要害词：积灰 在线监测 优化 试验
1 前言
电站锅炉受热面的积灰污染不仅使锅炉运行热效率降低，严重时将导致机组降负荷运行或停机。因此，目前大容量电站锅炉各受热面均配有不同形式的吹灰器。但是吹灰是以吹灰介质和介质携带能量为代价的。吹灰模式不合理，不仅使吹灰的总体经济性底下，而且过于频繁的吹灰会对受热面造成损坏，并缩短吹灰装置本身的使用寿命。
对已建成的电站锅炉的吹灰模式进行优化，首先需实现对受热面污染状态的较准确的实时监测；其次需对各受热面污染增长特性进行分析。本文以邹县电厂#5炉为对象，在已建立的锅炉各受热面污染程度的实时监测系统的基础上，对600MW机组锅炉受热面的污染特性及吹灰模式的优化进行了研究，对邹县电厂#5炉进行了受热面单吹实验与变吹灰强度实验，根据各受热面污染状态的实时监测结果和实验结果，对#5炉受热面的污染规律进行了研究，建立了吹灰优化模型。监测及优化系统根据在线数据判定锅炉各受热面的吹灰需求，实时提出优化的吹灰模式，现场根据监测及优化系统提出的吹灰模式进行了试运行，运行结果表明，采用监测及优化的吹灰模式可使锅炉效率提高0.3以上，经济效益显著。
2 受热面污染状态的监测与实验
2.1 锅炉受热面及吹灰器布置
邹县发电厂600MW机组锅炉型号为2020吨/小时亚临界自然循环炉。本文对其主要对流受热面进行研究，包括：高温过热器、低温过热器、再热器、省煤器，在监测中，再热器分为低温再热器和高温再热器两段。低温过热器、省煤器和低温再热器分别布置在竖直烟道分隔墙两侧，低温过热器和省煤器布置在分隔墙同侧。从高温过热器到省煤器布置长吹44只，各受热面及吹灰器在炉内的位置如图1所示。
图1 锅炉受热面及吹灰器布置
2.2 锅炉受热面污染率的计算
在锅炉整体热平衡的基础上，根据省煤器与低温再热器的出口烟气温度和工质进出口参数，逆烟气的流程逐段进行各受热面的热平衡和传热计算[3,4]，根据在线热力数据和锅炉热力计算标准求出各受热面的实际传热Ksj与理想传热系数Klx，根据式(1)求出各受热面的污染率FF，FF为大于0小于1的无量纲数，FF越接近1则表明受热面的污染越严重。
2.3 现场实验
为确定吹灰对各受热面的清洁能力及吹灰器现定吹灰强度的合理性，对#5炉进行了现场受热面单吹实验和变强度吹灰实验，实验在500MW平稳负荷下进行，为提高实验数据的可用度，安排实验前两天停止吹灰，但为避免锅炉排烟温度过高，省煤器吹灰仍维持原吹灰方式不变。在实验受热面单独吹灰实验中，两个受热面吹灰间隔不短于30分钟。吹灰强度的改变可通过改变吹灰蒸汽压力和吹灰时间两种方法实现，本文实验则是对锅炉各受热面进行两次吹扫。
3 实验结果
各受热面单吹结果如图2各曲线所示，图2中(a)—(e)为受热面单吹实验曲线，其余为受热面重复吹灰实验曲线。
图2中受热面单吹曲线表明，进行吹灰操作后各对流受热面的污染率均有比较明显的变化，这说明，一是在进行吹灰后，各对流受热面的污染状态均有比较明显的改变，吹灰效果是明显的；二是所建立的监测系统能够比较准确地反应各受热面污染状态的变化。由于在实验前两天，停止了除省煤器以外其它受热面的吹灰，因此可以推断到实验前，除省煤器以外其它各受热面的污染均达到了污染上限，图2各曲线也反映出，在实验前，除省煤器其它受热面的污染率曲线均基本不再变化，这证实，经过两天的积累，除省煤器外各受热面的污染达到了上限值，这样也就确定了各受热面的污染率上限。
图2 受热面吹灰实验结果
从图4曲线还可看出，进行吹灰后，高过和高再的污染率下降幅度相对较小，但以后的增长也比较缓慢，据此可初步断定，高过与高再的吹灰频率可适当降低。吹灰后低过的污染率下降比较明显，且增长速率也比较缓慢。省煤器与低再在吹灰后污染率下降显著，但以后的增长速率也比较大，因此省煤器与低再的的吹灰频率可适当提高。
