一種利用煙氣壓差法建立空預(yù)器清潔因子計算模型的方法及應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及熱工自動化領(lǐng)域，具體地公開了一種利用煙氣壓差法建立空預(yù)器清潔 因子計算模型的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 我國以煤為主的能源結(jié)構(gòu)導(dǎo)致大氣污染物排放總量居高不下，區(qū)域性大氣污染問 題日趨明顯。氮氧化物作為主要污染物，已被列為重點約束性指標。長三角地區(qū)屬于重點 控制區(qū)范圍，根據(jù)最新《火電廠大氣污染物排放標準》規(guī)定，火電行業(yè)燃煤機組自2014年7 月起，所有火力發(fā)電鍋爐及燃氣輪機氮氧化物執(zhí)行新的排放限值：l〇〇mg/m 3。
[0003] 鍋爐加裝SCR脫硝裝置后，空氣預(yù)熱器堵灰嚴重，鍋爐尾部煙道煙氣流速增加，省 煤器磨損加劇。尾部受熱面積灰和結(jié)渣，不僅會降低受熱面熱效率，增加機組煤耗，由此引 發(fā)的塌灰、落渣還會對燃燒穩(wěn)定產(chǎn)生嚴重影響，導(dǎo)致機組降負荷運行，嚴重時甚至停機。
[0004] 在脫硝鍋爐運行中，準確監(jiān)測受熱面的結(jié)渣、積灰程度和發(fā)展趨勢，并根據(jù)積灰結(jié) 渣的狀況和運行需要，及時有效地采取吹灰清渣措施，顯得十分重要。近年來，人工智能領(lǐng) 域研究空前活躍，國內(nèi)外科研院所都開展了基于模糊系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以及專家系統(tǒng)等智能 技術(shù)的灰污監(jiān)測和智能吹灰系統(tǒng)的研究。清華大學(xué)開發(fā)了鍋爐對流受熱面積灰狀態(tài)的在線 監(jiān)測系統(tǒng)，已應(yīng)用于太原第一熱電廠11號爐，實現(xiàn)了受熱面灰污狀態(tài)在線監(jiān)測；東南大學(xué) 周克毅教授等研究確定了鍋爐積灰引起的熱損失計算模型，并根據(jù)經(jīng)濟性確定最佳吹灰時 間周期間隔的方法，開發(fā)了電廠鍋爐吹灰優(yōu)化管理系統(tǒng)，在揚州第二電廠2號鍋爐上實現(xiàn) 了積灰結(jié)渣在線監(jiān)測和吹灰優(yōu)化管理。華北電力大學(xué)（保定）的閻維平教授自1997年開 始承擔國家電力公司重點科技項目，在國內(nèi)率先進行了燃煤電站鍋爐受熱面污染監(jiān)測理論 與實踐的研究工作。華北電力大學(xué)（北京）的孫保民教授等人開發(fā)出以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為核心的 鍋爐吹灰實時監(jiān)測系統(tǒng)，對鍋爐受熱面積灰、結(jié)渣進行在線監(jiān)測。但到目前為止，各種鍋爐 積灰結(jié)渣監(jiān)測技術(shù)，都沒有專門針對脫硝鍋爐受熱面積灰監(jiān)測的實例。國外積灰結(jié)渣監(jiān)測 技術(shù)在SCR脫硝鍋爐應(yīng)用也未見提及。
[0005] 空預(yù)器受熱面沾污、積灰后，出口煙溫提高，煙氣流通截面變窄，煙速增加，煙氣流 動阻力增大，因此可以用煙氣流動阻力的變化來反映空預(yù)器積灰的嚴重程度。大型電站鍋 爐廣泛采用回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器，由于其結(jié)構(gòu)上的特點，比較容易積灰，但實際運行中空預(yù)器 積灰前后進出口壓差變化明顯。對于回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器，其阻力主要是摩擦阻力，對于一般 的煙氣動力計算，可以不考慮熱交換的修正，按下式進行摩擦阻力計算，即：
[0007] 式中：P--煙氣密度，Kg/m3;
[0008] O 煙氣流速，m/s ;
[0009] AP--該段受熱面壓降，Pa;
[0010] I--煙道的長度，m;
[0011] d一一當量直徑，m;
[0012] A--是摩擦阻力系數(shù)。
[0015] 受熱面積灰程度、煙氣流量和密度的變化都對煙氣壓差A(yù)P有影響，因而壓差只 能反映流動阻力的大小，而不能代表積灰程度的變化。為了消除煙氣流量和密度的變化對 煙氣壓差的影響，對公式（2)進行變換，導(dǎo)出如下式表述的，只與灰污程度有關(guān)的指標n :
