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摘要：针对超临界直流锅炉蒸汽吹灰器运行中存在的问题，提出对尾部烟道吹灰器系统进行改造和优化，以减少优质蒸汽的损失，提高机组蒸汽利用率，降低锅炉运行成本。锅炉受热面磨损，提高设备运行的可靠性，减少锅炉尾部受热面面积，提高锅炉运行效率。
关键词：超超临界;燃煤机组;锅炉本体;吹灰汽源;优化
1 锅炉受热面的积灰监测
受热面传热效果变差是受热面受污染后最明显的结果，因此，将受热面的传热系数K选为对比参数值，引入一个表征受热面积灰程度的特征参数—CF。CF是受热面洁净程度的标志，定义为实际传热系数Ksj和理论热系数K0的比值，表示如下：
当CF=1时，说明受热面处于理想的洁净状态，当CF<1时，说明受热面处于受污染状态，并且清洁因子的值越小代表受热面污染越严重。受热面一个周期内的清洁因子变化曲线，tj、tc分别为积灰和吹灰时长。可以看出0～tj为积灰过程，清洁因子有明显的下降，时间段tj～tj+tc为吹灰过程，清洁因子明显上升。因此，CF能够作为积灰监测指标指导吹灰操作。
2 无迹卡尔曼滤波预测
在计算单位时间内最大传热量时，由于锅炉的工作状况是动态变化而不是一成不变的，所以采用大量历史统计数据拟合的曲线是不科学的。因此需要在大数据统计得到固定变化趋势的基础上，结合部分实时数据，得到单次积灰过程中清洁因子的具体变化，从而制定吹灰策略。由于从锅炉DCS系统中采集计算得到的清洁因子数据是离散值，决定了对受热面积灰状态的估计是一个非线性滤波问题。其中基于贝叶斯理论的滤波算法（如扩展卡尔曼滤波算法）、粒子滤波算法在设备的寿命预测中得到了广泛的应用。该方法通过将设备当前监测到的数据作为先验信息，预测其未来某一时刻的性能状态并得到设备的剩余寿命。EKF是应用泰勒展开算法将非线性系统展开，忽略其二阶以上高阶项，从而将非线性问题转化为线性问题，然而当高阶项无法忽略时，线性化会使系统产生较大误差。利用PF算法得到精度较高的设备性能估计，通常需要较多数目的粒子，存在计算量较大，经过迭代粒子发生退化等问题。针对以上问题，本文提出了一种基于无迹卡尔曼滤波算法的清洁因子预测方法。结合历史数据拟合模型与实时数据来预测单次清洁因子的变化，用于上文吹灰优化模型中的计算。
3 系统改造优化方案的可行性分析
3.1 运行参数及安全性的影响
声波吹灰器发声效率高、功率大，其有效空间为前小后大的半个椭球形体，在炉墙附近的球体径向直径为7-9米，前方轴向长度为14-18米，能够有效清除包括受热面管子背后及狭缝、边旁角落的积灰;由于所采用的声波频率范围避开了锅炉本体设备和管束的本征频率，不会引发设备和管束的共振，同时对锅炉受热面管子无冲刷。从系统改造工程量来分析，声波吹灰器安装方便，可以直接在水冷壁上开小孔安装，不用对锅炉墙体进行大的改造。其气源压力为0.5～0.8MPa，流量为每分钟2.6～4.8立方米。机组配置的仪用压缩空气都能满足其要求，基本不用增加其他附属系统。
3.2 经济性分析
（1）运行费用：630MW锅炉单台炉按每月2次吹灰计，38台长吹灰器耗量为58.1Kg/min?5.43min?14+35.8Kg/min?5.43min?24=90Kg。两台锅炉每年为218吨过热蒸汽，按90元/吨计算，费用约2万元。（2）维护检修费用：每年按一台吹灰器计4000元，则38台吹灰器的正常费用在15.2万元，且随着设备的老化及进口设备备品件的高价，检修维护费用也逐年上升。（3）人工费用：年维护检修38台吹灰器所需人工费用应在4万元。（4）其他费用：防磨瓦一次检修更换的费用为4万元左右，更换防磨瓦的人工费用在2万元左右，更换吹损减薄管子60根，换管费用约4万元，这样一年的受热面检查及处理费用在10万元以上。（5）采用声波吹灰器，除了一次性投入外，基本上是免维护的，运行时基本不需任何费用的。同时加大尾部受熱面的换热效果，提高机组热效率。
4 效益分析
4.1 减少吹灰蒸汽消耗
