本發(fā)明涉及省煤器相關領域，具體為一種省煤器在線清洗與防堵自動化控制系統(tǒng)。

背景技術：

1、省煤器作為鍋爐的重要組成部分，其性能對鍋爐的整體運行效率和安全性具有關鍵影響。在實際運行過程中，省煤器容易出現(xiàn)積灰和堵塞的問題。積灰會降低省煤器的傳熱效率，影響鍋爐的熱經濟性；堵塞則可能導致省煤器的壓力異常升高，甚至引發(fā)安全事故。

2、目前，對于省煤器的維護主要依賴于定期的人工檢查和清洗。這種方式存在諸多弊端，例如無法及時發(fā)現(xiàn)積灰和堵塞的早期跡象，人工操作的不確定性可能導致清洗不徹底或過度清洗，進而影響省煤器的使用壽命。而且，人工檢查和清洗需要耗費大量的人力和時間成本，對于大型電站來說，這種維護方式效率低下，難以滿足現(xiàn)代化生產的需求。

3、在技術監(jiān)測方面，現(xiàn)有的一些方法雖然能夠對省煤器的某些運行參數(shù)進行監(jiān)測，但存在監(jiān)測不全面、不準確的問題。例如，部分監(jiān)測系統(tǒng)只能關注單一的運行參數(shù)，如壓力或溫度，無法綜合考慮多個參數(shù)之間的相互關系來準確判斷省煤器的運行狀態(tài)。另外，一些監(jiān)測方法在變工況下的適應性較差，不能準確反映省煤器在不同負荷條件下的實際情況。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種省煤器在線清洗與防堵自動化控制系統(tǒng)，以解決上述背景技術中提出的問題。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案：一種省煤器在線清洗與防堵自動化控制系統(tǒng)，包括：

3、灰污監(jiān)測模塊：基于熱量平衡原理構建灰污模型，以省煤器進出口參數(shù)為集總參數(shù)，且滿足流體沿流動方向溫度變化不大、灰污在金屬管壁厚度相同以及忽略工質側和金屬管熱阻的前提條件；

4、采用清潔因子作為受熱面污染程度的衡量指標，該清潔因子被定義為實際傳熱系數(shù)與理論傳熱系數(shù)的比值，當清潔因子的值為1時，受熱面處于理想潔凈狀態(tài)，若清潔因子小于1，則表明受熱面受到灰污污染，且數(shù)值越小污染越嚴重；

5、具備穩(wěn)定工況下實際傳熱系數(shù)計算子模塊和變工況下實際傳熱系數(shù)計算子模塊；

6、穩(wěn)定工況下實際傳熱系數(shù)計算子模塊依據能量守恒關系，鑒于工質側吸熱量、金屬管壁熱流量和煙氣側放熱量相等，同時忽略管壁和工質熱阻，從而將系統(tǒng)實際傳熱系數(shù)等效為煙氣側傳熱系數(shù)以實現(xiàn)計算；

7、變工況下實際傳熱系數(shù)計算子模塊考慮金屬管壁蓄熱量以及工質蓄熱量的變化對煙氣側放熱量進行修正，此修正涵蓋金屬蓄熱變化、工質蓄熱變化以及工質吸熱三個部分；

8、包含理論傳熱系數(shù)計算模塊，該模塊考慮煙氣輻射傳熱和對流傳熱，運用機理法分別計算等效輻射傳熱系數(shù)和對流傳熱系數(shù)，進而得出理論傳熱系數(shù)為兩者之和；

9、清洗決策模塊：依據灰污監(jiān)測模塊所監(jiān)測到的清潔因子，當清潔因子低于預先設定的閾值時，發(fā)出清洗指令；

10、清洗執(zhí)行模塊：在接收到清洗指令后，對省煤器實施清洗操作，此操作包括對清洗設備的啟動、停止的控制以及清洗參數(shù)的設定；

11、防堵監(jiān)測模塊：實時監(jiān)測省煤器的運行參數(shù)，所述運行參數(shù)包括但不限于省煤器的壓力、溫度以及流量等，當運行參數(shù)超出正常范圍時，判定省煤器存在堵塞風險；

