基于爐膛出口煙氣溫度監(jiān)測的鍋爐優(yōu)化運行

摘 要

摘要：應用在線溫度監(jiān)控技術(shù)對爐膛出口煙氣溫度進行實時監(jiān)測，采用鍋爐運行優(yōu)化軟件，對電廠鍋爐的運行進行優(yōu)化控制。介紹了鍋爐運行優(yōu)化軟件的流程、主要模塊、應用情況。關(guān)鍵詞
摘要：應用在線溫度監(jiān)控技術(shù)對爐膛出口煙氣溫度進行實時監(jiān)測，采用鍋爐運行優(yōu)化軟件，對電廠鍋爐的運行進行優(yōu)化控制。介紹了鍋爐運行優(yōu)化軟件的流程、主要模塊、應用情況。
關(guān)鍵詞：爐膛出口煙氣溫度；在線監(jiān)測；鍋爐優(yōu)化運行
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
Abstract：The 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 words：flue gas temperature at combustion chamber outlet；on-line monitoring； boiler optimization operation
1 概述
    控制鍋爐系統(tǒng)的運行需要大量的監(jiān)測點數(shù)據(jù)，特別是關(guān)鍵部位的監(jiān)測數(shù)據(jù)，如爐膛出口煙氣溫度。爐膛出口煙氣溫度是設計、運行人員考慮能量平衡的重要技術(shù)參數(shù)，可以反映各主要換熱面的運行工況，并據(jù)此作出相應的調(diào)整。過去由于技術(shù)手段的欠缺，無法連續(xù)在線監(jiān)測爐膛出口煙氣溫度，只能依靠間接的方法進行推算，推算出的結(jié)果失去了準確性和時效性。
    鍋爐運行優(yōu)化的基礎是熱力計算，而熱力計算的關(guān)鍵在于確定爐膛出口煙氣溫度。傳統(tǒng)的熱力計算是采用理論與試驗相結(jié)合的方法，采用經(jīng)驗公式得出爐膛出口煙氣溫度，計算值與實際誤差較大。近年來，也提出了從測量準確的排煙溫度開始，沿著煙氣流動相反的方向，利用熱平衡關(guān)系，反向推算出各受熱面處的煙氣溫度，直到爐膛出口煙氣溫度，這種方法由于有誤差積累及某些部分蒸汽溫度需要假設，導致爐膛出口煙氣溫度計算值與實際相差較大，不適用于在線計算。為從根本上解決這個問題，應用在線溫度監(jiān)測，可以根據(jù)監(jiān)測結(jié)果進行鍋爐優(yōu)化運行。本文對基于爐膛出口煙氣溫度在線監(jiān)測的鍋爐優(yōu)化運行進行探討。
    爐膛出口煙氣溫度一般指由爐膛出口進入對流受熱面(對流管束、凝渣管束)之前的煙氣溫度。在鍋爐運行中，選擇和控制好爐膛出口煙氣溫度是關(guān)系到鍋爐的經(jīng)濟性和可靠性：
    關(guān)于熱力計算：確定爐膛出口煙氣溫度是鍋爐熱力計算的關(guān)鍵，準確的爐膛出口煙氣溫度能夠使鍋爐熱力計算更加準確。
    關(guān)于安全性：準確的爐膛出口煙氣溫度能夠確保爐膛吸熱量的準確計算，從而能夠較為準確地分配預熱段、蒸發(fā)段、過熱段、再熱段的吸熱量，進而判斷管壁是否可能超溫。爐膛出口煙氣溫度偏高易使飛灰仍處于熔融狀態(tài)，粘結(jié)到受熱面管壁上形成結(jié)渣。監(jiān)測爐膛出口煙氣溫度對解決結(jié)渣問題提供了實時重要的依據(jù)。
    關(guān)于技術(shù)經(jīng)濟性：爐膛出口煙氣溫度是一個分界點，將鍋爐受熱面分成以輻射吸熱為主的受熱面和以對流吸熱為主的受熱面。輻射受熱面的單位受熱面吸熱量比對流受熱面大，也就是在同樣吸熱量的情況下，采用輻射吸熱的金屬消耗量要比采用對流吸熱少。因此，在對鍋爐輻射受熱面和對流受熱面的金屬耗量及總成本進行技術(shù)經(jīng)濟比較時，存在一個最佳的爐膛出口煙氣溫度。
2 爐膛出口煙氣溫度對鍋爐運行的影響
    在電廠實際運行中，常采用熱電偶測得爐膛出口煙氣溫度，而熱電偶采用接觸式的測量方法，由于周圍環(huán)境的熱輻射，熱電偶元件的熱平衡也易受到影響，因此熱電偶不能進行長時間測量。而紅外線測溫儀是通過測量火焰在燃燒過程中發(fā)出的輻射能，從而確定火焰中介質(zhì)的溫度，采用非接觸式的測量方法，具有響應快、不受外部條件影響的特點。因此，我們選擇紅外線測溫儀對爐膛出口煙氣溫度進行測量[1]，紅外線測溫儀安裝在爐膛與后屏的交接處，即靠近后屏的開封孔。紅外線測溫儀為德國HEITRONICS公司生產(chǎn)的KT15II型紅外線測溫儀，該測溫儀已被多家電廠(如華能日照電廠)采用，測量數(shù)據(jù)精確。
