一種基于爐膛實時結渣情況的爐膛出口煙溫軟測量方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種電站鍋爐爐膛出口煙溫的軟測量方法，屬于鍋爐運行參數監測領 域。特別是一種針對電站鍋爐爐膛，根據采集的鍋爐運行數據，通過事先建立好的模型進行 爐膛出口煙溫實施推算的軟測量方法。
【背景技術】
[0002] 大型電站燃煤鍋爐的爐膛出口煙溫是劃分鍋爐輻射傳熱和對流傳熱的界限，能夠 反映爐內燃燒和結渣情況，并且這一溫度的高低直接影響爐膛出口過熱器的傳熱性能并決 定過熱蒸汽的品質，而且還是判斷過熱器是否有超溫隱患的重要參數，但是煙氣側特別是 靠近爐膛出口的高溫段，由于煙溫較高且煙氣中含有大量飛灰不利于測量，通常電站在此 段煙道不安裝測點。所以，運行人員只能夠憑借排煙溫度以及經驗來進行爐膛吹灰及減溫 水操作，經常會出現判斷不準確的情況，從而發生結渣吹灰不及時以及為防止受熱面超溫 而減溫水過量引起鍋爐效率下降等情形，嚴重者甚至會導致爆管等嚴重事故。
[0003] 目前專利文獻中有關爐膛出口煙溫的測量方法主要有兩種，一種是直接測量，主 要包括光學和聲學測溫計的應用，此類方法由于需要在鍋爐爐膛上另外開孔安裝測點較為 麻煩，并且設備昂貴、維護困難，因此實際應用較少；另一種是通過已安裝測點測得的運行 參數經過熱平衡原理進行煙溫推算的軟測量方法。
[0004] 經過查閱現有的文獻和專利發現，排除爐膛出口煙溫的設計計算，涉及爐膛出口 煙溫實時軟測量的有以下幾類：（1)《華北電力技術》的"鍋爐爐膛出口煙氣溫度的推算"中 先假設爐膛出口輻射量，經過對流受熱面熱平衡計算獲得爐膛出口煙溫，根據此煙溫再求 出一個爐膛出口輻射量與先前對比進行校核，該方法的缺陷在于其計算爐膛出口輻射量時 采用《鍋爐機組熱力計算標準方法》，此標準適用于設計計算，其爐膛出口受熱面獲取爐膛 直接輻射熱有效系數為定值，而實際中此值根據爐膛結渣情況變化，即此方法計算出的煙 溫未考慮爐膛實時污染情況；（2)專利"燃煤鍋爐爐膛出口煙氣溫度在線軟測量系統"通過 所有對流受熱面的熱平衡計算獲得爐膛出口煙氣焓值，再根據煙氣焓溫關系推算爐膛出口 煙溫，此方法缺陷在于其未考慮部分對流受熱面（半輻射受熱面）接收爐膛的直接輻射量， 故其爐膛出口煙溫推算有一定誤差；（3)專利"基于煙氣能量平衡的爐膛出口煙溫優化測 量方法"首先通過爐膛內輻射傳熱平衡計算出一個爐膛出口煙溫?\，然后根據所有對流受 熱面熱平衡推算出另一個爐膛出口煙溫Τ2，通過線性疊加方式T = aXI\+bXT2計算出爐膛 出口煙溫T，此方法缺陷一是其爐膛傳熱平衡計算中水冷壁熱有效系數取為定值，而此值實 際應根據爐膛結渣情況變化，二是其線性疊加系數a與b取值存在不確定性，故此方法準確 性有待進一步驗證。
[0005] 因此，綜上所述，目前爐膛出口煙溫的軟測量方法仍處于研究階段，并沒有大量應 用到實際中。

【發明內容】

[0006] 技術問題：本發明將針對現有爐膛出口煙溫軟測量方法的缺陷，提出一種基于爐 膛實時結渣情況的爐膛出口煙溫軟測量方法。此方法旨在無需另外增加鍋爐測點，在爐膛 出口煙溫的推算中同時考慮爐膛內實時結渣性，使軟測量結果能更實時準確地反映爐膛出 口煙溫的真實值，并同時提供爐膛內部實時結渣情況。
[0007] 技術方案：為了實現上述目的，本發明方法分為兩個部分，數據采集部分和計算輸 出部分，其中數據采集部分主要是采集入爐煤質數據、鍋爐各受熱面結構參數和鍋爐能夠 測量的實時運行參數；計算輸出部分主要是通過聯合爐膛及對流受熱面的熱平衡計算過 程，在計算中考慮反映爐膛結渣情況的水冷壁熱有效系數可變（其越大表明水冷壁吸收輻 射能力越強，結渣較少；其越小表明水冷壁吸收輻射能力越差，結渣較嚴重；），從而計算出 爐膛出口煙溫以及水冷壁熱有效系數，并按時間分布做成曲線圖呈現給運行人員，作為其 進行爐膛吹灰以及高溫受熱面減溫水操作的直觀數據參考（流程圖見圖1)。