每天减少12t吹灰蒸汽消耗，每年可以节省3600t吹灰蒸汽。吹灰蒸汽汽源的品位比主蒸汽的品位低，按照主蒸汽煤耗0.75折算系数计算吹灰蒸汽的煤耗。机组额定煤耗量为139.55t/h，额定主蒸汽流量为1007.75t/h，那么由于减少吹灰蒸汽耗量每年可以节煤：（139.55÷1007.75）×3600×0.75=374t。煤价按照每吨500元计算，每年可以节省燃料费：374×500=187000元。
4.2 降低吹灰频次
智能吹灰优化系统的投运后，吹灰频次降低了42.7%，受热面的吹灰磨损大幅度降低，减少了吹损造成的爆管停机次数。若智能吹灰优化系统的投运后每3年减少一次吹损保管，可以降低锅炉启动燃油消耗、增加机组发电量等。按照每次锅炉启动的燃油耗量25t、每吨燃油5000元计算，锅炉启动燃油费用为：5000×25=125000元。若按每次停机72h、年均负荷250MW、每度电的毛利率0.15元计算，锅炉停炉造成的损失为：0.15×250000×72=2700000元。两项合计为2825000元，则3年平均每年的效益为94.2万元。
4.3 降低排烟温度
智能吹灰系统改造完成后，排烟温度平均降低3.75℃，按照锅炉排烟温度每降低1℃节省0.166克标煤计算，全年可以节省的标煤量为：0.166×3.75×300000×7200=1.345×109g=1345t。标煤价格按照每吨700元计算，每年可以节省燃料费为：700×1345=914500元。
4.4 提高主蒸汽温度
智能吹灰系统改造完成后，主蒸汽温度升高了0.71℃，按照锅炉主蒸汽温度每提高1℃节省0.19g标煤、全年运行7200h、年均负荷为250MW计算，全年可以节省的标煤量为：0.19×0.71×300000×7200=2.91×108g=291t。标煤价格按照每吨700元计算，每年可以节省燃料费为：700×291=203700元。
参考文献：
[1]曹定华，刘波，等.2023t/h锅炉吹灰优化研究[J].电站系统工程，2011，27（1）：24～26.
[2]周俊波，陈晓文等.燃煤电站锅炉受热面灰污监测与智能吹灰控制技术[J].热力发电，2017，46（12）：11～17
作者简介：
璩建华（1989年9月23），男，汉，河南孟州，本科，助工，研究方向：电力工程
关键词：超超临界;燃煤机组;锅炉本体;吹灰汽源;优化
1 锅炉受热面的积灰监测
受热面传热效果变差是受热面受污染后最明显的结果，因此，将受热面的传热系数K选为对比参数值，引入一个表征受热面积灰程度的特征参数—CF。CF是受热面洁净程度的标志，定义为实际传热系数Ksj和理论热系数K0的比值，表示如下：
当CF=1时，说明受热面处于理想的洁净状态，当CF<1时，说明受热面处于受污染状态，并且清洁因子的值越小代表受热面污染越严重。受热面一个周期内的清洁因子变化曲线，tj、tc分别为积灰和吹灰时长。可以看出0～tj为积灰过程，清洁因子有明显的下降，时间段tj～tj+tc为吹灰过程，清洁因子明显上升。因此，CF能够作为积灰监测指标指导吹灰操作。
2 无迹卡尔曼滤波预测
在计算单位时间内最大传热量时，由于锅炉的工作状况是动态变化而不是一成不变的，所以采用大量历史统计数据拟合的曲线是不科学的。因此需要在大数据统计得到固定变化趋势的基础上，结合部分实时数据，得到单次积灰过程中清洁因子的具体变化，从而制定吹灰策略。由于从锅炉DCS系统中采集计算得到的清洁因子数据是离散值，决定了对受热面积灰状态的估计是一个非线性滤波问题。其中基于贝叶斯理论的滤波算法（如扩展卡尔曼滤波算法）、粒子滤波算法在设备的寿命预测中得到了广泛的应用。该方法通过将设备当前监测到的数据作为先验信息，预测其未来某一时刻的性能状态并得到设备的剩余寿命。EKF是应用泰勒展开算法将非线性系统展开，忽略其二阶以上高阶项，从而将非线性问题转化为线性问题，然而当高阶项无法忽略时，线性化会使系统产生较大误差。利用PF算法得到精度较高的设备性能估计，通常需要较多数目的粒子，存在计算量较大，经过迭代粒子发生退化等问题。针对以上问题，本文提出了一种基于无迹卡尔曼滤波算法的清洁因子预测方法。结合历史数据拟合模型与实时数据来预测单次清洁因子的变化，用于上文吹灰优化模型中的计算。
