華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要 摘要 針對(duì)超臨界鍋爐受熱面污染在線監(jiān)測(cè)的問(wèn)題，基于改進(jìn)的爐膛分區(qū)段計(jì)算方 法，建立了以爐膛出口煙溫和水冷壁工質(zhì)溫度為關(guān)鍵參數(shù)的爐膛污染監(jiān)測(cè)模型；對(duì) 超臨界鍋爐的動(dòng)態(tài)過(guò)程進(jìn)行研究，建立了對(duì)流受熱面污染監(jiān)測(cè)動(dòng)態(tài)模型，實(shí)現(xiàn)了全 負(fù)荷工況的污染監(jiān)測(cè)；以鄒縣1 0 0 0 m w 超超臨界鍋爐為對(duì)象進(jìn)行實(shí)例計(jì)算，驗(yàn)證了 爐膛和對(duì)流受熱面污染監(jiān)測(cè)模型的準(zhǔn)確性。在此基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)了超臨界鍋爐受熱面污 染在線監(jiān)測(cè)與吹灰指導(dǎo)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了超臨界鍋爐受熱面積灰結(jié)渣的在線監(jiān)測(cè)和吹灰 的優(yōu)化指導(dǎo)。 關(guān)鍵詞：污染監(jiān)測(cè)，超臨界，電站鍋爐，吹灰優(yōu)化 a b s t r a c t a c c o r d i n gt ot h eo n l i n em o n i t o r i n go ff o u l i n go nh e a t i n gs u r f a c eo fs u p e r c r i t i c a l b o i l e r ，m o n i t o r i n gm o d e lo f 如m a c es l a g g i n gw 弱e s 協(xié)b l i s h e db 弱e do n 也e 板l v 鋤c e d 如m a c ec a j c u l a t i o n - i n s e c t i o n sm e t h o d 謝t l lt h en u et c m p e r a t u r eo f 脅a c eo u t l e t 觚d w o r k i n gf l u i dt e m p c r a t l l 尬o fw a t e rw a l l 船t h ek e yp a r 鋤c t e r ，t h cd y n a m i cm o n i t o r i n g m o d e lo fc o n v e c t i v eh e a t i n gs u r f a c er e a l i z i n gt h ef o u l i n gm o n i t o r i n gm l d e ra n yl o a d c o n d i t i o nw a se s t a b l i s h c db 裙e do nt h ea n a l y s i so ft h ed y n a m i cp r o c e s s ，t h ep r a c t i c a l c a l c u l a t i o nw a sd o n ei l lz o u ) 【i 鋤1o o o m wu l 仃as u p e r c r i t i c a lb o i l e r 觚dt h ea c c u r a c yo f m o n i t o r i n gm o d e l sw e r ev e r i f i e d b a s e do nt h i sr e s u l t ，t h es u p e r c r i t i c a lb o i l e rf o u l i n g m o n i t o r i n gs y s t e mi n c l u d i n gt h e 如n c t i o n so fo n l i n eo p e r a t i o nm o n i t o r i n g鋤d s o o t b l o w i n gg u i d i n gw a sd e v e l o p e d o uz o n g - x i a n ( t h e r m a lp o w e re n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp f o f 1 y a nw e i - p i n g k e yw o i 王d s ： f o u l i n gm o n i t o r i n g ，s u p e r c r i t i c a i ，u t i i i t yb o i l e r s o o t b l o w i n g o p t i m i z a t i o n 華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要 摘要 針對(duì)超臨界鍋爐受熱面污染在線監(jiān)測(cè)的問(wèn)題，基于改進(jìn)的爐膛分區(qū)段計(jì)算方 法，建立了以爐膛出口煙溫和水冷壁工質(zhì)溫度為關(guān)鍵參數(shù)的爐膛污染監(jiān)測(cè)模型；對(duì) 超臨界鍋爐的動(dòng)態(tài)過(guò)程進(jìn)行研究，建立了對(duì)流受熱面污染監(jiān)測(cè)動(dòng)態(tài)模型，實(shí)現(xiàn)了全 負(fù)荷工況的污染監(jiān)測(cè)；以鄒縣1 0 0 0 m w 超超臨界鍋爐為對(duì)象進(jìn)行實(shí)例計(jì)算，驗(yàn)證了 爐膛和對(duì)流受熱面污染監(jiān)測(cè)模型的準(zhǔn)確性。在此基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)了超臨界鍋爐受熱面污 染在線監(jiān)測(cè)與吹灰指導(dǎo)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了超臨界鍋爐受熱面積灰結(jié)渣的在線監(jiān)測(cè)和吹灰 的優(yōu)化指導(dǎo)。 關(guān)鍵詞：污染監(jiān)測(cè)，超臨界，電站鍋爐，吹灰優(yōu)化 a b s t r a c t a c c o r d i n gt ot h eo n l i n em o n i t o r i n go ff o u l i n go nh e a t i n gs u r f a c eo fs u p e r c r i t i c a l b o i l e r m o n i t o r i n gm o d e lo fm m a c es i a g g i n gw a se s t a b l i s h e db 觴e do nt h ea d v 齟c e d 如m a c ec a j c u l a t i o n - i n s e c t i o n sm e t h o d 謝t l lt h en u et c m p e r a t u r eo f 脅a c eo u t l e t 觚d w o r k i n gf l u i dt e m p c r a t l l 尬o fw a t e rw a l l 船t h ek e yp a r 鋤c t e r ，t h ed y n a m i cm o n i t o r i n g m o d e lo fc o n v e c t i v eh e a t i n gs u r f a c er e a l i z i n gt h ef o u l i n gm o n n o r i n gm l d e r 甜l yl o a d c o n d i t i o nw a se s t a b l i s h c db 裙e do nt h ea n a l y s i so ft h ed y n a m i cp r o c e s s ，t h ep r a c t i c a l c a l c u l a t i o nw a sd o n ei l lz o u ) 【i 鋤1o o o m