一种电站锅炉炉膛结渣多区段实时监测方法技术

本发明专利技术公开了一种电站锅炉炉膛结渣多区段实时监测方法，通过在炉膛中增加热流计测点并采集锅炉实时运行参数、入炉煤质数据和锅炉炉膛结构及设计参数，按照建立好的结渣多区段计算步骤，推算出炉膛多个区段的实时结渣情况，为运行人员进行分区段吹灰提供参考。

Real time monitoring method for multiple sections of Slagging in boiler hearth of utility boiler

The invention discloses a boiler furnace slagging monitoring method of multi section, through the increase in the furnace heat flow meter measurement and real-time operating parameters, collecting data and coal into the furnace boiler boiler structure and design parameters, the calculation steps in accordance with the establishment of good slagging multi section, slagging hearth, real-time calculation of multi a section of the staff for the operation of section blowing reference.

【技术实现步骤摘要】
一种电站锅炉炉膛结渣多区段实时监测方法
本专利技术涉及一种电站锅炉炉膛结渣多区段实时监测方法，特别是一种通过系统增加的测点以及锅炉已有的运行测点进行数据采集，根据进行事先建立好的计算步骤进行结渣污染计算，从而获得炉膛内实时结渣情况的监测方法。
技术介绍
电站锅炉以煤炭等化石燃料作为能量来源的运行方式决定了其在运行过程中不可避免地会产生灰污染，而作为锅炉主要燃烧空间的炉膛，由于其内部火焰温度极高，通常超过了煤灰的灰熔点，导致了熔融状态的飞灰极易粘附在温度较低的水冷壁上形成极难去除的渣层，影响锅炉的传热性能，严重时可能会造成水冷壁温度过高，引起爆管停炉等严重事故。由于炉膛内的温度极高且存在烟气中的飞灰冲刷等问题，故不能采用直接测量的方式进行监测，因而现阶段对于炉膛的结渣实时监测一直停留在研究阶段。通常电站锅炉通常采用定时定量的吹灰方式进行炉膛结渣的清除工作，但是缺乏直观的监测数据的问题会导致吹灰结渣吹灰不及时而传热效率下降，或者吹灰过于频繁而蒸汽浪费太多。现有的文献中有提出通过声学或激光测温的方式间接监测炉膛内部的结渣情况，但是由于监测仪器的造价昂贵不易维护因此应用较少。目前较多采用的都是软测量方法，此类方法通过采集炉膛实时运行数据，根据建立好的计算模型推算结渣情况，但是由于锅炉运行情况多变，炉膛内传热机理复杂，因此软测量监测方法的准确性有待更多的实践验证。除此之外，由于锅炉容量的增加、炉膛空间的变大以及吹灰器的多点排布，传统炉膛结渣整体监测由于只能反应炉膛整体结渣情况而不能体现不同区段的结渣情况，已经无法满足电厂对锅炉炉膛进行分区段吹灰的需求，应用前景受到了限制。所以，开发出一种能够对炉膛进行多区段监测且结果较为准确的方法，显得极具意义。