[0017] 當鍋爐受熱面積灰程度加重時，阻力系數(shù)Z變大，煙道截面積A變小，積灰程度指 標n變大；反之，積灰程度指標n變小。該指標消除了煙氣流量和密度的變化對煙氣差壓 的影響，可以近似認為僅是積灰程度的函數(shù)，因而它能間接反映受熱面積灰狀態(tài)。根據(jù)文獻 (范從振.鍋爐原理.[M].北京：中國電力出版社，1985)提供的方法，可導(dǎo)出下式：
[0019] 式（4)中K為常數(shù)；Bj為計算燃料量；GY、Vy以分別為煙氣質(zhì)量和煙氣容積；T為 煙氣溫度，A P和T可以直接由DCS測點實時數(shù)據(jù)獲得。
[0020] 為了便于對受熱面積灰程度統(tǒng)一進行監(jiān)測與比較，采用清潔因子CF來反映受熱 面的積灰程度。
[0021] CF = n〇/n (5)
[0022] 其中，n。為受熱面理想狀態(tài)時的積灰指標，當CF等于1時，受熱面處于理想的清 潔狀態(tài)；CF小于1時，則受熱面處于灰污狀態(tài)，越小污染越嚴重。然而，由于空氣預(yù)熱器的 壓差與流量的平方成正比，因此壓差的變化在很大程度上受到流量的影響。直接利用壓差 來計算清潔因子只能反映阻力的大小，而不能體現(xiàn)面積系數(shù)的變化。隨著SCR技術(shù)在國內(nèi) 機組中的大量推廣，空氣預(yù)熱器堵灰嚴重的問題一直未得到有效解決，空氣預(yù)熱器專用吹 灰優(yōu)化系統(tǒng)的開發(fā)迫在眉睫。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0023] 發(fā)明目的：為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種利用煙氣壓差法建立 空預(yù)器清潔因子計算模型的方法，該模型構(gòu)建簡單，所需參數(shù)均可通過電廠DCS直接檢測 得到，提升了運算效率和成本。
[0024] 技術(shù)方案：為實現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明提出了一種利用煙氣壓差法建立空預(yù)器 清潔因子計算模型的方法，其特征在于，包括如下步驟：，
[0025] 步驟一：首先將在不同負荷和過量空氣系數(shù)下的實際測量壓力差折算到額定負荷 下的計算值，計算公式如下：
[0027] 其中，Apzs代表折算壓差，單位Pa; Ap代表實測壓差，單位Pa;a。代表標準狀態(tài) 下煙氣過量空氣系數(shù)；a為實測的煙氣過量空氣系數(shù)；N。為額定電負荷，單位Mff ;N為實測 時電負荷，單位Mff ;
[0028] a按照下式進行計算：
[0029]
[0030]f (O2)為實測煙氣中氧的體積分數(shù)，則實際空氣預(yù)熱器折算壓差續(xù)2計算公式 為：
[0031]
[0032]步驟二：按照公式（3)計算理想狀態(tài)下的折算壓差A(yù)p]，其中，所述的理想狀態(tài)為 空預(yù)器完全潔凈時的各參數(shù)的檢測值；
[0033] 步驟三：計算空預(yù)器清潔因子，計算公式為：
[0035] 本發(fā)明進一步提出了上述方法在監(jiān)測燃煤鍋爐SCR脫硝系統(tǒng)空氣預(yù)熱器灰污狀 況中的應(yīng)用。
[0036] 在具體應(yīng)用中，包括如下步驟：
[0037] 首先確定空預(yù)器臨界清潔因子，計算公式為Cgin = CU A(TF. + ACF：
[0038] 其中，CSm是在考慮安全性和經(jīng)濟性綜合的基礎(chǔ)上得到的；〇^_是原臨界清潔因 子；ACFs是考慮低溫腐蝕及堵灰時對CFnil^調(diào)整值，其值為負；ACFe考慮安全性原則的前 提下對應(yīng)與經(jīng)濟性原則時的CFnilJ^調(diào)整值，其值為正；
[0039] 然后比較計算的空預(yù)器清潔因子與確定的空預(yù)器臨界清潔因子，當計算的空預(yù)器 清潔因子小于確定的空預(yù)器臨界清潔因子時，對受熱面進行吹灰，同時計算吹灰前后空預(yù) 器壓差變化，尋找最佳吹灰周期最終實現(xiàn)尾部受熱面的按需吹灰。
[0040] 在實際的監(jiān)測過程中，優(yōu)選地采取如下方案：
[0041] (1)監(jiān)測機組運行過程中，尾部煙氣中的NH4HSO4含量、飛灰含量、煙氣溫度、NH3濃 度，并且測算實時的SO2含量；
[0042] (2)記錄不同順3逃逸率下，空氣預(yù)熱器的灰污阻力大小，如分別記錄lppm、2ppm、 3ppm時的空預(yù)器灰污阻力大小，對空預(yù)器等尾部受熱面的NH4HSO4濃度分布進行分析研究， 給出區(qū)域分布，為噴氨脫硝優(yōu)化控制提供指導(dǎo)建議，根據(jù)NH4HSO4濃度分布