wu l 仃as u p e r c r i t i c a lb o i l e r 觚dt h ea c c u r a c yo f m o n i t o r i n gm o d e l sw e r ev e r i 6 e d b a s e do nt h i sr e s u l t ，t h es u p e r c r i t i c a lb o i l e rf o u l i n g m o n i t o r i n gs y s t e mi n c l u d i n gt h e 如n c t i o n so fo n l i n e o p e r a t i o nm o n i t o r i n g 鋤d s o o t b l o w i n gg u i d i n gw a sd e v e l o p e d o uz o n g - x i a n ( t h e r m a lp o w e re n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f 1 y a n 、e i - p i n g k e yw o i 王d s ： f o u l i n gm o n i t o r i n g ，s u p e r c r i t i c a i ，u t i i i t yb o i l e r s o o t b l o w i n g o p t i m i z a t i o n 聲明尸明 本人鄭重聲明：此處所提交的碩士學(xué)位論文1 0 0 0 m w 超超臨界機(jī)組受熱面污染在 線監(jiān)測(cè)方法研究，是本人在華北電力大學(xué)攻讀碩士學(xué)位期間，在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研 究工作和取得的研究成果。據(jù)本人所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝之處外，論文中 不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過(guò)的研究成果，也不包含為獲得華北電力大學(xué)或其他教育 機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過(guò)的材料。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已 在論文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。 學(xué)位論文作者簽名：型騫! 絲日 期： 單f 礦 關(guān)于學(xué)位論文使用授權(quán)的說(shuō)明 本人完全了解華北電力大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：學(xué)校有權(quán)保管、 并向有關(guān)部門送交學(xué)位論文的原件與復(fù)印件；學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印或其它復(fù)制手 段復(fù)制并保存學(xué)位論文；學(xué)?？稍试S學(xué)位論文被查閱或借閱；學(xué)?？梢詫W(xué)術(shù)交流為 目的，復(fù)制贈(zèng)送和交換學(xué)位論文；同意學(xué)校可以用不同方式在不同媒體上發(fā)表、傳播學(xué) 位論文的全部或部分內(nèi)容。 ( 涉密的學(xué)位論文在解密后遵守此規(guī)定) 作者簽名： 日 期： 導(dǎo)師簽名： 日期： 華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文主要符號(hào)表 主要符號(hào)表 截面積，m 2 爐膛黑度 積灰層的黑度 燃料量，啪 潔凈因子 金屬比熱，圳( k g ) 定壓比熱，馴( 蠔) 蒸汽流量，k s 管徑，m m 爐墻表面積，n 1 2 污染率 亥姆霍茲自由能，k j k g 吉布斯自由焓，u l ( g 進(jìn)口煙氣焓，k j l ( g 出口煙氣焓，l 【j 蠅 焓，l 【j l ( g 進(jìn)口蒸汽焓，k j 恕 出口蒸汽焓，k m 嘻 理想傳熱系數(shù)，w ( m 2 ) 實(shí)際傳熱系數(shù)，w ( 1 n 2 ) 受熱面金屬質(zhì)量，k g 機(jī)組額定功率，m w 機(jī)組發(fā)電功率，m w 壓力，p a 金屬壁面?zhèn)鬟f給工質(zhì)的熱量，k w 工質(zhì)的吸熱量，k w 煙氣放熱量，k w 輻射換熱量，k w m 2 金屬蓄熱的動(dòng)態(tài)修正因子 1 彳 q 忍呼 q 勺d d蠕船廠g 廳艿礦k心m尸p皺皺g g 弓 華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文主要符號(hào)表 工質(zhì)蓄熱的動(dòng)態(tài)修正因子 熵，l ( j ( k g k ) 絕對(duì)溫度，k 平均煙氣溫度，k 進(jìn)口煙氣溫度，k 出口煙氣溫度，k 水冷壁管外壁溫度， 金屬溫度， 內(nèi)能，k j 瓜g 工質(zhì)總體積，m 3 比熱容，k j ( k g ) 比容，m 3 l ( g 煙氣流速，m s 測(cè)量值 煙氣側(cè)的放熱系數(shù)，w ( m 2 ) 工質(zhì)的放熱系數(shù)，w ( m 2 ) 煙氣輻射放熱系數(shù)，w ( m 2 ) 煙氣對(duì)流放熱系數(shù)，w ( m 2 ) 燃盡度 計(jì)算平方差 灰污系數(shù)，( m 2 ) 腳 保熱系數(shù) 導(dǎo)熱系數(shù)，w ( m ) 運(yùn)動(dòng)粘度，m 2 s 進(jìn)口煙氣溫度， 出口煙氣溫度， 積灰系數(shù)，( m 2 ) k w 時(shí)間，s 受熱面的沖刷系數(shù) 平均熱有效系數(shù) 2 心j r ，r 毛 礦 陽(yáng) v w 弓 嘶 尾4 占 緲 兄 y 礦p f 孝 華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文 1 1 研究背景 第一章緒論 近年來(lái)，超( 超) 臨界壓力發(fā)電機(jī)組由于具有效率高、排放少、易于調(diào)峰、運(yùn) 行穩(wěn)定的特點(diǎn)，在我國(guó)得到大力發(fā)展。超( 超) 臨界壓力鍋爐由于蒸汽參數(shù)很高， 對(duì)設(shè)備的要求更為嚴(yán)格，與一般的低參數(shù)鍋爐相比，積灰和結(jié)渣對(duì)鍋爐運(yùn)行的危害 更加嚴(yán)重【l 捌。超( 超) 臨界鍋爐爐膛結(jié)渣會(huì)使?fàn)t內(nèi)傳熱變差，加劇結(jié)渣過(guò)程：爐膛 出口煙溫將升高，引起蒸汽溫度偏高或熱偏差增大；水冷壁積灰、結(jié)渣較多時(shí)，還 會(huì)并發(fā)高溫腐蝕【4 】。鍋爐受熱面的非正常積灰、結(jié)渣使傳熱熱阻和煙道的通風(fēng)阻力 增加，排煙溫度升高等，影響鍋爐的正常運(yùn)行，降低鍋爐熱效率并增加機(jī)組煤耗。 嚴(yán)重時(shí)將導(dǎo)致機(jī)組降負(fù)荷運(yùn)行或者停機(jī)，甚至釀成重大事故。因此，預(yù)防和減輕鍋 爐受熱面積灰結(jié)渣是確保超( 超) 臨界機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重大問(wèn)題之一【5 引。 此外，因?yàn)槿济汗?yīng)比較緊張，電廠常常被動(dòng)地接受煤質(zhì)特性與設(shè)計(jì)煤種偏差 很大、有時(shí)甚至完全改變了的煤種，這種鍋爐被迫燃用非設(shè)計(jì)煤種的情況無(wú)論在國(guó) 內(nèi)還是國(guó)外都很常見(jiàn)。煤質(zhì)變化對(duì)鍋爐運(yùn)行最大的影響之一就是原本便較為嚴(yán)重的 受熱面積灰結(jié)渣問(wèn)題常會(huì)變得更為突出。