一种锅炉水冷壁结渣监测及闭环控制方法
本发明属于燃煤电站锅炉，尤其是涉及一种锅炉水冷壁结渣监测及闭环控制方法。
背景技术：
1、目前，针对燃煤锅炉水冷壁结渣的判断研究中，主要分为理论计算法及水冷壁背火侧测量的方法，存在计算不准确、成本高或者判断精度差等不足，无法精准定位水冷壁结渣位置。
2、国内学者对燃煤电站锅炉受热面污染状态监测及吹灰优化进行了大量研究，采用了不同的受热面污染状态监测方法，开发了相应的在线监测及吹灰优化系统，并在不同类型的燃煤锅炉上应用。
3、如公开号为cn111637478a的中国专利公开了一种炉膛吹灰方法；公开号为cn112283689a的中国专利文献公开了燃煤电站锅炉受热面积灰在线监测系统及其检测方法。
4、但由于燃煤锅炉炉内受热面污染状态的相关监测技术并无明显突破，无法定位具体的结渣位置及结渣的严重程度，无论是“吹灰优化系统”还是“智能吹灰系统”，其在各大燃煤电厂的实际应用情况并不理想，与理想状态存在较大差距，大部分电厂的类似系统并未真正投运，目前几乎所有的燃煤电厂仍然采用较为盲目的“按时按班”+“顺控吹灰”的吹灰模式及策略。
5、采用以上吹灰策略，达不到按需精准吹灰的效果，可能造成“过吹”或“欠吹”的问题，影响机组安全运行。
技术实现思路
1、本发明提供了一种锅炉水冷壁结渣监测及闭环控制方法，通过dcs系统对每台墙式吹灰器的控制，可以实现锅炉水冷壁结渣精确定位及闭环控制，提高锅炉安全性的同时，提高锅炉经济性及智能化运行水平。
2、一种锅炉水冷壁结渣监测及闭环控制方法，采用的系统包含锅炉水冷壁、水冷壁结渣状态监测及定位传感器、数据采集模块、dcs系统和墙式吹灰器；
3、根据墙式吹灰器的安装位置，以每个墙式吹灰器为中心，将水冷壁划分为与墙式吹灰器数量相同的多个吹灰区域，每个吹灰区域均包含水冷壁管、水冷壁管之间的鳍片以及水冷壁管与鳍片之间的焊疤；所述的水冷壁结渣状态监测及定位传感器布置在每个吹灰区域内，并与数据采集模块连接，用于实时监测鳍片温度；所述数据采集模块用于接收水冷壁结渣状态监测及定位传感器采集的数据信号并传输至dcs系统；所述的dcs系统用于接收数据采集模块的信号、对数据进行处理以及对各个墙式吹灰器进行闭环控制；所述的墙式吹灰器，布置在每个吹灰区域内，用于根据dcs系统的控制指令进行动作，清除对应吹灰区域的渣块；
4、所述的方法包括以下步骤：
5、步骤1，对每个水冷壁结渣状态监测及定位传感器所测水冷壁温度历史数据进行建模，得到每个吹灰区域的水冷壁清洁时理论温度值
6、步骤2，根据传热学原理，构建每个吹灰区域的水冷壁实测温度tw、水冷壁清洁时理论温度值和水冷壁结渣层热阻rs三者之间的关系，并根据历史数据计算得到每个吹灰区域内的水冷壁结渣层热阻最小值rs-min；
7、步骤3，以水冷壁结渣层热阻rs反映对应吹灰区域的结渣情况，构建每个吹灰区域结渣程度的判断依据及对应的吹灰策略；
8、步骤4，锅炉运行过程中，每个水冷壁结渣状态监测及定位传感器实时测量对应水冷壁温度，进一步计算得到水冷壁结渣层热阻rs，然后基于每个吹灰区域结渣程度的判断依据，判断锅炉运行过程中每个吹灰区域的结渣程度；
9、当水冷壁某吹灰区域存在结渣，需要通过对应吹灰器进行清除时，对应墙式吹灰器提出吹灰需求，dcs系统发出对应墙式吹灰器吹灰指令，在监测水冷壁结渣状态的同时实现闭环控制。
