摘 要：针对燃煤火力发电站，基于智能DCS操作系统的智能发电平台和受热面温度在线监测参数，实时计算锅炉受热面的污染程度或清洁因子，通过制定合理的吹灰控制策略，实现变定时定量为按需适量的智能吹灰闭环，以提升火电机组运行的安全性和经济性。智能吹灰控制系统的功能模块包括受热面积灰污染监测，智能吹灰模糊判定模型，智能吹灰优化控制策略，关键参数的在线软测量技术以及吹灰控制优化指令队列。结果表明，智能吹灰系统的实施效果和创新点包括基于清洁因子构建的受热面污染在线监测模型提高了变工况下受热面污染监视的可视化、实时性和精确性；实现了真正意义上的按需适量吹灰闭环控制；提出了全新的吹灰器分组方式，简化操作，突出重点吹灰部位；首次实现了智能吹灰与主机DCS的一体化；采用不影响生产的污染监测模型生成技术，基于长周期趋势识别算法应对外界干扰；基于煤质软测量，优化吹灰频率，实现煤质变化时的动态吹灰优化，提高了机组的整体吹灰收益。
关键词：燃煤火力发电；智能DCS；智能吹灰控制；吹灰器；清洁因子；锅炉结焦
1引 言
对于燃煤火力发电站，由于掺烧的煤质灰熔融点较低，灰分或硫分含量较高，很容易造成锅炉受热面的积灰或结焦污染[1-5]。锅炉受热面积灰或结焦造成水冷壁、屏过等区域吸热量不足，烟气温度沿程降低偏离设计值，导致低温过热器出口壁温偏高，减温水量偏高，严重时需要降负荷甚至停炉处理，严重威胁发电机组的长周期安全稳定运行[4-7]。因此，有必要构建基于智能DCS平台的智能吹灰模块，基于受热面的污染程度，实现定制化的按需智能吹灰，避免锅炉管道受热面“过吹”和“欠吹”。
本研究针对燃煤火力发电站，基于智能DCS操作系统的智能发电平台和受热面温度在线监测参数，实时计算锅炉受热面的污染程度或清洁因子，通过制定合理的吹灰控制策略，实现变定时定量为按需适量的智能吹灰闭环，以提升火电机组运行的安全性和经济性。本文的分析有助于了解燃煤火力受热面污染和结焦的监测方法，通过制定合理的锅炉吹灰策略，以保持锅炉受热面的动态清洁，提升机组负荷响应速率，保障锅炉燃烧的安全性。
2智能吹灰控制系统和清洁因子
智能吹灰控制系统的功能模块包括受热面积灰污染监测，智能吹灰模糊判定模型，智能吹灰优化控制策略，关键参数的在线软测量技术以及吹灰控制优化指令队列。
为了实现受热面的积灰污染精准监测功能，新增的温度测点包括低温过热器入口汽温测点4个，后屏入口汽温测点2个，屏式再热器入口汽温测点2个，省煤器出口汽温测点3个，更换转向室烟温测点。通过各个对流受热面工质侧的进出口温度、压力、流量及烟温测点，计算出传热温差及实际传热系数，采用清洁因子的变化来反映受热面的积灰状况，清洁因子是受热面的实际传热系数与理想状态的传热系数的比值。
图1示采用清洁因子定量化描述受热面污染情况监视指标，将受热面分为红、黄、绿三种颜色，红表示严重污染，黄表示中度污染，绿表示轻微污染。污染置信度反映受热面的脏污程度，也称为脏污因子，脏污因子基于清洁因子反算得到。
脏污因子大于80分，则显示红色，严重污染，应加强吹灰。脏污因子大于60分，小于80分，则显示黄色，中度污染，应适度吹灰。脏污因子小于60，则显示绿色，轻微污染，可以不吹灰，或者短时间程序吹灰。基于受热面污染程度分级，自动调用分区内的吹灰器对锅炉受热面吹灰，从而实现除尘和除结焦。图1示出屏式再热器吹灰置信度为78%，大于60%，小于80%，说明屏式再热器受热面为中度污染，应调用屏再长吹进行程控吹灰。
图1 智能吹灰系统的受热面污染置信度和吹灰枪示意图
基于清洁因子和现场运行经验，制定吹灰判定依据，将自然语言的模糊规则运用到吹灰控制中，构建智能吹灰模糊控制模型。吹灰控制策略用于在锅炉运行时，实时判定受热面的吹灰需求度。吹灰需求度提供了当前时刻需要投运吹灰器的数量建议。
3实施效果
智能吹灰系统的实施效果和创新点包括：
