[发明专利]基于煤质在线测量的锅炉灰污监测及吹灰优化方法

权利要求书

1.一种基于煤质在线测量的锅炉灰污监测及吹灰优化方法，其特征在于该方法 包括如下模块：测点数据采集模块、计算模块、实时历史数据中转模块、数据显 示模块；计算模块根据测点数据采集模块采集的本方法所需测点和原有测点数据， 逆烟气流程对各个对流受热面进行热力计算，求出各对流受热面的灰污因子和临 界灰污因子，给出吹灰指导，并将计算结果传送给实时历史数据中转模块，实时 历史数据中转模块将实时计算结果通过数据显示模块在画面上显示，并将历史数 据送入数据库中；测点数据采集模块，通过锅炉新增一次仪表、煤质分析仪和新 增DAS系统，采集测点数据，并将这些数据送入锅炉实时历史数据存储装置；锅 炉新增一次仪表包括：用于测量各个对流受热面换热器进出口烟气温度的高温热 电偶、用于测量各个对流受热面换热器工质进出口温度的低温热电偶、用于测量 空气预热器进出口压力和差压的压力传感器及差压传感器。

2.如权利要求1所述的基于煤质在线测量的锅炉灰污监测及吹灰优化方法，其 特征在于测点数据采集模块，采用煤质在线分析仪实时分析入炉燃煤的元素成份 和热值，并将分析结果送入锅炉实时历史数据存储装置。

3.如权利要求1所述的基于煤质在线测量的锅炉灰污监测及吹灰优化方法，其 特征在于计算模块包括如下步骤：

步骤1：设置锅炉本体、对流换热器的管程、管径、烟气流通面积及热交换 面积等结构参数；

步骤2：通过锅炉实时历史数据存储装置生产商提供的接口函数，从锅炉数据 存储装置采集系统所需数据；

步骤3：对从锅炉数据存储装置所采集的数据进行数据校验，只有当所有测 点数据都在限定范围，才进入计算模块主程序计算，否则，退出计算模块并向画 面发送数据出错报警信号；

步骤4：计算烟气物理性质，根据煤质分析仪提供的数据，计算1千克燃煤 燃烧时的：

a)理论空气容积，其算式为：

V⁰＝0.0889(C^ar+0.375S^ar)+0.265H^ar-0.0333O^ar；

b)理论水蒸气容积，其算式为：

VH2O0=0.0124War+0.111Har+0.0161V0;]]>

c)理论氮气容积，其算式为：VN20=0.8Nar100+0.79V0;]]>

d)理论三原子气体容积，其算式为：VRO20=1.866Car100+0.7Sar100;]]>

e)实际水蒸气容积，其算式为：VH2O=VH2O0+0.0161(α-1)V0;]]>

f)实际烟气容积，其算式为：Vy=VRO20+VN20+VH2O+(α-1)V0;]]>

g)空气焓值，可通过函数ColdAirEnth来计算，ColdAirEnth函数以气 体或灰的温度为函数输入参数，以气体或灰的焓值为函数输出参数， 拟合了0到2000℃的空气和O₂、CO₂、H₂O、N₂气体的平均比热及 1千克灰的焓值；

h)烟气焓值，可以根据O₂、CO₂、H₂O、N₂气体的体积成份和烟气 温度利用函数ColdAirEnth计算得到；

其中，C^ar、H^ar、O^ar、N^ar、S^ar为燃煤元素分析的收到基成份，％；W^ar为 燃煤元素分析收到基水份，％；α为过量空气系数，可以通过算式得 到，式中O₂为烟气中含氧量；V⁰为理论空气容积，Nm³/kg；为理论水蒸气 容积，Nm³/kg；为理论氮气容积，Nm³/kg；为理论三原子气体容积， Nm³/kg；为实际水蒸气容积，Nm³/kg；V_y为实际烟气容积，Nm³/kg；