技术实现思路
专利技术目的：针对现有技术存在的不足，本专利技术提供一种电站锅炉炉膛多区段实时监测方法，通过在炉膛水冷壁上多个区段布置热流计测量炉膛局部热流密度，并采集实时运行参数、入炉煤质数据和锅炉炉膛结构及设计参数，然后根据采集的数据计算出炉膛多区段的实时结渣程度。本监测方法实现了仪器测量和理论计算的有利结合，能够为运行人员进行炉膛分区段吹灰操作提供炉内多区段实时结渣情况的直观数据参考。技术方案：为了实现上述目的，本专利技术以每个区段的水冷壁热有效系数作为反映炉膛结渣程度结渣监测指标，其越大表明水冷壁吸收辐射能力越强结渣较少，其越小表明水冷壁吸收辐射能力越差结渣较严重，方法主要包括以下步骤：步骤1：将炉膛按照燃烧性质的区别分成三大区域主燃烧区A、燃尽区B和换热区C三大区域，其中主燃烧区A按照燃烧器层数分成a段，燃尽区B按照燃尽风层数分成b段，换热区C按照此区域的吹灰器层数分成c段，如附图2，此处a指燃烧器层数、b指燃尽风层数、c指换热区吹灰器的层数。步骤2：通过在炉膛中布置热流计测点并采集锅炉实时运行参数、入炉煤质数据和锅炉炉膛结构及设计参数。步骤3：计算燃料理论燃烧温度Tth、炉膛整体火焰综合黑度εsyn、炉膛整体水冷壁热有效系数ψf和炉膛整体黑度为炉膛分区段辐射传热计算作准备。步骤4：根据主燃烧区A布置的热流计测点及结渣计算方法，计算主燃烧区域A的a个区段结渣程度ψA1～ψAa。步骤5：根据燃尽区B布置的热流计测点及结渣计算方法，计算燃尽区域B的b个区段结渣程度ψB1～ψBb。步骤6：根据换热区C布置的热流计测点及结渣计算方法，计算换热区域C的c个区段结渣程度ψC1～ψCc。步骤7：输出计算出的各区段实时水冷壁热有效系数，即反映结渣程度的参数：ψA1～ψAa，ψB1～ψBb，ψC1～ψCc按时间分布做成曲线图，作为各区段直观的结渣监测数据呈现给运行人员。所述步骤2中的锅炉实时运行参数包括本方法另加的测点和电站锅炉本身布置的测点，另加的测点主要是在炉膛多个区段上布置的热流计，用于测量不同区段的局部热流密度，见附图2，锅炉本身布置的测点主要有锅炉燃煤量、炉膛出口氧量、一次风占总风量比例、二次风占总风量比例、一次风进出口风温、二次风进出口风温、炉膛出口烟气温度等，可通过电厂DCS系统采集实时数据；入炉煤质数据通过煤质分析获得，主要包括煤的元素分析、工业分析和热值分析等，如所烧煤样为掺混煤则还需要不同煤样的配比；炉膛结构及设计参数可以通过锅炉使用和设计说明书获得，需要炉膛整体传热面积、不同区段的传热面积、有效容积、计算高度、上下排燃烧器布置高度差、燃烧器平均布置高度、出口烟窗面积、炉膛漏风系数、制粉系统的漏风系数。所述步骤3中计算燃料理论燃烧温度Tth、炉膛整体火焰综合黑度εsyn、炉膛整体水冷壁热有效系数ψf和炉膛整体黑度的方法如下(涉及的烟气和空气焓温表通过煤质燃料计算获得，此为热力计算常识，不再赘述)：(1)计算燃料理论燃烧温度Tth：a.随单位质量燃料进入炉内空气热量此处的焓值均根据温度按照空气焓温表查取；b.单位质量燃料带入炉内有效热量炉内有效热量即为理论燃烧温度Tth对应焓值，在获得后通过烟气焓温表利用插值法查取Tth。(2)计算炉膛火焰综合黑度εsyn：a.炉膛实际火焰黑度b.炉膛火焰综合黑度(3)计算炉膛整体水冷壁热有效系数ψf和炉膛整体黑度a.炉膛整体水冷壁热有效系数式中为求解方便所设参数，无实际意义；b.