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1、电站锅炉智能吹灰优化系统 (ISB System for PC Boiler)*1主要内容n锅炉受热面积灰及项目意义；n积灰特性；n受热面污染监测方法；n污染监测原理；n监测模型验证试验；n典型“锅炉智能吹灰系统”简介。Date2一、锅炉受热面吹灰及项目意义n美国电力科学研究院（EPRI）对全美境内 91 台电站锅炉灰污状况进行调查，统计数 据表明37%的机组锅炉频繁发生严重灰污， 40%的锅炉不时会出现灰污问题。n受热面结渣和积灰，不仅会降低炉内受热 面的传热能力，还会引起与加剧锅炉腐蚀， 降低受热面使用寿命从而就降低了锅炉的可 靠性和可用率。 Date3国内不乐观？！n掺烧或改烧品位较低灰
2、分高且灰熔 点低n问题： 受热面积灰结渣程度的加剧 。n通过锅炉的结构改造和运行调整不 能完全解决受热面的结渣积灰问题， 吹灰是清除灰污和维持锅炉受热面清 洁的一种极为有效的手段，它能提高 机组可用率，保证锅炉经济、安全运 行。 Date4如何吹灰？有保障吗？吹灰器的问题：吹灰原理、结构不合理，在使用中被烧坏、 卡住，使吹灰器无法使用或效果很差。 吹灰的方式不合理：定时吹灰，不论积灰状况，到时间就吹 灰；根据排烟温度的高低进行吹灰，排烟温度高就吹灰。 不了解积灰的部位和程度，不考虑积灰是否严重、是否应该 吹灰、什么部位吹灰，锅炉受热面全部进行吹灰。既费蒸汽 ，锅炉效率下降，又产生严重磨损。Da
3、te5n手段：蒸汽吹灰、激波吹灰、声波除灰等，以蒸汽吹灰为主。n吹灰和积灰是两个截然相反的过程，后者增加受热面的热阻，降低能量的利用率；而前者通过消耗少量的能量，减小热阻，最终达到提高能量利用的目的。由于吹灰在增加传热系数、提高热流率的同时，需要消耗一定的能量，并对受热面造成磨损，因此，吹灰并不总是有益，吹灰器不恰当的运作不仅无助于提高机组的经济性，反而可能影响机组的安全运行（磨损爆管），存在一个最佳吹灰策略的问题。怎么办 ？！吹灰并不总是有益 ,存在最佳吹灰策略Date6需要 “污染面积灰可视化和智能吹灰指导”1.监测受热面的污染状况，对各受热面的 污染量化，并实现可视化；2.在量化的基础上
4、，改变原吹灰模式，按 需吹灰；3.提高锅炉整体性能；4.减小受热面的磨损。Date7二、积灰特性：灰污如何形成的？n煤产生的不可燃固体残余物 称为灰渣。n煤粉炉冷灰斗排出的固态燃 烧残余物称为渣，烟气带出的 固态燃烧残余物称为灰。n灰分含量的高低决定了灰渣 生成量的大小。n煤在燃烧过程中所有可燃物 完全燃烧，煤中的矿物质发生 一系列分解、化合等复杂反应 后所剩余的残渣。600MW锅炉即使所用煤的 灰分仅为15%，有700t/d 的煤灰产生。Date8积灰特性n受热面积灰和结渣主要是由燃煤中矿物质在燃 烧过程中发生选择性沉积所造成的。Date9积灰类型 灰污如何形成的？n1、炉膛辐射受热面结渣；
5、n2、对流受热面积灰 ；Date10n煤燃烧过程中，部分灰渣形成熔化 或半熔化的颗粒，在凝固前由烟气携 带碰撞在炉墙、水冷壁或者高温段过 热器上，并粘附于其表面，经冷却凝 固而形成焦块。结渣而形成的焦块形 态主要是粘稠或熔融的沉淀物，并主 要出现在锅炉辐射受热面上，降低炉 内受热面的传热能力。炉膛辐射受热面结渣Date11对流受热面积灰n烟气夹带部分固态灰渣经过热器、再热器、省 煤器和空气预热器等受热面。n高温积灰：部分灰渣在高温下挥发成气态，然 后在水冷壁、过热器和再热器管子表面上发生凝结 ，并与飞灰相结合一起沉积在管子表面上，形成高 温粘结性积灰。多发生在屏式过热器、对流过热器 、再热器等
