王飛 文貽艷 王志偉 袁軍 陳珣 鄧磊

摘 要：本文以電廠DCS系統(tǒng)中的相關(guān)監(jiān)測參數(shù)為基礎(chǔ)，建立了空氣預熱器積灰在線監(jiān)測的模型，利用該模型計算了空氣預熱器理論換熱量和實際換熱量，并以此給出了某電廠在一段時間內(nèi)整體傳熱系數(shù)的實時變化趨勢，電廠運行人員可以根據(jù)監(jiān)測結(jié)果及時采取相應措施以減輕空氣預熱器的積灰堵塞，進而提高空氣預熱器的換熱效率，增加電廠運行的經(jīng)濟性。

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

中圖分類號：TK16 文獻標識碼：A

1 緒論

回轉(zhuǎn)式空氣預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]目前人們對空氣預熱器積灰堵塞的原因及維護方法已經(jīng)有了比較深入的了解，但是人們在分析空氣預熱器的運行狀態(tài)和故障時，只是將其看作一個單獨的設(shè)備去研究，并沒有將其在放在整個鍋爐范圍內(nèi)進行研究。

電廠的DCS系統(tǒng)中，針對空氣預熱器設(shè)置了很多監(jiān)測參數(shù)，如進出口風溫、進出口煙溫、氧量、壓差、轉(zhuǎn)子電動機電流等，但是這些都只是獨立的參數(shù)，在DCS系統(tǒng)中并沒有將這些參數(shù)有機的結(jié)合在一起，用于分析空氣預熱器的性能。[2]電廠的運行工作人員也只是根據(jù)幾個簡單容易監(jiān)測的參數(shù)憑借運行經(jīng)驗對空氣預熱器是否出現(xiàn)積灰進行判斷。因此，將空氣預熱器的各個監(jiān)測參數(shù)結(jié)合在一起，通過計算和分析程序，使用可視化的顯示方式把空氣預熱器的實時換熱性能、運行狀態(tài)直觀的反映出來，是機組運行人員的迫切要求，也是電廠節(jié)能的一個重要環(huán)節(jié)。[3]根據(jù)運行狀態(tài)和實時性能監(jiān)測，采取正確的維護措施，可以有效的提高空氣預熱器的性能和壽命，并且減少不必要的浪費。完成這樣一套實時分析系統(tǒng)對指導空氣預熱器運行人員進行操作、提高空氣預熱器的可靠性和經(jīng)濟性以及提高鍋爐效率、最終實現(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)測參數(shù)，詳細介紹了積灰在線監(jiān)測的模型和實際應用結(jié)果。

2 在線監(jiān)測模型

本文的在線監(jiān)測計算主要分為兩類：（1）基于空氣預熱器的結(jié)構(gòu)參數(shù)以及煤質(zhì)參數(shù)等來計算清潔狀態(tài)下空氣預熱器的換熱量；（2）根據(jù)流過空氣預熱器的煙氣參數(shù)實時計算運行狀態(tài)下空氣預熱器的換熱量?？諝忸A熱器積灰監(jiān)測的實現(xiàn)途徑是：計算空氣預熱器實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)時各個監(jiān)測參數(shù)的變化情況，確定問題所在。[4]

2.1 工質(zhì)焓值

在鍋爐運行過程中，計算空氣預熱器的實際換熱量，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

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

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為一次風和二次風的流量，kg/s；Ikin、Ikout為空氣的進口和出口焓值，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，但是考慮到空氣預熱器的實際工作過程，Qy和Qk并不是完全相等的。因此，當兩者誤差在5%以內(nèi)時，即可認為滿足工程計算的精度。

2.3 潔凈因子

根據(jù)空氣預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，表征空氣預熱器整體的換熱系數(shù)，W/（m2·℃）；Q為空氣預熱器的換熱量；Δt為空氣預熱器進出口的對數(shù)平均溫度，℃；A為空氣預熱器蓄熱元件的面積，m2。

煙氣側(cè)進、出口溫度都設(shè)有測點，可以通過DCS系統(tǒng)對煙氣進、出口溫度進行實時監(jiān)測，進而可以實時求出不同時刻空氣預熱器整體的換熱系數(shù)k。對比清潔狀態(tài)和發(fā)生積灰后的空氣預熱器整體的換熱系數(shù)k0和kt，即可實時提供措施防止積灰堵塞的進一步惡化。

3 算例分析

3.1 研究對象

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

3.2 監(jiān)測結(jié)果

針對株洲電廠#3機組的空氣預熱器，時間范圍為2017年12月1日[06：50：00～ 17：50：00]，監(jiān)測每隔5分鐘共133個時刻的各項參數(shù)值。運用積灰在線監(jiān)測軟件初步得到空氣預熱器整體換熱系數(shù)k隨時間的變化趨勢，如圖所示。

機組運行期間鍋爐負荷穩(wěn)定，空氣預熱器整體實際傳熱系數(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機組的空氣預熱器在實際運行過程中工作條件惡劣，蓄熱元件表面的積灰生成導致蓄熱元件傳熱效果惡化。因此，根據(jù)空氣預熱器整體傳熱系數(shù)的實時變化曲線，可以指導電廠運行人員采取相關(guān)措施以避免空氣預熱器表面嚴重的積灰堵塞。

4 結(jié)論

本文以電廠DCS系統(tǒng)中的相關(guān)監(jiān)測參數(shù)為基礎(chǔ)，利用編制的計算程序在線監(jiān)測了空氣預熱器表面積灰情況所導致的整體傳熱系數(shù)的變化，并給出了傳熱系數(shù)的實時變化趨勢，電廠運行人員可以根據(jù)監(jiān)測結(jié)果及時采取相應措施以減輕空氣預熱器的積灰堵塞，進而提高空氣預熱器的換熱效率，增加電廠運行的經(jīng)濟性。

參考文獻：

[1]王建國，徐志明，楊善讓.“空氣預熱器積灰在線監(jiān)測模型”.中國電機工程學報，vol.20，pp.3739，2000.

[2]寧芳青，趙明，馬明前.“燃煤鍋爐的空氣預熱器積灰在線監(jiān)測”.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)測與故障診斷”.華北電力大學，2013.

[4]馬悅.“基于火電廠DCS數(shù)據(jù)的回轉(zhuǎn)式空氣預熱器運行性能評價及其預測”.山東大學，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.

基金項目：國家重點研發(fā)計劃資助項目（2017YFB0602102）

作者簡介：王飛（1973），男，高級工程師。

*通訊作者：鄧磊，男，博士，副教授。