炉膛整体黑度其中，为理论的冷空气焓，即空预器进口一次风和二次风混合温度对应的焓值，kJ/kg；为理论的热空气焓，即空预器出口一次风和二次风混合温度对应的焓值，kJ/kg；Qk为随单位质量燃料带入炉内的空气(含漏风)的热量，kJ/kg；Qr为单位质量燃料带入炉内的热量，通常等于燃料收到基低位发热量，kJ/kg；q3为化学未完全燃烧热损失，％；q4为机械未完全燃烧热损失，％；q6为其他热损失，％；αf"为炉膛出口过量空气系数；Δαf为炉膛漏风系数；Δαpcs为制粉系统的漏风系数；为单位质量燃料带入炉内的有效热，kJ/kg；Tth为理论燃烧温度，K；ka为辐射吸收减弱系数，m-1(煤质燃料计算获得，此为热力计算常识，不再赘述)；εf为炉膛实际火焰黑度；εsyn为考虑了火焰辐射强度因介质吸收而减弱的火焰综合黑度；S为炉内辐射层有效厚度，m；R为与炉膛截面等面积圆形的半径，m；为炉膛整体黑度；Tf″为炉膛整体出口烟温，K；ψf为炉膛整体水冷壁热有效系数；xm为炉膛火焰最高温度位置的相对高度，近似取等于燃烧器布置的相对高度；σ0为玻尔兹曼常数，通常取5.67×10-11kW/(m2·K4)；Bj为计算燃烧量，kg/s；为保热系数；Hf为水冷壁的吸热表面积，m2；为炉内烟气在理论燃烧温度至炉膛出口温度区间内的平均热容，kJ/(kg·K)。所述步骤4中计算主燃烧区域A的a个区段结渣程度的方法如下：(1)计算主燃区第1层燃烧器(第A区第1段)的水冷壁热有效系数ψA1：a.假设主燃区第1区段的出口烟气温度TA1″，根据此段的热平衡方程计算水冷壁热有效系数ψA1；b.根据此段布置热流计测量获得的局部热流密度qA1，根据校核式校核假设的A区第1段的出口烟气温度TA1″，若符合校核式则输出ψA1；若不符合校核式则重新假设TA1″，重新校核直到符合为止。(2)计算主燃区第i层燃烧器(第A区第i段，1<i≤a)的水冷壁热有效系数ψAi：a.假设主燃区第i区段的出口烟气温度TAi″本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电站锅炉炉膛结渣多区段实时监测方法，其特征在于：包括步骤：步骤1：将炉膛按照燃烧性质的区别分成三大区域主燃烧区A、燃尽区B和换热区C三大区域，其中主燃烧区A按照燃烧器层数分成a个区段，燃尽区B按照燃尽风层数分成b个区段，换热区C按照此区域的吹灰器层数分成c个区段，此处a指燃烧器层数、b指燃尽风层数、c指换热区吹灰器的层数；步骤2：采集锅炉实时运行参数、入炉煤质数据和锅炉炉膛结构及设计参数；在所述三大区域的各区段布置热流计测点，所述热流计测点测量其所在区段的局部热流密度；步骤3：计算燃料理论燃烧温度T

【技术特征摘要】
1.一种电站锅炉炉膛结渣多区段实时监测方法，其特征在于：包括步骤：步骤1：将炉膛按照燃烧性质的区别分成三大区域主燃烧区A、燃尽区B和换热区C三大区域，其中主燃烧区A按照燃烧器层数分成a个区段，燃尽区B按照燃尽风层数分成b个区段，换热区C按照此区域的吹灰器层数分成c个区段，此处a指燃烧器层数、b指燃尽风层数、c指换热区吹灰器的层数；步骤2：采集锅炉实时运行参数、入炉煤质数据和锅炉炉膛结构及设计参数；在所述三大区域的各区段布置热流计测点，所述热流计测点测量其所在区段的局部热流密度；步骤3：计算燃料理论燃烧温度Tth、炉膛整体火焰综合黑度εsyn、炉膛整体水冷壁热有效系数ψf和炉膛整体黑度步骤4：根据步骤2采集的数据及步骤3计算得到的数据计算电站锅炉炉膛中三大区域各区段的实时结渣程度；反映结渣程度的参数为各区段的水冷壁热有效系数；步骤5：将步骤4计算出的三大区域各区段结渣程度按时间分布做成曲线图，作为各区段直观的结渣监测数据。