【技术实现步骤摘要】
电站锅炉受热面灰污智能监测监视和清灰方法及闭环控制系统
[0001]本专利技术涉及电站锅炉燃烧及信息控制领域，具体是一种电站锅炉受热面灰污智能监测监视和清灰方法及闭环控制系统。
技术介绍
[0002]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，同时带来锅炉受热面高温及低温腐蚀，加大锅炉受热面爆管几率，降低锅炉使用寿命，影响锅炉安全运行。为此，电站锅炉均配备较多的清灰器，如蒸汽清灰器、声波清灰器、激波清灰器等，由运行人员根据运行经验定时清灰，或按照班次进行清灰，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，陆续出现了智能清灰在电站锅炉上的应用，即根据锅炉不同受热面的灰污情况优化计算，有针对性的清灰，对污染重的受热面加强清灰，污染轻的受热面减少清灰或不进行清灰，但目前的智能清灰专利技术，一是对锅炉水冷壁及其局部监测监视和污染判断比较缺乏，锅炉受热面污染监测模型也不尽合理，二是清灰方法对锅炉安全、效益整体兼顾不周，闭环控制系统不尽合理，个别所谓的智能清灰闭...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种电站锅炉受热面灰污智能监测监视和清灰方法，其特征在于包括：提供在炉膛水冷壁上设置内壁温度测量装置或壁温测点付、设置炉膛内窥监测装置的方法，提供基于水冷壁温度监测及内壁污染监视的局部区域污染因子，提供单侧水冷壁平均污染因子及炉膛水冷壁整体平均污染因子的计算和污染判断方法，对水冷壁整体、单侧及局部污染状态进行监测监视；根据锅炉受热面布置位置和传热状态，把不同受热面分为对流受热面、半辐射半对流受热面、全辐射受热面，并把其中的同类不同种受热面、同种不同侧受热面，根据实际换热和污染状况及需要分别或作为一个整体进行污染因子计算和建模，从而提供锅炉受热面基于精准分类、分合和需要的污染监测方法；提供清灰经济模型、清灰安全模型、清灰综合评价模型和闭环控制模型的建立方法及提供监测监视监控画面及其主要信息和控制方法，构成锅炉受热面、炉膛水冷壁整体、单侧和局部区域优化清灰综合判定及监测监视监控方法；在墙式清灰器或短清灰器所在区域的水冷壁管之间的水冷壁鳍片上设置多套内壁温度测量装置及多部炉膛内窥监测装置，并建立炉膛水冷壁整体平均污染因子、局部区域污染因子和单侧水冷壁平均污染因子模型，进行污染状态监测监视；每套内壁温度测量装置通过固定件或直接焊接在水冷壁鳍片上，或通过固定螺母、垫片固定在支架上，支架固定在水冷壁鳍片上，内壁温度测量装置热端通过水冷壁鳍片上的开孔伸入鳍片内壁，与内壁平齐或稍稍伸出水冷壁鳍片内壁并固定在鳍片内壁上，布置在墙式清灰器或短清灰器之间，多套内壁温度测量装置在四面水冷壁上分别呈网格状布置，数量根据墙式清灰器或短清灰器数量及水冷壁面积确定，内壁温度测量装置采用耐磨耐高温材料制作，能够测量温度范围在0℃～1300℃或0℃～1600℃，内壁温度测量装置可采用耐高温耐磨K分度热电偶、铂铑40
‑
铂热电偶或高温温度计；每部炉膛内窥监测装置分别布置在靠近炉膛角处的内窥装置支架上，内窥装置支架固定在水冷壁鳍片上，具有伸缩导轨能够确保内窥装置镜头伸进和退出炉膛水冷壁，并确保炉膛内窥监测装置与水冷壁始终呈一定夹角布置，内窥装置镜头朝向邻近的水冷壁内侧，且带有冷却和自洁功能，内窥装置镜头具有广域全景监视功能和耐磨耐高温性能，炉膛内窥监测装置用于监视邻近的水冷壁内侧的积灰结渣情况，其数量根据墙式清灰器或短清灰器所在区域的水冷壁面积大小确定：当炉膛宽度较大时，同一层水平面内布置8部，呈轴对称布置，每侧水冷壁布置2部，每套炉膛内窥监测装置监测中心延长线与所监视的水冷壁交点到该套装置所在水冷壁距离占炉膛宽度L的1/4左右；当炉膛宽度较小时，同一层水平面内布置4部，呈中心对称布置，每侧水冷壁布置1部，对于四角切圆燃烧锅炉，炉膛内窥监测装置按照顺切圆方向布置，其每套装置监测中心延长线与所监视的水冷壁交点到该套装置所在水冷壁距离占炉膛宽度L的1/2左右；当墙式清灰器或短清灰器所在区域的水冷壁高度较大时，布置两层，高度较小时布置一层；炉膛内窥监测装置安装原则：一是有利于全境监视，二是有利于减少烟气烟灰对监视视线的影响；三是尽可能利用现有孔洞，减少水冷壁拉管；基于内壁温度测量装置实时测量数据，建立炉膛水冷壁局部区域污染因子，为：其中，
