα1-Δαzf，
Figure FSA0000256634920000043
计算一定时间段炉膛过量空气系数变化率；依据
Figure FSA0000256634920000044
计算一定时间段锅炉负荷变化率；
其中，一定时间段可设定为3分钟、5分钟、10分钟或15分钟，α为炉膛过量空气系数，α″1为炉膛出口过量空气系数，Δα1为炉膛漏风系数，Δαzf为制粉系统漏风系数；N为锅炉运行负荷，MW；ΔN为锅炉运行负荷变化量，MW；ε0、μ0针对不同煤质通过大数据寻优或试验确定，做为限定条件，输入吹灰器运行优化与监测系统模块中。
4.根据权利要求1所述的燃煤电站锅炉吹灰器运行优化与状态监测系统和方法，其特征在于，
吹灰器运行状态监测模块包括：
利用声波测量及传感装置测量流过吹灰器蒸汽阀门后的蒸汽声强级，监测吹灰器的运行状态的：
吹灰器运行状态信号为运行，且当t≤t0，同时L≥L1时，判定正常吹灰；
吹灰器运行状态信号为否，且当t≥t0，同时L≤L0时，判定吹灰器无吹灰；吹灰器运行状态信号为否，且当t≥t0，同时L0≤L≤L1时，判定吹灰器蒸汽阀门漏气；
吹灰器运行状态信号为运行，且当t≥t0，同时L≥L1时，判定吹灰器卡涩；吹灰器运行状态信号为运行，且当t≥t0，同时L≤L0时，判定吹灰器堵塞；
其中，L为吹灰器蒸汽阀门后的蒸汽声强级，单位dB；L1为蒸汽吹灰时低限声强级，单位dB；L0为吹灰器蒸汽阀门关闭后无蒸汽流动时声强级高限值，单位dB；
利用蒸汽压力测量及变送装置测量流过吹灰器蒸汽阀门后的蒸汽压力，监测吹灰器的运行状态的：
吹灰器运行状态信号为运行，且当t≤t0，同时p≥p1时，判定正常吹灰；
吹灰器运行状态信号为否，且当t≥t0，同时p≤p0时，判定吹灰器无吹灰；吹灰器运行状态信号为否，且当t≥t0，同时p0≤p≤p1时，判定吹灰器蒸汽阀门漏气；
吹灰器运行状态信号为运行，且当t≥t0，同时p≥p1时，判定吹灰器卡涩；吹灰器运行状态信号为运行，且当t≥t0，同时p≤p0时，判定吹灰器堵塞；
其中，p为流过吹灰器蒸汽阀门后的蒸汽压力，单位MPa；p1为蒸汽吹灰时低限压力，单位MPa；p0为吹灰器蒸汽阀门关闭后无蒸汽流动时高限值，单位MPa；
利用蒸汽温度测量装置测量流过吹灰器蒸汽阀门后的蒸汽温度，监测吹灰器的运行状态的：
吹灰器运行状态信号为运行，且当t≤t0，同时T≥T1时，判定正常吹灰；
吹灰器运行状态信号为否，且当t≥t0，同时T≤T0时，判定吹灰器无吹灰；吹灰器运行状态信号为否，且当t≥t0，同时T0≤T≤T1时，判定吹灰器蒸汽阀门漏气；
吹灰器运行状态信号为运行，且当t≥t0，同时T≥T1时，判定吹灰器卡涩；吹灰器运行状态信号为运行，且当t≥t0，同时T≤T0时，判定吹灰器堵塞；
其中，T为流过吹灰器蒸汽阀门后的蒸汽温度，单位K；T1为蒸汽吹灰时低限压力，单位K；T0为吹灰器蒸汽阀门关闭后无蒸汽流动时高限值，单位K；
上述t0为每个吹灰器一次动作所需时间高限值，单位分钟(min)，根据吹灰器的长吹、短吹、半长吹吹灰时段的运行速度及吹灰器行程确定。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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