CN113378394B - 一种基于古尔维奇热平衡的智能吹灰算法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于古尔维奇热平衡的智能吹灰算法，基于局部热量平衡原理的软测量技术，通过迭代算法，在已知出口烟气温度、进口工质温度、出口工质温度、及工质质量流量的情况下，当吸热量与放热量的校核误差<2％时，推算得到烟气进口温度，进而计算得到实际传热系数、理论传热系数、清洁因子。该算法解决了测点不全等问题，节约了成本。该算法能有效监测锅炉受热面的污染状态，确定最佳吹灰时机，进而维持受热面清洁度，提高锅炉运行效率。同时也节约了吹灰介质，减少了受热面管壁的腐蚀和磨损，间接延长了锅炉各受热面的使用效率。

Description

一种基于古尔维奇热平衡的智能吹灰算法

技术领域

本发明涉及一种基于古尔维奇热平衡的智能吹灰算法，属于智能算法领域。

背景技术

电能是现在人类文明中最重要的能源之一。现阶段我国电能的生产很大部分都来自于燃煤发电，然而燃煤在燃烧过程中，燃煤发电机组在运行过程中，燃煤所含的灰分会造成锅炉受热面积灰和结渣，使受热面的传热系数下降，影响了受热面的传热效率，使得主蒸汽、再热蒸汽温度下降，而排烟温度升高，从而使锅炉效率下降，造成能源的浪费，严重时甚至会危害机组的安全运行。因此，为了达到煤燃烧能量的利用的最大化，必须对锅炉管道的受热面进行及时的清扫吹灰。制定最合理、最科学的吹灰优化策略，才能保证一段时间内受热面传热效率的最大化，实现节能减排和机组的安全运行。

目前我国大型电站锅炉吹灰操作一般采用定时定量的程序控制方式。由于这种运行方式是在不了解受热面实际灰污状态的情况下进行的，不可避免地会产生吹灰不足或吹灰过度，且吹灰时间、部位大多凭经验决定，吹灰过程存在人为的主观性，这就造成了更多煤耗。现阶段节能减排给吹灰优化提出了更高的要求，只有对未来状态进行预测，并且提前准备，才能让燃煤电站有更好经济收益。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种基于古尔维奇热平衡的智能吹灰算法。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种基于古尔维奇热平衡的智能吹灰算法，包括以下步骤：

(1)计算理论传热系数K₀

其中：

a₁＝a_d+a_f

式中：a₁为烟气对管壁的放热系数；

a₂为工质对管壁的放热系数；

a_d为表面放热系数；

a_f为辐射传热系数；

C_z、C_s分别为气流流动方向上纵向和横向管排修正系数；

λ为烟气平均温度下的导热系数，W/(m·℃)；

d为管子外径，m；

Re、Pr分别为烟气的雷洛数和普朗特数；

C_l为冲刷受热面相对长度的修正系数；

C_t为流体温度和管壁温度T_gb的修正系数。

σ₀为玻尔兹曼常数；

ε_s为***黑度；

T_gb、T分别为管壁温度和***温度，K；

(2)通过古尔维奇热平衡智能算法确定换热器进口烟气温度；

通过出口烟气温度、进口工质温度、出口工质温度，工质质量流量，假设的进口烟气温度值，其中各温度可换算为对应的焓值，计算得到工质吸热量、烟气放热量，通过迭代算法，基于局部热量平衡原理，当吸热量与放热量的校核误差<2％，此时假定的烟气进口温度即为最终确定的进口烟气温度；

(3)计算实际传热系数K_sj

其中：

Q_z＝D_z(h”-h')

