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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。
关键词：吹灰;吹灰器;运行;优化;灰污监测
1前言
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。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。
燃煤电厂锅炉受热面非正常的积灰结渣使传热热阻和烟道通风阻力增加，影响锅炉的正常運行，降低锅炉热效率并增加机组煤耗。严重时将导致机组降负荷运行或停机，甚至酿成重大事故。因此，预防和减轻电厂锅炉受热面积灰结渣是确保机组安全经济运行的重大问题之一。
近年来，国内外电力企业纷纷在降低发电成本方面挖掘潜力，在保证发电和安全运行的前提下，改烧品位较低（通常灰分高且灰熔点低）而价格低得多的煤，以追求更大的经济效益。但是，往往由此而来的问题之一就是受热面的积灰结渣较重。目前，我国大机组燃用煤种的约50%属易结渣煤，加之我国电厂燃用煤质多变，经常较大偏离设计值，几乎都存在不同程度的结渣。在大多数情况下，试图通过改进锅炉的设计和运行方式均不十分有效。
在各种避免严重积灰或结渣的技术措施中，运行中对受热面进行蒸汽或空气吹扫是一种有效的且普遍采用的手段。目前，我国的大型电厂锅炉均装备了完善可靠的吹灰装置，按设定程序控制定时定量投入吹灰。但是，无论是空气或是蒸汽吹灰，都要消耗大量的能量，譬如，蒸汽吹灰所耗汽量一般占蒸失和排烟损失的增加，吹灰器的运行要消耗锅炉效率的0.7%左右。另一方面，不适当的频繁吹灰会因磨蚀和热应力对受热面造成损坏，缩短受热面的寿命，同时也增加了吹灰装置的维修费用。再者，不适当的集中吹灰操作，会超出除尘设备的设计容量，造成短时间的烟尘排放超标，在某些国家会招致处罚[1]。
在锅炉运行中，如何准确监测炉内结渣积灰的程度和发展趋势，并根据积灰结渣的状况和运行需要，及时有效地采取吹灰清渣措施，即维持受热面的正常状况，又节约吹灰介质和降低烟尘排放显得十分重要。因此，为大型电厂锅炉研究和开发基于在线监测参数、直接或间接地诊断炉内积灰结渣的在线监测诊断技术，指导优化清渣吹灰是十分必要的。
近年来一些工业发达国家十分重视燃煤电厂锅炉结渣积灰在线监测和优化吹灰技术的开发与应用，已经在某些大型燃煤电厂锅炉上进行了示范实施，取得提高锅炉安全经济运行的效果[1～5]。我国在这一领域的研究和开发工作还很少，尤其未见在大型电厂锅炉上的工程实践。
我国近年来建成投产的300 MW及以上的大型电厂锅炉，均安装了性能良好和运行可靠的受热面蒸汽吹灰清渣系统，并配备了先进的计算机数据采集、处理、控制和运行管理系统，一次传感器和仪表的测量精度较以前大幅度提高，这些都为实现在线监测分析和指导运行创造了有利的条件。
本项研究工作以河北衡水发电厂（现衡丰发电有限责任公司）300 MW燃煤机组为对象，开发了积灰结渣在线监测系统，取得了能够实时监测锅炉各主要对流受热面积灰结渣的成功经验。
2 300 MW燃煤锅炉机组概况
衡水发电厂300 MW机组的1025t/h锅炉为北京巴威公司制造的亚临界压力中间再热自然循环汽包锅炉，锅炉受热面布置如图1所示，设计煤种为山西阳泉无烟煤和晋中地区地方矿贫煤。该锅炉采用蒸汽程序控制吹灰，炉膛壁面布置27只IR-3型伸缩式短吹灰器，炉膛水平烟道、尾部烟道受热面布置50只IK-525型长伸缩式吹灰器。机组的信息系统以30s的间隔实时采集和传输2000个左右的机组运行参数，其中与锅炉有关的运行参数约120个，与受热面换热有关的热工参数绝大部分为工质侧进出口的温度和压力，且准确度较高，而烟气侧的热工测点十分少，并且，由于测量误差和布置难度均较大，只有检测值误差相对较小的低温段参数可以利用，譬如，省煤器后烟温、排烟温度和氧量等。
3 基于在线监测运行参数的锅炉受热面积灰结渣分析计算模型
基于少数烟气侧数据和绝大部分工质侧数据已提出各类分析算法[1～5]，但在具体处理上均有较大的不同，主要体现在计算模型的选取，譬如，热平衡计算法，人工神经网络的方法等;故在检测参数的预处理，受热面洁净度的定义，理想洁净度的确定，判断污染程度和指导吹灰的策略等方面也有所不同。 本项工作采用了热平衡计算原理。在锅炉整体热平衡的基础上，从省煤器出口开始，逆烟气的流程逐段进行各受热面的热平衡和传热计算。即，在已知受热面出口烟温，工质侧进出口等参数的基础上，分别由烟气侧和工质侧的热平衡方程式，计算该受热面的进口烟温