此時(shí)需要加重對(duì)受熱面的吹掃，但是過(guò)分 的吹掃往往會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的負(fù)面影響【9 d 引。 首先，如果吹掃過(guò)于頻繁，蒸汽長(zhǎng)期沖刷沒(méi)有積灰的受熱面管外壁，壁面的氧 化膜保護(hù)層將遭到嚴(yán)重破壞，使得受熱面管壁的磨損大大增加，國(guó)內(nèi)不少機(jī)組發(fā)生 過(guò)由于吹灰過(guò)頻而爆管的事故。另外，蒸汽吹灰時(shí)煙氣中水蒸汽含量會(huì)升高，使尾 部受熱面的腐蝕機(jī)率大大增加。 其次，吹灰器的運(yùn)作是用一定量的蒸汽介質(zhì)消耗來(lái)?yè)Q取受熱面的清潔，因而其 運(yùn)作本身要消耗一定成本。如果吹灰過(guò)于頻繁，雖然保證了受熱面的清潔，但是吹 灰過(guò)程所消耗的熱量也將增加，鍋爐出力會(huì)降低，電廠運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性降低。 在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，超( 超) 臨界鍋爐不同受熱面上的積灰結(jié)渣傾向和速度相 差很大，積灰結(jié)渣的類型也不盡相同。將不同位置的受熱面不加區(qū)別地進(jìn)行吹掃的 定期吹灰方式顯然缺乏合理性，也是不經(jīng)濟(jì)的。因此對(duì)于不同位置的受熱面應(yīng)采用 不同的判斷方式來(lái)確定其吹灰時(shí)間。爐膛受熱面易發(fā)生結(jié)渣，結(jié)渣發(fā)生后不易清除， 應(yīng)考慮在受熱面發(fā)生結(jié)渣前進(jìn)行吹灰；屏過(guò)、高過(guò)等高溫受熱面易發(fā)生高溫?zé)Y(jié)性 積灰，沉積層經(jīng)高溫?zé)Y(jié)后也不易清除，應(yīng)考慮適當(dāng)減少受熱面積灰被高溫?zé)煔鉄?結(jié)的時(shí)間和機(jī)會(huì)；而尾部煙道處的受熱面則會(huì)發(fā)生松散型積灰，松散型積灰雖易于 清除，卻容易發(fā)生堵灰，也要在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候進(jìn)行吹掃。 1 華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文 從前面的分析來(lái)看，過(guò)吹灰或者欠吹灰對(duì)于超( 超) 臨界燃煤鍋爐運(yùn)行的安全 性都具有負(fù)面影響，如何把握吹灰器工作的適度性對(duì)于保持受熱面的清潔和較長(zhǎng)的 使用壽命具有重要意義。因此，在鍋爐運(yùn)行中，應(yīng)盡可能準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)爐內(nèi)結(jié)渣積灰 的程度和發(fā)展趨勢(shì)，并根據(jù)積灰結(jié)渣的狀況和運(yùn)行需要，合理、有效地動(dòng)作吹灰器， 及時(shí)吹灰清渣。由于鍋爐實(shí)際運(yùn)行環(huán)境的限制，不可能直接判斷爐內(nèi)的結(jié)渣情況。 而運(yùn)行人員對(duì)運(yùn)行數(shù)據(jù)綜合分析能力的局限性以及其它人為因素的影響，使得試圖 單純依靠操作人員根據(jù)常規(guī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)來(lái)判斷爐內(nèi)結(jié)渣和積灰的程度變得十分困 難。因此，需要研究和開(kāi)發(fā)基于實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)的在線監(jiān)測(cè)技術(shù)，用于診斷爐內(nèi)的積 灰結(jié)渣，指導(dǎo)運(yùn)行人員對(duì)吹灰器進(jìn)行操作，將傳統(tǒng)的周期性定時(shí)定量吹灰改變?yōu)楦?據(jù)受熱面污染狀況和其它運(yùn)行需要的動(dòng)態(tài)吹灰，以達(dá)到提高鍋爐效率、協(xié)調(diào)汽溫控 制、延長(zhǎng)管道使用壽命、降低污染物排放的目的。 1 2 電站鍋爐污染監(jiān)測(cè)的研究現(xiàn)狀 作為電站鍋爐節(jié)能領(lǐng)域的一個(gè)重要研究方向，從上個(gè)世紀(jì)6 0 年代初開(kāi)始燃煤 電站的鍋爐受熱面積灰結(jié)渣在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的開(kāi)發(fā)與示范在國(guó)外已經(jīng)引起了廣泛高 度的重視。特別是工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家十分重視燃煤電站鍋爐受熱面結(jié)渣積灰在線監(jiān)測(cè)理 論模型的研究與開(kāi)發(fā)，目前此類監(jiān)視系統(tǒng)已經(jīng)成為維持燃煤電站鍋爐安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行 的一個(gè)重要技術(shù)手段【1 3 d5 1 。 美國(guó)w 曲鋤u n 電廠的捍4 機(jī)組安裝了基于w i n d o w s 9 5 的積灰結(jié)渣報(bào)警監(jiān)視軟件 后，避免了因事故停機(jī)造成的經(jīng)濟(jì)損失1 1 6 】。 德國(guó)的心a r w e r k 電廠撐5 機(jī)組于1 9 9 2 年6 月底安裝了鍋爐受熱面污染監(jiān)測(cè)系 統(tǒng)并投入運(yùn)行。吹灰器的啟停由該系統(tǒng)自動(dòng)控制。通過(guò)對(duì)吹灰器的操作和一些其它 相關(guān)參數(shù)的優(yōu)化調(diào)整使鍋爐始終處于最佳運(yùn)行狀態(tài)，其可靠性已被實(shí)踐證吲1 7 】。 加拿大燃燒中心c a n m e t 開(kāi)發(fā)了積灰監(jiān)測(cè)系統(tǒng)a m s ，并于1 9 9 4 年在e p c o r 電廠投入使用。之后該中心又開(kāi)發(fā)了o p gs y s t e m ，在l a m b t o n 的撐3 機(jī)組上運(yùn)行【1 引。 美國(guó)紐約燃?xì)夤竞屯ㄓ梦锢砉韭?lián)合開(kāi)發(fā)的s o o t b l o wa d v i s o r 專家系統(tǒng)，此 系統(tǒng)使用鍋爐和汽輪機(jī)循環(huán)中的關(guān)鍵參數(shù)測(cè)量值來(lái)確定鍋爐不同部位的清潔因子， 幫助運(yùn)行人員確定吹灰策略。 瑞士a b b 公司開(kāi)發(fā)的o p t i m a x 計(jì)算軟件包，它的鍋爐清潔模塊在線計(jì)算受 熱面的清潔度和每個(gè)受熱面的煙氣入口溫度，結(jié)果用于優(yōu)化鍋爐吹灰器的運(yùn)行。 華北電力大學(xué)( 保定) 的閻維平教授自1 9 9 7 年開(kāi)始承擔(dān)國(guó)家電力公司重點(diǎn)科 技項(xiàng)目，在國(guó)內(nèi)率先進(jìn)行了燃煤電站鍋爐受熱面污染監(jiān)測(cè)理論與實(shí)踐的研究工作。 經(jīng)過(guò)多年研究，開(kāi)發(fā)出了大型燃煤電站鍋爐受熱面污染監(jiān)測(cè)及吹灰優(yōu)化系統(tǒng)1 1 9 ，2 0 1 。 2 華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文 浙江大學(xué)熱能工程研究所1 9 9 8 年起，開(kāi)始了燃煤鍋爐火焰圖像處理技術(shù)的科 技攻關(guān)，開(kāi)發(fā)出了基于火焰圖像和紅外輻射傳感器的電站鍋爐燃燒優(yōu)化系統(tǒng)。該系 統(tǒng)能夠?qū)θ紵M(jìn)行優(yōu)化，計(jì)算爐內(nèi)結(jié)渣的趨勢(shì)指數(shù)，預(yù)測(cè)爐膛的結(jié)渣情況。 華北電力大學(xué)( 北京) 的孫保民教授等人也進(jìn)行了污染監(jiān)測(cè)和吹灰優(yōu)化的研究。 