电厂空预器积灰脏堵智能诊断的研究与应用

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作者 | 王兴龙 张震伟 葛闻涛

浙江浙能天工信息科技有限公司

浙能技术研究院浙江杭州

摘要

分析电厂空预器在使用过程中发生积灰脏堵问题的原因，并探讨相应的预防解决措施。设计空预器智能诊断管理系统，通过远程数据网络对现有Pl实时数据库中的数据进行挖掘提取，解决人工判断依据个人经验、劳动强度大易误判、效果无法比对的问题，对空预器有关数据进行采集、计算与分析，确定空预器的脏堵、漏风、能效等指标，以确定空预器当前的运行状态和发展趋势，从而进一步实现在线智能诊断功能。

关键词：空预器；积灰脏堵；数据挖掘；智能诊断

电厂锅炉机组广泛采用回转式空气预热器，其最大缺点就是容易积灰脏堵，近年来各种技术在不断完善，这一问题还是没有得到有效解决所以解决空预器的积灰脏堵问题对空预器的高效、安全运行显得尤其重要。

近年来国内对空气预热器积灰监测的研究，取得了一些成果。本文采用远程数据挖掘的方法，通过提取出的数据来进行智能分析诊断，从而指导空预器保持在良好工况下运行。

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空预器积灰脏堵的原因分析

(1)工艺设计原因

空预器传热元件是紧密地排列在篮子框架中的成波形的金属薄板，篮子框架以2层或更多层叠放在转子的格仓中。一般分3层，由下至上分别命名为冷端层、中间层和热端层

由于预热器的传热元件布置紧密，工质通道狭窄，所以，在传热元件上易积灰，甚至堵塞工质通道，致使烟空气流动阻力增加，传热效率降低，从而影响预热器的正常工作。

相比较而言，冷端元件比热端元件更容易积灰，所以，对冷端元件的调换采用旁移式，即可以通过外壳上的检修门取出，以便传热元件本体外清洗后调换。当冷端传热元件的一端钢板厚度减薄至原厚度的1/3时，可翻转篮子框架，与相邻对称格仓的对应篮子框架交换倒置使用，可以延长传热元件的使用寿命

(2)煤质因素

煤中的硫燃烧生成二氧化硫，二氧化硫在催化剂的作用下进一步氧化成三氧化硫，与烟气中的水蒸汽生成硫酸蒸汽，硫酸蒸汽的存在使烟气中的露点显著升高由于空预器中空气的温度较低，当烟气温度低于110℃时，烟气中三氧化硫蒸汽容易在空预器受热面上凝结，烟气中的灰容易粘在空预器受热面上形成积灰，长期运行造成堵塞在露点温度升高和硫酸浓度增加的影响下，空预器冷端金属元件会发生一定程度的腐蚀，与此同时，也会导致空预器的积灰堵塞越来越严重。

(3)SCR烟气脱硝系统氨逃逸

锅炉SCR烟气脱硝系统在运行过程中，除了极端工况造成短时间内过量喷氨外，当氨喷射系统设计不当、烟气流场分布不均匀或者喷氨格栅局部喷嘴被堵塞时，也会造成反应器出口局部区域的氨逃逸过量。不同程度的氨逃逸烟气容易在空预器冷端形成粘附性极高的硫酸氢氨，是造成空预器堵塞的主要原因。

(4)运行调整因素

吹灰蒸汽带水，由于进入空预器的烟气温度和空气温度不高，在进行热交换后，空预器冷端壁温度往往偏低，又由于烟气中有大量灰份，灰份沉积在壁面时，与水及酸液起化学作用后发生硬结，所以空预器吹灰疏水不当，也容易使得蒸汽带水造成空预器堵塞。

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空预器积灰脏堵的预防措施

2.1工艺设计改造

(1)空预器热端和冷端换热元件均采用适用于本工程燃煤特性、传热和阻力综合性能好、不易积灰、易清洗、刚度大的波型。

(2)为防止空预器发生硫酸氢按堵灰，冷端换热元件顶部烟气侧金属壁温要求超过200℃，要根据计算结果合理设计冷端换热元件高度。

(3)空预器热端换热元件采用当前的蒸汽吹灰器，冷端换热元件采用配有在线高压水冲洗装置的半伸缩式吹灰装置，半伸缩吹灰装纳入机组DCS系统程控，高压水泵采用就地控制。空预器吹灰器的布置角度考虑避免与锅炉钢架干涉。

2.2适时投用吹灰器

在2次吹扫之间观察其烟气阻力的变化，以此来决定实际需要的吹灰间隔期;在投用空预器蒸汽吹灰时，应注意吹灰蒸汽压力调整和充分疏水。

2.3适时采用水冲洗

根据吹灰效果或空预器堵塞情况，待有机组停运，适时进行水冲洗。冲洗过程一定要彻底，可采用透光法等手段进行检查，避免冲洗不彻底，否则会在极短时间内加重堵塞，失去冲洗的意义。

