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【摘要】本文针对台州发电厂#9锅炉定时定量的吹灰方式存在的损耗相对较大的特点，完成了台州电厂#9锅炉以吹灰效益最大为目标的锅炉闭环吹灰优化控制系统，并取得较好的经济效益。
【关键词】吹灰优化；清洁因子；监测和预测模型；模糊算法；闭环控制
【分类号】：TK227
一、项目概况
（一） 锅炉概况以及吹灰器运行的现状
台州电厂#9机组的锅炉是哈尔滨锅炉厂有限责任公司制造的1025t/h亚临界参数汽包炉。设计燃料为富动烟混煤，水冷壁采用全焊接的膜式水冷壁。
（二） 吹灰优化基本流程
锅炉受热面灰沉积作为燃煤电站锅炉运行中一个不可避免的实际问题，利用高温高压的蒸汽吹扫是目前普遍采用的手段。研究和开发基于机组在线监测参数，诊断炉内各受热面积灰沉积的在线监测诊断技术，并运用非线性优化理论，针对应用对象的运行特性和具体的优化目标，研究合理的吹灰策略，将直接指导运行人员对吹灰器进行操作。
二、吹灰优化系统
（一） 优化系统设计和实施介绍
针对锅炉情况和DCS控制系统，我们完成了吹灰优化方案设计、DCS逻辑组态修改、电厂试验、灰污监测和预测模型开发、优化算发开发、调试等工作，成功的实施了以吹灰效益最大为目标的锅炉在线闭环吹灰优化控制系统。吹灰优化控制系统运行于一台服务器平台上，该系统通过双向通信与DCS交换信息，获取机组运行所需要的各种参数，并将吹灰指令发到DCS，在DCS上建立了手动吹灰、定期吹灰和优化吹灰，当运行人员选择第三种工作模式时，吹灰系统受吹灰优化服务器指令控制，执行优化吹灰。
（二） 受热面污染监测与灰沉积预测模型
1、 受热面的清洁因子监测模型
受热面污染的监测是吹灰器优化运行的前提和基础，整个系统的最大性能和准确度都受制于监测模型。
该项目采用间接灰污监测的方法，以传热清洁因子CF来表示受热面清洁程度，CF越大，表明受热面越清洁。受热面的传热清洁因子监测曲线可以很好地反应出受热面的传热量、温度的变化，从而为吹灰收益分析打下基础。
2、 清洁因子的计算流程和动态模型
（1）清洁因子的计算
计算模型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。然后由传热方程得到传热系数，最后得到清洁因子。
（2） 清洁因子动态模型
建立清洁因子的模型，用以描述吹灰效果。用两种动态模型来确定CF与蒸汽温度、吹灰流量、出口烟气温度的关系。利用动态模型，研究CF变化对蒸汽温度变化和吹灰量的影响。
3、灰沉积预测模型
在锅炉运行中，灰污开始在受热面上粘结。灰污粘结的速度及其严重程度主要取决于煤中灰分的成分和含量。此外，积灰速度还与锅炉的设计、负荷、燃烧方式和运行条件等因素有关。灰沉积预测模型要对飞灰量、烟气流速和煤质进行修正。因此，需要从锅炉动态特性的角度深入分析，建立变负荷过程中的污染预测模型，弥补静态模型的不足。
（1）预测模型的试验验证
①当烟气流速很低时，随着流速增加，灰污沉积率的增长速度高于剥蚀率，热阻迅速增大；但随着流速增大到一定范围内，飞灰中大颗粒的动量迅速增加，剥蚀率增长速度远远超过了沉积率，因此在此阶段，热阻随着烟气流速的增加反而减小。因此，机组在高负荷下运行时，受热面积灰速度不因为飞灰含量的增加而增加，反而污染增长率出现一定程度下降的情况。