2.根据权利要求1中所述的一种电站锅炉炉膛结渣多区段实时监测方法，其特征在于：所述步骤2中的锅炉实时运行参数包括热流计测点和电站锅炉本身布置的测点，锅炉本身布置的测点测量的数据包括锅炉燃煤量、炉膛出口氧量、一次风占总风量比例、二次风占总风量比例、一次风进出口风温、二次风进出口风温、炉膛出口烟气温度，通过电厂DCS系统采集实时数据；入炉煤质数据通过煤质分析获得，包括煤的元素分析、工业分析和热值分析；炉膛结构及设计参数通过锅炉使用和设计说明书获得，包括炉膛整体传热面积、不同区段的传热面积、有效容积、计算高度、上下排燃烧器布置高度差、燃烧器平均布置高度、出口烟窗面积、炉膛漏风系数、制粉系统的漏风系数。3.根据权利要求1中所述的一种电站锅炉炉膛结渣多区段实时监测方法，其特征在于：所述步骤3中计算燃料理论燃烧温度Tth、炉膛整体火焰综合黑度εsyn、炉膛整体水冷壁热有效系数ψf和炉膛整体黑度的方法如下：(1)计算燃料理论燃烧温度Tth：a.随单位质量燃料进入炉内空气热量此处的焓值均根据温度按照空气焓温表查取；b.单位质量燃料带入炉内有效热量炉内有效热量即为理论燃烧温度Tth对应焓值，在获得后通过烟气焓温表利用插值法查取Tth；(2)计算炉膛火焰综合黑度εsyn：a.炉膛实际火焰黑度b.炉膛火焰综合黑度(3)计算炉膛整体水冷壁热有效系数ψf和炉膛整体黑度a.炉膛整体水冷壁热有效系数式中为求解方便所设参数，无实际意义；b.炉膛整体黑度其中，为理论的冷空气焓，即空预器进口一次风和二次风混合温度对应的焓值，kJ/kg；为理论的热空气焓，即空预器出口一次风和二次风混合温度对应的焓值，kJ/kg；Qk为随单位质量燃料带入炉内的空气的热量，kJ/kg；Qr为单位质量燃料带入炉内的热量，kJ/kg；q3为化学未完全燃烧热损失，％；q4为机械未完全燃烧热损失，％；q6为其他热损失，％；αf"为炉膛出口过量空气系数；Δαf为炉膛漏风系数；Δαpcs为制粉系统的漏风系数；为单位质量燃料带入炉内的有效热，kJ/kg；Tth为理论燃烧温度，K；ka为辐射吸收减弱系数，m-1；εf为炉膛实际火焰黑度；εsyn为考虑了火焰辐射强度因介质吸收而减弱的火焰综合黑度；S为炉内辐射层有效厚度，m；R为与炉膛截面等面积圆形的半径，m；为炉膛整体黑度；Tf″为炉膛整体出口烟温，K；ψf为炉膛整体水冷壁热有效系数；xm为炉膛火焰最高温度位置的相对高度；σ0为玻尔兹曼常数；Bj为计算燃烧量，kg/s；为保热系数；Hf为水冷壁的吸热表面积，m2；为炉内烟气在理论燃烧温度至炉膛出口温度区间内的平均热容，kJ/(kg·K)。4.根据权利要求1中所述的一种电站锅炉炉膛结渣多区段实时监测方法，其特征在于：所述步骤4中计算主燃烧区域A的a个区段结渣程度的方法如下：(1)计算主燃区第1层燃烧器的水冷壁热有效系数ψA1：a.假设主燃区第1区段的出口烟气温度TA1″，根据此段的热平衡方程计算水冷壁热有效系数ψA1；b.根据此段布置热流计测量获得的局部热流密度qA1，根据校核式校核假设的A区第1段的出口烟气温度TA1″...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄亚继，徐力刚，王健，杨钊，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32