基于声学测温技术的电站锅炉水冷壁灰污监测方法

    0 引 言

    电站锅炉运行过程中,各换热面不可避免的存在着灰污现象,受热面沾污会造成换热损失,严重时给锅炉安全运行造成影响和经济损失。由于水冷壁直接与燃料和火焰接触的机会最大,所以最容易发生结渣现象,而且主要表现为难以清除的渣。与其它受热面相比,水冷壁结渣对锅炉运行的影响最大。燃煤电站锅炉炉内受热面的结渣是一个普遍存在而又难以有效解决的问题。近年来,在我国许多电站中由于用煤煤质的劣化和管理上的因素,这个问题更趋尖锐。鉴于此,很多单位都提出了对锅炉水冷壁结渣进行监测和预报的要求[1, 2]。

    1 炉膛水冷壁结渣积灰研究现状

    针对炉膛整体灰污监测,国外和国外几乎都以炉膛出口烟温作为主要或重要诊断手段,大都采用热平衡方程推导,由空预器出口烟气温度(即排烟温度)开始,逆烟气流程计算得到。这种方法受锅炉负荷、燃烧器摆角、炉膛过量空气系数等参数变动的影响较大[3]。

    针对炉膛局部结渣监测,国外一般在水冷壁上加装大量热流计或热电偶,通过不用的灰污监测模型计算炉膛清洁因子。这种方法需要加装大量的测点,设备维护量大。相比而言,国内在炉膛局部结渣监测方面的研究不多,应用也很少。

    考虑利用声波测温技术对炉膛出口烟气温度和锅炉水冷壁温度进行测量,并且建立炉膛灰污监测模型,判断炉膛整体灰污情况和炉膛局部受热面是否结焦或积灰。当炉膛结焦或积灰到一定程度时,人工或自动启动吹灰,以提高锅炉效率。

    2 基于声学测温技术的炉膛整体灰污监测

    2.1 炉膛清洁因子

    炉膛集燃烧和传热为一体,由于空间体积大,火焰温度高,主要传热方式为辐射换热,对流换热小于5%。由于烟气在炉内的流速较低,在一般锅炉的炉腔内,为了简化计算,炉内传热均按辐射方式考虑。前苏联锅炉热力计算73标准(简称73标准)给出结合相似理论和经验推出的炉膛出口温度计算公式:

    式中: Ta为绝热燃烧时烟气的温度,K; M为决定于沿炉子高度火焰最高温度所处的相对位置,与燃烧器布置相关;W为炉膛热有效系数; a为炉膛度; F为炉膛墙壁面积,m2;U为保热系数; Bj为计算燃料量,kg/t; Vcpj为1 kg燃料的燃烧产物在温度区间内总的平均比热,kcal/kg。

    炉膛热有效系数W是表征炉膛水冷壁辐射吸热能力的参数,在W的定义中,水冷壁的热有效系数等于水冷壁的角系数与污染系数的乘积:W=XF。若锅炉的水冷壁为鳍片式水冷壁,角系数X=1,且不随运行工况而变化。故炉膛热有效系数能够反映了炉膛的污染整体状态。由式(1)推出式(2)。