6、对流受热面上。n积灰的程度与煤种有很大的关系，Fe基、Na基 n由内外两层组成：内层呈液相形态，在受热面 管子和外层飞灰之间起着一种粘结剂的作用，形成 块状沉积物，发生二次物理、化学过程，积灰层的 强度。形成盐分 Date12对流受热面积灰n低温积灰: 粒径较大的飞灰颗粒沉积,降低传热能力并 可能引起堵塞，主要出现在温度可能低于烟气中酸露点 的管壁表面上（如省煤器和空气预热器受热面），由酸 液与飞灰凝聚而成，因此低温积灰与冷却表面上发生的 酸或水蒸气的凝结有关。n由三类物质构成：第一类物质为由于酸腐蚀而产生的 反应产物，其数量取决于产生酸腐蚀的量、反应温度以 及受热面金属的类型；第二类物质为随
7、烟气碰撞受热面 管子并沉积下来的大部分飞灰；第三类物质为酸与飞灰 中的铁、钠、钙等元素发生反应形成的盐类。 Date13Date14灰污的危害？ 传热方面主要热阻在烟气侧，特别是积灰附加热阻，如得不到及时清除，显著地影响传热 。 预测： 3mm疏松灰或10mm熔融渣时，炉膛传热量下降40%，炉膛出口烟温升高近300。 实测：炉膛积灰厚度由1mm增至2mm时，传热量减少28% 。Date15灰污的危害？受热面的腐蚀 n煤中S/Cl/碱金属较多，严重的灰污和高温 腐蚀。n碱金属化合物，在高温条件下发生升华， 冷凝在温度较低的受热面管壁上，形成复杂 的低熔点复合物，常以液相状态存在，称为 熔池。熔池
8、中的碱金属硫酸盐会与管壁金属 发生强烈的腐蚀反应，形成所谓硫酸盐高温 腐蚀。n高温腐蚀可导致管壁金属迅速减薄降低受 热面管子的使用寿命。Date16灰污的危害？ 诱发事故，设备损坏n大渣块突然掉落，损坏设备；n渣块掉落在冷灰斗上，还会使水冷壁产 生振动，引发更多的落渣；n炽热渣块落入渣池，蒸发大量水蒸气， 会导致炉内压力的大幅度波动；n压力波动超过一定限制时，会引发燃烧 保护系统误动，切断燃料投放，导致锅炉 灭火或停炉；nDate17三、受热面积灰监测方法n 1、热流计：在炉膛水冷壁、过热 器、再热器、省煤器等“四管”等结 渣积灰部位安装，包括清洁热流计、 灰污热流计，通过两信号的差异判断 水
9、冷壁的污染程度。（主要用于炉膛 的监测）Date18Date19Date20Date21Date22Date23n每个一段时间（20min2hr）对洁净传感器维 护，n割管段，加装传感器，n建立数学模型：Date24运用热平衡原理，建立基于在线监测数据的热力 计算模型；采用在线热工参数的模糊表述和预处理 ，考虑煤质和负荷变化的影响。 在锅炉整体热平衡的基础上，从省煤器出口开始，逆烟气流向根据各 段受热面特点进行热平衡和传热计算。 根据受热面出口烟温，工质侧进出口温度等参数的基础上，分别由烟 气侧和工质侧的热平衡方程，计算该受热面的入口烟温。 根据热平衡方程得到该工况下受热面的实际传热系数，继而
10、求出该受 热面污染度。当污染达到一定程度时，给出吹灰建议。 增加部分测点2、热平衡法Date25四、污染监测原理n1、受热面污染监测原理1工质烟气受热面积 灰层金属管 壁工质?烟气Date26n理想K根据锅炉的运行参数和结构 参数计算，实际K根据实际的换热量 计算。n工质侧、烟气侧同时计算n烟气量：反平衡锅炉效率煤量， 正平衡煤的参数烟气参数Date27n从省煤器出口倒推得到炉膛出口烟 温，可求得炉膛平均热有效系数n炉膛水冷壁吸收的热量主要是来自 炉内火焰的辐射热，对流热只占大约 5%左右，可以忽略不计。水冷壁的 污染系数定义： n受热面污染监测原理2Date28受热面污染监测原理3n利用受热
11、面烟气流动阻力（进出口 烟气压差）的变化来反映锅炉运行中 对流受热面的积灰严重程度 ：受热面 沾污、积灰，出口烟温提高，且烟气 流通截面变窄，烟速增加，受热面管 壁粗糙度增加，引起烟气流动阻力增 大。 Date29n烟气流量不变积灰增多烟道截面 变窄烟速增加受热面压降会变大.n灰污程度加重，通用阻力系数会变 大，烟道截面积会变小，灰污程度指 标变大.Date30受热面污染监测原理4n仿真模拟方法；n受热面污染因子统计数值 ；n模糊决策算法；nBP神经网络算法；Date31通过计算工具n模型保障：通过先 进的计算工具实现nFLUENT：流场的模 拟nMATLAB：BP神经 网络模型的实现Date
