基于炉膛出口烟气温度监测的锅炉优化运行

摘 要

摘要:应用在线温度监控技术对炉膛出口烟气温度进行实时监测,采用锅炉运行优化软件,对电厂锅炉的运行进行优化控制。介绍了锅炉运行优化软件的流程、主要模块、应用情况。关键词

摘要:应用在线温度监控技术对炉膛出口烟气温度进行实时监测,采用锅炉运行优化软件,对电厂锅炉的运行进行优化控制。介绍了锅炉运行优化软件的流程、主要模块、应用情况。
关键词:炉膛出口烟气温度;在线监测;锅炉优化运行
Optimized Operation of Boiler Based on Flue Gas Temperature Monitoring at Combustion Chamber Outlet
GAO Xia-yu,CHENG Xue-yong,ZANG Hal-rui,DENG Wei
AbstractThe on-line temperature monitoring technology is applied to real-timely monitor flue gas temperature at combustion chamber outlet. The software for optimizing boiler operation is used to optimally control the boiler operation in power plant. The process flow,main module and application of software for optimizing boiler operation are introduced.
Key wordsflue gas temperature at combustion chamber outlet;on-line monitoring; boiler optimization operation
1 概述
    控制锅炉系统的运行需要大量的监测点数据,特别是关键部位的监测数据,如炉膛出口烟气温度。炉膛出口烟气温度是设计、运行人员考虑能量平衡的重要技术参数,可以反映各主要换热面的运行工况,并据此作出相应的调整。过去由于技术手段的欠缺,无法连续在线监测炉膛出口烟气温度,只能依靠间接的方法进行推算,推算出的结果失去了准确性和时效性。
    锅炉运行优化的基础是热力计算,而热力计算的关键在于确定炉膛出口烟气温度。传统的热力计算是采用理论与试验相结合的方法,采用经验公式得出炉膛出口烟气温度,计算值与实际误差较大。近年来,也提出了从测量准确的排烟温度开始,沿着烟气流动相反的方向,利用热平衡关系,反向推算出各受热面处的烟气温度,直到炉膛出口烟气温度,这种方法由于有误差积累及某些部分蒸汽温度需要假设,导致炉膛出口烟气温度计算值与实际相差较大,不适用于在线计算。为从根本上解决这个问题,应用在线温度监测,可以根据监测结果进行锅炉优化运行。本文对基于炉膛出口烟气温度在线监测的锅炉优化运行进行探讨。
    炉膛出口烟气温度一般指由炉膛出口进入对流受热面(对流管束、凝渣管束)之前的烟气温度。在锅炉运行中,选择和控制好炉膛出口烟气温度是关系到锅炉的经济性和可靠性:
    关于热力计算:确定炉膛出口烟气温度是锅炉热力计算的关键,准确的炉膛出口烟气温度能够使锅炉热力计算更加准确。
    关于安全性:准确的炉膛出口烟气温度能够确保炉膛吸热量的准确计算,从而能够较为准确地分配预热段、蒸发段、过热段、再热段的吸热量,进而判断管壁是否可能超温。炉膛出口烟气温度偏高易使飞灰仍处于熔融状态,粘结到受热面管壁上形成结渣。监测炉膛出口烟气温度对解决结渣问题提供了实时重要的依据。
    关于技术经济性:炉膛出口烟气温度是一个分界点,将锅炉受热面分成以辐射吸热为主的受热面和以对流吸热为主的受热面。辐射受热面的单位受热面吸热量比对流受热面大,也就是在同样吸热量的情况下,采用辐射吸热的金属消耗量要比采用对流吸热少。因此,在对锅炉辐射受热面和对流受热面的金属耗量及总成本进行技术经济比较时,存在一个最佳的炉膛出口烟气温度。
2 炉膛出口烟气温度对锅炉运行的影响
    在电厂实际运行中,常采用热电偶测得炉膛出口烟气温度,而热电偶采用接触式的测量方法,由于周围环境的热辐射,热电偶元件的热平衡也易受到影响,因此热电偶不能进行长时间测量。而红外线测温仪是通过测量火焰在燃烧过程中发出的辐射能,从而确定火焰中介质的温度,采用非接触式的测量方法,具有响应快、不受外部条件影响的特点。因此,我们选择红外线测温仪对炉膛出口烟气温度进行测量[1],红外线测温仪安装在炉膛与后屏的交接处,即靠近后屏的开封孔。红外线测温仪为德国HEITRONICS公司生产的KT15II型红外线测温仪,该测温仪已被多家电厂(如华能日照电厂)采用,测量数据精确。
   传统的锅炉热力计算是预先设定锅炉排烟温度、热风温度,利用经验公式计算出炉膛出口烟气温度,但炉膛出口烟气温度计算公式误差较大。采用在线监测数据进行计算,则可根据实时监测的炉膛出口烟气温度进行锅炉热力计算,使得锅炉运行优化有了实时准确的依据。炉膛结渣、过热器和再热器的超温主要是由于炉膛出口烟气温度偏差引起的[2],因此监测炉膛出口烟气温度有利于避免以上问题发生。
3 锅炉优化运行软件
锅炉优化运行软件的核心功能在于利用监测数据通过对锅炉运行可调参数的控制使锅炉实现安全经济运行。锅炉优化运行软件基于B/S模式(浏览器/服务器模式,即用户工作界面通过IE浏览器来实现)的Web网络数据库应用系统,可以在线显示锅炉受热面的壁温数据、污染物数据等,可指导现场人员操作。数据库采用SQL Server2000,后台计算程序采用Visual C++语言编写,结合在线监测数据进行锅炉运行调节[3]。锅炉优化运行软件的流程见图1。
 

