一种基于炉膛实时结渣情况的炉膛出口烟温软测量方法

摘要

本发明针对现有炉膛出口烟温软测量方法的缺陷，公开了一种基于炉膛实时结渣情况的炉膛出口烟温软测量方法，此方法在烟温软测量中采用水冷壁热有效系数反映炉膛实时结渣情况，并在计算考虑了其实时可变性；计算输出部分主要包括炉膛和部分对流受热面联合传热计算，以及水冷壁热有效系数和炉膛出口烟气温度的输出，在不增加锅炉测点的基础上，采集入炉煤质参数、结构参数和锅炉实时运行参数，通过联合炉膛及对流受热面的传热平衡计算，并考虑炉膛内实时结渣性，从而建立炉膛出口烟温实时推算软测量模型，能够输出炉膛出口烟温的实时值，并同时提供炉膛内部实时结渣情况，可以作为运行人员进行炉膛吹灰以及高温受热面减温水操作的直观数据参考。

主权项

一种基于炉膛实时结渣情况的炉膛出口烟温软测量方法，其特征在于此方法在烟温软测量中采用水冷壁热有效系数反映炉膛实时结渣情况，并在计算考虑了其实时可变性；计算输出部分主要包括炉膛和部分对流受热面联合传热计算，以及水冷壁热有效系数和炉膛出口烟气温度的输出，具体有以下步骤：步骤1：计算燃料带入炉内的有效热量、理论燃烧温度，辐射吸收减弱系数和火焰综合黑度，为炉膛辐射传热计算作准备：(1)理论冷风焓：$I_{ck}^0=g_1{I}_{k1}^{\prime }+g_2{I}_{k2}^{\prime };$理论热风焓：$I_{ck}^0=g_1{I}_{k1}^{\prime \prime }+g_2{I}_{k2}^{\prime \prime };$(此处的空气焓均由测点空气温度根据空气焓温表查取)；进入炉内空气热量：$Q_k=({\alpha }_f^{\prime \prime }-{\mathrm{\Delta \alpha }}_f-{\mathrm{\Delta \alpha }}_{pcs})I_{hk}^0+({\mathrm{\Delta \alpha }}_f+{\mathrm{\Delta \alpha }}_{pcs})I_{ck}^0;$燃料带入炉内有效热量：$Q_f^{ef}=Q_r\frac{100-q_3-q_4-q_6}{100-q_4}+Q_k;$(2)炉内有效热量即为理论燃烧温度T_th对应焓值，在获得后通过烟气焓温表利用插值法查取T_th；(3)烟气中灰分颗粒的质量浓度：烟气中焦炭颗粒的容积浓度：${\mu }_{cok,v}=\frac{5.5C_{ar}\left(10+q_4\right)}{(100+V_{daf})V_y}\left(1+\frac{h_t-h_{un}}{h_f}\right);$三原子气体减弱系数：$k_{g}r=\left[\frac{0.78+1.6r_{H_{2}O}}{\sqrt{rS}}-0.1\right]\left(1-0.37\frac{T_f^{\prime \prime }}{1000}\right)r;$灰分减弱系数：$k_{ash}{\mu }_{ash}=\frac{5330{\mu }_{ash,m}}{{\left(T_f^{\prime \prime }{d}_{ash}\right)}^{2/3}}[1-\frac{0.65}{1+0.0177/{\left({\mu }_{ash,m}S\right)}^2}];$焦炭颗粒减弱系数：$k_{cok}{\mu }_{cok}=\frac{10{\mu }_{cok,v}}{{\left(T_f^{\prime \prime }{d}_{cok}\right)}^{2/3}};$辐射吸收减弱系数：k_a＝k_gr+k_ashμ_ash+k_cokμ_cok；(4)炉膛实际火焰黑度：炉膛火焰综合黑度：${ϵ}_{syn}=\frac{{ϵ}_f}{0.32k_a{\mathrm{Rϵ}}_f+1};$其中，分别为理论的热空气焓和冷空气焓，kJ/kg；I_k1′，I_k1″分别为一次风进出口空气焓，kJ/kg；I_k2′，I_k2″分别为二次风进出口空气焓，KJ/kg；g₁，g₂分别为一、二次风流量占总空气流量的份额；Q_k为随单位质量燃料带入炉内的空气含漏风的热量，kJ/kg。