n为炉膛水冷壁不同的侧面，可分别用1、2、3、4代表炉膛水冷壁左、右、前、后四面，j为不同面上水冷壁局部区域或对应清灰器水冷壁区域，Q
Fsj
、Q
Fqj
分别为内壁温度测量装置对应水冷壁区域在实际状态下及在清洁状态下吸收的热量，T
rsj
、T
rqj
分别为内壁温度测量装置对应水冷壁区域在实际状态下及在清洁状态下的温度，σ0为玻尔兹曼常量，a
sj
、a
qj
分别为内壁温度测量装置对应水冷壁区域实际状态与清洁状态下的炉膛黑度，s为内壁温度测量装置对应水冷壁区域面积，C
F
无量纲，其值越大，代表对应水冷壁区域污染越严重，可把不同的水冷壁局部区域污染因子作为对应清灰器水冷壁区域的污染因子；也可在水冷壁管和水冷壁鳍片上设置壁温测点付监测水冷壁局部温度，并建立水冷壁局部区域污染因子模型，判定水冷壁局部污染状态；壁温测点付由壁温测点付支架、管壁温测点、鳍片壁温测点、固定螺母、垫片或螺纹付组成，管壁温测点和鳍片壁温测点通过固定螺母、垫片或直接通过螺纹付固定在壁温测点付支架上，壁温测点付支架固定在鳍片上，壁温测点付的数量，根据墙式清灰器或短清灰器所在区域水冷壁污染监测需要设定，呈网格状布置，对于膜式水冷壁，壁温测点付中管壁温测点与鳍片壁温测点之间距离L＝S1/2
±
3，其中S1为水冷壁管横向节距；基于壁温测点付中管壁温测点及鳍片壁温测点实时测得的温度，进行热流耦合，建立炉膛水冷壁局部区域污染因子，为：C
Fnj
＝1
‑
Q
fsj
/Q
fqj
，其中，Q
fsj
＝λ
sj
(T
2sj
‑
T
1sj
)，Q
fqj
＝λ
qj
(T
2qj
‑
T
1qj
)n为炉膛水冷壁不同的侧面，j为不同面上水冷壁局部区域或对应清灰器水冷壁区域，Q
fsj
、Q
fqj
分别为实时监测的热流和清洁状态下测得的热流量，λ
sj
、λ
qj
分别为水冷壁局部区域或对应清灰器水冷壁区域的实际热流系数和清洁状态下的热流系数，T
2sj T
2qj
分别为水冷壁局部区域或对应清灰器水冷壁区域壁温测点付中的鳍片壁温测点实际温度及在清洁状态下的温度，T
1sj
、T
1qj
为水冷壁局部区域或对应清灰器水冷壁区域壁温测点付的管壁温测点实际及清洁状态下的温度，C
f
无量纲；基于水冷壁局部区域或对应清灰器水冷壁局部区域的污染因子，获得单侧水冷壁平均污染因子，为：其中，C
Fnj
为炉膛水冷壁局部区域污染因子，m为所监测的炉膛水冷壁局部区域数，n为炉膛水冷壁不同的侧面，当n为1、2、3、4时，可分别代表炉膛水冷壁左、右、前、后四个侧面，j为不同侧面上水冷壁局部区域或对应清灰器水冷壁区域；炉膛水冷壁受热面整体平均污染监测模型，炉膛水冷壁整体平均污染因子，为：其中，x为水冷壁角系数，对于膜式水冷壁，x＝1；ζ为水冷壁沾污系数，T
a
为理论燃烧温度，为炉膛平均热有效系数，M为考虑炉内火焰最高温度相对位置的参数，代表火焰中心位置的
常量，σ0为玻尔兹曼常数，a
l
为炉膛黑度，是一个表示火焰有效辐射的假想黑度；F
lt
为炉膛面积，为炉膛保热系数，B
j
为锅炉计算燃料量，为燃烧产物的平均热容量，为炉膛出口烟温，从省煤器或其它受热面出入、口烟温倒推或直接监测得到；也可基于单侧水冷壁平均污染因子，计算水冷壁整体平均污染因子，为：其中，为单侧水冷壁平均污染因子，n为炉膛水冷壁不同的侧面，当炉膛水冷壁有4个侧面时，n为4，有6个或8个时，n为6或8；综合水冷壁局部区域污染因子数值、水冷壁整体平均污染因子，及单侧水冷壁平均污染因子，并与锅炉主要运行参数进行耦合，同时通过炉膛内窥监测装置对水冷壁墙式清灰器或短清灰器所在区域进行全境监视及局部污染判断和验证，形成炉膛水冷壁整体、单侧和对应清灰器局部区域污染监测监视和优化清灰方法；在清灰时，结合清灰试验中确定的水冷壁整体、单侧、局部区域的污染与清灰、积灰时间关系、设定清灰时限，并结合清灰经济模型、清灰安全模型和清灰综合评价综合判断水冷壁、单侧及局部是否清灰。