開(kāi)發(fā)出以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為核心的鍋爐吹灰實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)鍋爐受熱面積灰、結(jié)渣進(jìn)行 在線監(jiān)測(cè)。 到目前為止，國(guó)內(nèi)開(kāi)發(fā)的各種鍋爐積灰結(jié)渣監(jiān)測(cè)技術(shù)，都沒(méi)有超( 超) 臨界機(jī) 組應(yīng)用的實(shí)例。國(guó)外積灰結(jié)渣監(jiān)測(cè)技術(shù)在超( 超) 臨界機(jī)組的應(yīng)用在文獻(xiàn)中也未見(jiàn) 提及。 電站鍋爐受熱面污染監(jiān)測(cè)根據(jù)其換熱機(jī)理不同，分為輻射受熱面監(jiān)測(cè)( 主要指 爐膛) 和對(duì)流受熱面監(jiān)測(cè)兩大部分。因?yàn)檩椛涫軣崦婧蛯?duì)流受熱面在傳熱機(jī)理、受 熱面結(jié)構(gòu)、布置區(qū)域煙氣平均溫度等方面均有所不同，其監(jiān)測(cè)方式也存在差異。 ( 一) 爐膛結(jié)渣監(jiān)測(cè) 爐膛結(jié)渣沾污情況大都是從爐內(nèi)傳熱的變化來(lái)判斷，往往采用某個(gè)傳熱參數(shù)變 化來(lái)衡量爐內(nèi)沾污過(guò)程，如單位水冷壁吸熱量、火炬平均投射熱流、火炬平均溫度、 爐內(nèi)灰污系數(shù)、沾污層熱阻、沾污水冷壁平均溫度等。目前爐膛結(jié)渣監(jiān)測(cè)的常用方 法和最新方法主要有： 1 ) 爐膛出口煙氣溫度。爐膛結(jié)渣狀況直接影響了爐膛傳熱，而爐膛煙氣出口 溫度恰反映了爐膛傳熱。于是爐膛煙氣出口溫度的變化反映了結(jié)渣的整體狀況。因 此國(guó)外幾乎所有的結(jié)渣監(jiān)控系統(tǒng)都采用爐膛煙氣出口溫度作為主要或輔助手段1 2 們。 它可以由熱平衡計(jì)算，也可以直接用光學(xué)高溫計(jì)或聲學(xué)高溫計(jì)測(cè)量而得，數(shù)據(jù)的準(zhǔn) 確程度對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果的影響顯著。它最大缺點(diǎn)是無(wú)法得知爐膛局部狀態(tài)。對(duì)于大部分 只存在積灰污染和輕微結(jié)渣污染的鍋爐，采用爐膛出口煙溫間接監(jiān)測(cè)是比較經(jīng)濟(jì)現(xiàn) 實(shí)的方法。 2 ) 直接診斷。直接診斷是通過(guò)儀器設(shè)備直接觀察爐內(nèi)受熱面的結(jié)渣狀況來(lái)監(jiān) 測(cè)爐膛污染【2 1 ，2 2 1 。由于爐內(nèi)高溫和飛灰等復(fù)雜環(huán)境的限制且缺乏合適的裝置和信息 評(píng)價(jià)方法，可用作直接診斷的方法并不多。而且其造價(jià)昂貴、維護(hù)困難、產(chǎn)品可靠 性不足等缺點(diǎn)限制了進(jìn)一步推廣和應(yīng)用。 3 ) 采用熱流計(jì)間接診斷監(jiān)控。用安裝在水冷壁上的熱流計(jì)表面沾污模擬其附 近水冷壁的沾污過(guò)程，根據(jù)結(jié)渣造成的熱流變化對(duì)其進(jìn)行監(jiān)測(cè)2 3 ，2 4 1 。為了獲得清潔 熱流需加裝清潔熱流計(jì)。它是一種帶有熱流測(cè)量裝置和冷卻裝置的特殊輻射計(jì)，工 作溫度較低，需要?dú)饬髑宄郎y(cè)量頭上的灰污。而保持清潔頭在長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)的清潔是 很困難的，而這成為這種監(jiān)測(cè)方式的主要缺陷。 3 華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文 4 ) 利用水冷壁背面溫差間接診斷。利用背面溫差測(cè)點(diǎn)在線測(cè)量水冷壁局部熱 負(fù)荷即灰污熱負(fù)荷，通過(guò)直接測(cè)量清潔熱流得到正常情況下的清潔熱負(fù)荷。比較灰 污熱負(fù)荷和清潔熱負(fù)荷可以判斷出結(jié)渣的位置和嚴(yán)重程度【2 5 1 。由于這些技術(shù)的成本 和應(yīng)用效果亟待檢驗(yàn)，大多處于研究和試點(diǎn)應(yīng)用階段，離大范圍應(yīng)用還有一定的距 離。 5 ) 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的診斷方法。利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)并行處理、非線性映射能力 及自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)能力，選取能夠反映受熱面污染程度變化的特征參數(shù)作為神經(jīng)網(wǎng) 絡(luò)的輸入?yún)?shù)，建立了基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的鍋爐受熱面污染非機(jī)理計(jì)算模型【2 9 1 。 它與爐膛出口煙溫間接診斷方法相似，最大缺點(diǎn)是無(wú)法得知爐膛局部狀態(tài)。而且特 征參數(shù)與訓(xùn)練樣本的選取準(zhǔn)確與否直接影響到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的準(zhǔn)確性與可靠性。 如上所述，爐膛污染監(jiān)測(cè)的方法主要有通過(guò)爐膛出口煙溫間接判斷方法、直接 診斷方法、利用各種熱流計(jì)診斷方法、測(cè)量水冷壁背面溫差診斷方法以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 法。這些監(jiān)測(cè)方法雖然各有特點(diǎn)，但都存在一些不足之處。 ( 二) 對(duì)流區(qū)域的積灰監(jiān)測(cè) 鍋爐對(duì)流區(qū)域的積灰監(jiān)測(cè)，一般采用整體監(jiān)測(cè)的方法【3 0 3 1 1 。其基本思路是根據(jù) 煙氣側(cè)和工質(zhì)側(cè)的實(shí)時(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)，計(jì)算出對(duì)流受熱面的灰污熱阻或潔凈因子，以此 來(lái)表示受熱面的積灰程度或相對(duì)清潔程度。相比于爐膛等輻射受熱面，對(duì)流受熱面 所處區(qū)域煙氣溫度較低，煙氣側(cè)和工質(zhì)側(cè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的測(cè)量較為方便，而且現(xiàn)場(chǎng)已安 裝的熱工測(cè)點(diǎn)也較完備，因而對(duì)流受熱面的積灰監(jiān)測(cè)較易實(shí)現(xiàn)。這種監(jiān)測(cè)方法最主 要的優(yōu)點(diǎn)是所需要的設(shè)備少，它只需計(jì)算機(jī)和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集設(shè)備。在煤質(zhì)、負(fù)荷相 對(duì)穩(wěn)定，無(wú)較大運(yùn)行擾動(dòng)的情況下，對(duì)流受熱面污染在線監(jiān)測(cè)的效果較為理想【3 2 ，3 3 1 。 目前用于衡量對(duì)流受熱面積灰狀況的參數(shù)主要有以下三種： 1 ) 傳熱有效度比 傳熱有效度g 是指被加熱工質(zhì)的真實(shí)吸熱量和換熱器的最大可傳遞熱量的比 值，即換熱器的溫差傳熱效率。其計(jì)算公式為： f 一 占= j l 上 石一乞 其中互為煙氣進(jìn)口溫度，；f l 、f ：分別為工質(zhì)的進(jìn)、出口溫度，。 