    ① 软件系统环境
    服务器主要从数据库中读取数据(离线、在线数据),对数据进行预处理并进行各种专业计算和分析,将计算分析结果存入计算结果存库模块中,形成实时和历史数据,并将结果发送至客户端。操作系统采用MS Windows Server 2000、IIS 6.0 Network 2.0,开发工具为Visual Studio 2008,客户端可采用支持MS Windows XP、MS Windows 2003、MS Windows 2000等操作系统。
    ② 数据库
    数据库主要的功能是完成数据的收集、处理、查询和修改,并将所有的数据写入到关系型数据库中。数据库主要有在线数据模块、离线数据模块、结果数据模块。在线数据模块:获取在线数据,包括红外线测温仪实测数据及锅炉DCS(分布式控制系统)数据。离线数据模块:储存锅炉的原始数据,包括锅炉的特性数据及各受热面的结构数据等。结果数据模块:储存后台计算程序的结果数据。
   ③ 后台计算程序
   后台计算程序的功能是连接数据库,完成锅炉热力计算。后台计算程序主要有数据处理模块、热力计算模块、计算结果存库模块,各模块的主要功能如下:
    数据处理模块:根据热力计算的需求调用数据库中的数据,并将数据库中的数据规范为计算所需的数据要求。程序文件有GetData.dll、IO.exe、IO.ini。其中GetData.dll用于动态连接实时数据库,IO.exe为实时数据接口程序,IO.ini为实时数据接口程序配置文件。
    热力计算模块:进行锅炉的热力计算、锅炉热效率计算、锅炉运行优化相关计算等。程序文件有BCO.exe、BCO.ini、BM.exe、Monitor.ini。其中BCO.exe为后台计算主程序,BCO.ini为后台计算程序配置文件,BM.exe为锅炉安全经济运行监控程序,Monitor.ini为锅炉安全经济运行监控程序配置文件。
   锅炉的运行是在保证锅炉安全(保证不超温、炉膛负压正常)的基础上,比较不同工况下锅炉热效率,以最优锅炉热效率为目标,利用神经网络模型寻优[4]。在运行优化控制之前分析了一些可控参数对煤耗的影响,可控参数主要有:主蒸汽温度、再热蒸汽温度、过热减温水流量、再热减温水流量、排烟温度、飞灰含碳量、炉渣含碳量等,运行优化在此基础上利用神经网络模型,获取不同负荷(可控参数)下的最优锅炉热效率,并给出该负荷下锅炉的各种运行数据作为运行卡片[5],指导运行人员优化运行。运行卡片内容主要有:主蒸汽参数运行卡片、给煤机运行卡片、磨煤机运行卡片、送引风机运行卡片、减温水运行卡片、烟气温度运行卡片、风温风压运行卡片等。
    计算结果存库模块:将计算及运行结果写入数据库中,以备客户端调用查询。程序文件为GetData.dll,用于动态连接实时数据库。
   ④ 客户端
   客户端的功能是用户的登录、用户使用界面显示。用户可以登录系统、查询数据、修改数据,并通过界面显示监测数据及后台计算程序的计算结果。客户端有管理人员模块、现场人员模块,管理人员模块主要是获得在线数据及录入锅炉原始数据,并对这些数据设置规范要求。现场人员模块主要是根据现场需要查看数据库中的数据。
4 软件的应用
    系统数据主要有实时数据、离线数据,其中实时数据包括模拟量、控制开关量。点击浏览界面左面的“功能模块”框里的“实时数据查看”,在展开的树型图中点击“实时模拟量”便可以查看实时模拟量。页面每15s自动刷新1次,这些实时模拟量都是从红外线测温仪、DCS获取的实时数据。离线数据由于不能在线获取,都是通过手工输入,主要是煤质数据和一些设计数据等。在展开的树型图中点击“运行参数优化”便可查看锅炉优化运行卡片。
5 结论
    锅炉的热效率是衡量锅炉能量转换的重要指标,锅炉及时吹灰能保证锅炉处于最佳运行状态,直接关系着锅炉运行的经济性。
    实时在线监测炉膛出口烟气温度,并将监测数据显示出来,供现场操作人员参考。以提高锅炉热效率为目标,并采用神经网络模型对锅炉运行进行优化。
    红外线测温仪所测的数据只是炉膛出口烟气温度,未能得到其他重要部位的准确温度,红外线测温仪也存在一定的误差。随着测量和优化技术不断发展和进步,锅炉运行可以利用先进测量技术得到锅炉重要部位的数据,并在此基础上进行优化。
参考文献:
[1] 陈焕生.温度测试技术及仪表[M].北京:水利电力出版社,1987.
[2] 孙春辉.马头电厂DG 670t/h锅炉烟温偏差的成因分析与消偏改造(硕士学位论文)[D].北京:华北电力大学,2005.
[3] YAMAMOTO H,SUZUKI Y,HAYAKAWA S. Remote sensing of high temperature on the slope of Mt. Unzen-Fugendake volcano by infrared thermometer[A].IGARSS793:Better Understanding of Earth Environment.,International[C].Tokyo:IEEE,1993.2119-2122.
[4] 黄新元.电站锅炉运行与燃烧调整[M].北京:中国电力出版社,2007.
[5] 杨明华.电站锅炉运行经济性分析及性能优化(硕士学位论文)[D].北京:华北电力大学,2002.
 
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