回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器的積灰在線監(jiān)測(cè)研究

王飛 文貽艷 王志偉 袁軍 陳珣 鄧?yán)?/p>

摘 要：本文以電廠DCS系統(tǒng)中的相關(guān)監(jiān)測(cè)參數(shù)為基礎(chǔ)，建立了空氣預(yù)熱器積灰在線監(jiān)測(cè)的模型，利用該模型計(jì)算了空氣預(yù)熱器理論換熱量和實(shí)際換熱量，并以此給出了某電廠在一段時(shí)間內(nèi)整體傳熱系數(shù)的實(shí)時(shí)變化趨勢(shì)，電廠運(yùn)行人員可以根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果及時(shí)采取相應(yīng)措施以減輕空氣預(yù)熱器的積灰堵塞，進(jìn)而提高空氣預(yù)熱器的換熱效率，增加電廠運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

關(guān)鍵詞：空氣預(yù)熱器；在線監(jiān)測(cè)；換熱量；傳熱系數(shù)

中圖分類號(hào)：TK16 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 緒論

回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器位于鍋爐尾部煙道，是燃煤電站鍋爐設(shè)備中工作環(huán)境最為惡劣的受熱面之一，表面積灰堵塞頻繁發(fā)生。[1]目前人們對(duì)空氣預(yù)熱器積灰堵塞的原因及維護(hù)方法已經(jīng)有了比較深入的了解，但是人們?cè)诜治隹諝忸A(yù)熱器的運(yùn)行狀態(tài)和故障時(shí)，只是將其看作一個(gè)單獨(dú)的設(shè)備去研究，并沒有將其在放在整個(gè)鍋爐范圍內(nèi)進(jìn)行研究。

電廠的DCS系統(tǒng)中，針對(duì)空氣預(yù)熱器設(shè)置了很多監(jiān)測(cè)參數(shù)，如進(jìn)出口風(fēng)溫、進(jìn)出口煙溫、氧量、壓差、轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)電流等，但是這些都只是獨(dú)立的參數(shù)，在DCS系統(tǒng)中并沒有將這些參數(shù)有機(jī)的結(jié)合在一起，用于分析空氣預(yù)熱器的性能。[2]電廠的運(yùn)行工作人員也只是根據(jù)幾個(gè)簡(jiǎn)單容易監(jiān)測(cè)的參數(shù)憑借運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)對(duì)空氣預(yù)熱器是否出現(xiàn)積灰進(jìn)行判斷。因此，將空氣預(yù)熱器的各個(gè)監(jiān)測(cè)參數(shù)結(jié)合在一起，通過計(jì)算和分析程序，使用可視化的顯示方式把空氣預(yù)熱器的實(shí)時(shí)換熱性能、運(yùn)行狀態(tài)直觀的反映出來，是機(jī)組運(yùn)行人員的迫切要求，也是電廠節(jié)能的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。[3]根據(jù)運(yùn)行狀態(tài)和實(shí)時(shí)性能監(jiān)測(cè)，采取正確的維護(hù)措施，可以有效的提高空氣預(yù)熱器的性能和壽命，并且減少不必要的浪費(fèi)。完成這樣一套實(shí)時(shí)分析系統(tǒng)對(duì)指導(dǎo)空氣預(yù)熱器運(yùn)行人員進(jìn)行操作、提高空氣預(yù)熱器的可靠性和經(jīng)濟(jì)性以及提高鍋爐效率、最終實(shí)現(xiàn)火電廠的節(jié)能有著十分重要的意義。

本文基于以上思路，根據(jù)目前電廠DCS系統(tǒng)中的相關(guān)監(jiān)測(cè)參數(shù)，詳細(xì)介紹了積灰在線監(jiān)測(cè)的模型和實(shí)際應(yīng)用結(jié)果。

2 在線監(jiān)測(cè)模型

本文的在線監(jiān)測(cè)計(jì)算主要分為兩類：（1）基于空氣預(yù)熱器的結(jié)構(gòu)參數(shù)以及煤質(zhì)參數(shù)等來計(jì)算清潔狀態(tài)下空氣預(yù)熱器的換熱量；（2）根據(jù)流過空氣預(yù)熱器的煙氣參數(shù)實(shí)時(shí)計(jì)算運(yùn)行狀態(tài)下空氣預(yù)熱器的換熱量。空氣預(yù)熱器積灰監(jiān)測(cè)的實(shí)現(xiàn)途徑是：計(jì)算空氣預(yù)熱器實(shí)際換熱量和理論換熱量，通過比較換熱量，并根據(jù)不同故障出現(xiàn)時(shí)各個(gè)監(jiān)測(cè)參數(shù)的變化情況，確定問題所在。[4]

2.1 工質(zhì)焓值

在鍋爐運(yùn)行過程中，計(jì)算空氣預(yù)熱器的實(shí)際換熱量，需要知道煙氣的焓值。在己知煙氣溫度及各氣體容積的條件下，確定煙氣焓值。煙氣是多種氣體的混合物，其焓值等于理論煙氣焓、過量空氣焓和飛灰焓之和，即

2.2 工質(zhì)換熱量

通過前面的計(jì)算可以得知煙氣、一次風(fēng)和二次風(fēng)的進(jìn)出口焓值，結(jié)合煙氣和空氣的流量，可以確定空氣預(yù)熱器的換熱量。