12、32炉膛中心截面温度场Date33燃烧器喷口的颗粒轨迹 Date34受热面BP网络积灰模型Date35BP参数选取：参考传热系数（实际、理想）所需量n输入参数的确定：11个参数组成输入向 量n工质侧：进口温度、出口温度、流量。n烟气侧：计算燃料量、一次风量、二次 风量、量、灰份含量、烟气出口温度，烟 气进口温度。n机组负荷n隐层：18个隐节点。n输出参数：污染因子。Date36训练样本的获取：基于试验数据n详细吹灰记录：吹灰开始时间和结束时 间；n污染因子的上限试验；n污染因子的下限试验；n线性插值样本拟合：通过试验上下限， 积灰速度统计值等参数，线性插值确定两 次吹灰间隔时间内的污染增长趋势
13、、吹灰 动作过程内的污染降低趋势。n不同稳定负荷下的积灰统计。Date37五、监测模型验证试验n锅炉是一个复杂的非线形系统，各 受热面换热状况之间关联密切、相互 藕合，各锅炉运行状况差异较大，即 使是相同型号的锅炉，表现的积灰特 性差异也较大。对于模型辨识，需要 大量的现场实践工作。Date38试验类型1、各受热面积灰模型辨识：屏 式过热器，二级过热器，高温再 热器，一级过热器，省煤器，空 气过热器； 2、积灰特性试验：各受热面的 积灰增长特性； 3、洁净因子上下限试验。Date39受热面积灰模型辨识省煤器Date40高再Date41高过Date42屏再Date43屏过Date44积灰特性试验
14、，上下限试验Date45试验周期及要求n前后1个月；n试验期间负荷稳定；n完整的吹灰记录。n模型更准；n策略更符合实际运行规律；Date46六、“锅炉智能吹灰优化系统”简介n电站锅炉智能吹灰优化系统，实现了水 冷壁、过热器、再热器、省煤器“四管”和 省煤器后尾部烟道空气预热器对流受热面污 染状态的在线监测 ，实现锅炉智能吹灰指 导。n原理：锅炉整体及局部能量守恒定律、 传热学和流体力学原理为基础，建立锅炉整 体及局部软测量模型、统计回归、模糊逻辑 数学及人工神经网络等模型，实现受热面污 染程度的量化计算。 n表现方法：IE浏览，实现可视化和实时管 理，与SIS接轨。Date47功能1：提供锅炉
15、“四管”污染的实时 监测，实现污染程度的“可视化” n1、炉膛、屏式过热器、屏式再热器、末 级再热器、末级过热器、低温过热器、省 煤器及空气预热器A和空气预热器B n计算洁净因子：锅炉结构参数的数值化 处理模块、实时数据预处理模块、受热面 热平衡和传热特性计算模块、用于消除负 荷变化和参数扰动的模糊神经网络算法等 模块n可视化处理Date48功能2：提示锅炉主要性能参数， 实现多目标燃烧调整优化n该系统通过锅炉各项热损失算法模 块及烟气温度监测模块的分析平台的 计算，实现了锅炉各受热面烟气温度 分布、各项热损失、燃烧工况等性能 的在线监测，运行人员可以此作为依 据，直观地了解锅炉的运行状况，指
16、 导运行人员进行优化调整。Date49功能3：提出吹灰优化指导策略， 实现“按需吹灰” n现场试验理论计算，提供吹灰判据、基准值 ，提供锅炉吹灰优化的策略。n通过试验（敏感性、空预器积灰、积灰增长特 性），建立吹灰时间吹灰强度与洁净因子之间关系 数据库、受热面积灰特性数据库、吹灰模式分析数 据库。n通过洁净因子实时统计分析模块、锅炉负荷变 化率分析和运行状态分析模块、受热面积灰特性分 析模块和模糊算法等模块，确定积灰污染临界数值 ，以此作为判据来确定受热面的吹灰。n了解锅炉各受热面的积灰污染程度，确定各受 热面的吹灰需要，无需盲人摸象式的吹灰模式Date50功能4：提高煤种在线自动调整功能， 实现煤质变化时的动态吹灰优化n该系统能够针对实际运行中入炉煤质的变 化，建立具有在线调整煤种功能模块，保证 煤种变化时计算结果的准确性，能适应不同 煤种的需要，根据不同的煤种设置，通过积 灰特性数据库和洁净因子统计模块对污染临 界数值作出调整，煤种变化对计算结果的影 响得到有效的控制。Dat