2.4加强SCR脱硝系统运行管理

对于烟气脱硝装置，除通过氨喷射系统、导流系统、混合系统的设计提高烟气流场的分布均匀性外，日常运行过程中.还需根据机组负荷和进口烟温变化变化.严格控制喷氨量，防止过度喷氨，并定期进行氨喷射系统的喷氨流量平衡调整，防止局部喷氨过大造成氨逃逸浓度升高。

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空预器智能诊断系统

3.1系统方案

系统通过远程数据网络对现有Pl实时数据库中的海量历史数据进行挖掘提取，对空预器有关数据进行采集、计算与分析，确定空预器的脏堵、漏风、能效等指标，以确定空预器当前的运行状态和发展趋势，从而进一步实现在线智能诊断功能，为电厂运行和检修人员提供运行调整和维护、维修的指导。如进行吹灰、冲洗或临修的指导，预知并提前准备备品备件等。

关键技术上，首先对参数历史数据进行时移均值、极值的统计，在时移均值的基础上，实现回归，拟合成曲线，采用最小二乘法计算得出曲线公式，用以指导参数的变化趋势;在时移极值的基础上经统计设置合理的阀值，作为预警的限值;另外要对过程的相关参数(量)，分门别类分析原因，建立故障树，分析逻辑过程。根据上述内容建立相应的明确的计算模型，对于某些不具备条件获取到的参数需要根据过程的相关性从系统内部结构和参数上去研究，依据幅值、频率、速率、数量建立相应的灰箱计算模型，通过上述两个模型的结合，完成对设备与过程的故障分析，依赖该模型进行程序的自动判断、预警、分析、诊断，向运行维护、检修、管理人员提供数据、图表、建议。

3.2系统架构

本系统在Pl实时/历史数据的基础上进行深层次开发与应用。Pl数据库作为系统的数据源，为系统提供基本的数据支撑;Pl数据库的计算环境作为系统数据的预处理平台，可提供数据挖掘、筛选等功能。

系统设置WEB服务器向客户端提供基于B侣架构的WEB访问服务，针对空预器开发特定的计算模型，同时开发专用的计算引擎，部署在应用服务器上，从实时数据库获取数据，根据模型进行计算，将计算结果保存到关系数据库中，如图1。

图1系统架构

系统服务器建立在虚拟化平台上。采用虚拟化服务器平台的好处是可以根据实际的计算任务分配合适的服务器资源，并可根据计算强度的变化灵活调度服务器资源。

3.3主要功能

主要提供对设备的综合分析功能，是该系统的主要部分，包括参数汇总、参数概要、能效指标、脏堵分析、效果比对、处理建议。

(1)参数汇总。

表1摇参数汇总

(2)参数概要。

参数概要是对系统设备主要参数提炼出来后进行概要展示。其主显示区分上下2部分，上半部分是数据表格，下半部分是设备结构图。数据表格根据具体设备的不同而有不同的分列与分行，一般按如下规律:首行是负荷，第2行是参数名，第3行开始是对应参数名的实时数值直接点击列中的蓝色数字可以查看该测点的实时值历史曲线。

(3)能效指标。

能效指标是对系统设备相关能效参数的计算与显示。其主显示区分上下2部分，上半部分是数据表格，下半部分是棒图。数据表中数据的点击操作与显示同前述类似;对棒图的操作可以通过点击“3D/ZD显示切换”将棒图在平面铺示与3D叠加2种方式之间切换。

(4)脏堵分析。

脏堵分析是对系统通风通流类设备(如空预器)的进出口压差参数的计算与对比显示，如图2、表2。其主显示区分上下2部分，上半部分是数据表格，下半部分是棒图。数据表中数据的点击操作与显示同前述类似;对棒图的操作可以通过点击“3D/2D显示切换’，将棒图在平面铺示与3D延展2种方式之间切换。

表2摇脏堵分析发电机有功功率301 MW)

图2脏堵分析

(5)处理建议。

根据前述各项参数，完成自动判断、预警触发、综合分析、智能诊断，提供相应的处理建议，主要以文本方式显示。

(6)效果比对。

图3吹灰冲洗改造前后的效果比较

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结语

系统适应现代化设备智能诊断管理需求，实现智能诊断，减轻人工监视、计算、分析、诊断的劳动强度，提高工作效率，提高运行调整与维护水平，保持设备健康水平，最终达到提高机组运行安全性与经济性的目标。

系统投用后，根据处理建议适时吹灰与停用，通过效果比对直观观察其效果，解决了人工判断依据个人经验、劳动强度大易误判、效果无法比对等问题，实践经验表明，锅炉空预器智能诊断系统通过在线监测空预器压差、漏风等主要特征指标.对空预器性能劣化和脏堵异常进行准确诊断，避免了空预器脏堵引起的频繁停机冲洗，是保障机组经济安全运行的有效手段。

本文发表于《能源与环境》2018年

作者简介:王兴龙，男，本科学历，主要研究方向:火电厂经济性运行、锅炉燃烧优化、信息技术综合监控等。