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，依据锅炉受热面的布置位置及传热情况，将锅炉受热面进行分类，分别提供不同受热面污染因子计算方法，并对锅炉中同类不同种受热面、同种不同侧受热面，根据需要及在锅炉的布置和受热情况，分别或作为一个整体进行污染因子计算和建模：把以对流换热为主的受热面作为对流受热面，如塔式锅炉的一级再热器即低再、省煤器、锅炉的过渡区、蒸发受热面、空气预热器，及∏型锅炉的末级过热器即高过、末级再热器即高再、一级过热器即低过、一级再热器即低再、省煤器、锅炉的过渡区、蒸发受热面、空气预热器；把以辐射换热和对流换热处于同一数量级的受热面做为半辐射半对流受热面，如塔式锅炉的二级再热器即高温再热器、二级过热器即中温过热器，及∏型锅炉的分隔屏过热器或大屏过热器、后屏过热热器或后屏再热器；把以辐射换热为主的受热面作为全辐射受热面，如塔式锅炉的三级过热器即高过、一级过热器即低过，及∏型锅炉的前屏过热器、墙式再热器，及炉膛出口窗以内的锅炉受热面；基于锅炉受热面分类和需要，对锅炉受热面污染因子进行分、合计算和建模，如可把塔式锅炉中高温再热器的左侧、右侧或低温再热器的左侧、右侧，分别按照受热面左、右侧单独进行污染因子和建立模型，以避免偏烧，实现精准控制，也可把左、右两侧合为一个整体进行污染因子计算和建立模型，实现整体控制；如可把∏型锅炉中同为对流受热面的低温过热器和低温再热器作为一个整体，进行污染因子计算和建模；锅炉水冷壁整体或局部作为全辐射受热面，可整体、单侧或局部分别建立污染监测模型。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，无论是燃用固体燃料、管束为错列布置，还是燃用固体燃料、管束为顺列布置，以及燃用气体燃料和重油(无论错列还是顺列)，对流受热面的污染因子：一种计算方法为，其中，α1＝ζ(α
d
+α
f
)，D为通过受热面的汽水流量，Δh为受热面出口与进口之间的汽水焓升，α1为烟气侧不含
灰气流对清洁管壁冲刷的放热系数，α2为汽水对管内金属表面的放热系数，A为受热面的换热面积，Δt为传热温压，ζ为与烟气冲刷受热面均匀程度有关的修正系数；α
d
为烟气对受热面管壁表面的对流放热系数，α
f
烟气对受热面管壁的辐射放热系数；一种计算方法为，其中，α1＝ζ(α
d
+α
f
)，φ为受热面对应区段锅炉保热系数，ΔH为受热面烟气侧进与出口之间烟气焓降，B
j
为锅炉计算燃料量，α1为烟气侧不含灰气流对清洁管壁冲刷的放热系数，α2为汽水对管内金属表面的放热系数，ζ为与烟气冲刷受热面均匀程度有关的修正系数；α
d
为烟气对受热面管壁表面的对流放热系数，α
f
烟气对受热面管壁的辐射放热系数，A为受热面的换热面积，Δt为传热温压；一种计算方法为，其中，α1＝ζ(α
d
+α
f
)，K
sj
为受热面实际换热系数，K
qj
为受热面清洁换热系数，B
j
为锅炉计算燃料量，α1为烟气侧不含灰气流对清洁管壁冲刷的放热系数，α2为汽水对管内金属表面的放热系数，A为受热面的换热面积，Δt为传热温压，Q
sj
为汽水吸收的热量，D为通过受热面的汽水流量，Δh为受热面出口与进口之间的汽水焓升，ζ为与烟气冲刷受热面均匀程度有关的修正系数；α
d
为烟气对受热面管壁表面的对流放热系数，α
f
烟气对受热面管壁的辐射放热系数；当燃用固体燃料、管束为错列布置时，对流受热面的污染因子，一种计算方法为，K
sj
为受热面实际换热系数，B
j
为锅炉计算燃料量，α1为烟气侧不含灰气流对清洁管壁冲刷的放热系数，α2为汽水对管内金属表面的放热系数，A为受热面的换热面积，Δt为传热温压，Q
sj
为汽水吸收的热量，D为通过受热面的汽水流量，Δh为受热面出口与进口之间的汽水焓升，ε为烟气中灰及管壁灰渣层引起的热阻，ζ为与烟气冲刷受热面均匀程度有关的修正系数；α
