《智能吹灰系统》PPT课件.ppt
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1、电站锅炉智能吹灰优化系统电站锅炉智能吹灰优化系统(ISB System for PC Boiler)(ISB System for PC Boiler)2/4/20231主要内容n锅炉受热面积灰及项目意义;锅炉受热面积灰及项目意义;n积灰特性;积灰特性;n受热面污染监测方法;受热面污染监测方法;n污染监测原理;污染监测原理;n监测模型验证试验;监测模型验证试验;n典型典型“锅炉智能吹灰系统锅炉智能吹灰系统”简介。简介。2/4/20232一、锅炉受热面吹灰及项目意义一、锅炉受热面吹灰及项目意义n美美国国电电力力科科学学研研究究院院(EPRIEPRI)对对全全美美境境内内91 91 台台电电站站锅
2、锅炉炉灰灰污污状状况况进进行行调调查查,统统计计数数据据表表明明37%37%的的机机组组锅锅炉炉频频繁繁发发生生严严重重灰灰污污,40%40%的的锅锅炉炉不时会出现灰污问题。不时会出现灰污问题。n受受热热面面结结渣渣和和积积灰灰,不不仅仅会会降降低低炉炉内内受受热热面面的的传传热热能能力力,还还会会引引起起与与加加剧剧锅锅炉炉腐腐蚀蚀,降降低低受受热热面面使使用用寿寿命命从从而而就就降降低低了了锅锅炉炉的的可可靠靠性性和和可可用率。用率。2/4/20233国内不乐观?!n掺烧或改烧品位较低灰分高且灰熔点低掺烧或改烧品位较低灰分高且灰熔点低n问题:问题:受热面积灰结渣程度的加剧。受热面积灰结渣程
3、度的加剧。n通过锅炉的结构改造和运行调整不能完通过锅炉的结构改造和运行调整不能完全解决受热面的结渣积灰问题,吹灰是全解决受热面的结渣积灰问题,吹灰是清除灰污和维持锅炉受热面清洁的一种清除灰污和维持锅炉受热面清洁的一种极为有效的手段,它能提高机组可用率,极为有效的手段,它能提高机组可用率,保证锅炉经济、安全运行。保证锅炉经济、安全运行。2/4/20234 如何吹灰?有保障吗?如何吹灰?有保障吗?吹吹灰灰器器的的问问题题:吹吹灰灰原原理理、结结构构不不合合理理,在在使使用用中中被被烧烧坏坏、卡住,使吹灰器无法使用或效果很差。卡住,使吹灰器无法使用或效果很差。吹吹灰灰的的方方式式不不合合理理:定定时
4、时吹吹灰灰,不不论论积积灰灰状状况况,到到时时间间就就吹吹灰;灰;根据排烟温度的高低进行吹灰根据排烟温度的高低进行吹灰,排烟温度高就吹灰。,排烟温度高就吹灰。不了解积灰的部位和程度,不考虑积灰是否严重、是否应该不了解积灰的部位和程度,不考虑积灰是否严重、是否应该吹灰、什么部位吹灰,锅炉受热面全部进行吹灰。既费蒸汽,吹灰、什么部位吹灰,锅炉受热面全部进行吹灰。既费蒸汽,锅炉效率下降,又产生严重磨损。锅炉效率下降,又产生严重磨损。2/4/20235n手段:手段:蒸汽吹灰、激波吹灰、声波除灰等,蒸汽吹灰、激波吹灰、声波除灰等,以蒸汽吹灰为主以蒸汽吹灰为主。n吹吹灰灰和和积积灰灰是是两两个个截截然然相
5、相反反的的过过程程,后后者者增增加加受受热热面面的的热热阻阻,降降低低能能量量的的利利用用率率;而而前前者者通通过过消消耗耗少少量量的的能能量量,减减小小热热阻阻,最最终终达达到到提提高高能能量量利利用用的的目目的的。由由于于吹吹灰灰在在增增加加传传热热系系数数、提提高高热热流流率率的的同同时时,需需要要消消耗耗一一定定的的能能量量,并并对对受受热热面面造造成成磨磨损损,因因此此,吹吹灰灰并并不不总总是是有有益益,吹吹灰灰器器不不恰恰当当的的运运作作不不仅仅无无助助于于提提高高机机组组的的经经济济性性,反反而而可可能能影影响响机机组组的的安安全全运运行行(磨磨损损爆爆管管),存在一个最佳吹灰策