受熱面的沾污程度，用傳熱有效度比來(lái)表示： 4 ( 1 一1 ) 華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文 ：三 島 ( 1 2 ) 其中靠表示受熱面在清潔狀態(tài)下的傳熱有效度。傳熱有效度比越大，則受熱 面管壁越清潔；反之，受熱面的積灰越嚴(yán)重。當(dāng)鍋爐負(fù)荷和煤質(zhì)變化時(shí)，受熱面的 進(jìn)出口煙氣溫度和工質(zhì)溫度將發(fā)生變化，計(jì)算所得的受熱面?zhèn)鳠嵊行Ф葘⒉槐M相 同。在不同的負(fù)荷工況下，即使受熱面的積灰狀況相似，傳熱有效度比也會(huì)存在差 異。因此，通過(guò)傳熱有效度比不能準(zhǔn)確地反映不同工況下受熱面的積灰程度。 2 ) 灰污熱阻足 灰污熱阻是指受熱面金屬管壁上灰垢的熱阻，其數(shù)值越大表示受熱面的積灰越 嚴(yán)重。灰污熱阻的計(jì)算式如下： 墨：叢 q ( 1 3 ) 式中f | 灰污表面溫度，；0 為受熱面管外壁溫度，：g 為受熱面的熱流密度， k 瀚l o ， 灰污表面溫度由煙氣溫度、熱流密度和煙氣側(cè)對(duì)流換熱系數(shù)求得，而受熱面管 外壁溫度則通過(guò)相應(yīng)的溫度測(cè)點(diǎn)直接測(cè)得。對(duì)于低溫區(qū)域的受熱面，煙氣溫度可直 接測(cè)得，灰污表面溫度準(zhǔn)確性較高，計(jì)算所得的灰污熱阻能夠較為準(zhǔn)確地反映受熱 面的積灰程度；而對(duì)于高溫區(qū)域的受熱面，煙氣溫度很難通過(guò)溫度測(cè)點(diǎn)直接測(cè)得， 灰污表面溫度及灰污熱阻的計(jì)算將遇到困難。 3 ) 潔凈因子凹 潔凈因子是指受熱面實(shí)際傳熱系數(shù)吒與理想傳熱系數(shù)k 的比值【1 9 】，其計(jì)算式： c f ：蔓 k ( 1 4 ) 理想傳熱系數(shù)是指受熱面處于潔凈狀態(tài)時(shí)的傳熱系數(shù)，根據(jù)煙氣特性進(jìn)行計(jì) 算：實(shí)際傳熱系數(shù)是指受熱面實(shí)際換熱過(guò)程中的傳熱系數(shù)，由煙氣側(cè)和工質(zhì)側(cè)的熱 平衡方程式計(jì)算得到。當(dāng)受熱面外表面處于清潔時(shí)叩= l ，否則凹 風(fēng)，污染率肝 o 。結(jié)渣越嚴(yán)重， 1 4 華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文 爐膛污染率越大。 2 3 2 爐膛污染監(jiān)測(cè)模型的計(jì)算流程 基于改進(jìn)的爐膛分區(qū)段計(jì)算方法的爐膛污染監(jiān)測(cè)模型的計(jì)算流程如圖2 2 所 示。 圖2 2 爐膛污染監(jiān)測(cè)模型的計(jì)算流程 1 ) 假設(shè)爐膛水冷壁的積灰系數(shù)p ： 2 ) 將基于熱平衡計(jì)算得到的屏過(guò)進(jìn)口煙溫作為爐膛最后區(qū)段的出口煙溫或； 3 ) 計(jì)算最后區(qū)段的進(jìn)口煙溫砭； 4 ) 逆著煙氣流程，依次進(jìn)行各區(qū)段的傳熱計(jì)算，將上一個(gè)區(qū)段的進(jìn)口煙溫諺作 為下一個(gè)區(qū)段的出口煙溫醴。； 5 ) 計(jì)算第f 一1 個(gè)區(qū)段的進(jìn)口煙溫亂。，依此逐個(gè)區(qū)段進(jìn)行計(jì)算，直到最下面的 放熱區(qū)段為止； 6 ) 根據(jù)各區(qū)段進(jìn)、出口煙氣溫度6 ：、研及水冷壁熱有效系數(shù)y c h ，計(jì)算爐膛水 1 5 華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文 冷壁總的輻射換熱量昭；同時(shí)根據(jù)水冷壁進(jìn)、出口工質(zhì)參數(shù)，計(jì)算水冷壁工質(zhì)總 的吸熱量q l t ； 7 ) 吸熱量校核，判斷鮚與q l t 的差值 若i 昭一q l t i o 、q i o ，此時(shí)若仍采用靜態(tài)模型計(jì)算，煙氣 放熱量計(jì)算值將會(huì)小于實(shí)際值，由此計(jì)算得到的實(shí)際傳熱系數(shù)屯將小于實(shí)際值；反 之當(dāng)負(fù)荷降低，鍋爐的煙氣、汽水參數(shù)和金屬溫度降低時(shí)，即絨 o 、q o ，此時(shí) 若仍采用靜態(tài)模型計(jì)算，煙氣放熱量計(jì)算值將會(huì)大于實(shí)際值，由此計(jì)算得到的實(shí)際 傳熱系數(shù)將大于實(shí)際值。 在快速升負(fù)荷工況下( 機(jī)組負(fù)荷從7 6 0 m w 快速升高到9 2 0 m w ) ，如圖3 5 所 示。對(duì)流受熱面污染監(jiān)測(cè)靜態(tài)模型計(jì)算所得的受熱面實(shí)際傳熱系數(shù)、理想傳熱系數(shù) 和污染率，如圖3 6 圖3 8 所示。 圖3 6 顯示了快速升負(fù)荷工況下，由對(duì)流受熱面污染監(jiān)測(cè)靜態(tài)模型計(jì)算得到的 實(shí)際傳熱系數(shù)。在升負(fù)荷過(guò)程中，實(shí)際傳熱系數(shù)的計(jì)算值要比理論值小l o 1 5w ( m 2 ) 。這導(dǎo)致了計(jì)算所得的受熱面污染率在快速升負(fù)荷時(shí)有明顯的躍升，即出 現(xiàn)失真，如圖3 8 所示。 2 9 8 0 0 7 5 0 華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文 0 7 ：0 00 7 ：3 00 8 ：0 0 0 8 ：3 0 圖3 5 機(jī)組負(fù)荷曲線 0 7 ：0 00 7 ：3 00 8 ：o o0 8 ：3 0 圖3 6 變負(fù)荷時(shí)的實(shí)際傳熱系數(shù) 0 7 ：0 00 7 ：3 00 8 ：0 00 8 ：3 0 圖3 7 變負(fù)荷時(shí)的理想傳熱系數(shù) 3 0 0 9 ：0 0 時(shí)刻 0 9 ：o o 時(shí)刻 0 9 ：0 0 時(shí)刻 o 0 0 吣 踮 一薹一辟督鋤越 的 伯 印 如 一pz叫)一籟曦啦蝮餓 贍 加 加 1 l 1 l 1 1 一pz)一籟帳$鞭剮 華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文 受熱面理想傳熱系數(shù)毛，是根據(jù)煙氣特性和管內(nèi)工質(zhì)特性進(jìn)行計(jì)算。理想傳熱系 數(shù)與煙氣輻射放熱系數(shù)嘶、煙氣對(duì)流放熱系數(shù)、蒸汽對(duì)流放熱系數(shù)口：、熱有效 系數(shù)或灰污系數(shù)s 有關(guān)。 當(dāng)負(fù)荷升高時(shí)，對(duì)于煙氣側(cè)，燃料輸入量增加，煙氣的溫度、流量和流速等參 數(shù)都會(huì)升高，煙氣輻射放熱系數(shù)和煙氣對(duì)流放熱系數(shù)會(huì)變大；對(duì)于工質(zhì)側(cè)，蒸汽的 溫度、流量和流速等參數(shù)也會(huì)升高，蒸汽對(duì)流放熱系數(shù)相應(yīng)變大，其結(jié)果是受熱面 的理想傳熱系數(shù)變大。反之，負(fù)荷降低時(shí)，受熱面的理想傳熱系數(shù)會(huì)變小。將以上 建立的對(duì)流受熱面污染監(jiān)測(cè)靜態(tài)模型應(yīng)用于超臨界機(jī)組后發(fā)現(xiàn)，在變負(fù)荷工況下， 靜態(tài)模型計(jì)算得到的理想傳熱系數(shù)誤差較大：在低負(fù)荷時(shí)其值偏大，在高負(fù)荷時(shí)其 值偏小，如圖3 7 所示。這就導(dǎo)致受熱面的污染率在低負(fù)荷時(shí)偏大，在高負(fù)荷時(shí) 偏小，如圖3 8 所示。 1 o 靜 囊o 8 0 6 0 4 0 2 0 0 圖3 8 變負(fù)荷時(shí)的污染率 0 9 ：0 0 時(shí)刻 由此可知，靜態(tài)模型在計(jì)算實(shí)際傳熱系數(shù)時(shí)沒(méi)有考慮工質(zhì)蓄熱和金屬蓄熱，計(jì) 算理想傳熱系數(shù)時(shí)沒(méi)有充分考慮負(fù)荷變化的影響，所得到的受熱面污染率不能很好 地反映受熱面管壁的沾污情況。