2.2.1 煙氣側(cè)換熱量

Qy=Dy/Vy（Iyin-Iyout）

式中：Qy為煙氣側(cè)換熱量，W；Dy為煙氣的流量，kg/s；Vy為實(shí)際煙氣體積，m3/kg；Iyin、Iyout為單位質(zhì)量燃料燃燒后所得煙氣的進(jìn)口和出口焓值，kJ/m3。

2.2.2 空氣側(cè)換熱量

Qk=Dk1（Ik1out-Ik1in）+Dk2（Ik2out-Ik2in）

式中：Qk為煙氣側(cè)換熱量，W；Dk1、Dk2為一次風(fēng)和二次風(fēng)的流量，kg/s；Ikin、Ikout為空氣的進(jìn)口和出口焓值，kJ/kg。

一般來說，煙氣側(cè)換熱量和空氣側(cè)換熱量是相等的，但是考慮到空氣預(yù)熱器的實(shí)際工作過程，Qy和Qk并不是完全相等的。因此，當(dāng)兩者誤差在5%以內(nèi)時(shí)，即可認(rèn)為滿足工程計(jì)算的精度。

2.3 潔凈因子

根據(jù)空氣預(yù)熱器整體潔凈因子的變化即可初步判斷是積灰堵塞的程度，[5]其中潔凈因子為

ζ=1-ktk0

式中：k=QΔt·A，表征空氣預(yù)熱器整體的換熱系數(shù)，W/（m2·℃）；Q為空氣預(yù)熱器的換熱量；Δt為空氣預(yù)熱器進(jìn)出口的對(duì)數(shù)平均溫度，℃；A為空氣預(yù)熱器蓄熱元件的面積，m2。

煙氣側(cè)進(jìn)、出口溫度都設(shè)有測(cè)點(diǎn)，可以通過DCS系統(tǒng)對(duì)煙氣進(jìn)、出口溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，進(jìn)而可以實(shí)時(shí)求出不同時(shí)刻空氣預(yù)熱器整體的換熱系數(shù)k。對(duì)比清潔狀態(tài)和發(fā)生積灰后的空氣預(yù)熱器整體的換熱系數(shù)k0和kt，即可實(shí)時(shí)提供措施防止積灰堵塞的進(jìn)一步惡化。

3 算例分析

3.1 研究對(duì)象

本文以大唐華銀株洲電廠#3機(jī)組的三分倉回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器作為研究對(duì)象，其燃料參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計(jì)值如表1和表2所示。

3.2 監(jiān)測(cè)結(jié)果

針對(duì)株洲電廠#3機(jī)組的空氣預(yù)熱器，時(shí)間范圍為2017年12月1日[06：50：00～ 17：50：00]，監(jiān)測(cè)每隔5分鐘共133個(gè)時(shí)刻的各項(xiàng)參數(shù)值。運(yùn)用積灰在線監(jiān)測(cè)軟件初步得到空氣預(yù)熱器整體換熱系數(shù)k隨時(shí)間的變化趨勢(shì)，如圖所示。

機(jī)組運(yùn)行期間鍋爐負(fù)荷穩(wěn)定，空氣預(yù)熱器整體實(shí)際傳熱系數(shù)kt起伏變化較大，并且偏離理論工況較大，這說明株洲電廠#3機(jī)組的空氣預(yù)熱器在實(shí)際運(yùn)行過程中工作條件惡劣，蓄熱元件表面的積灰生成導(dǎo)致蓄熱元件傳熱效果惡化。因此，根據(jù)空氣預(yù)熱器整體傳熱系數(shù)的實(shí)時(shí)變化曲線，可以指導(dǎo)電廠運(yùn)行人員采取相關(guān)措施以避免空氣預(yù)熱器表面嚴(yán)重的積灰堵塞。

4 結(jié)論

本文以電廠DCS系統(tǒng)中的相關(guān)監(jiān)測(cè)參數(shù)為基礎(chǔ)，利用編制的計(jì)算程序在線監(jiān)測(cè)了空氣預(yù)熱器表面積灰情況所導(dǎo)致的整體傳熱系數(shù)的變化，并給出了傳熱系數(shù)的實(shí)時(shí)變化趨勢(shì)，電廠運(yùn)行人員可以根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果及時(shí)采取相應(yīng)措施以減輕空氣預(yù)熱器的積灰堵塞，進(jìn)而提高空氣預(yù)熱器的換熱效率，增加電廠運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

參考文獻(xiàn)：

[1]王建國，徐志明，楊善讓.“空氣預(yù)熱器積灰在線監(jiān)測(cè)模型”.中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，vol.20，pp.3739，2000.

[2]寧芳青，趙明，馬明前.“燃煤鍋爐的空氣預(yù)熱器積灰在線監(jiān)測(cè)”.節(jié)能技術(shù)，vol.28，pp.6060，2010.

[3]曹瑞光.“基于DCS的火電廠電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷”.華北電力大學(xué)，2013.

[4]馬悅.“基于火電廠DCS數(shù)據(jù)的回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器運(yùn)行性能評(píng)價(jià)及其預(yù)測(cè)”.山東大學(xué)，2007.

[5]董澤，韓璞，李瑞欣，張建生.“基于DCS的鍋爐過熱器和再熱器金屬診斷方法的研究”.河北電力技術(shù)，vol.20，pp.911，2001.

基金項(xiàng)目：國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃資助項(xiàng)目（2017YFB0602102）

作者簡(jiǎn)介：王飛（1973），男，高級(jí)工程師。

*通訊作者：鄧?yán)冢校┦浚苯淌凇?/p>