关键词：燃煤火力发电；锅炉受热面污染监测；智能吹灰控制；吹灰器；锅炉结焦
1引 言
燃煤电站锅炉用煤的灰分和硫分含量较高，容易形成水冷壁、过热器、再热器和空预器等受热面的玷污和积灰，严重的积灰或结渣对锅炉的安全经济运行有很大的影响[1-3]。锅炉吹灰系统按照事先设定的吹灰周期工作[2-5]。但锅炉在实际运行过程中，由于煤质变化、燃烧调整和大小修技改等原因，受热面实际的积灰速度与原先的预测往往不能吻合，甚至偏差很大[2-5]。
按照锅炉设计时设定的吹灰周期吹灰往往并不合理，从而造成吹灰不足或过于频繁[3-6]。吹灰不足导致受热面污染进一步加剧，积灰或结焦导致机组带大负荷的能力受限，且AGC调节响应速率下降；大面积结焦和掉大块焦，还可能砸下熄灭炉膛火焰或者导致冷灰斗附近的水冷壁[2-6]。吹灰过于频繁，则导致受热面管壁减薄，四管泄漏的风险加剧[5-7]。因此，有必要基于锅炉受热面的脏污程度或清洁因子，在智能DCS平台上，搭建定量化和逻辑化的按需吹灰闭环控制系统。
本研究针对燃煤火力发电站，实时软测量煤质参数，实时计算锅炉受热面清洁因子，按照严格设计的逻辑动作吹灰器，将定时定量的传统吹灰方式，升级为按需适量的智能吹灰方式，确保锅炉长周期安全稳定运行。本文的分析有助于了解燃煤火力受热面污染的类型，通过合理、有效地动作吹灰器，以保持锅炉受热面的动态清洁，提升锅炉长周期安全稳定运行的能力和锅炉效率。
2受热面的脏污程度监测
图1示出锅炉受热面的污染类型包括炉膛水冷壁区域的高温结渣，屏式过热器、高温过热器、高温再热器区域的高温粘结灰，尾部竖井烟道低温过热器的干松积灰，空气预热器的硫酸氢铵粘结灰。
在锅炉运行中，应尽可能地准确监测炉内结渣积灰的程度和发展趋势，并根据积灰结渣的状况和运行需要，合理、有效地动作吹灰器，及时吹灰清渣。由于锅炉实际运行环境条件的限制，不可能直接判断炉内的结渣情况。而单纯依靠运行人员根据常规的运行数据来判断炉内结渣和严重积灰的程度十分困难。
图2示出为了更加有效地计算受热面的清洁因子，新增温度测点包括低温过热器入口汽温测点，省煤器出口汽温测点，后屏入口汽温测点，屏再入口汽温测点。受热面的污染程度定义为实际有灰状态下的换热系数与理想无积灰状态下的换热系数之比。
图1 锅炉受热面的脏污监测
图2 新增温度测点的现场安装图及位置
为了提高受热面的脏污程度监测精准度，需要对煤质等参数实时软测量，软测量内容包括煤质低位发热量、收到基水分和灰分，再热蒸汽流量。依据直吹式制粉系统的能量平衡和质量平衡原理，得到原煤水分。计算锅炉总热量，根据煤量实时计算低位发热量。基于53种火电厂常用煤质，回归分析了水分、灰分与低位发热量之间关系，求得灰分。
3吹灰闭环控制策略
智能吹灰控制系统基于在线监测参数，实时计算分析锅炉受热面的污染程度，在保证机组经济性和安全性的前提下，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”的智能吹灰闭环控制系统。结合受热面的积灰特性和机组安全需求，加强吹灰控制的针对性，提高锅炉运行效率，达到节能减排的目的。
图3示出智能吹灰系统的前屏长吹程控界面，前屏长吹的单吹程控序列包括打开A、B侧蒸汽阀，吹灰疏水阀；打开吹灰电动总阀；吹灰调阀投自动；吹灰调阀压力设定1.0 MPa；吹灰调阀压力设定1.8 MPa；进L1吹灰器，退L1吹灰器；进R1吹灰器，退R1吹灰器；进L2吹灰器，退L2吹灰器；进R2吹灰器，退R2吹灰器；进L3吹灰器，退L3吹灰器；进R3吹灰器，退R3吹灰器；进L4吹灰器，退L4吹灰器；进R4吹灰器，退R4吹灰器；进L24吹灰器，退L24吹灰器；进R24吹灰器，退R24吹灰器；关闭总调阀，压力设定为0 MPa；关闭吹灰电动总阀；关闭A、B侧蒸汽阀。智能吹灰系统的控制类型包括自动模式、手动模式、顺启模式、复位请求、单步请求、跳步请求等。
图3智能吹灰系统的前屏长吹程控界面
吹灰控制策略用于在锅炉整体运行环境下，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。吹灰需求度计算考虑了多方面因素，除受热面本身的污染程度外，综合了锅炉运行汽温、减温水流量、排烟温度、SCR入口烟温等运行情况。吹灰控制策略的模糊判定规则制定的依据包括：
（1）吹灰运行经验，包括汽温、偏差调节，烟气温度调节，减温水流量调节。
（2）运行规程限制，包括SCR入口烟温，主再热汽温异常，.金属管壁超温。
（3）锅炉设计因素，包括受热面设计换热面积，容积热负荷大小。
（4）吹灰启动保护，包括最低允许吹灰负荷保护，吹灰蒸汽压力、温度保护，机组异常工况判定。
（5）安全经济指标，包括炉膛出口烟温、壁温，排烟损失、再热减温水量，吹灰汽耗。
（6）受热面污染特性，清洁因子实时计算值，受热面玷污形式，灰污玷污增长速度。
4结 论
针对燃煤火力发电站，实时软测量煤质参数，实时计算锅炉受热面清洁因子，按照严格设计的逻辑动作吹灰器，将定时定量的传统吹灰方式，升级为按需适量的智能吹灰方式，确保锅炉长周期安全稳定运行。结果表明：
（1）锅炉受热面的污染类型包括炉膛水冷壁区域的高温结渣，屏式过热器、高温过热器、高温再热器区域的高温粘结灰，尾部竖井烟道低温过热器的干松积灰，空气预热器的硫酸氢铵粘结灰。
（2）软测量内容包括煤质低位发热量、收到基水分和灰分，再热蒸汽流量。
（3）智能吹灰控制系统基于在线监测参数，实时计算分析锅炉受热面的污染程度，在保证机组经济性和安全性的前提下，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”的智能吹灰闭环控制系统。
（4）智能吹灰系统的控制类型包括自动模式、手动模式、顺启模式、复位请求、单步请求、跳步请求等。
（5）吹灰控制策略的模糊判定规则制定的依据包括吹灰运行经验，运行规程限制，锅炉设计因素，吹灰启动保护，安全经济指标以及受热面污染特性。
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15期
论文发表时间:2019/11/20
标签：锅炉论文; 煤质论文; 实时论文; 智能论文; 高温论文; 机组论文; 控制系统论文; 《中国电业》2019年15期论文;