所以必須對(duì)現(xiàn)有的計(jì)算方法進(jìn)行改進(jìn)，以滿足變負(fù) 荷工況下對(duì)流受熱面污染監(jiān)測(cè)的要求。 3 4 變負(fù)荷工況下對(duì)流受熱面污染監(jiān)測(cè)模型 由于鍋爐的動(dòng)態(tài)過(guò)程包括幾十甚至上百個(gè)快慢不一的儲(chǔ)質(zhì)和蓄熱過(guò)程，為了便 于模型的建立和實(shí)現(xiàn)，可做如下的假設(shè)： 1 ) 金屬管壁對(duì)工質(zhì)的放熱量包括管壁的傳熱量和金屬管壁的蓄熱量； 2 ) 金屬管壁溫度和蒸汽溫度在單位時(shí)間( 即一個(gè)計(jì)算周期) 內(nèi)是隨時(shí)間按線 3 l 華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文 性變化的。 基于以上幾方面的假設(shè)，建立變負(fù)荷工況下的熱平衡方程，計(jì)算受熱面的實(shí)際 傳熱系數(shù)及理想傳熱系數(shù)，最終得到適用于變負(fù)荷工況的對(duì)流受熱面污染監(jiān)測(cè)動(dòng)態(tài) 模型。 3 4 1 變負(fù)荷中的實(shí)際傳熱系數(shù) 在計(jì)算變負(fù)荷工況下的煙氣放熱量、工質(zhì)蓄熱量及金屬蓄熱時(shí)，為了使計(jì)算具 有較高的精度又不至于太復(fù)雜，采用集總參數(shù)動(dòng)態(tài)修正模型【4 4 1 。由于受熱面工質(zhì)的 進(jìn)口、出口參數(shù)已知，所以采用金屬環(huán)節(jié)與汽水環(huán)節(jié)分開(kāi)的集總參數(shù)動(dòng)態(tài)修正模型， 其計(jì)算方法如下【4 5 ，4 6 】： 州。+ 警m + 州n 警) ( + 州毛+ 訾) ( 1 + 州毪+ 警) ( 1 + 牲黽+ 簪) ( 1 + 爭(zhēng) g 吲n 枷氐型警必 鯨2 皺+ 也鴨q 焉 6 t ： q y = 鯫+ 摯 ( 3 1 9 ) ( 3 2 0 ) ( 3 2 1 ) ( 3 2 2 ) ( 3 2 3 ) ( 3 2 4 ) ( 3 2 5 ) ( 3 2 6 ) 式中：疋、尺i 分別為工質(zhì)蓄熱和金屬蓄熱的動(dòng)態(tài)修正因子；瓦、死、死分別 為汽水流量擾動(dòng)、入口焓擾動(dòng)和管外熱流量擾動(dòng)的慣性補(bǔ)償時(shí)間常數(shù)；辦、 。分別 為受熱面進(jìn)、出口工質(zhì)焓；y 為工質(zhì)總體積；p 為工質(zhì)密度：m ；、c i 、r ；分別為受 熱面金屬質(zhì)量、比熱和溫度；q g 為金屬壁面?zhèn)鬟f給工質(zhì)的熱量；紼、d t 、而、毛、 屯、反為計(jì)算過(guò)程定義的中間量；紼。、。、如、而。、瓦、島、分別 為甌、q 、毛、而、j c 3 、j l l ：、y 、p 、i l 。在前一時(shí)刻的值。 3 2 華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文 以上各式中，式( 3 一1 9 ) 、式( 3 2 0 ) ( 3 2 3 ) 及式( 3 2 6 ) 分別為針 對(duì)工質(zhì)流量擾動(dòng)、入口焓擾動(dòng)及管外熱流量擾動(dòng)的慣性補(bǔ)償方程式。通過(guò)增加這些 慣性補(bǔ)償方程以及適當(dāng)調(diào)整動(dòng)態(tài)修正因子氏、r i 和慣性補(bǔ)償時(shí)間常數(shù)毛、， 使集總參數(shù)動(dòng)態(tài)修正模型更好地逼近分布參數(shù)模型，提高了模型的動(dòng)態(tài)精度，從而 能夠更好地反映對(duì)象的分布參數(shù)特性。 模型中五個(gè)待定的參數(shù)r 、r 、毛、品、死可由以下各式計(jì)算： 心= 葛措 恐= 型型 毛= + 瓦( 1 一m ) ( 墨一1 ) 毛= o 2 5 【o 7 5 ( + 瓦) + 瓦( 恐一o 5 ) 】 毛= o 5 【乙+ o 5 ( + 嘞l ) 】 ( 3 2 7 ) ( 3 2 8 ) ( 3 2 9 ) ( 3 3 0 ) ( 3 3 1 ) 以上各式中的參數(shù)、嘞、乇由下面的式( 3 3 2 ) ( 3 3 4 ) 計(jì)算： = 魯 口o = 脅冊(cè)( d q ) 瓦= 塢c j “加腫) 式中七為比例系數(shù)，與傳熱面積和物性有關(guān)：朋為指數(shù)，取聊= 0 8 。 在以上模型當(dāng)中，金屬工質(zhì)蓄熱量和金屬蓄熱量的計(jì)算式如下： 紼= g q q j = q y 一絞 ( 3 3 2 ) ( 3 3 3 ) ( 3 3 4 ) ( 3 3 5 ) ( 3 3 6 ) 通過(guò)集總參數(shù)動(dòng)態(tài)修正模型計(jì)算得到煙氣放熱量g 之后，便可根據(jù)下式計(jì)算受 3 3 華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文 熱面的實(shí)際傳熱系數(shù)： ，b j g 吒。嵩 3 4 2 變負(fù)荷中的理想傳熱系數(shù) ( 3 3 7 ) 根據(jù)前面的分析可知，對(duì)流受熱面理想傳熱系數(shù)的計(jì)算會(huì)受機(jī)組當(dāng)前負(fù)荷的影 響。同一個(gè)受熱面的理想傳熱系數(shù)在不同負(fù)荷工況下具有不同的數(shù)值。因此，需要 將其折算到同一負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)下進(jìn)行比較。試驗(yàn)證明，理想傳熱系數(shù)會(huì)隨著負(fù)荷的增減 而增減，采用當(dāng)前負(fù)荷與額定負(fù)荷的比值為變量可以修正負(fù)荷對(duì)理想傳熱系數(shù)的影 響。根據(jù)鍋爐試驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合而得的理想傳熱系數(shù)的修正系數(shù)為： 口= 口+ 6 ( 專) + c ( 毛) 2 + d ( 專) 3 ( 3 3 8 ) 式中p 為機(jī)組當(dāng)前時(shí)刻的發(fā)電功率值，e 為機(jī)組額定功率值，口、6 、c 、d 為 經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，與鍋爐的運(yùn)行特性和受熱面的結(jié)構(gòu)有關(guān)，通過(guò)分析鍋爐的運(yùn)行數(shù)據(jù)和現(xiàn) 場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定。 由此得到受熱面的理想傳熱系數(shù)： 七l 。= 口k o 其中k 。為修正之前的理想傳熱系數(shù)，根據(jù)煙氣特性計(jì)算得到。 3 4 3 對(duì)流受熱面污染監(jiān)測(cè)動(dòng)態(tài)模型 ( 3 3 9 ) 在受熱面進(jìn)、出口工質(zhì)參數(shù)及出口煙氣參數(shù)已知的前提下，基于熱平衡的計(jì)算 原理，考慮工質(zhì)蓄熱和金屬蓄熱，采用集總參數(shù)動(dòng)態(tài)修正模型計(jì)算受熱面的實(shí)際傳 熱系數(shù)：引入功率修正系數(shù)對(duì)由煙氣特性計(jì)算得到的理想傳熱系數(shù)進(jìn)行修正；根據(jù) 實(shí)際傳熱系數(shù)和理想傳熱系數(shù)計(jì)算得到受熱面污染率。由此便建立了對(duì)流受熱面污 染監(jiān)測(cè)動(dòng)態(tài)模型。其計(jì)算流程如圖3 9 所示： 華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文 3 5 實(shí)例計(jì)算 圖3 9 污染監(jiān)測(cè)動(dòng)態(tài)模型的計(jì)算流程 3 5 1 變負(fù)荷中的受熱面污染率計(jì)算 以第二章中的鄒縣1 0 0 0 m w 超超臨界鍋爐為例，分別采用對(duì)流受熱面污染監(jiān)測(cè) 靜態(tài)模型和動(dòng)態(tài)模型計(jì)算變負(fù)荷工況下的鍋爐低溫過(guò)熱器的污染率。