6、略的问题。存在一个最佳吹灰策略的问题。怎么办怎么办?!?!吹灰并不总是有益吹灰并不总是有益,存在最佳吹灰策略存在最佳吹灰策略2/4/20236需要需要 “污染面积灰可视化和智能吹灰指导污染面积灰可视化和智能吹灰指导”1.1.监监测测受受热热面面的的污污染染状状况况,对对各各受受热热面面的的污污染染量量化化,并实现可视化;并实现可视化;2.2.在量化的基础上,改变原吹灰模式,按需吹灰;在量化的基础上,改变原吹灰模式,按需吹灰;3.3.提高锅炉整体性能;提高锅炉整体性能;4.4.减小受热面的磨损。减小受热面的磨损。2/4/20237二、二、积灰特性积灰特性:灰污如何形成的?灰污如何形成的?n煤产生
7、的不可燃固体残余物煤产生的不可燃固体残余物称为灰渣。称为灰渣。n煤粉炉冷灰斗排出的固态燃煤粉炉冷灰斗排出的固态燃烧残余物称为渣,烟气带出烧残余物称为渣,烟气带出的固态燃烧残余物称为灰。的固态燃烧残余物称为灰。n灰分含量的高低决定了灰渣灰分含量的高低决定了灰渣生成量的大小。生成量的大小。n煤在燃烧过程中所有可燃物煤在燃烧过程中所有可燃物完全燃烧,煤中的矿物质发完全燃烧,煤中的矿物质发生一系列分解、化合等复杂生一系列分解、化合等复杂反应后所剩余的残渣。反应后所剩余的残渣。600MW锅炉即使所用煤的锅炉即使所用煤的灰分仅为灰分仅为15%,有,有700t/d的煤灰产生。的煤灰产生。2/4/20238积
8、灰特性积灰特性n受热面积灰和结渣主要是由燃煤中矿物质在燃受热面积灰和结渣主要是由燃煤中矿物质在燃烧过程中发生选择性沉积所造成的。烧过程中发生选择性沉积所造成的。2/4/20239积灰类型积灰类型 灰污如何形成的?灰污如何形成的?n1 1、炉膛辐射受热面结渣;、炉膛辐射受热面结渣;n2 2、对流受热面积灰、对流受热面积灰 ;2/4/202310n煤燃烧过程中,部分灰渣形成熔化或半煤燃烧过程中,部分灰渣形成熔化或半熔化的颗粒,在凝固前由烟气携带碰撞熔化的颗粒,在凝固前由烟气携带碰撞在炉墙、在炉墙、水冷壁或者高温段过热器上水冷壁或者高温段过热器上,并粘附于其表面,经冷却凝固而形成焦并粘附于其表面,经
9、冷却凝固而形成焦块。结渣而形成的焦块形态主要是粘稠块。结渣而形成的焦块形态主要是粘稠或熔融的沉淀物,并主要出现在锅炉辐或熔融的沉淀物,并主要出现在锅炉辐射受热面上,降低炉内受热面的传热能射受热面上,降低炉内受热面的传热能力。力。炉膛辐射受热面结渣炉膛辐射受热面结渣2/4/202311对流受热面积灰对流受热面积灰n烟气夹带部分固态灰渣经过热器、再热器、省煤器和空烟气夹带部分固态灰渣经过热器、再热器、省煤器和空气预热器等受热面。气预热器等受热面。n高温积灰:高温积灰:部分灰渣在高温下挥发成气态,然后在水冷部分灰渣在高温下挥发成气态,然后在水冷壁、过热器和再热器管子表面上发生凝结,并与飞灰相壁、过热
10、器和再热器管子表面上发生凝结,并与飞灰相结合一起沉积在管子表面上,形成高温粘结性积灰。多结合一起沉积在管子表面上,形成高温粘结性积灰。多发生在屏式过热器、对流过热器、再热器等对流受热面发生在屏式过热器、对流过热器、再热器等对流受热面上。上。n积灰的程度与煤种有很大的关系,积灰的程度与煤种有很大的关系,FeFe基、基、NaNa基基n由内外两层组成:内层呈液相形态,在受热面管子和外由内外两层组成:内层呈液相形态,在受热面管子和外层飞灰之间起着一种粘结剂的作用,形成块状沉积物,层飞灰之间起着一种粘结剂的作用,形成块状沉积物,发生二次物理、化学过程,积灰层的强度。形成盐分发生二次物理、化学过程,积灰层