（1）基于热平衡定义的“传热系数法”清洁因子，结合“动态数据融合”补偿方法构建了对流受热面污染在线监测模型，提高了变工况下受热面污染监视的实时性和精确性。另外，全工况实时监测受热面积灰状况，实现了受热面污染程度的“可视化”。图2示出在吹灰器吹灰动作后，前屏清洁因子有明显的提升；之后随着吹灰器的停运和机组的运行，前屏清洁因子又缓慢降低。前屏清洁因子的变化趋势与实际情况相符，说明受热面污染在线监测模型能动态、有效地反映受热面的脏污程度。
（2）基于智能DCS平台和多目标优化吹灰控制策略，开发的智能吹灰控制系统实现了真正意义上的受热面“按需适量”吹灰闭环控制。当污染监控显示红色时，自动进行该受热面的吹灰动作，实现按需吹灰的闭环控制，并制定了完备的安全保护措施。
（3）提出了全新的吹灰器分组方式，简化操作，突出重点吹灰部位。根据运行人员的习惯和机组实际情况进行吹灰器的分组，充分考虑了锅炉受热面结焦的情况和电厂运行人员的经验，简化了运行人员的操作，突出重点吹灰部位。例如，根据屏式再热器、高温再热器区域结焦、掉焦严重的情况，针对结焦严重区域设置专用吹灰器分组。
（4）首次实现了智能吹灰与主机DCS的一体化。采用API通讯协议与主机DCS进行一体化设计，与主机DCS共享数据库，打破了数据通讯的数量限制，消除了系统安全隐患。智能吹灰系统由于需要进行大量复杂的计算，采用高级算法，所以无法在传统的DCS侧通过组态实现算法功能。而针对全新的智能DCS操作平台，通过搭建DCS高级服务平台和数据通讯高速公路，实现了智能吹灰功能模块的高度兼容性嵌入智能DCS平台。智能吹灰控制系统与DCS智能应用平台进行一体化设计，能提高整个控制系统的安全性和可维护性。
（5）采用不影响生产的污染监测模型生成技术，基于长周期趋势识别算法应对外界干扰。通过离线数据分析，对比实际吹灰动作的影响和污染监测指标，不断修正各受热面的清洁因子权重系数、置信度上下限等参数，实现参数的循环迭代，无需通过试验的方式得到污染监测模型，进而对电厂的正常运行几乎不会造成干扰。根据不同测点信号的变化频率进行不同的滤波操作，并在负荷变化时根据汽温和烟温的变化前后延迟时间进行相应的算法补偿，识别出机组长周期的参数变化趋势，对吹灰器动作具有较强指导意义。
（6）实时在线计算煤质成分，实现煤质变化时的动态吹灰优化。针对锅炉运行特点和积灰特性，优化了吹灰频率，提高机组的整体吹灰收益。
图2 前屏清洁因子随时间的变化
4结 论
针对燃煤火力发电站，在智能DCS平台搭建智能吹灰控制系统，基于锅炉受热面的脏污程度或清洁因子，合理、有效地动作吹灰器，变定时定量为按需适量的智能吹灰，确保锅炉长周期安全稳定运行。结果表明：
（1）智能吹灰控制系统的功能模块包括受热面积灰污染监测，智能吹灰模糊判定模型，智能吹灰优化控制策略，关键参数的在线软测量技术以及吹灰控制优化指令队列。
（2）基于受热面污染情况监视指标，清洁因子或脏污因子或污染置信度，受热面分为红、黄、绿三种颜色，红表示严重污染，黄表示中度污染，绿表示轻微污染。基于受热面污染程度分级，自动调用分区内的吹灰器对锅炉受热面吹灰，从而实现除尘和除结焦。脏污因子大于80分，则显示红色，严重污染，应加强吹灰。脏污因子大于60分，小于80分，则显示黄色，中度污染，应适度吹灰。脏污因子小于60，则显示绿色，轻微污染，可以不吹灰，或者短时间程序吹灰。
（3）智能吹灰系统的实施效果和创新点包括基于清洁因子构建的受热面污染在线监测模型提高了变工况下受热面污染监视的可视化、实时性和精确性；实现了真正意义上的按需适量吹灰闭环控制；提出了全新的吹灰器分组方式，简化操作，突出重点吹灰部位；首次实现了智能吹灰与主机DCS的一体化；采用不影响生产的污染监测模型生成技术，基于长周期趋势识别算法应对外界干扰；基于煤质软测量，优化吹灰频率，实现煤质变化时的动态吹灰优化，提高了机组的整体吹灰收益。
参考文献
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论文作者:邬馗星
论文发表刊物:《中国电业》2019年17期
论文发表时间:2019/12/17
标签：智能论文; 因子论文; 在线论文; 脏污论文; 结焦论文; 清洁论文; 锅炉论文; 《中国电业》2019年17期论文;