曲线(f)—(j)表明，第二次吹灰后各受热面污染率均没有更进一步的下降，说明第一次吹灰已使各受热面的污染基本达到下限，可见该锅炉各吹灰器的现定吹灰蒸汽压力和吹灰时间是合理的。
4 吹灰模式优化模型与优化结果
4.1 吹灰模式的优化模型
对炉内受热面进行吹扫，可提高锅炉运行效率，但是以直接消耗蒸汽及蒸汽携带能量为代价的，间接地，吹灰还会不同程度地加剧受热面的磨损。假如仅考虑直接的影响，则考察一只吹灰器吹灰的消耗，可用下式估算：
上式中，w为一次吹灰消耗的蒸汽量（kg）；w为生产单位质量吹灰蒸汽需消耗的煤量（kg）；Ec为煤价（元/kg）；Ew为生水及将生水处理为锅炉用水所需费用（元/kg），Ee为利用吹灰蒸汽发电的发电收益。
与不吹灰相比，在固定时间段内，吹灰次数越多，吹灰收益越大，但吹灰消耗也随之增加，若以Ein为吹灰收益，吹灰收益与吹灰消耗的关系可用图2曲线表示，从图中曲线可以看出，在Nopt处，吹灰收益与吹灰消耗的差最大，Nopt即是需寻找的最优吹灰模式。
图3吹灰净收益与吹灰频率的关系
吹灰模式的确定除需考虑经济性，还需考虑锅炉受热面的安全性，对锅炉运行工况的影响及吹灰方案的可操作性，尽可能降低运行人员的工作强度。
目前对锅炉受热面的磨损程度还很难合理定量描述，从保证锅炉运行安全性的保守角度，需要对吹灰频率进行限制，在合理经济性的条件下尽量降低吹灰频率。对锅炉运行工况主要是考虑有关受热面吹灰对汽温工况的影响，在合理的减温水流量下的维持额定的汽温。为降低运行人员吹灰操作的复杂程度和频率，对污染增长特性相似的受热面进行一定条件下捆绑操作，避免运行人员频繁操作吹灰器。但对受热面进行捆绑吹灰的代价是吹灰操作的经济性不能达到最优，因此，确定受热面捆绑吹灰前提是吹灰经济性不能有较显著的下降。吹灰模式的确定逻辑图如图3所示。锅炉各个对流受热面的污染程度在线监测与吹灰优化模型及优化吹灰操作指导均由一台实时在线运行的计算机完成。
图4 吹灰模式逻辑图
4.2 优化吹灰的结果
基于计算机的优化吹灰系统于2003年11月开始进行调试并试运行，试运行期间，运行人员完全根据该系统提示的优化吹灰模式进行吹灰操作。在可比条件下，对优化吹灰模式下锅炉排烟温度与原吹灰模式下锅炉排烟温度进行了比较，其中若干统计数据见表１。根据表1数据可知优化吹灰而使锅炉平均排烟温度下降6℃。在其它参数相同（煤的工业分析成分、飞灰含炭量等）的情况下，锅炉效率可提高0.3，该锅炉的年平均负荷为450MW，年运行小时数为7000小时，其燃煤价格为每吨煤280元，如此计算，采用优化的吹灰模式，每年可节约超过90万元，直接经济效明显。而且由于优化过程中，对受热面进行捆绑了吹灰，因此运行人员吹灰工作量没有显著增加。若在吹灰优化过程中不考虑吹灰模式的操作复杂性，吹灰操作的经济性还能进一步提高。
除了直接经济效益外，采用优化的吹灰模型使各受热面按需吹灰，可避免因不合理吹灰导致的爆管危险，受热面的寿命达到延长和主汽温度和再热汽温的控制，而对这些间接效益还没有理想的量化计算方法，对此还需进一步的研究。
表1 不同吹灰模式锅炉排烟温度统计
5 结论
通过对邹县600MW机组锅炉实时数据进行的分析，可以得到以下结论：
(1)利用基于在线热力参数求解出的锅炉各受热面的热有效系数可以有效反应各受热面的污染状况。
(2)高过和高再的污染率下降幅度相对较小，但以后的增长也比较缓慢，据此可初步断定，高过与高再的吹灰频率可适当降低。
(3)省煤器与低再在吹灰后污染率下降显著，但以后的增长速率也比较大。因此省煤器与低再的的吹灰频率可适当提高。
(4)采用优化系统提出的实时优化吹灰模式，锅炉排烟温度可下降6℃，锅炉效率可提高6。
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