步骤5：计算锅炉煤耗，用反平衡法计算锅炉机组的热效率和燃煤消耗量，

a)机械不完全燃烧热损失q4=7850AarQr(αfhCfh100-Cfh+αlzClz100-Clz);]]>

b)化学不完全燃烧热损失对于煤粉炉，可选q₃＝0；

c)排烟热损失q2=Ipy-αpyIlk0Qr×(100-q4);]]>

d)散热损失q5=q5eDeD;]]>

e)灰渣物理热损失q6=Aarαlz(cθ)lzQr;]]>

f)锅炉效率η＝1-q₂-q₃-q₄-q₅-q₆；

g)锅炉总有效利用热

Q＝D_gq(i″_gq-i_gs)+D_zq(i″_zq-i′_zq)+D_bq(i_bq-i_gs)+D_pw(i_pw-i_gs)；

h)计算燃煤消耗量Bj=QηQr;]]>

其中A^ar为燃煤元素分析收到基灰份，％；Q_r为1千克燃煤入炉热量，kJ/kg； C_fh、C_lz为飞灰和炉渣中残炭的含量百分数，％；α_fh为飞灰中灰占燃料灰分 的份额，％；α_lz为炉渣中的灰占燃料中灰分的份额，％；I_py为排烟焓，kJ/kg； 为理论冷空气焓，kJ/kg；α_py为空气预热器后的过量空气系数；为锅炉 额定蒸发量下散热损失，％；D_e为额定蒸发量，kg/h；D为锅炉实际蒸 发量，kg/h；(cθ)_lz为炉渣比热与其温度的乘积，即1千克灰在温度θ时的焓， kJ/kg；D_gq为过热蒸汽流量，kg/h；D_zq为再热蒸汽流量，kg/h；D_bq为抽用 饱和蒸汽流量，kg/h；D_pw为排污水量，kg/h；i″_gq为过热蒸汽出口焓，kJ/kg； i″_zq，i′_zq为再热蒸汽出口和入口焓，kJ/kg；i_bq为饱和蒸汽的焓，kJ/kg；i_pw为 排污水焓，kJ/kg；i_gs为锅炉给水焓，kJ/kg；

步骤6：计算空预器灰污因子，根据空预器受热面进出口烟气压差计算空 预器受热面灰污程度的指标η_sj：

a),ηsj=2ΔP(wF)2ρ=273ΔP·2g(3600Bj)2VyGy(T+273)=CΔPBj2VyGy(T+273);]]>

b)计算空预器的灰污因子FF_ky：

FFky=ηlx-ηsjηlx]]>

其中，ΔP为该段受热面压降，N/m²；B_j为计算燃煤量，kg/h；G_y为1千克煤 燃烧所得烟气质量，其算式为：G_y＝1-A^ar/100+1.036αV⁰，kg/kg；V_y为1千克 煤燃烧所得烟气容积，m³/kg；ρ为烟气密度，kg/m³；w为烟气流速，m/s；F为 烟道截面积，m²；C为常系数；η_sj为实际计算值；η_lx为理想情况下数值；FF_ky为空预器的灰污因子；

步骤7：计算对流受热面灰污因子FF_dl，

a),FFdl=Klx-KsjKlx;]]>

b)Q_sj＝D(i″-i′+Δi_jw)/B_j；

c),Ksj=QsjA·Δt;]]>

以上各式中：i′、i″为受热面进口及出口的蒸汽焓，kJ/kg；Δi_jw为减温水 焓，kJ/kg；A为受热面传热面积，m²，Δt为传热温差，K；FF_dl是对流受热 面灰污因子；K_lx是空预器理想传热系数，kJ/(m²·K)；K_sj空预器受热面实 际传热系数，kJ/(m²·K)；

步骤8：计算炉膛水冷壁灰污因子

a)计算炉膛出口烟温

b)炉膛平均热有效系数

c)炉膛水冷壁灰污因子

ζpj=ψpjxpj;]]>

其中，T_a为理论燃烧温度，K；M为考虑火焰中心位置的系数，代表火焰中心 位置的常量；σ₀为玻尔兹曼常数，5.67×10^-8，W/(m²·K⁴)；a_l炉膛黑度，是 一个表示火焰有效辐射的假想黑度；F_lt炉膛面积，m²；保热系数；B_j计算 燃料量，kg/h；烟气在0℃到θ″_lt间的平均热容量，kJ/(kg·℃)；x_pj为水 冷壁管的角系数，与水冷壁的结构排列有关；

步骤9：计算临界灰污因子，计算能量净收益

Qnet=Qin-Qout=Qf_n-Qf_0-Qout]]>

=F(n∫τ0τ0+Δτ/n(1-f(τ))KlxΔTdτ-∫τ0τ0+Δτ(1-f(τ))KlxΔTdτ)-n*τ1*m*(Ichou-I0)]]>

求max(Q_net)，可得该受热面吹灰的最佳频率，代入式FF＝f(τ)，求得当前工况 下每个受热面临界灰污因子；其中Q_{f_0}为该时段内吹灰器无动作时的换热量， kJ；Q_{f_n}为该时段进行了n次吹灰时的换热量，kJ；Q_out为n次吹灰蒸汽消 耗的热量，kJ；F为受热面传热面积，m²；ΔT为对数平均温压；f(τ)为灰 污因子随吹灰频次变化函数；I_chou为吹灰器所用蒸汽的汽源焓，kJ/kg；I₀为凝 汽器入口焓值，kJ/kg；

步骤10：将锅炉热力计算结果和锅炉吹灰指令发送给实时历史数据中转模块。