d
为烟气对受热面管壁表面的对流放热系数，α
f
烟气对受热面管壁的辐射放热系数；当燃用固体燃料、管束为顺列布置，以及燃用气体燃料和重油(无论错列还是顺列)，对流受热面的污染因子，一种计算方法为，其中，α1＝ζ(α
d
+α
f
)，K
sj
为受热面实际换热系数，B
j
为锅炉计算燃料量，α1为烟气侧不含灰气流对清洁管壁冲
刷的放热系数，α2为汽水对管内金属表面的放热系数，A为受热面的换热面积，Δt为传热温压，Q
sj
为汽水吸收的热量，ψ为热有效系数，表示与受热面实际传热系数和清洁传热系数有关的系数；ζ为与烟气冲刷受热面均匀程度有关的修正系数；α
d
为烟气对受热面管壁表面的对流放热系数，α
f
烟气对受热面管壁的辐射放热系数。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，当燃用固体燃料，管束为错列布置，及当燃用固体燃料，管束为顺列布置，以及燃用气体燃料和重油(无论错列还是顺列)，省煤器、直流锅炉的过渡区、蒸发受热面以及超临界压力锅炉的受热面作为对流受热面，污染因子：一种计算方法为，其中，α1＝ζ(α
d
+α
f
)，D为通过受热面的汽水流量，Δh为受热面出口与进口之间的汽水焓升，A为受热面的换热面积，Δt为传热温压，α1为烟气侧不含灰气流对清洁管壁冲刷的放热系数，ζ为与烟气冲刷受热面均匀程度有关的修正系数；α
d
为烟气对受热面管壁表面的对流放热系数，α
f
烟气对受热面管壁的辐射放热系数；一种计算方法为，其中，α1＝ζ(α
d
+α
f
)，φ为受热面对应区域锅炉保热系数，ΔH为受热面进口与出口之间的烟气焓降，B
j
为锅炉计算燃料量，A为受热面的换热面积，Δt为传热温压，α1为烟气侧不含灰气流对清洁管壁冲刷的放热系数，α1为烟气侧不含灰气流对清洁管壁冲刷的放热系数，ζ为与烟气冲刷受热面均匀程度有关的修正系数；α
d
为烟气对受热面管壁表面的对流放热系数，α
f
烟气对受热面管壁的辐射放热系数；当燃用固体燃料，管束为错列布置，省煤器、直流锅炉的过渡区、蒸发受热面以及超临界压力锅炉的受热面，作为对流受热面，污染因子，一种计算方法为，其中，α1＝ζ(α
d
+α
f
)，K
sj
为受热面实际换热系数，ε为烟气中灰及管壁灰渣层引起的热阻，B
j
为锅炉计算燃料量，A为受热面的换热面积，Δt为受热面传热温压，Q
sj
为汽水吸收的热量，α1为烟气侧不含灰气流对清洁管壁冲刷的放热系数，α2为汽水对管内金属表面的放热系数，ζ为与烟气冲刷受热面均匀程度有关的修正系数；α
d
为烟气对受热面管壁表面的对流放热系数，α
f
烟气对受热面管壁的辐射放热系数；当燃用固体燃料，管束为顺列布置，以及燃用气体燃料和重油(无论错列还是顺列)，省煤器、直流锅炉的过渡区、蒸发受热面以及超临界压力锅炉的受热面作为对流受热面，污染因子，一种计算方法为，
其中，α1＝ζ(α
d
+α
f
)，ψ为热有效系数，表示与受热面实际传热系数和清洁传热系数有关的系数；K
sj
为受热面实际换热系数，α1为烟气侧不含灰气流对清洁管壁冲刷的放热系数，Q
sj
为汽水吸收的热量，B
j
为锅炉计算燃料量，A为受热面的换热面积，Δt为受热面传热温压，α2为汽水对管内金属表面的放热系数，ζ为与烟气冲刷受热面均匀程度有关的修正系数；α
d
为烟气对受热面管壁表面的对流放热系数，α
f
烟气对受热面管壁的辐射放热系数。5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，半辐射半对流受热面的污染因子：一种计算方...
【专利技术属性】
技术研发人员：董瑞信，请求不公布姓名，请求不公布姓名，
申请(专利权)人：山东上奥电力科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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