电站锅炉受热面吹灰控制系统的优化研究

时间：2024-07-28

么颖林

（首钢京唐钢铁联合有限责任公司，河北唐山 063200）

电站锅炉是燃煤发电的核心设备，其工作时的稳定性和可靠性直接决定了火力发电时的效率和效益。由于燃煤的特性，在燃烧的过程中会产生大量的粉尘，部分粉尘会逐渐地沉积在电站锅炉的受热面上，不仅会造成受热面的传热效率低下，而且会极大地降低电站锅炉的发电效率。为了提高电站锅炉在使用过程中的换热效率，需要在受热面处建立吹灰装置，根据灰尘的集聚情况来进行吹灰，保证锅炉受热面的清洁度，提高换热效率。

目前常见吹灰系统主要是依靠提前测算的导热系数和灰尘集聚量的对应关系，通过监测导热系数的变化来判断灰尘的集聚情况，进而确定吹灰的时机。该方案在实际应用过程中存在着监测精度差，调节滞后性高的不足，因此导致吹灰不及时或者吹风量过大，进一步降低了锅炉的换热效率和经济效益。

本文提出了一种新的锅炉受热面吹灰控制系统，通过研究受热面上不同时刻灰尘增量的分布，建立起数学期望模型，以单位时间内的换热效率最高为优化目标，自动判断最佳吹灰方案，根据实际应用表明新的控制系统，能够将吹灰时间降低34.3%，将单位时间内的换热量增加21.4%，极大地提升了电站锅炉的换热效率和经济性。

1 吹灰模型优化研究

为了对受热面的污染情况进行定量分析，便于进行精确监测，本文提出了受热面污染率，来表征受热面上的沉积情况，受热面的污染率可表示为[1]：

式中：Kr为表示电站锅炉受热面实际传热系数；Kt为表示电站锅炉受热面理论传热系数。

当F=0时表明电站锅炉的受热面处在最清洁的状态；当F＞0时表明受热面开始处于受污染状态，数值越大表明受热面上的积灰越严重。电站锅炉在运行的过程中，在不同的工作状态下其给煤量、送风量均会发生变化，因此需要考虑实际工作状态下烟气侧释放热量的修正，确保监测结果的准确性。

根据公式（1），结合对电站锅炉受热面积灰的变化趋势，提出了一种基于受热面换热效率最高的优化模型，积灰时间和吹灰时间变化周期内污染率变化及受热面换热率变化趋势如图1所示。

图1 基于吹灰模型的变化曲线

图1中，Fd表示受热面积灰时的污染率变化曲线，Fb表示吹灰时的污染率变化曲线，td表示受热面积灰时长，tb表示吹灰时长。根据该模型曲线可知，随着受热面污染率的提升，受热面的换热率逐步地下降，随着吹灰时间的增加，受热面的换热率逐渐增加，表明了该吹灰模型构建的准确性。

2 吹灰周期分布研究

在电站锅炉工作的过程中，定期对受热面进行吹灰，能够有效地提高受热面的清洁度，提高换热效率，但吹灰时间越长，反而会导致换热效率的下降，因此需要合理的研究受热面的吹灰周期，确保电站锅炉始终处在高效换热的工作区间内。

吹灰系统在工作过程中，吹灰枪是以恒定的速率在受热面进行吹灰，在这个过程中吹灰枪的高压蒸气压力恒定，在吹灰过程中消耗的能量QS可以表示为[2]：

式中：q为吹灰过程中消耗的蒸气质量流量，kg/h；h1为吹灰设备工作时的气源焓，kJ/kg；h2为凝汽器的入口焓，kJ/kg。

根据热消耗原理，在一个吹灰周期内的换热量减去吹灰蒸汽消耗后的热量后，就是系统所能剩下的换热量Q，可表示为[3]：

式中：QS1为一个吹灰周期内的理论换热量，kJ。

由此可知，在多个吹灰周期内的过滤受热面污染率变化曲线如图2所示。

图2 多个周期内污染率变化示意图

由上述分析结果可知，在恒定的时间内，若吹灰周期短，则就需要增加吹灰的频率，由于积灰导致受热面传热效率损失会下降，则由于吹灰导致的蒸气损失会增加。若吹灰周期长，则在一定时间内的吹灰频率就低，而对应的由于积灰导致的受热面传热效率损失会增加，而吹灰导致的蒸气损失会降低，因此需要合理的确定吹灰周期，提高锅炉的换热效率。