[发明专利]一种在线测量炉膛灰污系数的方法和装置

说明书

本发明公开了在线测量锅炉炉膛灰污系数的方法和装置，包括以下步骤：在锅炉参考运行状态下，进行多个运行工况的三变量试验，得到锅炉参考状态下的比火焰辐射温度变化规律；(2)在锅炉实际运行状态下，测量炉膛负荷、煤粉火嘴投用状态、燃烧器摆角等运行参数，确定实际运行状态下的比火焰辐射温度；(3)对折焰角下方炉膛截面烟气温度进行测量，根据炉膛截面烟气温度平均值以及实际运行状态下的比火焰辐射温度，确定炉内火焰平均辐射温度；(4)根据水冷壁蒸发系统进、出口工质参数，确定炉膛水冷壁受热面的辐射热流量；(5)利用水冷壁受热面的辐射热流量和炉内火焰平均辐射温度，根据火焰辐射定律确定炉膛受热面灰污系数。

技术领域

本发明属于锅炉炉膛积灰的运行监测和诊断领域，尤其涉及一种在线测量炉膛受热面灰污系数的方法和装置。

背景技术

锅炉炉膛水冷壁的积灰和结渣使受热管热传导阻力增大，管壁温度提高，受热管反方向投射给火焰的辐射热增加，炉膛传热效率下降，导致炉膛出口烟气温度升高，过热器或再热器的减温水用量增大，降低了锅炉运行的经济性和安全性。

目前，通常采用吹灰器清除炉膛的积灰和结渣，但吹灰器消耗大量蒸汽和热量，且频繁吹灰会对炉膛受热面形成伤害，因此，对炉膛积灰结渣状态进行测量和诊断，根据需要投入吹灰系统，是工程技术人员近年来一直致力于开发的技术。

申请号为201210554478.X的中国专利公开了一种采用高温摄像机对炉膛内积灰结渣状态进行拍摄的自动旋转升降监测系统。申请号为201120012164.8的中国专利公开了一种在线监测锅炉炉膛分区段灰污程度的装置，该装置采用声学测温，根据热平衡原理以及半经验公式，利用烟气侧温度倒推炉膛各个区段的热有效系数，并自定义了积灰系数表示炉膛污染状态。申请号为201610778234.8的中国专利公开了一种基于二维寻优的燃煤机组对流受热面智能吹灰方法，其中对灰污系数的监测是通过受热管热平衡逆推得到，但是对流受热面的灰污监测方法不适合炉膛辐射受热面。

文献《基于神经网络的电站锅炉辐射受热面污染监测》建立了基于人工神经网络的电站锅炉辐射受热面污染监测模型；文献《燃煤锅炉炉膛灰污染监测的炉膛出口烟温增量方法》根据传热方程和能量守恒原理，得到炉膛出口烟温的增量模型，该增量作为表征炉膛灰污染程度的参数；文献《燃煤电站锅炉受热面积灰结渣在线监测的研究》从低温烟气区逆烟气流程逐级进行烟气热平衡和受热面传热计算，得到炉膛出口烟气温度，并利用炉膛传热的古尔维奇计算关联式反算炉膛内平均污染系数；《基于声学测温技术的电站锅炉水冷壁灰污监测方法》根据声波测温技术测得炉膛出口烟气温度，采用炉膛热力计算方法反算炉膛热有效系数，并定义清洁因子描述炉膛污染状态。

因此，现有文献关于炉膛受热面的积灰监测方法主要是基于烟气热平衡和受热面传热计算，这种方法涉及的系统和环节较多，测量滞后时间长，输入参数波动大，所依据的炉膛热力计算模型误差较大，且模型所需的煤质数据目前也没有实现广泛的在线测量，且从低温烟气区逆烟气流程反算炉膛出口烟气温度时，各级受热面的计算误差会累积到灰污参数上，导致监测结果不准确；目前，通常采用清洁因子表示受热面沾污状态的相对变化，清洁因子对受热面清洁度变化的分辨率较低。

现有的炉膛污染状态监测技术的另一个缺陷是，监测方案中没有考虑炉膛运行环境的多变性。从本质上说，在上述文文献中，炉膛沾污状态监测的基本原理是，在给定运行条件下，炉膛出口烟气温度是沾污状态的单值函数；在实际运行中，负荷、燃烧器摆角、煤粉喷嘴投用方式以及炉膛出口烟气含氧量等运行参数都影响炉膛出口烟气温度，因此，一个稳定、可靠、适合现场应用的炉膛沾污测量系统应考虑运行环境的变化，能够适用于炉膛的变工况运行，而上述文献均未提供这样的技术方案。

发明内容