通過(guò)對(duì)比兩種 模型計(jì)算所得的受熱面吸熱量、實(shí)際傳熱系數(shù)、理想傳熱系數(shù)和受熱面污染率等計(jì) 算結(jié)果，驗(yàn)證對(duì)流受熱面污染監(jiān)測(cè)動(dòng)態(tài)模型的可行性。 金1 1 0 0 皇 簍1 0 5 0 腳 然 1 0 0 0 9 5 0 9 0 0 ：梅負(fù)藹。：舟負(fù)荷一： 、， 、廣 氕硝弋：對(duì) s i 一lo 廠 圖3 一1 0 機(jī)組負(fù)荷變化曲線 3 5 1 5 ：0 0 時(shí)刻 華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文 機(jī)組負(fù)荷變化情況如圖3 1 0 所示，在1 3 ：3 0 1 3 ：5 0 時(shí)刻為快速降負(fù)荷過(guò) 程，在1 4 ：1 0 1 4 ：3 0 時(shí)刻為快速升負(fù)荷過(guò)程。在計(jì)算時(shí)間段內(nèi)，鍋爐沒(méi)有吹灰 操作。 在動(dòng)態(tài)模型中計(jì)算受熱面吸熱量時(shí)考慮了金屬蓄熱及工質(zhì)蓄熱，其計(jì)算所得的 結(jié)果如圖3 一“所示。在負(fù)荷穩(wěn)定時(shí)金屬蓄熱量和工質(zhì)蓄熱量的絕對(duì)值都較??；快 速降負(fù)荷過(guò)程中金屬蓄熱量和工質(zhì)蓄熱量在大多數(shù)情況下均為負(fù)值，其絕對(duì)值較 大；快速升負(fù)荷過(guò)程中兩者大多數(shù)情況下均為正值，絕對(duì)值也較大。 一 2 0 壺 = 咖 輳 1 0 糊 0 一1 0 2 0 坌 弓 刪 霰 簽 咀 耀 似 1 5 0 1 0 0 圖3 1 l 金屬蓄熱量和工質(zhì)蓄熱量變化曲線 1 5 ：o o 時(shí)刻 圖3 1 2 受熱面吸熱量的計(jì)算結(jié)果 1 5 ：o o 時(shí)刻 圖3 1 2 顯示靜態(tài)模型和動(dòng)態(tài)模型計(jì)算得到的受熱面吸熱量，即煙氣傳給受熱 面的熱量。由圖可知，在負(fù)荷較平穩(wěn)時(shí)，靜態(tài)模型計(jì)算所得煙氣放熱量與動(dòng)態(tài)模型 計(jì)算所得的煙氣放熱量基本相同；在快速降負(fù)荷過(guò)程中，靜態(tài)模型計(jì)算所得煙氣放 3 6 華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文 熱量要大于動(dòng)態(tài)模型計(jì)算所得煙氣放熱量，這是因?yàn)殪o態(tài)模型在計(jì)算工質(zhì)吸熱量及 煙氣放熱量時(shí)沒(méi)有考慮工質(zhì)蓄熱和金屬蓄熱，而動(dòng)態(tài)模型則充分考慮了受熱面換熱 的動(dòng)態(tài)特性，計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況比較吻合：升負(fù)荷過(guò)程中，靜態(tài)模型計(jì)算所得煙 氣放熱量則要小于動(dòng)態(tài)模型計(jì)算所得煙氣放熱量。 、 、 p n 昌 v 邑 籟 帳 霰 迎 監(jiān) 襪 圖3 1 3 實(shí)際傳熱系數(shù)的計(jì)算結(jié)果 動(dòng)態(tài)模型在計(jì)算受熱面實(shí)際傳熱系數(shù)時(shí)，采用集總參數(shù)動(dòng)態(tài)修正模型，考慮了 工質(zhì)蓄熱量及金屬蓄熱，計(jì)算得到的實(shí)際傳熱系數(shù)曲線較為平穩(wěn)；而靜態(tài)模型沒(méi)有 考慮蓄熱的影響，計(jì)算所得的實(shí)際傳熱系數(shù)曲線波動(dòng)較大，特別是在快速升降負(fù)荷 時(shí)會(huì)出現(xiàn)失真的情況。兩種模型計(jì)算所得的實(shí)際傳熱系數(shù)如圖3 1 3 所示。 ，、 ，_ 、 p 晶 s 邑 裁 髏 輾 迎 霸 剮 圖3 一1 4 理想傳熱系數(shù)的計(jì)算結(jié)果 圖3 一1 4 顯示了靜態(tài)模型和動(dòng)態(tài)模型計(jì)算得到的受熱面理想傳熱系數(shù)變化曲 3 7 華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文 線。在高負(fù)荷時(shí)，兩條曲線基本重合；而在低負(fù)荷時(shí)，動(dòng)態(tài)模型計(jì)算所得的理想傳 熱系數(shù)則比靜態(tài)模型的小。這是因?yàn)殪o態(tài)模型和動(dòng)態(tài)模型雖然都是根據(jù)煙氣特性來(lái) 計(jì)算受熱面的理想傳熱系數(shù)，但是動(dòng)態(tài)模型在計(jì)算時(shí)加入了負(fù)荷修正系數(shù)，所以在 不同負(fù)荷工況下，兩者的計(jì)算結(jié)果是有區(qū)別的。 褥1 0 嫌 蜉o 8 o 6 o 4 0 2 0 o 圖3 1 5 污染率的計(jì)算結(jié)果 1 5 ：o o 時(shí)刻 靜態(tài)模型和動(dòng)態(tài)模型計(jì)算得到的受熱面污染率曲線如圖3 一1 5 所示。在負(fù)荷快 速變動(dòng)時(shí)，靜態(tài)模型計(jì)算所得的受熱面污染率曲線會(huì)出現(xiàn)較大波動(dòng)；而動(dòng)態(tài)模型計(jì) 算所得的污染率曲線則較為平穩(wěn)，能夠更好地反映受熱面的積灰情況。由此可知， 與對(duì)流受熱面污染監(jiān)測(cè)靜態(tài)模型相比，對(duì)流受熱面污染監(jiān)測(cè)動(dòng)態(tài)模型對(duì)負(fù)荷變化的 自適應(yīng)性更強(qiáng)，可以準(zhǔn)確地計(jì)算出受熱面的污染率，能夠滿足全負(fù)荷工況污染監(jiān)測(cè) 的需要。 3 5 2 各個(gè)對(duì)流受熱面污染率的計(jì)算結(jié)果 圖3 1 6 圖3 2 l 顯示了由對(duì)流受熱面污染監(jiān)測(cè)動(dòng)態(tài)模型計(jì)算得到的屏式過(guò)熱 器、高溫過(guò)熱器、高溫再熱器、低溫再熱器、低溫過(guò)熱器及省煤器等對(duì)流受熱面的 污染率曲線。圖中各條污染率曲線不是非常的平滑，都有一定程度的波動(dòng)，其原因 是計(jì)算所用的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)均由相應(yīng)鍋爐熱工測(cè)點(diǎn)測(cè)量得到，而測(cè)量過(guò)程中會(huì)受到各種 各樣的擾動(dòng)，導(dǎo)致測(cè)量所得的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)會(huì)有一定程度的波動(dòng)，污染監(jiān)測(cè)模型計(jì)算所 得的污染率曲線就會(huì)出現(xiàn)波動(dòng)。但是污染率的整體變化趨勢(shì)還是比較明朗，污染監(jiān) 測(cè)動(dòng)態(tài)模型的計(jì)算結(jié)果完全可以用于判斷受熱面的積灰情況。 在鍋爐正常運(yùn)行且不吹灰時(shí)，各個(gè)受熱面的積灰隨著時(shí)間的推移逐漸加重，管 子的傳熱熱阻隨之增加，受熱面?zhèn)鳠嵝Ч儾?，?shí)際傳熱系數(shù)降低，其結(jié)果是受熱 面污染率隨時(shí)間緩慢上升。當(dāng)管壁表面的灰污沉積到一定程度之后能夠達(dá)到動(dòng)平 3 8 華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文 衡，積灰層厚度基本固定不變，此時(shí)受熱面的傳熱熱阻會(huì)保持較高的數(shù)值，受熱面 的污染率也會(huì)穩(wěn)定在一個(gè)較高的水平上。 