[发明专利]一种基于红外测温及数值计算的锅炉炉膛优化吹灰系统

权利要求书

1.一种基于红外测温及数值计算的锅炉炉膛优化吹灰系统，其特征在于，包括：

炉膛烟气温度采集系统，用于实时采集不同灰污结渣状态下炉膛内烟气温度数据；

中央处理系统，用于将所述温度数据输入到预先建立的炉膛温度场重构模型中，获得实时炉膛内三维温度分布场；根据获得的炉膛内三维温度场，通过炉膛分区段热力计算模型，计算得到炉膛内各个区段实时热有效系数；基于最大收益原则，输出各区段的吹灰信号；

吹灰器，用于接收所述中央处理系统输出的吹灰信号，执行相应的吹灰动作；

所述中央处理系统以测量的炉膛四周处离散烟气温度为边界条件，采用离散坐标法求解辐射传递方程和能量守恒方程，获得炉膛内三维温度分布场；

辐射传递方程表示为：

其中，I_η为辐射强度，s为波长，k_η(η,φ)辐射系数，I_bη(T)同波长下黑体辐射系数，σ_η(η,φ)散射系数，为辐射源项；

能量守恒方程：

其中，λ是有效导热系数，c_pTS为单位体积中流体相与颗粒相的由于变质量所造成的能量源，q_r为流体辐射热，w_s为流体相中s组分反应率，w_sQ_s为流体相单位体积中反应放热；

在求得数值解之后，总辐射强度用各个方向辐射强度之和来近似，给出辐射传递方程的具体离散过程，一维的形式由二维的简化得到，如下式：

所述中央处理系统将计算得到的各区段的炉膛内各个区段实时热有效系数与基于最大收益原则计算得出的最佳吹灰热有效系数相对比，若炉膛内各个区段实时热有效系数大于最佳吹灰热有效系数，则输出吹灰信号，否则不输出吹灰信号；

各个区段实时热有效系数计算方法为：

(1)主燃区烟气温度

该区域为燃烧器层，能量平衡方程式为：区段烟气吸热量+区段水冷壁吸热量+向相邻区段放热量＝区段煤粉燃烧放热量，该区段出口烟气温度表达式：

式中：β_cr为煤粉燃尽率；Q_ar,net为煤收到基低位发热量，kJ/kg；Q_k为空气和再循环烟气入炉热量,kJ/kg；Q_wr为外热源入炉热量，kJ/kg；Q_hz为排渣带走热量，kJ/kg；a_l为该区段的炉膛黑度；T〃为烟气出口温度，k；B_j1为送入该区段的燃料量，kg/h；V_C〃为烟气比热容，kJ/(kg·℃)；ψF为热有效系数和水冷壁区段面积乘积：ψF＝ψ_PJF_PJ+ψ_C1F_C1+ψ_C2F_C2其中ψ_PJ、ψ_C1以及ψ_C2分别为水冷壁热有效系数和区段对上、下截面热有效系数；F_PJ、F_C1以及F_C2分别为区段水冷壁面积和上下截面面积，m²；

(2)燃尽区烟气温度

该区域为燃烧器层上部燃尽区域，能量平衡方程式为：区段烟气吸热量+区段水冷壁吸热量+区段向上区段辐射热量＝区段煤粉燃烧放热量+燃烧器区段向本区段辐射热量，该区段出口烟气温度表达式：

式中：△β_cr为区段内煤粉燃烧率；VC'和VC〃温度为θ'和θ下烟气的平均比热容，kJ/(kg·℃)；B_j为送入区段Ⅲ的燃料量，kg/h；T_PJ为燃尽区内的烟气温度算术平均值，K；

(3)辐射换热区烟气温度

区段内煤粉已基本燃尽，不在有明显煤粉燃烧放热，主要以烟气放热给水冷壁为主，该区段出口烟气温度表达式：

式中：A_PJ为该区段炉膛的平均截面积，m²；

考虑吹灰次数吹灰对受热面的磨损，以Q_net最大化，寻求最小的吹灰频率：

求max(Q_net)，可得该受热面吹灰的最佳频率；

式中，Q_in指吹灰带来的传热效率的改善节约煤量，Q_out指吹灰损耗的蒸汽量带来多消耗的煤量；

所述炉膛烟气温度采集系统包括：

红外烟气温度测量探头，用于实时测量不同灰污结渣状态下炉膛内烟气温度信号；

信息管理器，用于接收红外烟气温度测量探头的温度信号，并将所述温度信号发送给与之连接的分散控制器进行信息共享；

分散控制器，用于接收信息管理器分享的温度信号，并将该温度信号作相应的处理后存储到与之连接的SQL数据库中，以配合子系统使用；

所述信息管理器包括：

温度变送器，用于将红外烟气温度测量探头测量的电势转化为4-20mA的电流信号；

电流电压变换器，用于将温度变送器输出的4-20mA的电流信号转化成0-5V的电压信号；

模数转化器，用于将电流电压变换器输出的0-5V的电压信号进行模数转化，从而变换成可读取的信息管理器数值信号；

所述红外烟气温度测量探头安装于水冷壁鳍片上，通过压缩空气进行冷却；

所述红外烟气温度测量探头沿炉膛高度方向上布置两层，一层布置在屏底区域，一层布置在最上层燃尽风区域，每层交叉布置多个所述红外烟气温度测量探头。