Qsj=D（h″-h′+Δhjw）/Bj（1）
Qsj=φ（H′-H″+ΔαH0lk）（2）
式中 h′、h″为受热面进口及出口的蒸汽焓，kJ/kg;H′、H″为受热面进、出口烟气焓，kJ/kg;Δhjw为减温水焓，kJ/kg;Bj为计算燃烧量，kg/h;φ为保热系数;α为漏风系数;H0lk为理论冷空气焓，kJ/kg。
再根据传热方程
式中k为传热系数，W/（m2·℃）;Δt为传热温差，℃;A为计算对流受热面积，m2。
得到该工况下该受热面的实际传热系数Ksj。定义Ksj与理想状态下的Klx的比值为受热面的洁净因子CF，描述受热面的洁净程度
d
当CF=1时，受热面处于理想的洁净状态，CF小于1则受热面偏离正常允许的污染状态，越小则污染越严重。对不同的受热面，具体计算方法亦有所差异。
参考文献：
[1] 杨卫娟，周俊虎，刘建忠，周志军，曹欣玉，岑可法. 电站锅炉吹灰方案的合理制定[J]. 热力发电. 2002（04）
[2] 杨卫娟，周俊虎，刘建忠，周志军，黄镇宇，岑可法. 3个表征换热器换热特性的变量[J]. 化工学报. 2002（04）
[3] 阎维平，陈宝康，梁秀俊，叶学民，王礼，赵保国. 电站锅炉回转式空气预热器积灰监测模型的研究[J]. 动力工程. 2002（02）
[4] 侯斌，吕子安，武斌，李定凯，沈幼庭. 电站锅炉对流受热面积灰状态的在线监测[J]. 中国电力. 2002（03）
[5] 陈志国，华永明，盛昌栋，周强泰. 硫铁矿颗粒在炉内运动数值模拟及对结渣的影响[J]. 燃烧科学与技术. 2001（02）
[6] 陈力哲，吴少华，孙绍增，李争起，孙锐，秦裕琨. 煤燃烧结渣特性判定法及测量设备的研究[J]. 哈尔滨工业大学学报. 2001（02）
[7] 杨卫娟，周俊虎，曹欣玉，周志军，岑可法. 火电站锅炉优化运行软件系统概述[J]. 电站系统工程. 2001（02）
[8] 李瑞扬，赵玉晓，吕薇，王士军，秦裕琨. 燃烧器区域速度场对受热面结渣影响的试验研究[J]. 热能动力工程. 2001（02）
关键词：吹灰;吹灰器;运行;优化;灰污监测
1前言
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。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。
燃煤电厂锅炉受热面非正常的积灰结渣使传热热阻和烟道通风阻力增加，影响锅炉的正常運行，降低锅炉热效率并增加机组煤耗。严重时将导致机组降负荷运行或停机，甚至酿成重大事故。因此，预防和减轻电厂锅炉受热面积灰结渣是确保机组安全经济运行的重大问题之一。
近年来，国内外电力企业纷纷在降低发电成本方面挖掘潜力，在保证发电和安全运行的前提下，改烧品位较低（通常灰分高且灰熔点低）而价格低得多的煤，以追求更大的经济效益。但是，往往由此而来的问题之一就是受热面的积灰结渣较重。目前，我国大机组燃用煤种的约50%属易结渣煤，加之我国电厂燃用煤质多变，经常较大偏离设计值，几乎都存在不同程度的结渣。在大多数情况下，试图通过改进锅炉的设计和运行方式均不十分有效。
在各种避免严重积灰或结渣的技术措施中，运行中对受热面进行蒸汽或空气吹扫是一种有效的且普遍采用的手段。目前，我国的大型电厂锅炉均装备了完善可靠的吹灰装置，按设定程序控制定时定量投入吹灰。但是，无论是空气或是蒸汽吹灰，都要消耗大量的能量，譬如，蒸汽吹灰所耗汽量一般占蒸失和排烟损失的增加，吹灰器的运行要消耗锅炉效率的0.7%左右。另一方面，不适当的频繁吹灰会因磨蚀和热应力对受热面造成损坏，缩短受热面的寿命，同时也增加了吹灰装置的维修费用。再者，不适当的集中吹灰操作，会超出除尘设备的设计容量，造成短时间的烟尘排放超标，在某些国家会招致处罚[1]。
在锅炉运行中，如何准确监测炉内结渣积灰的程度和发展趋势，并根据积灰结渣的状况和运行需要，及时有效地采取吹灰清渣措施，即维持受热面的正常状况，又节约吹灰介质和降低烟尘排放显得十分重要。因此，为大型电厂锅炉研究和开发基于在线监测参数、直接或间接地诊断炉内积灰结渣的在线监测诊断技术，指导优化清渣吹灰是十分必要的。