10、水冷壁结渣后，成为炉膛高温烟气与水冷壁之间的传热热阻，结渣层越厚，传热热阻越大，高温烟气与水冷壁的换热效果越差，对应水冷壁结渣状态监测及定位传感器所测温度越低，然而，二者之间并非单纯线性关系，水冷壁结渣状态监测及定位传感器所测温度受到锅炉负荷、磨煤机投运方式、火焰中心高度、烟气挡板、给水温度等的影响。
11、为建立每个传感器准确的吹灰模型，在实际应用过程中，在水冷壁结渣状态监测及定位传感器安装后，经过长时间数据累积，采集历史数据，构建每个传感器的结渣状态判断依据，通过判断不同位置传感器的结渣状态进行结渣位置定位，同时将结渣状态作为水冷壁结渣精确定位及闭环控制的依据。
12、步骤2中，构建每个吹灰区域的水冷壁实测温度、水冷壁清洁时理论温度值和水冷壁结渣层热阻三者之间的关系，具体为：
13、
14、式中，rs为水冷壁结渣层热阻；为水冷壁清洁时理论温度值；tw为水冷壁实测温度；n为吹灰区域内水冷壁管的数量，水冷壁管均匀布置；q为水冷壁管内工质的质量流量，kg/s；δh为水冷壁管内两端工质的焓增，kj/kg。
15、步骤3中，构建每个吹灰区域结渣程度的判断依据及对应的吹灰策略，具体为：
16、dcs系统对每个吹灰区域的水冷壁结渣层热阻rs进行实时计算，当rs-rs-min＜0.04w/k，且上一次吹灰后sd＜10％，则此传感器对应的吹灰区域结渣轻微，对应的墙式吹灰器无需进行吹灰，sd表示标准差；当rs-rs-min＞0.04w/k，且上一次吹灰后10％＜sd＜40％，则此传感器对应的吹灰区域存在结渣，需要通过对应的墙式吹灰器进行清除，对应吹灰器提出吹灰请求；当rs-rs-min＞0.04w/k，且上一次吹灰后sd＞40％，则此传感器对应吹灰区域存在结渣，但会在锅炉运行过程中自行脱落，对应的墙式吹灰器无需进行吹灰。
17、进一步地，所述的水冷壁结渣状态监测及定位传感器包括铠装热电偶、炉外固定底座和热电偶保护套管；
18、所述的炉外固定底座安装在每个吹灰区域内两根水冷壁管之间的鳍片处，所述热电偶保护套管的一端与炉外固定底座上设置的贯穿螺纹孔固定；所述的鳍片设有热电偶安装孔，所述铠装热电偶的测量端穿过热电偶保护套管以及炉外固定底座的贯穿螺纹孔后安装于鳍片的热电偶安装孔内。
19、进一步地，炉外固定底座选用与鳍片相同材质进行加工，炉外固定底座焊接安装更加方便、牢固。
20、进一步地，所述热电偶安装孔的深度为鳍片厚度的50％，可在锅炉运行时进行安装，与已有技术相比，避免了安装人员必须于停炉时进入炉内安装炉内集热块的工序，显著提高了安装的便利性与时效性，且热电偶装在鳍片的热电偶安装孔内，不会直接与炉内高温多尘的恶劣环境接触，显著提高了热电偶的使用寿命。
21、进一步地，所述的热电偶安装孔位于两根水冷壁管中间位置。
22、所述的炉外固定底座两侧设置的弧面半径与水冷壁管外壁面半径相同，弧面与水冷壁管紧密贴合，贴合后炉外固定底座与鳍片留有间隙；所述炉外固定底座通过上下两个连接块与鳍片焊接固定。
23、为避免影响水冷壁安全运行，炉外固定底座上下两端均设有焊接连接块，安装时通过焊接连接块将炉外固定底座仅安装于水冷壁的鳍片上。
