燃煤电厂空气预热器堵塞监控预警关键技术研究

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随着超低排放政策的出台,火力发电厂进行了大规模的脱硫脱硝改造,SCR脱硝改造后空气预热器的堵塞问题尤为突出。原因是SCR脱硝后的逃逸NH3与烟气中的SO3生成的硫酸氢铵(ABS)在空预器中凝结沉积。如果能够对空预器的堵塞情况进行准确判断并提出预警,则有助于指导电厂中工作人员及时采取相应措施,减少空预器的堵塞。本文针对空气预热器的堵塞问题进行了深入研究,提出基于ABS生成温度的空气预热器堵塞预警模型和基于电厂大数据的智能预警模型,为空预器的堵塞情况进行预警。首先,本文从锅炉至SCR出口的整个工艺角度出发,利用SO3反应动力学和脱硝反应动力学方法,建立根据煤中含硫量和SCR脱硝参数预测空预器内ABS生成温度的模型。该模型解决了以往通过测量SO3浓度和NH3浓度计算ABS生成温度的困难并通过了电厂实际数据的准确性验证。进一步研究了不同煤中含硫量、不同NH3/NOx摩尔比、不同SCR入口 NOx浓度以及不同脱硝效率对ABS生成温度的影响。结果发现,煤中含硫量增加导致烟气中SO3浓度增加,使得ABS生成温度迅速增加;NH3/NOx摩尔比超过0.9时,继续增加NH3/NOx摩尔比,造成ABS生成温度迅速增加;随着SCR入口 NOx浓度的增加,ABS生成温度升高;当脱硝效率超过93%,继续提高脱硝效率,使得NH3逃逸量迅速增加,造成ABS生成温度迅速提高。然后,将ABS生成温度预警模型在以下四种空预器方案(空预器未改造、暖风器改造、3.5分仓改造和热风循环改造)中进行预警应用。结合CFD数值模拟得到的空预器温度场分布,得到空预器在四种方案下的ABS温度预警,建立低温酸腐蚀区、中温ABS腐蚀区和高温普通积灰区。暖风器投运后空预器转子整体温度显著上升,降低空预器内ABS凝结高度,利于吹灰缓解ABS腐蚀;3.5分仓改造和循环风改造将有利于缓解低温酸腐蚀,但是对ABS缓解无明显效果,甚至有可能扩大ABS凝结沉积区域,若将改造后分仓内温度提高到197℃以上,将有利于缓解空预器内ABS的凝结腐蚀。最后,基于电厂DCS大数据提出空预器堵塞智能预警模型对空预器压降进行预警。多种模型比较后发现,利用粒子群算法(PSO)改进的BP神经网络模型(PSO-BP)对空预器压降进行预测效果最佳,相关系数为0.98769,该模型能较好跟踪空预器压降变化趋势。实际中可应用该模型可将预测值与电厂实测值进行比较反映空预器的堵塞情况并进行预警。
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