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摄谱能级号与锅炉收热量摹拟联系的实验剖析

2011-07-23 02:54:55本站

  

  1试验系统及辐射能信号提取

  某300 M W机组锅炉采用12只火焰图像探测器从炉膛四角不同高度获取燃烧火焰辐射图像信息( 1) ,所监视的锅炉炉膛燃烧空间为标高( 16 690 38 400) mm之间的区域,即冷灰斗以上、折烟角以下的区域。利用该区域之间的6层过道,设计布置6层火焰图像探测器, 1 3层布置在炉膛中部, 4 6层布置在炉膛四角附近(看火孔位置)。利用辐射图像计算机处理技术和辐射传热理论,可实现对炉膛三维燃烧温度场及相关热力参数等分布的实时监视。同时,利用三维燃烧温度场可视化信息,归纳炉膛燃烧总辐射能信号,实时反映炉膛燃烧率的变化,辐射能信号采样时间为5 s.

  通过CCD镜头获得12幅炉膛火焰图像( 2) ,每一幅图像有30 30个像素,由三基色原理可知彩色图像是红、绿、蓝3种单色光图像的叠加,即可表示为(R, G, B)形式,因此可根据图像中每个红色分量R i值计算得到辐射能由于CCD镜头在锅炉上空间分布位置不同,采集的火焰亮度不同,因此每个CCD镜头的快门速度也不同,i是根据CCD镜头的快门速度不同设定的权值,即i / j = K i / K j, K i为对应CCD镜头的快门速度。

  2锅炉吸热量及其计算方法

  (1)锅炉水冷壁的吸热量采用蒸发量进行计算,即利用给水在汽包中由饱和水经过水冷壁吸热变为饱和蒸汽吸收的汽化潜热作为水冷壁吸热的计算标准。

  (2)过热器对流吸热量的计算包括从汽包中送出的饱和蒸汽经过过热器变为过热蒸汽的吸热量和过热器减温水带走的一部分热量。

  (3)再热器吸热量的计算由高压缸排汽及蒸汽通过再热器后的焓差计算出再热器中蒸汽的吸热量和再热器减温水的换热量即再热器对流吸热量。

  (4)省煤器吸热量采用给水泵出口水与省煤器出口水的焓差进行计算。

  (5)空气预热器(空预器)的吸热量采用二次风和常温下空气的焓差进行计算。

  由于IAPWS. IF97公式具有形式简单、计算速度快、适用范围宽以及计算精度高等特点,便于编制通用的计算机程序,所以本文采用IAPWS. IF97公式计算有关水和水蒸气的热力学性质。根据IAPWS. IF97公式确定水和水蒸气热力性质的M atlab环境下m函数及其功能所示如下:

  已知饱和水压力p求饱和水温度ts用tsaturation. m函数,函数调用方法为t s= tsaturation( p );已知水的压力p和水的温度t求过冷水和饱和水的焓值用ptwater. m函数,函数调用方法为enthalpy_water = ptwater( p, t);已知蒸汽的压力p和蒸汽的温度t求饱和蒸汽或过热蒸汽的焓值用ptsteam. m函数,函数调用方法enthalpy_steam= ptsteam( p, t)。

  在计算空预器的换热过程中需要计算空预器空气进出口的焓差,因此需要根据空气的热力性质模型进行计算。本文根据空气焓的计算式编写由空气压力p和空气温度t求空气焓值的enthalpy_air. m函数,函数调用方法为h= enthalpy_air(p , t)。

  把电厂管理信息系统(M IS)现场采集的对应或者近似替代数据(采集数据的时间间隔为5 s)作为m函数的输入参数,计算得到相应换热系统出口工质和入口工质的焓差,即可得到各换热系统的吸热量,计算所得吸热量的单位均转换为M J/ s,即M W.

  3辐射能与锅炉吸热量静态特性的数据分析

  分析用的数据是从10天的数据中挑选出来的,在机组负荷曲线比较平稳的状态下,从中选取一段数据作均值处理,共选出25组数据。

  分析方法举例如下:如所示为某天24 h的数据系列,由负荷曲线看出300 2 300数据段(由于每个数据的采集间隔时间为5 s,所以应处于所示( 0. 4 3. 1) h的数据段)是机组负荷十分平稳的一段,因此,对这段时间内机组负荷、辐射能以及锅炉各部分吸热量分别选取2001个数据,并进行平均,从而得到该数据段的辐射能均值为0. 317 83,机组负荷均值为213. 039 M W,水冷壁吸热量均值为176. 315 M W,过热器吸热量均值为156. 902 MW,再热器吸热量均值为85. 050 M W,省煤器吸热量均值为34. 298 M W,空预器吸热量均值为38. 411 M W.

  把所选的25组数据根据辐射能的值由小到大递增排序,并以辐射能值为横坐标,以其它几个参数为纵坐标,得出辐射能与锅炉吸热量的相关性( 4)。从4可以看出,机组负荷、水冷壁吸热量、过热器吸热量、再热器吸热量、省煤器吸热量与辐射能都有较好的静态相关性,而空预器吸热量与辐射能的静态相关性不是很好,只有一个随着辐射能上升的总体趋势,这是由于受到空气流量波动较大的影响。由于本文计算吸热量的输入参数很多是近似替代的(比如采用机侧主蒸汽压力和温度近似替代过热器出口压力和温度等),另外还存在影响吸热量等参数波动的其它因素,所以上述参数与辐射能之间的线性关系需进行拟合。经拟合得出4中直线,其函数关系式如下。

  (1)机组功率与辐射能对应函数关系式为:

  y 1 = 156. 653 86+ 169. 657 5x

  (2)水冷壁吸热量与辐射能对应函数关系式为:

  y 2 = 156. 349 68 + 61. 528 02x

  (3)过热器吸热量与辐射能对应函数关系式为:

  y 3 = 104. 029 17 + 155. 625 34x

  (4)再热器吸热量与辐射能对应函数关系式为:

  y 4 = 52. 175 71 + 90. 292 29x

  (5)省煤器吸热量与辐射能对应函数关系式为:

  y 5 = 26. 888 22 + 22. 633 24x

  从4中可以看出,空预器吸热量与辐射能之间没有较好的线性相关性,故未给出其函数关系式。从以上关系式中可以看出,当辐射能变化时,过热器吸热量的变化要比水冷壁吸热量的变化大得多。

  4实际应用

  在机组负荷和主蒸汽流量基本保持不变时,由于受入炉煤质等因素的影响,燃烧效率时刻都在波动,因为辐射能信号具有迅速反应燃烧率的特性,所以辐射能信号必然也在波动( 5( a) )。当辐射能信号变化时,水冷壁吸热量变化并不明显,而过热器的吸热量变化得比较多( 5( b) ) ,所以过热蒸汽温度也有明显变化( 5( c) ) ,相应过热器减温水流量也即发生变化( 5( d) )。

  由于辐射能与过热器吸热量和过热蒸汽温度之间存在如图所示的内在联系,故把辐射能的微分信号引入到该锅炉过热器的减温调节系统,使喷水减温器提前动作。采取此措施后,过热蒸汽温度**大偏差< 3,取得了很好的实际控制效果。

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