3 系统改造优化方案的可行性分析
3.1 运行参数及安全性的影响
声波吹灰器发声效率高、功率大，其有效空间为前小后大的半个椭球形体，在炉墙附近的球体径向直径为7-9米，前方轴向长度为14-18米，能够有效清除包括受热面管子背后及狭缝、边旁角落的积灰;由于所采用的声波频率范围避开了锅炉本体设备和管束的本征频率，不会引发设备和管束的共振，同时对锅炉受热面管子无冲刷。从系统改造工程量来分析，声波吹灰器安装方便，可以直接在水冷壁上开小孔安装，不用对锅炉墙体进行大的改造。其气源压力为0.5～0.8MPa，流量为每分钟2.6～4.8立方米。机组配置的仪用压缩空气都能满足其要求，基本不用增加其他附属系统。
3.2 经济性分析
（1）运行费用：630MW锅炉单台炉按每月2次吹灰计，38台长吹灰器耗量为58.1Kg/min?5.43min?14+35.8Kg/min?5.43min?24=90Kg。两台锅炉每年为218吨过热蒸汽，按90元/吨计算，费用约2万元。（2）维护检修费用：每年按一台吹灰器计4000元，则38台吹灰器的正常费用在15.2万元，且随着设备的老化及进口设备备品件的高价，检修维护费用也逐年上升。（3）人工费用：年维护检修38台吹灰器所需人工费用应在4万元。（4）其他费用：防磨瓦一次检修更换的费用为4万元左右，更换防磨瓦的人工费用在2万元左右，更换吹损减薄管子60根，换管费用约4万元，这样一年的受热面检查及处理费用在10万元以上。（5）采用声波吹灰器，除了一次性投入外，基本上是免维护的，运行时基本不需任何费用的。同时加大尾部受熱面的换热效果，提高机组热效率。
4 效益分析
4.1 减少吹灰蒸汽消耗
每天减少12t吹灰蒸汽消耗，每年可以节省3600t吹灰蒸汽。吹灰蒸汽汽源的品位比主蒸汽的品位低，按照主蒸汽煤耗0.75折算系数计算吹灰蒸汽的煤耗。机组额定煤耗量为139.55t/h，额定主蒸汽流量为1007.75t/h，那么由于减少吹灰蒸汽耗量每年可以节煤：（139.55÷1007.75）×3600×0.75=374t。煤价按照每吨500元计算，每年可以节省燃料费：374×500=187000元。
4.2 降低吹灰频次
智能吹灰优化系统的投运后，吹灰频次降低了42.7%，受热面的吹灰磨损大幅度降低，减少了吹损造成的爆管停机次数。若智能吹灰优化系统的投运后每3年减少一次吹损保管，可以降低锅炉启动燃油消耗、增加机组发电量等。按照每次锅炉启动的燃油耗量25t、每吨燃油5000元计算，锅炉启动燃油费用为：5000×25=125000元。若按每次停机72h、年均负荷250MW、每度电的毛利率0.15元计算，锅炉停炉造成的损失为：0.15×250000×72=2700000元。两项合计为2825000元，则3年平均每年的效益为94.2万元。
4.3 降低排烟温度
智能吹灰系统改造完成后，排烟温度平均降低3.75℃，按照锅炉排烟温度每降低1℃节省0.166克标煤计算，全年可以节省的标煤量为：0.166×3.75×300000×7200=1.345×109g=1345t。标煤价格按照每吨700元计算，每年可以节省燃料费为：700×1345=914500元。
4.4 提高主蒸汽温度
智能吹灰系统改造完成后，主蒸汽温度升高了0.71℃，按照锅炉主蒸汽温度每提高1℃节省0.19g标煤、全年运行7200h、年均负荷为250MW计算，全年可以节省的标煤量为：0.19×0.71×300000×7200=2.91×108g=291t。标煤价格按照每吨700元计算，每年可以节省燃料费为：700×291=203700元。
参考文献：
[1]曹定华，刘波，等.2023t/h锅炉吹灰优化研究[J].电站系统工程，2011，27（1）：24～26.
[2]周俊波，陈晓文等.燃煤电站锅炉受热面灰污监测与智能吹灰控制技术[J].热力发电，2017，46（12）：11～17
作者简介：
璩建华（1989年9月23），男，汉，河南孟州，本科，助工，研究方向：电力工程