②根据对灰污热阻的实际监测数据，在不考虑吹灰过程的情况下，其曲线形式推导的污染增长预测模型能够反映各受热面污染增长的基本规律。模型预测到的热阻剧烈变化所对应的时刻与当时记录的吹灰操作时刻完全吻合，其变化规律符合理论分析结果，证明该模型在计算灰沉积速度上具有足够的精度。
③在优化吹灰模型建立过程中，本文通过积灰速度、单独受热面吹扫等现场试验，高温对流区的沉积常数和时间常数往往均高于低温对流区。
（三）吹灰成本及收益模型
1、 吹灰成本计算模型
吹灰成本包括：吹灰介质热能；驱动设备电能；受热面管道磨损和安全性问题；吹灰设备折旧和维修；短期汽机效率降低成本（吹灰导致主蒸汽、再热蒸汽温度降低，从而降低了汽机效率） 。
2、各受热面的吹灰收益模型
吹灰收益包括：锅炉热效率；安全性收益；调节性收益。根据前面的清洁因子变化传热计算分析和烟道阻力计算、试验分析，可以初步得到锅炉各受热面吹灰器运行的主要收益。
（四）吹灰优化方法和流程
吹灰优化方案综合考虑吹灰收益和吹灰成本，使吹灰净收益最大化。因此需要引入计算模型、最佳吹灰时间和模糊吹灰评判两种方法。
1、 最佳吹灰时间计算方法
a） 降低排烟温度
排烟温度在126℃-143℃之间时，排烟温度每升高1℃，排烟损失增加0.05%。
b） 吹灰成本和收益分析计算
c） 吹灰方案的优化方法
吹灰时间间隔T，单位时间吹灰收益G
2、 吹灰多层次模糊综合评判
1. CF是启动吹灰的前提条件。当CF 清洁因子CF的隶属度函数的构造如下。决策集V={正常、低、很低}，可以只确定4个界值，每种CF值均由试验确定。
（五） 吹灰优化的试验研究
1、 试验的准备
根据锅炉的特性，将锅炉整体分为14个可以计算的独立计算模块；为了更加精准采集参数，加装了锅炉红外温度测量系统两套，K型热电偶传感器八套。
2、试验研究及结果分析
（1）受热面吹灰相互影响分析试验
先吹扫沿烟气流程下游受热面，再吹扫上游受热面，最后吹扫炉膛。
试验数据分析发现，未吹灰时，各受热面的清洁因子随着积灰时间增长而逐渐减小；吹灰器动作时，受热面变得清洁，清洁因子迅速增大，随后再缓慢减小。因此，制定不定期的吹灰策略，动态运行吹灰器是可行的。
（2）单独受热面吹扫试验
分别单独受热面吹扫，监测受热面清洁因子的变化以及对锅炉效率、主蒸汽温度、减温水流量等参数的影响。
试验发现，随着负荷的增大，各受热面的最小清洁因子的值均有所变小，即负荷越高，受热面沾污程度越深。因此，制定优化吹灰策略时，应该考虑负荷对受热面沾污程度的影响。
（3）积灰增长速度试验
确定积灰增长速度和受热面清洁因子下限值，为灰沉积预测模型提供数据支持，并验证其准确性。
三、吹灰优化效益分析
锅炉热效率和蒸汽品质收益
优化方式的排烟温度比常规方式低8.4℃；但吹灰蒸汽耗量基本一致，故主要考虑蒸汽温度、锅炉效率及减温水量等对煤耗的影响。
参考相关数据得知煤耗能降低0.279%，假定250MW时标准煤耗为330g/kw·h，则投入优化系统后，煤耗能降低0.00279×330=0.92g/kw·h。以每年平均250MW运行5500小时计算，标煤按650元/吨计算，每年可节省82.23万人民币。同时，吹灰还有其他方面的直接或间接经济效益，如提高锅炉可用率、增加受热面管子的寿命和减少引风机电耗等等。这些不仅可以产生经济效益，还有着明显的社会效益，而且会越来越重要。
【参考文献】
【1】陈宝康，阎维平，高正阳，朱予东. 电站锅炉炉膛污染和吹扫对对流受热面运行的影响分析，热力发电，2004，（3）：27-30.
【2】沙志强，雎刚. 燃煤锅炉受热面灰污检测与吹灰优化，能源研究与利用，2006，（5）：32-33.