   傳統(tǒng)的鍋爐熱力計算是預先設定鍋爐排煙溫度、熱風溫度，利用經(jīng)驗公式計算出爐膛出口煙氣溫度，但爐膛出口煙氣溫度計算公式誤差較大。采用在線監(jiān)測數(shù)據(jù)進行計算，則可根據(jù)實時監(jiān)測的爐膛出口煙氣溫度進行鍋爐熱力計算，使得鍋爐運行優(yōu)化有了實時準確的依據(jù)。爐膛結(jié)渣、過熱器和再熱器的超溫主要是由于爐膛出口煙氣溫度偏差引起的[2]，因此監(jiān)測爐膛出口煙氣溫度有利于避免以上問題發(fā)生。
3 鍋爐優(yōu)化運行軟件
鍋爐優(yōu)化運行軟件的核心功能在于利用監(jiān)測數(shù)據(jù)通過對鍋爐運行可調(diào)參數(shù)的控制使鍋爐實現(xiàn)安全經(jīng)濟運行。鍋爐優(yōu)化運行軟件基于B/S模式(瀏覽器/服務器模式，即用戶工作界面通過IE瀏覽器來實現(xiàn))的Web網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)，可以在線顯示鍋爐受熱面的壁溫數(shù)據(jù)、污染物數(shù)據(jù)等，可指導現(xiàn)場人員操作。數(shù)據(jù)庫采用SQL Server2000，后臺計算程序采用Visual C++語言編寫，結(jié)合在線監(jiān)測數(shù)據(jù)進行鍋爐運行調(diào)節(jié)[3]。鍋爐優(yōu)化運行軟件的流程見圖1。
 

    ① 軟件系統(tǒng)環(huán)境
    服務器主要從數(shù)據(jù)庫中讀取數(shù)據(jù)(離線、在線數(shù)據(jù))，對數(shù)據(jù)進行預處理并進行各種專業(yè)計算和分析，將計算分析結(jié)果存入計算結(jié)果存庫模塊中，形成實時和歷史數(shù)據(jù)，并將結(jié)果發(fā)送至客戶端。操作系統(tǒng)采用MS Windows Server 2000、IIS 6.0 Network 2.0，開發(fā)工具為Visual Studio 2008，客戶端可采用支持MS Windows XP、MS Windows 2003、MS Windows 2000等操作系統(tǒng)。
    ② 數(shù)據(jù)庫
    數(shù)據(jù)庫主要的功能是完成數(shù)據(jù)的收集、處理、查詢和修改，并將所有的數(shù)據(jù)寫入到關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中。數(shù)據(jù)庫主要有在線數(shù)據(jù)模塊、離線數(shù)據(jù)模塊、結(jié)果數(shù)據(jù)模塊。在線數(shù)據(jù)模塊：獲取在線數(shù)據(jù)，包括紅外線測溫儀實測數(shù)據(jù)及鍋爐DCS(分布式控制系統(tǒng))數(shù)據(jù)。離線數(shù)據(jù)模塊：儲存鍋爐的原始數(shù)據(jù)，包括鍋爐的特性數(shù)據(jù)及各受熱面的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)等。結(jié)果數(shù)據(jù)模塊：儲存后臺計算程序的結(jié)果數(shù)據(jù)。
   ③ 后臺計算程序
   后臺計算程序的功能是連接數(shù)據(jù)庫，完成鍋爐熱力計算。后臺計算程序主要有數(shù)據(jù)處理模塊、熱力計算模塊、計算結(jié)果存庫模塊，各模塊的主要功能如下：
    數(shù)據(jù)處理模塊：根據(jù)熱力計算的需求調(diào)用數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)規(guī)范為計算所需的數(shù)據(jù)要求。程序文件有GetData.dll、IO.exe、IO.ini。其中GetData.dll用于動態(tài)連接實時數(shù)據(jù)庫，IO.exe為實時數(shù)據(jù)接口程序，IO.ini為實時數(shù)據(jù)接口程序配置文件。
    熱力計算模塊：進行鍋爐的熱力計算、鍋爐熱效率計算、鍋爐運行優(yōu)化相關(guān)計算等。程序文件有BCO.exe、BCO.ini、BM.exe、Monitor.ini。其中BCO.exe為后臺計算主程序，BCO.ini為后臺計算程序配置文件，BM.exe為鍋爐安全經(jīng)濟運行監(jiān)控程序，Monitor.ini為鍋爐安全經(jīng)濟運行監(jiān)控程序配置文件。