12、防堵決策模塊：根據防堵監(jiān)測模塊所監(jiān)測到的運行參數(shù)，當判定省煤器存在堵塞風險時，發(fā)出防堵指令；

13、防堵執(zhí)行模塊：在接收到防堵指令后，采取防堵措施，所述防堵措施包括但不限于對省煤器運行參數(shù)的調整以及輔助設備的啟動。

14、進一步的，所述灰污監(jiān)測模塊中的穩(wěn)定工況下實際傳熱系數(shù)計算子模塊具有以下詳細特征：

15、工質側吸熱量的計算需準確獲取工質的流量、進口和出口焓值；工質流量通過流量傳感器測量，進口和出口焓值可基于特定的水和水蒸氣性質計算程序得到，該程序例如可依據標準編寫；然后根據公式qgz＝dgz(h*-h)計算工質側吸熱量，其中dgz為工質流量，h*和h分別為工質的進口和出口焓值；

16、在確定工質側吸熱量后，由于省煤器結構和測量技術限制，通過等價關系式反推煙氣的傳熱量；考慮到煙氣側的換熱熱阻較工質側和金屬管壁的熱阻大兩個數(shù)量級以上，忽略管壁和工質的熱阻，將系統(tǒng)實際傳熱系數(shù)等效為煙氣側的傳熱系數(shù)，并根據公式ky＝qy/(aδt)計算，其中δt為煙氣和工質的平均換熱溫差，定義為δt＝(δtmax-δtmin)/in(δtmax/δtmin)，δtmax和δtmin分別為工質和煙氣中進出口溫差之大者和小者；確保了在穩(wěn)定工況下對實際傳熱系數(shù)計算的準確性，為準確監(jiān)測省煤器灰污程度提供了關鍵數(shù)據基礎。

17、進一步的，所述灰污監(jiān)測模塊中的變工況下實際傳熱系數(shù)計算子模塊具有以下獨特之處：

18、考慮到變工況通常是指負荷升降率在3％/min的情況下，伴隨著燃料量的變化，機組往往是變壓運行，爐內各點的煙溫、水溫和各處壓力等值都在相應發(fā)生變化；此時，該子模塊在計算煙氣側動態(tài)放熱量er時，除了考慮工質吸熱qgz外，還包括金屬蓄熱變化δqjr和工質蓄熱變化δqgz；

19、金屬蓄熱變化δqjr根據公式計算其中mjs為受熱面管壁金屬質量，cjs為金屬的平均比熱容，tjx為金屬管壁溫度，τ為時間；工質蓄熱變化δqgz根據公式計算，其中mgz為受熱面管壁內工質的質量，cgz為工質的平均比熱容，為tgz工質溫度；

20、通過這種全面考慮變工況下各種熱量變化的計算方式，能夠更準確地計算出實際傳熱系數(shù)，從而更精確地監(jiān)測省煤器在變工況下的灰污程度。

21、進一步的，所述理論傳熱系數(shù)計算模塊具有特點：

22、在考慮煙氣輻射傳熱時，基于四次方定律，通過特定的轉換方式將輻射傳熱系數(shù)轉換為可與對流系數(shù)相加減的等效輻射傳熱系數(shù)；具體公式為其中αjs為金屬管壁的黑度，αy為含灰煙氣在一定溫度下的黑度，tjs、t分別為管壁溫度和煙氣溫度；這種對輻射傳熱系數(shù)的精確計算方式，考慮了金屬管壁黑度和含灰煙氣黑度等多種因素，提高了理論傳熱系數(shù)計算的準確性；

23、對于對流傳熱系數(shù)αd的計算，根據省煤器管束布置為順列逆流，管外強制對流的具體結構參數(shù)，選取公式αd＝kczcs(λ/d)re0.64pr1/3；其中k為常數(shù)項系數(shù)，需根據數(shù)據擬合；cz，cs為結構布置的修正系數(shù)；λ為煙氣平均溫度下的導熱系數(shù)；d為管子的外徑；re、pr分別流動煙氣的雷諾數(shù)和普朗特數(shù)，需根據煙氣的物性成分求??；通過這種結合省煤器具體結構的對流傳熱系數(shù)計算方式，進一步提高了理論傳熱系數(shù)計算的準確性。

24、進一步的，所述清洗執(zhí)行模塊具有以下特點：

25、清洗設備的啟動、停止控制具有智能化和精準化；當接收到清洗決策模塊發(fā)出的清洗指令后，清洗執(zhí)行模塊首先根據省煤器當前的灰污程度和運行參數(shù)，從預先設定的多種清洗方案中選擇最合適的方案；例如，如果灰污程度較輕，可選擇低強度、短時間的清洗方式；如果灰污程度較重，可選擇高強度、長時間的清洗方式；

