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电站锅炉变负荷引起的水冷壁渣层热应力和吹灰在线模糊优化运行的基础理论研究

杨卫娟  
【摘要】: 电站燃煤锅炉积灰结渣不仅会降低锅炉效率、影响经济性,而且更是多种安全事故的隐患,而采用吹灰器吹灰是解决这一问题最常用最有效的方法。针对我国电站锅炉吹灰器利用率和利用水平低的现象,以电站锅炉日常吹灰运行为研究对象,理论研究为主,研究受热面灰污监测模型和吹灰器优化运行,探索电站锅炉日常吹灰优化运行的策略方案。 首先探索锅炉变负荷运行时炉膛自然掉渣的机理,创新性地开展锅炉运行条件对炉膛灰渣的影响。针对锅炉变负荷运行时炉膛的自然掉渣现象,分析锅炉水冷壁渣层中热应力的产生机理,建立了水冷壁渣层热应力的计算模型,计算分析了锅炉大范围变负荷运行产生的渣层热应力变化大小和分布,并分析渣层热应力的影响因素。得出锅炉大范围变负荷运行时热应力能够超过渣的强度极限引起渣结构破坏的结论,渣层的热应力主要取决于渣的结构、物理特性和传热状态。进一步分析了北仑1#锅炉水冷壁热应力大小和掉渣作用。得出锅炉降负荷运行有助于除去炉膛内小块灰渣和厚渣块的外部渣层,很难将厚渣块整块除去。锅炉降负荷运行有一定程度清洁炉膛水冷壁作用,能增强炉内传热,却无法防止炉膛内结渣恶化发生严重事故。 在分析研究总结现有的锅炉各类受热面的各种灰污监测技术和模型的基础上,建立了锅炉炉膛、对流受热面和三分仓空预器的灰污在线监测模型,以清洁因子表征受热面灰污对锅炉受热面传热的影响。基于稳态传热的清洁因子灰污监测模型,对锅炉负荷、燃煤品质、过量空气系数、各类工质流量、燃煤量和锅炉热效率等的波动变化有很好的适应性。以北仑电厂1#炉历史库中数据为输入数据,验证了清洁因子模型的正确性和对稳定负荷的适应性。针对对象锅炉受热面和测点布置特征,讨论了各监测模块清洁因子的相关性和对吹灰的敏感性。用数学微分方法理论研究清洁因子灰污监测模型中的误差传递规律,探索主要监测参数误差对清洁因子的影响规律,并加以验证。 在现有吹灰器研究和运行水平的基础上,全面分析电站锅炉各部位受热面灰污对锅炉各方面性能的影响,将电站锅炉吹灰的收益和成本各归纳为五类,得出不同受热面吹灰的收益和成本不尽相同的结论。研究每种成本和收益的精确计算方法,并以北仑发电厂1#锅炉为研究对象,通过计算清洁因子对锅炉性能的影响,以统一标准比较各种吹灰收益和成本的大小。其中最小的收益和成本分别是降低引风机电耗和驱动装置电耗成本,最后得出电站锅炉合理吹灰可以获得数十倍利润。 重新界定电站锅炉吹灰优化运行的内涵和外延,率先研究电站锅炉以单个灰污监测模块为优化单元的多目标吹灰优化问题。结合当前电站锅炉运行现状,提出了多层次模糊评判作为吹灰优化方法。借助模糊数学理论,将吹灰优化问题转化为将监测结果与评判所需的单因素决策即模糊映射关联起来的问题和因素权重合理确定的问题。针对电站锅炉的五种吹灰收益,定义了五个收益评判参数,来判断灰污对锅炉五个方面的影响和最大吹灰收益。创新地 浙江大学博士学位论文 杨卫娟 定义了受热面相对吸热比例和烟道相对阻力系数用以判断受热面吹灰的调节性收益和烟道 流通通畅状态。综合受热面清洁因子和五个收益评判参数,提出了一个系统的电站锅炉吹灰 运行优化的方法,并完成了电站锅炉吹灰运行优化咨询系统的基础设计和建构。此系统是多 目标优化吹灰,兼顾到锅炉汽机短期和长期运行的安全性、经济性、调节性和环保性。在提 供最佳吹灰方案的同时,也提供最佳吹灰方案的优点和缺点。就电站锅炉吹灰优化专家运行 咨询系统的整体运行过程加以说明,并以高温过热器和炉膛为例,详细讲解单目标吹灰优化 和多目标吹灰模糊评判的具体优化运行步骤。最后对吹灰优化运行的具体经济效益做了详 细的分析,得出对象锅炉由投运尾部受热面吹灰器降低锅炉排烟温度,年节约开支2妇万元 左右。


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