11、的强度。形成盐分2/4/202312对流受热面积灰对流受热面积灰n低温积灰低温积灰:粒径较大的飞灰颗粒沉积粒径较大的飞灰颗粒沉积,降低传热能力并可能引起降低传热能力并可能引起堵塞,主要出现在温度可能低于烟气中酸露点的管壁表面上堵塞,主要出现在温度可能低于烟气中酸露点的管壁表面上(如省煤器和空气预热器受热面),由酸液与飞灰凝聚而成,(如省煤器和空气预热器受热面),由酸液与飞灰凝聚而成,因此低温积灰与冷却表面上发生的酸或水蒸气的凝结有关。因此低温积灰与冷却表面上发生的酸或水蒸气的凝结有关。n由三类物质构成:由三类物质构成:第一类物质为由于酸腐蚀而产生的反应产第一类物质为由于酸腐蚀而产生的反应产物,
12、其数量取决于产生酸腐蚀的量、反应温度以及受热面金物,其数量取决于产生酸腐蚀的量、反应温度以及受热面金属的类型;第二类物质为随烟气碰撞受热面管子并沉积下来属的类型;第二类物质为随烟气碰撞受热面管子并沉积下来的大部分飞灰;第三类物质为酸与飞灰中的铁、钠、钙等元的大部分飞灰;第三类物质为酸与飞灰中的铁、钠、钙等元素发生反应形成的盐类。素发生反应形成的盐类。2/4/2023132/4/202314灰污的危害?灰污的危害?传热方面传热方面 主要热阻在烟气侧,特别是积灰附加热阻,主要热阻在烟气侧,特别是积灰附加热阻,如得不到及时清除,显著地影响传热如得不到及时清除,显著地影响传热 。预测:预测:3mm3m
13、m疏松灰或疏松灰或10mm10mm熔融渣时,炉膛传热量下降熔融渣时,炉膛传热量下降40%40%,炉膛出口烟温升高近炉膛出口烟温升高近300300。实测:实测:炉膛积灰厚度由炉膛积灰厚度由1mm1mm增至增至2mm2mm时,传热量减少时,传热量减少28%28%。2/4/202315灰污的危害?灰污的危害?受热面的腐蚀受热面的腐蚀 n煤中煤中S/Cl/S/Cl/碱金属较多,严重的灰污和高温腐蚀。碱金属较多,严重的灰污和高温腐蚀。n碱金属化合物,在高温条件下发生升华,冷凝在碱金属化合物,在高温条件下发生升华,冷凝在温度较低的受热面管壁上,形成复杂的低熔点复温度较低的受热面管壁上,形成复杂的低熔点复合
14、物,常以液相状态存在,称为熔池。熔池中的合物,常以液相状态存在,称为熔池。熔池中的碱金属硫酸盐会与管壁金属发生强烈的腐蚀反应,碱金属硫酸盐会与管壁金属发生强烈的腐蚀反应,形成所谓硫酸盐高温腐蚀。形成所谓硫酸盐高温腐蚀。n高温腐蚀可导致管壁金属迅速减薄降低受热面管高温腐蚀可导致管壁金属迅速减薄降低受热面管子的使用寿命。子的使用寿命。2/4/202316灰污的危害?灰污的危害?诱发事故,设备损坏n大渣块突然掉落,损坏设备;大渣块突然掉落,损坏设备;n渣块掉落在冷灰斗上,还会使水冷壁产生振动,渣块掉落在冷灰斗上,还会使水冷壁产生振动,引发更多的落渣;引发更多的落渣;n炽热渣块落入渣池,蒸发大量水蒸气
15、,会导致炽热渣块落入渣池,蒸发大量水蒸气,会导致炉内压力的大幅度波动;炉内压力的大幅度波动;n压力波动超过一定限制时,会引发燃烧保护系压力波动超过一定限制时,会引发燃烧保护系统误动,切断燃料投放,导致锅炉灭火或停炉;统误动,切断燃料投放,导致锅炉灭火或停炉;n2/4/202317 三、受热面积灰监测方法三、受热面积灰监测方法n 1 1、热流计热流计:在炉膛水冷壁、过热器、再在炉膛水冷壁、过热器、再热器、省煤器等热器、省煤器等“四管四管”等结渣积灰部位等结渣积灰部位安装,包括清洁热流计、灰污热流计,通安装,包括清洁热流计、灰污热流计,通过两信号的差异判断水冷壁的污染程度。过两信号的差异判断水冷壁
16、的污染程度。(主要用于炉膛的监测)(主要用于炉膛的监测)2/4/2023182/4/2023192/4/2023202/4/2023212/4/2023222/4/202323n每个一段时间(每个一段时间(20min20min2hr2hr)对洁净传感器维)对洁净传感器维护,护,n割管段,加装传感器,割管段,加装传感器,n建立数学模型:建立数学模型:2/4/202324 运用热平衡原理,建立基于在线监测数据的热力运用热平衡原理,建立基于在线监测数据的热力计算模型;采用在线热工参数的模糊表述和预处理,计算模型;采用在线热工参数的模糊表述和预处理,考虑煤质和负荷变化的影响。考虑煤质和负荷变化的影响。