26、清洗參數(shù)的設置包括清洗介質的流量、壓力、溫度等；對于清洗介質的流量，可根據省煤器的管徑、長度以及灰污程度進行動態(tài)調整；如果管徑較大且灰污程度較輕，可適當降低流量；如果管徑較小且灰污程度較重，可適當增加流量；對于清洗介質的壓力，同樣根據省煤er器的結構和灰污程度進行調整；如果省煤器的結構較為堅固且灰污程度較輕，可適當降低壓力；如果省煤器的結構較為脆弱且灰污程度較重，可適當增加壓力；對于清洗介質的溫度，可根據灰污的性質進行調整；如果灰污是由于易融化的物質形成的，可適當提高溫度；如果灰污是由于不易融化的物質形成的，可適當降低溫度；

27、通過這種智能化的清洗設備控制和精準化的清洗參數(shù)設置，能夠更有效地清洗省煤器，提高清洗效率，減少對省煤器的損傷。

28、進一步的，所述防堵決策模塊具有以下決策依據和方式：

29、當防堵監(jiān)測模塊監(jiān)測到省煤器的運行參數(shù)超出正常范圍時，防堵決策模塊首先對運行參數(shù)進行詳細分析；例如，對于壓力參數(shù)，如果進口壓力正常，出口壓力明顯降低，可能表明省煤器存在堵塞情況，此時需要進一步分析是哪種類型的堵塞，如管束堵塞、管道局部堵塞等；對于溫度參數(shù)，如果某一部位的溫度明顯高于或低于其他部位，或者溫度變化不符合正常的傳熱規(guī)律，可能表明省煤器存在堵塞或其他故障，需要進一步確定故障原因；

30、根據不同的運行參數(shù)變化情況和可能的堵塞原因，防堵決策模塊從預先設定的多種防堵措施中選擇最合適的措施；如果是管束堵塞，可能選擇啟動吹灰器進行吹灰操作；如果是管道局部堵塞，可能選擇調整管道內的流體流量或壓力等措施；

31、同時，防堵決策模塊還會考慮省煤器當前的運行狀態(tài)，如負荷情況、灰污程度等；如果省煤器處于高負荷運行狀態(tài)且灰污程度較重，可能需要更謹慎地選擇防堵措施，避免對省煤器的運行造成更大影響；這種綜合考慮運行參數(shù)變化、堵塞原因和省煤器運行狀態(tài)的決策方式，能夠更準確地選擇防堵措施，提高防堵效果。

32、進一步的，所述防堵監(jiān)測模塊對運行參數(shù)的監(jiān)測方式如下：

33、對于省煤器的溫度監(jiān)測，在省煤器的不同位置設置溫度傳感器；包括在省煤器的進口、出口以及管束中間等位置；通過監(jiān)測不同位置的溫度變化，判斷省煤器的傳熱情況以及是否存在堵塞；如果某一部位的溫度明顯高于或低于其他部位，或者溫度變化不符合正常的傳熱規(guī)律，可能表明省煤器存在堵塞或其他故障；

34、對于省煤器的流量監(jiān)測，在省煤器的進口和出口設置流量傳感器；通過對比進口流量和出口流量，如果出口流量明顯小于進口流量，可能表明省煤器存在堵塞情況。

35、進一步的，所述防堵監(jiān)測模塊對運行參數(shù)的監(jiān)測方式還包括對省煤器煙氣側參數(shù)的監(jiān)測：

36、在省煤器的煙氣進口和出口分別設置煙氣流量傳感器和煙氣溫度傳感器；煙氣流量傳感器用于監(jiān)測進入和流出省煤器的煙氣流量，通過對比兩者的流量值，可以判斷煙氣在省煤器內的流動是否順暢；如果出口煙氣流量明顯小于進口煙氣流量，可能存在省煤器管束堵塞或者煙道部分堵塞的情況；

37、煙氣溫度傳感器用于監(jiān)測煙氣在省煤器進出口的溫度；正常情況下，煙氣在經過省煤器時會因為熱量交換而溫度降低；如果進出口煙氣溫度差值不符合正常的傳熱規(guī)律，例如差值過小或過大，可能表明省煤器存在積灰、堵塞或者傳熱不良等問題；通過對煙氣側參數(shù)的監(jiān)測，可以從另一個角度更全面地了解省煤器的運行狀況，及時發(fā)現(xiàn)潛在的堵塞風險。