24、进一步地，为方便拆卸水冷壁结渣状态监测及定位传感器各部件，所述的热电偶保护套管的两端分别设有外螺纹及内螺纹，其中一端的外螺纹与炉外固定底座连接，另一端的内螺纹与紧固卡套连接；
25、所述的紧固卡套设有内螺纹，与热电偶保护套管连接，用于固定铠装热电偶。安装时，铠装热电偶依次穿过紧固卡套、保护套管抵至鳍片的安装孔后将紧固卡套的螺纹紧固。
26、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
27、本发明根据墙式吹灰器位置将水冷壁划分为多个吹灰区域，在每个区域安装水冷壁结渣状态监测及定位传感器，通过构建每个传感器所测壁温得到对应区域结渣层热阻，根据热阻反映水冷壁不同区域结渣状态，实现水冷壁不同区域结渣状态监测、结渣位置定位，通过自动识别、自动控制实现吹灰系统的及闭环控制。
技术特征：
1.一种锅炉水冷壁结渣监测及闭环控制方法，其特征在于，采用的系统包含锅炉水冷壁、水冷壁结渣状态监测及定位传感器、数据采集模块、dcs系统和墙式吹灰器；
2.根据权利要求1所述的锅炉水冷壁结渣监测及闭环控制方法，其特征在于，步骤2中，构建每个吹灰区域的水冷壁实测温度、水冷壁清洁时理论温度值和水冷壁结渣层热阻三者之间的关系，具体为：
3.根据权利要求1所述的锅炉水冷壁结渣监测及闭环控制方法，其特征在于，步骤3中，构建每个吹灰区域结渣程度的判断依据及对应的吹灰策略，具体为：
4.根据权利要求1所述的锅炉水冷壁结渣监测及闭环控制方法，其特征在于，所述的水冷壁结渣状态监测及定位传感器包括铠装热电偶、炉外固定底座和热电偶保护套管；
5.根据权利要求4所述的锅炉水冷壁结渣监测及闭环控制方法，其特征在于，所述热电偶安装孔的深度为鳍片厚度的50％。
6.根据权利要求4所述的锅炉水冷壁结渣监测及闭环控制方法，其特征在于，所述的热电偶安装孔位于两根水冷壁管中间位置。
7.根据权利要求4所述的锅炉水冷壁结渣监测及闭环控制方法，其特征在于，所述的炉外固定底座两侧设置的弧面半径与水冷壁管外壁面半径相同，弧面与水冷壁管紧密贴合，贴合后炉外固定底座与鳍片留有间隙；所述炉外固定底座通过上下两个连接块与鳍片焊接固定。
8.根据权利要求4所述的锅炉水冷壁结渣监测及闭环控制方法，其特征在于，所述的热电偶保护套管的两端分别设有外螺纹及内螺纹，其中一端的外螺纹与炉外固定底座连接，另一端的内螺纹与紧固卡套连接；
技术总结
本发明公开了一种锅炉水冷壁结渣监测及闭环控制方法，包括：步骤1，对每个水冷壁结渣状态监测及定位传感器所测水冷壁温度历史数据进行建模，得到每个吹灰区域的水冷壁清洁时理论温度值；步骤2，构建每个吹灰区域的水冷壁实测温度、水冷壁清洁时理论温度值和水冷壁结渣层热阻之间的关系，并计算得到每个吹灰区域内的水冷壁结渣层热阻最小值；步骤3，以水冷壁结渣层热阻反映对应吹灰区域的结渣情况，构建每个吹灰区域结渣程度的判断依据及对应的吹灰策略；步骤4，基于每个吹灰区域结渣程度的判断依据，判断锅炉运行过程中每个吹灰区域的结渣程度，DCS系统发出对应墙式吹灰器吹灰指令。利用本发明，可以实现水冷壁结渣精确定位及闭环控制。
技术研发人员：李培,施子福,薛志亮,周永刚,温小豪
受保护的技术使用者：浙江大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23