17、在锅炉整体热平衡的基础上,从省煤器出口开始,逆烟气流向根据各在锅炉整体热平衡的基础上,从省煤器出口开始,逆烟气流向根据各段受热面特点进行热平衡和传热计算。段受热面特点进行热平衡和传热计算。根据受热面出口烟温,工质侧进出口温度等参数的基础上,分别由烟根据受热面出口烟温,工质侧进出口温度等参数的基础上,分别由烟气侧和工质侧的热平衡方程,计算该受热面的入口烟温。气侧和工质侧的热平衡方程,计算该受热面的入口烟温。根据热平衡方程得到该工况下受热面的实际传热系数,继而求出该受根据热平衡方程得到该工况下受热面的实际传热系数,继而求出该受热面污染度。当污染达到一定程度时,给出吹灰建议。热面污染度。当污染达到一
18、定程度时,给出吹灰建议。增加部分测点增加部分测点2 2、热平衡法、热平衡法2/4/202325四、污染监测原理四、污染监测原理n1 1、受热面污染监测原理、受热面污染监测原理1 1工质烟气受热面积灰层金属管壁工质?烟气烟气2/4/202326n理想理想K K根据锅炉的运行参数和结构参数计根据锅炉的运行参数和结构参数计算,实际算,实际K K根据实际的换热量计算。根据实际的换热量计算。n工质侧、烟气侧同时计算工质侧、烟气侧同时计算n烟气量:反平衡锅炉效率烟气量:反平衡锅炉效率煤量,正平煤量,正平衡煤的参数衡煤的参数烟气参数烟气参数2/4/202327n从省煤器出口倒推得到炉膛出口烟温,从省煤器出口
19、倒推得到炉膛出口烟温,可求得炉膛平均热有效系数可求得炉膛平均热有效系数n炉膛水冷壁吸收的热量主要是来自炉内炉膛水冷壁吸收的热量主要是来自炉内火焰的辐射热,对流热只占大约火焰的辐射热,对流热只占大约5%5%左右,左右,可以忽略不计。水冷壁的污染系数定义:可以忽略不计。水冷壁的污染系数定义:n受热面污染监测原理受热面污染监测原理2 22/4/202328受热面污染监测原理受热面污染监测原理3 3n利用受热面利用受热面烟气流动阻力烟气流动阻力(进出口烟气(进出口烟气压差)的变化来反映锅炉运行中对流受压差)的变化来反映锅炉运行中对流受热面的积灰严重程度热面的积灰严重程度 :受热面沾污、积:受热面沾污、
20、积灰,出口烟温提高,且烟气流通截面变灰,出口烟温提高,且烟气流通截面变窄,烟速增加,受热面管壁粗糙度增加,窄,烟速增加,受热面管壁粗糙度增加,引起烟气流动阻力增大。引起烟气流动阻力增大。2/4/202329n烟气流量不变积灰增多烟气流量不变积灰增多烟道截面变窄烟道截面变窄烟速增加烟速增加受热面压降会变大受热面压降会变大.n灰污程度加重,通用阻力系数会变大,烟灰污程度加重,通用阻力系数会变大,烟道截面积会变小,灰污程度指标变大道截面积会变小,灰污程度指标变大.2/4/202330受热面污染监测原理受热面污染监测原理4 4n仿真模拟方法;仿真模拟方法;n受热面污染因子统计数值;受热面污染因子统计数
21、值;n模糊决策算法;模糊决策算法;nBPBP神经网络算法;神经网络算法;2/4/202331通过计算工具通过计算工具n模型保障:通过先模型保障:通过先进的计算工具实现进的计算工具实现nFLUENTFLUENT:流场的模:流场的模拟拟nMATLABMATLAB:BPBP神经神经网络模型的实现网络模型的实现2/4/202332炉膛中心截面温度场2/4/202333燃烧器喷口的颗粒轨迹 2/4/202334受热面受热面BPBP网络积灰模型网络积灰模型2/4/202335BPBP参数选取:参数选取:参考传热系数(实际、理想)所需量参考传热系数(实际、理想)所需量n输入参数的确定:输入参数的确定:111
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