近年来一些工业发达国家十分重视燃煤电厂锅炉结渣积灰在线监测和优化吹灰技术的开发与应用，已经在某些大型燃煤电厂锅炉上进行了示范实施，取得提高锅炉安全经济运行的效果[1～5]。我国在这一领域的研究和开发工作还很少，尤其未见在大型电厂锅炉上的工程实践。
我国近年来建成投产的300 MW及以上的大型电厂锅炉，均安装了性能良好和运行可靠的受热面蒸汽吹灰清渣系统，并配备了先进的计算机数据采集、处理、控制和运行管理系统，一次传感器和仪表的测量精度较以前大幅度提高，这些都为实现在线监测分析和指导运行创造了有利的条件。
本项研究工作以河北衡水发电厂（现衡丰发电有限责任公司）300 MW燃煤机组为对象，开发了积灰结渣在线监测系统，取得了能够实时监测锅炉各主要对流受热面积灰结渣的成功经验。
2 300 MW燃煤锅炉机组概况
衡水发电厂300 MW机组的1025t/h锅炉为北京巴威公司制造的亚临界压力中间再热自然循环汽包锅炉，锅炉受热面布置如图1所示，设计煤种为山西阳泉无烟煤和晋中地区地方矿贫煤。该锅炉采用蒸汽程序控制吹灰，炉膛壁面布置27只IR-3型伸缩式短吹灰器，炉膛水平烟道、尾部烟道受热面布置50只IK-525型长伸缩式吹灰器。机组的信息系统以30s的间隔实时采集和传输2000个左右的机组运行参数，其中与锅炉有关的运行参数约120个，与受热面换热有关的热工参数绝大部分为工质侧进出口的温度和压力，且准确度较高，而烟气侧的热工测点十分少，并且，由于测量误差和布置难度均较大，只有检测值误差相对较小的低温段参数可以利用，譬如，省煤器后烟温、排烟温度和氧量等。
3 基于在线监测运行参数的锅炉受热面积灰结渣分析计算模型
基于少数烟气侧数据和绝大部分工质侧数据已提出各类分析算法[1～5]，但在具体处理上均有较大的不同，主要体现在计算模型的选取，譬如，热平衡计算法，人工神经网络的方法等;故在检测参数的预处理，受热面洁净度的定义，理想洁净度的确定，判断污染程度和指导吹灰的策略等方面也有所不同。 本项工作采用了热平衡计算原理。在锅炉整体热平衡的基础上，从省煤器出口开始，逆烟气的流程逐段进行各受热面的热平衡和传热计算。即，在已知受热面出口烟温，工质侧进出口等参数的基础上，分别由烟气侧和工质侧的热平衡方程式，计算该受热面的进口烟温
Qsj=D（h″-h′+Δhjw）/Bj（1）
Qsj=φ（H′-H″+ΔαH0lk）（2）
式中 h′、h″为受热面进口及出口的蒸汽焓，kJ/kg;H′、H″为受热面进、出口烟气焓，kJ/kg;Δhjw为减温水焓，kJ/kg;Bj为计算燃烧量，kg/h;φ为保热系数;α为漏风系数;H0lk为理论冷空气焓，kJ/kg。
再根据传热方程
式中k为传热系数，W/（m2·℃）;Δt为传热温差，℃;A为计算对流受热面积，m2。
得到该工况下该受热面的实际传热系数Ksj。定义Ksj与理想状态下的Klx的比值为受热面的洁净因子CF，描述受热面的洁净程度
d
当CF=1时，受热面处于理想的洁净状态，CF小于1则受热面偏离正常允许的污染状态，越小则污染越严重。对不同的受热面，具体计算方法亦有所差异。
参考文献：
[1] 杨卫娟，周俊虎，刘建忠，周志军，曹欣玉，岑可法. 电站锅炉吹灰方案的合理制定[J]. 热力发电. 2002（04）
[2] 杨卫娟，周俊虎，刘建忠，周志军，黄镇宇，岑可法. 3个表征换热器换热特性的变量[J]. 化工学报. 2002（04）
[3] 阎维平，陈宝康，梁秀俊，叶学民，王礼，赵保国. 电站锅炉回转式空气预热器积灰监测模型的研究[J]. 动力工程. 2002（02）
[4] 侯斌，吕子安，武斌，李定凯，沈幼庭. 电站锅炉对流受热面积灰状态的在线监测[J]. 中国电力. 2002（03）
[5] 陈志国，华永明，盛昌栋，周强泰. 硫铁矿颗粒在炉内运动数值模拟及对结渣的影响[J]. 燃烧科学与技术. 2001（02）
[6] 陈力哲，吴少华，孙绍增，李争起，孙锐，秦裕琨. 煤燃烧结渣特性判定法及测量设备的研究[J]. 哈尔滨工业大学学报. 2001（02）
[7] 杨卫娟，周俊虎，曹欣玉，周志军，岑可法. 火电站锅炉优化运行软件系统概述[J]. 电站系统工程. 2001（02）
[8] 李瑞扬，赵玉晓，吕薇，王士军，秦裕琨. 燃烧器区域速度场对受热面结渣影响的试验研究[J]. 热能动力工程. 2001（02）