   鍋爐的運行是在保證鍋爐安全(保證不超溫、爐膛負壓正常)的基礎上，比較不同工況下鍋爐熱效率，以最優(yōu)鍋爐熱效率為目標，利用神經(jīng)網(wǎng)絡模型尋優(yōu)[4]。在運行優(yōu)化控制之前分析了一些可控參數(shù)對煤耗的影響，可控參數(shù)主要有：主蒸汽溫度、再熱蒸汽溫度、過熱減溫水流量、再熱減溫水流量、排煙溫度、飛灰含碳量、爐渣含碳量等，運行優(yōu)化在此基礎上利用神經(jīng)網(wǎng)絡模型，獲取不同負荷(可控參數(shù))下的最優(yōu)鍋爐熱效率，并給出該負荷下鍋爐的各種運行數(shù)據(jù)作為運行卡片[5]，指導運行人員優(yōu)化運行。運行卡片內(nèi)容主要有：主蒸汽參數(shù)運行卡片、給煤機運行卡片、磨煤機運行卡片、送引風機運行卡片、減溫水運行卡片、煙氣溫度運行卡片、風溫風壓運行卡片等。
    計算結(jié)果存庫模塊：將計算及運行結(jié)果寫入數(shù)據(jù)庫中，以備客戶端調(diào)用查詢。程序文件為GetData.dll，用于動態(tài)連接實時數(shù)據(jù)庫。
   ④ 客戶端
   客戶端的功能是用戶的登錄、用戶使用界面顯示。用戶可以登錄系統(tǒng)、查詢數(shù)據(jù)、修改數(shù)據(jù)，并通過界面顯示監(jiān)測數(shù)據(jù)及后臺計算程序的計算結(jié)果?？蛻舳擞泄芾砣藛T模塊、現(xiàn)場人員模塊，管理人員模塊主要是獲得在線數(shù)據(jù)及錄入鍋爐原始數(shù)據(jù)，并對這些數(shù)據(jù)設置規(guī)范要求。現(xiàn)場人員模塊主要是根據(jù)現(xiàn)場需要查看數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)。
4 軟件的應用
    系統(tǒng)數(shù)據(jù)主要有實時數(shù)據(jù)、離線數(shù)據(jù)，其中實時數(shù)據(jù)包括模擬量、控制開關(guān)量。點擊瀏覽界面左面的“功能模塊”框里的“實時數(shù)據(jù)查看”，在展開的樹型圖中點擊“實時模擬量”便可以查看實時模擬量。頁面每15s自動刷新1次，這些實時模擬量都是從紅外線測溫儀、DCS獲取的實時數(shù)據(jù)。離線數(shù)據(jù)由于不能在線獲取，都是通過手工輸入，主要是煤質(zhì)數(shù)據(jù)和一些設計數(shù)據(jù)等。在展開的樹型圖中點擊“運行參數(shù)優(yōu)化”便可查看鍋爐優(yōu)化運行卡片。
5 結(jié)論
    鍋爐的熱效率是衡量鍋爐能量轉(zhuǎn)換的重要指標，鍋爐及時吹灰能保證鍋爐處于最佳運行狀態(tài)，直接關(guān)系著鍋爐運行的經(jīng)濟性。
    實時在線監(jiān)測爐膛出口煙氣溫度，并將監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示出來，供現(xiàn)場操作人員參考。以提高鍋爐熱效率為目標，并采用神經(jīng)網(wǎng)絡模型對鍋爐運行進行優(yōu)化。
    紅外線測溫儀所測的數(shù)據(jù)只是爐膛出口煙氣溫度，未能得到其他重要部位的準確溫度，紅外線測溫儀也存在一定的誤差。隨著測量和優(yōu)化技術(shù)不斷發(fā)展和進步，鍋爐運行可以利用先進測量技術(shù)得到鍋爐重要部位的數(shù)據(jù)，并在此基礎上進行優(yōu)化。
參考文獻：
[1] 陳煥生.溫度測試技術(shù)及儀表[M].北京：水利電力出版社，1987.
[2] 孫春輝.馬頭電廠DG 670t/h鍋爐煙溫偏差的成因分析與消偏改造(碩士學位論文)[D].北京：華北電力大學，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] 黃新元.電站鍋爐運行與燃燒調(diào)整[M].北京：中國電力出版社，2007.
[5] 楊明華.電站鍋爐運行經(jīng)濟性分析及性能優(yōu)化(碩士學位論文)[D].北京：華北電力大學，2002.
 
(本文作者：高夏宇1 程學勇1 臧海瑞2 鄧偉3 1.津能工程管理有限公司 天津 300384；2.北京誠信能環(huán)科技有限公司 北京 100025；3.山西大唐國際臨汾熱電有限責任公司發(fā)電部 山西臨汾 041000)