38、進一步的，所述防堵執(zhí)行模塊在采取防堵措施時，對于因省煤器管束積灰導致的堵塞風險，其具體操作如下：

39、當判斷是因為管束積灰導致堵塞風險時，首先啟動吹灰器進行吹灰操作；吹灰器的啟動頻率和吹灰時間根據積灰的嚴重程度進行調整；對于輕度積灰情況，可適當降低吹灰頻率和縮短吹灰時間，例如吹灰頻率可設置為每2-3小時一次，吹灰時間為5-10分鐘；對于中度積灰情況，吹灰頻率可設置為每1-2小時一次，吹灰時間為10-15分鐘；對于重度積灰情況，吹灰頻率可設置為每0.5-1小時一次，吹灰時間為15-20分鐘；

40、在吹灰過程中，實時監(jiān)測省煤器的運行參數(shù)，如壓力、溫度和流量等；通過觀察這些參數(shù)的變化情況，判斷吹灰效果；如果在吹灰后，相關運行參數(shù)逐漸恢復正常，說明吹灰有效；如果參數(shù)沒有明顯改善，可能需要進一步調整吹灰策略，如增加吹灰壓力、改變吹灰角度或者更換吹灰設備等；這種根據積灰程度靈活調整吹灰操作的方式，能夠更有效地清除管束積灰，提高省煤器的運行效率。

41、進一步的，所述系統(tǒng)還包括數(shù)據記錄與分析模塊，其具體功能如下：

42、數(shù)據記錄功能：該模塊實時記錄省煤器的各種運行數(shù)據，包括灰污監(jiān)測模塊監(jiān)測到的清潔因子、防堵監(jiān)測模塊監(jiān)測到的壓力、溫度、流量等運行參數(shù)，以及清洗執(zhí)行模塊和防堵執(zhí)行模塊的操作記錄，如清洗時間、清洗設備參數(shù)、防堵措施實施時間和具體措施等；通過對這些數(shù)據的全面記錄，為后續(xù)的分析和優(yōu)化提供了豐富的數(shù)據基礎；

43、數(shù)據分析功能：對記錄的數(shù)據進行分析，包括統(tǒng)計分析、趨勢分析等；例如，通過統(tǒng)計分析不同時間段內清潔因子的平均值和標準差，了解省煤器的污染情況的波動規(guī)律；通過趨勢分析，觀察運行參數(shù)隨時間的變化趨勢，提前預測可能出現(xiàn)的堵塞風險或清洗需求；根據分析結果，可以對清洗決策模塊和防堵決策模塊的閾值進行優(yōu)化調整，提高系統(tǒng)的運行效率和準確性；這種數(shù)據記錄與分析模塊的設置，使得系統(tǒng)能夠不斷學習和優(yōu)化自身的運行策略。

44、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是：

45、通過灰污監(jiān)測模塊對省煤器的灰污程度進行實時監(jiān)測，能夠及時發(fā)現(xiàn)積灰情況并采取清洗措施，避免積灰導致的傳熱效率下降。同時，防堵監(jiān)測模塊和防堵執(zhí)行模塊能夠有效預防和處理堵塞問題，保證省煤器的正常運行，減少因堵塞引發(fā)的安全事故風險；

46、清洗決策模塊和清洗執(zhí)行模塊根據灰污程度智能選擇清洗方案和設置清洗參數(shù)，提高了清洗效果，減少了對省煤器的損傷，防堵執(zhí)行模塊根據堵塞原因和程度靈活調整防堵措施，如吹灰器的啟動頻率和時間，能夠更有效地清除積灰，提高省煤器的運行效率；

47、灰污監(jiān)測模塊考慮了穩(wěn)定工況和變工況下的實際傳熱系數(shù)計算，以及理論傳熱系數(shù)的精確計算，能夠更準確地監(jiān)測灰污程度。防堵監(jiān)測模塊對省煤器的壓力、溫度、流量以及煙氣側參數(shù)進行全面監(jiān)測，并通過綜合分析判斷堵塞風險，相比現(xiàn)有技術監(jiān)測更全面、準確；

48、整個系統(tǒng)能夠根據監(jiān)測到的情況自動做出清洗和防堵決策，并執(zhí)行相應的操作。同時，數(shù)據記錄與分析模塊能夠對運行數(shù)據進行記錄和分析，為系統(tǒng)的優(yōu)化提供依據，使系統(tǒng)能夠不斷學習和適應省煤器的運行狀態(tài)變化，提高系統(tǒng)的整體性能。