[0008] 數據采集部分包括入爐煤質數據、鍋爐各受熱面結構參數和鍋爐能夠測量的實時 運行參數。其中入爐煤質數據通過煤質分析獲得，如所燒煤樣為摻混煤則還需要不同煤樣 的配比；鍋爐各受熱面的結構參數是指爐膛和部分對流受熱面（涉及熱平衡計算的受熱 面）的結構參數，通過鍋爐使用說明書獲得，需要爐膛實際傳熱面積、有效容積、計算高度、 上下排燃燒器布置高度差、燃燒器平均布置高度、出口煙窗面積；鍋爐實時運行參數通過電 廠DCS系統采集，主要測點包括鍋爐燃煤量、一次風占總風量比例、二次風占總風量比例、 一次風進出口風溫、二次風進出口風溫、部分對流受熱面工質流量、進出口工質壓力、進出 口工質溫度、能夠測得的最靠近爐膛的煙氣溫度。（上述測點均為鍋爐中常用測點，無須再 加入測點，如部分電廠缺少一二次風量比例可用鍋爐設計值代替）。
[0009] 計算輸出部分主要包括爐膛和部分對流受熱面聯合傳熱計算，以及水冷壁熱有效 系數和爐膛出口煙氣溫度的輸出，具體有以下步驟（流程圖見附圖2):
[0010] 步驟1 :計算燃料帶入爐內的有效熱量、理論燃燒溫度，輻射吸收減弱系數和火焰 綜合黑度，為爐膛輻射傳熱計算作準備（涉及的煙氣和空氣焓溫表通過煤質分析獲得，此 為熱力計算常識，不再贅述）：
[0011] (1)理論冷風焓
[0012] 理論熱風焓
（此處的空氣焓均由測點空氣溫
[0013] 度根據空氣焓溫表查取）；
[0014] 進入爐內空氣熱量：
[0015] 燃料帶入爐內有效熱量
[0016] (2)爐內有效熱量即為理論燃燒溫度Tth對應焓值，在獲得ρ/后通過煙氣焓溫 表利用插值法查取Tth;
[0017] (3)煙氣中灰分顆粒的質量濃度
[0018] 煙氣中焦炭顆粒的容積濃度
[0019] 三原子氣體減弱系數：
灰分減弱系數：
;:焦炭顆粒減弱系數
[0020] 輻射吸收減弱系數
[0021] (4)爐膛實際火焰黑度
[0022] 爐膛火焰綜合黑度
[0023] 其中，息、4分別為理論的熱空氣焓和冷空氣焓，kj/kg ;Ikl'，Ikl"分別為一次風 進出口空氣焓，kj/kg ;IJ，Ik2"分別為二次風進出口空氣焓，kj/kg ;gl，g2分別為一、二 次風流量占總空氣流量的份額；Qk為隨單位質量燃料帶入爐內的空氣（含漏風）的熱量， kj/kg。化為單位質量燃料帶入爐內的熱量，通常等于燃料收到基低位發熱量，kj/kg ;q3S 化學未完全燃燒熱損失，％ ;q4為機械未完全燃燒熱損失，％ ;q6為其他熱損失，％ ; 為單位質量燃料帶入爐內的有效熱，kJ/kg;Tth為理論燃燒溫度，K;kff為三原子氣體減弱 系數，m ash μ ash為灰分顆粒減弱系數，m Sk rak μ ^為焦炭顆粒減弱系數，m SrH 20為水蒸 汽占煙氣容積份額；r為水蒸汽和二氧化物（R20)之和占煙氣容積份額；μ ash,n為煙氣中灰 分顆粒的質量濃度，kg/kg ; yrak,v為煙氣中焦炭顆粒的容積濃度，g/Nm3;dash為灰分顆粒的 平均粒徑，ym(根據煤種查取）；drak為焦炭顆粒的平均粒徑，μπι(根據煤種查取）；(："為 收到基碳元素 ，為收到基灰分，％;afa為飛灰系數；Gy為單位燃料燃燒產生煙氣質 量，kg/kg ;Vy為單位燃料燃燒產生煙氣體積，m3/kg ;q4為機械未完全燃燒損失，％ ;Vdaf為 干燥無灰基揮發份，％，ht為最上排燃燒器布置高度，m ;h un為最下排燃燒器布置高度，m ; ε 爐膛實際火焰黑度；ε syn為考慮了火焰輻射強度因介質吸收而減弱的火焰綜合黑度； S為爐內輻射層有效厚度，m ;R為與爐膛截面等面積圓形的半徑，m ;
[0024] 步驟2 :假設爐膛出口煙溫Tf"進行爐膛傳熱計算，求出水冷壁熱有效系數Φ :
[0025] (1)爐膛假想黑度