Q_r为单位质量燃料带入炉内的热量，通常等于燃料收到基低位发热量，kJ/kg；q₃为化学未完全燃烧热损失，％；q₄为机械未完全燃烧热损失，％；q₆为其他热损失，％；为单位质量燃料带入炉内的有效热，KJ/kg；T_th为理论燃烧温度，K；k_gr为三原子气体减弱系数，m^‑1；k_ashμ_ash为灰分颗粒减弱系数，m^‑1；k_cokμ_cok为焦炭颗粒减弱系数，m^‑1；为水蒸汽占烟气容积份额；r为水蒸汽和二氧化物之和占烟气容积份额；μ_ash，m为烟气中灰分颗粒的质量浓度，kg/kg；μ_cok，v为烟气中焦炭颗粒的容积浓度，g/Nm³；d_ash为灰分颗粒的平均粒径，μm根据煤种查取；d_cok为焦炭颗粒的平均粒径，；C_ar为收到基碳元素，％；A_ar为收到基灰分，％；α_fa为飞灰系数；G_y为单位燃料燃烧产生烟气质量，kg/kg；V_y为单位燃料燃烧产生烟气体积，m³/kg；q₄为机械未完全燃烧损失，％；V_daf为干燥无灰基挥发份，％；h_t为最上排燃烧器布置高度，m；h_un为最下排燃烧器布置高度，m；ε_f为炉膛实际火焰黑度；ε_syn为考虑了火焰辐射强度因介质吸收而减弱的火焰综合黑度；S为炉内辐射层有效厚度，m；R为与炉膛截面等面积圆形的半径，m；步骤2：假设炉膛出口烟温T_f″进行炉膛传热计算，求出水冷壁热有效系数ψ：(1)炉膛假想黑度：${ϵ}_f^{syn}=\frac{{ϵ}_{syn}}{{ϵ}_{syn}+\left(1-{ϵ}_{syn}\right)\psi };$(2)炉膛辐射传热关系式：(3)联立本步骤中的关系式(1)和(2)，则水冷壁热有效系数：$\psi =\frac{{\mathrm{Zϵ}}_{syn}}{{ϵ}_{syn}-(1-{ϵ}_{syn})Z};$式中为求解方便所设参数，无实际意义；其中，为炉膛黑度即假想黑度；ψ为水冷壁热有效系数；x_m为炉膛火焰最高温度位置的相对高度，近似取等于燃烧器布置的相对高度；σ₀为玻尔兹曼常数，通常取5.67×10^‑11kW/(m²·K⁴)；B_j为计算燃烧量，kg/s；为保热系数；H_f为水冷壁的吸热表面积，m²；为炉内烟气在理论燃烧温度至炉膛出口温度区间内的平均热容，KJ/(kg·K)；步骤3：计算炉膛出口直接辐射量，根据烟温测点列出部分涉及计算的对流受热面热平衡方程，进行炉膛出口烟温的逆烟气流程推算：(1)炉膛出口直接辐射：$Q_f=\frac{{\psi }_{p,f}{ϵ}_f^{syn}{\sigma }_0{\left(T_f^{\prime \prime }\right)}^4{F}_f}{B_j};$(2)通常电站锅炉烟道中低温对流受热面的烟温是布置测点的，但是靠近炉膛出口的部分高温对流受热面未布置烟温测点，从最靠近炉膛出口的可测得烟温处，逆烟气流动方向列出涉及计算的高温对流受热面的热平衡方程；工质侧：$\frac{D_i}{B_j}\left(h_i^{\prime \prime }-h_i^{\prime }\right)=Q_{di}+x_i{Q}_f$烟气侧：上式中ΔQ_i为变负荷变化速率过快下对流受热面总蓄热量：${\mathrm{\Delta Q}}_i={\mathrm{\Delta Q}}_{gi}+{\mathrm{\Delta Q}}_{ji}=(M_{gi}{c}_{gi}+M_{ji}{c}_{ji})\frac{\partial t_{gi}}{\partial \tau },$此蓄热量只在负荷变化大于2％/min～3％/min时考虑，稳定负荷或负荷变化较慢时总蓄热量为零；通过联立部分未知烟温的对流受热面的工质及烟气侧方程，则可推算出炉膛出口烟气焓I_f″，通过烟气焓温表利用插值法求出另一个炉膛出口烟气温度(T_f″)₂；其中，下标i代表涉及计算的对流受热面；Q_f为炉膛出口直接辐射量，KJ/kg；ψ_p，f为炉膛出口对流受热面获取炉膛直接辐射热有效系数，其实就是炉膛出口处的局部热有效系数，通常用炉膛水冷壁整体热有效系数ψ乘以一个0.8～0.9系数；F_f为炉膛出口烟窗截面积，m²；ΔQ_i为对流受热面总蓄热量，KJ/kg；ΔQ_gi、ΔQ_ji分别为对流受热面工质和金属侧蓄热量，KJ/kg；M_gi、M_ji分别为对流受热面工质和金属质量，Kg；c_gi、c_ji分别为对流受热面工质和金属比热，kJ/kg·℃；t_gi为对流受热面工质温度，℃；x_i为对流受热面接收炉膛出口直接辐射的份额，可根据锅炉设计书得知，纯对流受热面x_i取0；D_i为对流受热面工质流量，kg/s；B_j为计算燃烧量，kg/s；h_i′、h_i″吩别为对流受热面进出口工质焓，kJ/kg；Q_di为对流受热面对流吸热量，KJ/kg；为保热系数；I_f″为炉膛出口烟气焓，KJ/kg；I_i为最靠近炉膛出口的可测得烟气焓，kJ/kg；Δα_i为受热面漏风系数；I_k为漏入空气焓，kJ/kg；步骤4：根据校核式|T_f″‑(T_f″)₂|＜1校核假设炉膛出口烟温T_f″，如满足校核式则输出炉膛出口烟温T_f″及水冷壁热有效系数ψ；如不满足校核式则假设错误重复步骤2至步骤4。