【3】俞海淼，曹欣玉，李志，周俊虎，刘建忠，岑可法. 应用灰污热流计监测燃煤锅炉炉膛灰污结渣的动态过程，中国动力工程学报，2005，25（1）：88-91.
【关键词】吹灰优化；清洁因子；监测和预测模型；模糊算法；闭环控制
【分类号】：TK227
一、项目概况
（一） 锅炉概况以及吹灰器运行的现状
台州电厂#9机组的锅炉是哈尔滨锅炉厂有限责任公司制造的1025t/h亚临界参数汽包炉。设计燃料为富动烟混煤，水冷壁采用全焊接的膜式水冷壁。
（二） 吹灰优化基本流程
锅炉受热面灰沉积作为燃煤电站锅炉运行中一个不可避免的实际问题，利用高温高压的蒸汽吹扫是目前普遍采用的手段。研究和开发基于机组在线监测参数，诊断炉内各受热面积灰沉积的在线监测诊断技术，并运用非线性优化理论，针对应用对象的运行特性和具体的优化目标，研究合理的吹灰策略，将直接指导运行人员对吹灰器进行操作。
二、吹灰优化系统
（一） 优化系统设计和实施介绍
针对锅炉情况和DCS控制系统，我们完成了吹灰优化方案设计、DCS逻辑组态修改、电厂试验、灰污监测和预测模型开发、优化算发开发、调试等工作，成功的实施了以吹灰效益最大为目标的锅炉在线闭环吹灰优化控制系统。吹灰优化控制系统运行于一台服务器平台上，该系统通过双向通信与DCS交换信息，获取机组运行所需要的各种参数，并将吹灰指令发到DCS，在DCS上建立了手动吹灰、定期吹灰和优化吹灰，当运行人员选择第三种工作模式时，吹灰系统受吹灰优化服务器指令控制，执行优化吹灰。
（二） 受热面污染监测与灰沉积预测模型
1、 受热面的清洁因子监测模型
受热面污染的监测是吹灰器优化运行的前提和基础，整个系统的最大性能和准确度都受制于监测模型。
该项目采用间接灰污监测的方法，以传热清洁因子CF来表示受热面清洁程度，CF越大，表明受热面越清洁。受热面的传热清洁因子监测曲线可以很好地反应出受热面的传热量、温度的变化，从而为吹灰收益分析打下基础。
2、 清洁因子的计算流程和动态模型
（1）清洁因子的计算
计算模型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。然后由传热方程得到传热系数，最后得到清洁因子。
（2） 清洁因子动态模型
建立清洁因子的模型，用以描述吹灰效果。用两种动态模型来确定CF与蒸汽温度、吹灰流量、出口烟气温度的关系。利用动态模型，研究CF变化对蒸汽温度变化和吹灰量的影响。
3、灰沉积预测模型
在锅炉运行中，灰污开始在受热面上粘结。灰污粘结的速度及其严重程度主要取决于煤中灰分的成分和含量。此外，积灰速度还与锅炉的设计、负荷、燃烧方式和运行条件等因素有关。灰沉积预测模型要对飞灰量、烟气流速和煤质进行修正。因此，需要从锅炉动态特性的角度深入分析，建立变负荷过程中的污染预测模型，弥补静态模型的不足。
（1）预测模型的试验验证
①当烟气流速很低时，随着流速增加，灰污沉积率的增长速度高于剥蚀率，热阻迅速增大；但随着流速增大到一定范围内，飞灰中大颗粒的动量迅速增加，剥蚀率增长速度远远超过了沉积率，因此在此阶段，热阻随着烟气流速的增加反而减小。因此，机组在高负荷下运行时，受热面积灰速度不因为飞灰含量的增加而增加，反而污染增长率出现一定程度下降的情况。
②根据对灰污热阻的实际监测数据，在不考虑吹灰过程的情况下，其曲线形式推导的污染增长预测模型能够反映各受热面污染增长的基本规律。模型预测到的热阻剧烈变化所对应的时刻与当时记录的吹灰操作时刻完全吻合，其变化规律符合理论分析结果，证明该模型在计算灰沉积速度上具有足够的精度。