對(duì)鍋爐各個(gè)對(duì)流受熱面進(jìn)行吹灰，可以清除受熱面管壁表面的積灰，提高受熱 面的傳熱效果，管子的傳熱熱阻降低，實(shí)際傳熱系數(shù)增大，受熱面污染率降低。不 同受熱面的吹灰效果不同，其污染率變化的幅度就不同。吹灰效果越好，受熱面污 染率下降越明顯，變化幅度越大。對(duì)比吹灰前后的污染率數(shù)值，可以判斷受熱面的 吹灰效果。從各圖的污染率曲線可知，屏式過(guò)熱器、高溫過(guò)熱器和高溫再熱器等受 熱面在吹灰前后其污染率變化都比較明顯，表明吹灰器的吹掃效果明顯：而低溫過(guò) 熱器及省煤器等受熱面吹灰前后污染率的變化不明顯，吹灰器的吹掃效果不佳。 褥 嫌 貯 捌 噠 協(xié) 稞 貶 翊 恒 圖3 1 6 屏式過(guò)熱器的污染率曲線 圖3 1 7 高溫過(guò)熱器的污染率曲線 3 9 華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文 槲1 0 稞 凝o s 詎 o 6 o 4 0 2 0 o 禱1 0 球， 凝o 8 留 0 6 o 4 0 2 o o 甜1 0 嫌 鑒o s 髦 o 6 o 4 o 2 0 0 0 8 ：o o0 9 ：o ol o ：0 0 1 1 ：0 01 2 ：0 0 圖3 1 8 高溫再熱器的污染率曲線 1 3 ：o o 時(shí)刻 0 8 ：o o0 9 ：0 0l o ：0 01 1 ：0 01 2 ：0 0 圖3 1 9 低溫再熱器的污染率曲線 1 3 ：0 0 時(shí)刻 0 8 ：o o0 9 ：0 01 0 ：o o1 1 ：o o1 2 ：0 0 圖3 2 0 低溫過(guò)熱器的污染率曲線 1 3 ：0 0 時(shí)刻 華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文 爨1 o 貯 稚0 8 螻 瓤0 6 o 4 0 2 0 0 0 8 ：0 00 9 ：0 01 0 ：0 0 1 1 ：0 0 1 2 ：0 01 3 ：0 0 圖3 2 1 省煤器的污染率曲線 時(shí)刻 從各圖中還可以看出，在吹灰結(jié)束之后一段時(shí)間內(nèi)，受熱面的灰沉積能力較強(qiáng)， 管壁表面的灰層厚度增長(zhǎng)較快，污染率上升速度較快；越往后，灰層厚度增長(zhǎng)越慢， 污染率上升的速度也越慢；經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)一段時(shí)間之后，受熱面的積灰達(dá)到動(dòng)平衡，灰 層厚度不再增加，受熱面污染率就保持在較高的數(shù)值。 3 6 本章小結(jié) 基于熱平衡的計(jì)算原理，在鍋爐整體熱平衡的基礎(chǔ)上，給出了實(shí)際傳熱系數(shù)和 理想傳熱系數(shù)的計(jì)算方法，并定義了受熱面的污染率，從而建立了超l 臨界鍋爐的對(duì) 流受熱面污染監(jiān)測(cè)靜態(tài)模型，根據(jù)模型計(jì)算得到的受熱面污染率來(lái)判斷受熱面的積 灰程度。運(yùn)用靜態(tài)模型進(jìn)行了實(shí)例計(jì)算，結(jié)果表明在穩(wěn)定負(fù)荷工況下靜態(tài)模型的計(jì) 算結(jié)果較為理想，計(jì)算所得的實(shí)際傳熱系數(shù)和理想傳熱系數(shù)與實(shí)際情況相符，污染 率能夠反映受熱面積灰情況；而在變負(fù)荷工況下，其計(jì)算結(jié)果存在較大偏差。 對(duì)超臨界鍋爐的動(dòng)態(tài)過(guò)程進(jìn)行研究，分析了負(fù)荷變化過(guò)程中爐內(nèi)煙氣側(cè)參數(shù)和 工質(zhì)側(cè)參數(shù)的變化規(guī)律。在計(jì)算受熱面實(shí)際傳熱系數(shù)時(shí)考慮了金屬管壁蓄熱及工質(zhì) 蓄熱，采用集總參數(shù)動(dòng)態(tài)修正模型進(jìn)行對(duì)流受熱面的換熱計(jì)算，使計(jì)算所得的受熱 面實(shí)際傳熱系數(shù)更加準(zhǔn)確；而計(jì)算理想傳熱系數(shù)時(shí)充分考慮負(fù)荷變化的影響，引入 了功率修正；最終建立了超臨界鍋爐對(duì)流受熱面污染監(jiān)測(cè)動(dòng)態(tài)模型。以鄒縣1 0 0 0 m w 超超臨界鍋爐為對(duì)象，分別采用污染監(jiān)測(cè)靜態(tài)模型和動(dòng)態(tài)模型進(jìn)行對(duì)流受熱面污染 監(jiān)測(cè)的實(shí)例計(jì)算。結(jié)果表明：動(dòng)態(tài)模型能夠比較準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)出各種負(fù)荷工況下對(duì)流 受熱面的污染狀況，其性能優(yōu)于靜態(tài)模型，具有較高的穩(wěn)定性，能夠?qū)崿F(xiàn)全負(fù)荷工 況的對(duì)流受熱面污染監(jiān)測(cè)。 4 1 華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文 第四章超臨界鍋爐受熱面污染在線監(jiān)測(cè)與吹灰指導(dǎo)系統(tǒng) 4 1 引言 電站鍋爐污染監(jiān)測(cè)與吹灰指導(dǎo)系統(tǒng)一般包括數(shù)據(jù)輸入輸出模塊、參數(shù)預(yù)處理模 塊、受熱面污染率計(jì)算模塊、以及能夠提供合理吹灰策略的吹灰指導(dǎo)模塊，乃至最 終實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)吹灰的自動(dòng)控制模塊。電站鍋爐污染監(jiān)測(cè)與吹灰指導(dǎo)系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)的 功能是實(shí)現(xiàn)對(duì)鍋爐各主要受熱面污染在線監(jiān)測(cè)，為各受熱面尋找最佳的吹灰時(shí)刻， 并能根據(jù)負(fù)荷變化與機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行狀況，及時(shí)調(diào)整臨界污染率和吹灰指導(dǎo)方式， 最終實(shí)現(xiàn)按需吹灰。開(kāi)發(fā)大型電站鍋爐受熱面污染監(jiān)測(cè)與吹灰指導(dǎo)系統(tǒng)是一個(gè)非常 復(fù)雜的過(guò)程，涉及到很多方面的因素，主要包含以下幾方面內(nèi)容： 1 ) 首先根據(jù)研究對(duì)象的運(yùn)行特性，確定吹灰優(yōu)化的主要目標(biāo)，了解受熱面結(jié) 構(gòu)和原始熱工測(cè)點(diǎn)的布置情況，增加必要的測(cè)點(diǎn)，并將其引入d a s 系統(tǒng)。然后對(duì)原 始參數(shù)的準(zhǔn)確性與可靠性進(jìn)行校驗(yàn)，調(diào)試和處理因測(cè)點(diǎn)損壞或其它原因造成的不可 靠的原始數(shù)據(jù)。 2 ) 建立鍋爐爐膛和主要對(duì)流受熱面的污染在線監(jiān)測(cè)模型，通過(guò)實(shí)例計(jì)算，驗(yàn) 證模型的準(zhǔn)確性，對(duì)監(jiān)測(cè)計(jì)算效果不佳的受熱面進(jìn)行單獨(dú)的吹灰試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié) 果對(duì)模型進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整和改進(jìn)。 3 ) 在經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的試運(yùn)行，驗(yàn)證了爐膛和對(duì)流受熱面污染監(jiān)測(cè)模型的可行 性之后，需要進(jìn)行一系列的吹灰優(yōu)化基礎(chǔ)試驗(yàn)：通過(guò)變蒸汽壓力吹灰試驗(yàn)為蒸汽吹 灰系統(tǒng)確定最為合理的吹灰壓力；通過(guò)污染上下限試驗(yàn)確定不同受熱面的極限污染 率和達(dá)到