③在优化吹灰模型建立过程中，本文通过积灰速度、单独受热面吹扫等现场试验，高温对流区的沉积常数和时间常数往往均高于低温对流区。
（三）吹灰成本及收益模型
1、 吹灰成本计算模型
吹灰成本包括：吹灰介质热能；驱动设备电能；受热面管道磨损和安全性问题；吹灰设备折旧和维修；短期汽机效率降低成本（吹灰导致主蒸汽、再热蒸汽温度降低，从而降低了汽机效率） 。
2、各受热面的吹灰收益模型
吹灰收益包括：锅炉热效率；安全性收益；调节性收益。根据前面的清洁因子变化传热计算分析和烟道阻力计算、试验分析，可以初步得到锅炉各受热面吹灰器运行的主要收益。
（四）吹灰优化方法和流程
吹灰优化方案综合考虑吹灰收益和吹灰成本，使吹灰净收益最大化。因此需要引入计算模型、最佳吹灰时间和模糊吹灰评判两种方法。
1、 最佳吹灰时间计算方法
a） 降低排烟温度
排烟温度在126℃-143℃之间时，排烟温度每升高1℃，排烟损失增加0.05%。
b） 吹灰成本和收益分析计算
c） 吹灰方案的优化方法
吹灰时间间隔T，单位时间吹灰收益G
2、 吹灰多层次模糊综合评判
1. CF是启动吹灰的前提条件。当CF
（五） 吹灰优化的试验研究
1、 试验的准备
根据锅炉的特性，将锅炉整体分为14个可以计算的独立计算模块；为了更加精准采集参数，加装了锅炉红外温度测量系统两套，K型热电偶传感器八套。
2、试验研究及结果分析
（1）受热面吹灰相互影响分析试验
先吹扫沿烟气流程下游受热面，再吹扫上游受热面，最后吹扫炉膛。
试验数据分析发现，未吹灰时，各受热面的清洁因子随着积灰时间增长而逐渐减小；吹灰器动作时，受热面变得清洁，清洁因子迅速增大，随后再缓慢减小。因此，制定不定期的吹灰策略，动态运行吹灰器是可行的。
（2）单独受热面吹扫试验
分别单独受热面吹扫，监测受热面清洁因子的变化以及对锅炉效率、主蒸汽温度、减温水流量等参数的影响。
试验发现，随着负荷的增大，各受热面的最小清洁因子的值均有所变小，即负荷越高，受热面沾污程度越深。因此，制定优化吹灰策略时，应该考虑负荷对受热面沾污程度的影响。
（3）积灰增长速度试验
确定积灰增长速度和受热面清洁因子下限值，为灰沉积预测模型提供数据支持，并验证其准确性。
三、吹灰优化效益分析
锅炉热效率和蒸汽品质收益
优化方式的排烟温度比常规方式低8.4℃；但吹灰蒸汽耗量基本一致，故主要考虑蒸汽温度、锅炉效率及减温水量等对煤耗的影响。
参考相关数据得知煤耗能降低0.279%，假定250MW时标准煤耗为330g/kw·h，则投入优化系统后，煤耗能降低0.00279×330=0.92g/kw·h。以每年平均250MW运行5500小时计算，标煤按650元/吨计算，每年可节省82.23万人民币。同时，吹灰还有其他方面的直接或间接经济效益，如提高锅炉可用率、增加受热面管子的寿命和减少引风机电耗等等。这些不仅可以产生经济效益，还有着明显的社会效益，而且会越来越重要。
【参考文献】
【1】陈宝康，阎维平，高正阳，朱予东. 电站锅炉炉膛污染和吹扫对对流受热面运行的影响分析，热力发电，2004，（3）：27-30.
【2】沙志强，雎刚. 燃煤锅炉受热面灰污检测与吹灰优化，能源研究与利用，2006，（5）：32-33.
【3】俞海淼，曹欣玉，李志，周俊虎，刘建忠，岑可法. 应用灰污热流计监测燃煤锅炉炉膛灰污结渣的动态过程，中国动力工程学报，2005，25（1）：88-91.