式中：Q_z为工质吸热量，kJ/kg；

D_z为进口工质质量流量，kg/s；

h”、h'分别为工质出口和进口的焓值，kJ/kg；

A为传热面积，m²；

Δt_max和Δt_min分别代表大温压和小温压；

其中，逆流时，大温压Δt_max＝J′-t″；顺流时，大温压Δt_max＝J′-t′；

逆流时，小温压Δt_min＝J″-t′；顺流时，小温压Δt_min＝J″-t″；

J′：烟气进口温度，℃；t″：工质出口温度，℃；J″：烟气出口温度，℃；t′：工质进口温度，℃；

(4)计算清洁因子CF

当CF＝1时，受热面处于理想的洁净状态，即光滑管子的洁净因子；CF小于1则表示受热面受到了灰污的污染，越小则污染越严重；

步骤(2)的具体方法为：

1)省煤器进口烟气温度的算法

省煤器通过烟气挡板分为过热器侧和再热器侧；

①再热器侧省煤器

烟气温度和烟气焓值是一一对应关系，已知温度通过查表可以得出焓值，已知焓值可以求出温度；假设再热器侧省煤器烟气进口温度为J′；

再热器侧省煤器工质吸热量：Q_z＝D_z(h”-h')

再热器侧省煤器烟气放热量：Q_y＝m_z(H'-H”)

其中：D_z为省煤器进口工质的质量流量，kg/s；

h”、h'分别为工质出口和进口的焓值，kJ/kg；

m_z为再热器侧燃煤量，kg/s；

H'、H”分别为烟气进口和出口的焓值，kJ/kg；

计算校核误差：Q_z-Q_y

如果Q_z-Q_y＜2％，则此时假定的烟气进口温度即为最终确定的进口烟气温度，否则重新假设烟气进口温度进行计算，直到符合计算误差；

②过热器侧省煤器

假设过热器侧省煤器烟气进口温度为J′；

过热器侧省煤器工质吸热量：Q_z＝D_z(h”-h')

过热器侧省煤器烟气放热量：Q_y＝m_g(H'-H”)

其中：D_z为省煤器进口工质的质量流量，kg/s；

h”、h'分别为工质出口和进口的焓值，kJ/kg；

m_g为过热器侧燃煤量，kg/s；

H'、H”分别为烟气进口和出口的焓值，kJ/kg；

计算校核误差：Q_z-Q_y

如果Q_z-Q_y＜2％，则此时假定的烟气进口温度即为最终确定的进口烟气温度，否则重新假设烟气进口温度进行计算，直到符合计算误差；

2)低温过热器水平段进口烟气温度的算法

低温过热器水平段烟气出口温度＝过热器侧省煤器进口烟气温度，假设低温过热器水平段烟气进口温度为J′；

工质吸热量：Q_z＝D_z(h”-h')

烟气放热量：Q_y＝m_g(H'-H”)

其中：D_z为低温过热器进口工质的质量流量，kg/s；

h”、h'分别为工质出口和进口的焓值，kJ/kg；

m_g:过热器侧燃煤量，kg/s；

H'、H”分别为烟气进口和出口的焓值，kJ/kg；

计算校核误差：Q_y-Q_z-Q_fj，

其中，Q_fj为附加受热面对流吸热量，Q_fj＝0.02Q_z

如果Q_y-Q_z-Q_fj＜2％，则此时假定的烟气进口温度即为最终确定的进口烟气温度，否则重新假设烟气进口温度进行计算，直到符合计算误差；

3)低温过热器垂直段进口烟气温度的算法

低温过热器垂直段烟气出口温度＝低温过热器水平段烟气进口温度，假设低温过热器垂直段烟气进口温度为J′；

工质吸热量：Q_z＝D_z(h”-h')

烟气放热量：Q_y＝m(H'-H”)

其中，D_z：低温过热器进口工质的质量流量，kg/s；

h”、h'：分别为工质出口和进口的焓值，kJ/kg；

m：总燃煤量，kg/s；

H'、H”：分别为烟气进口和出口的焓值，kJ/kg；

计算校核误差：Q_y-Q_z-Q_fj，

其中，Q_fj为附加受热面对流吸热量，Q_fj＝0.05Q_z

如果Q_y-Q_z-Q_fj＜2％，则此时假定的烟气进口温度即为最终确定的进口烟气温度，否则重新假设烟气进口温度进行计算，直到符合计算误差；

4)低温再热器水平段进口烟气温度的算法

低温再热器水平段烟气出口温度＝再热器侧省煤器烟气进口温度，假设低温再热器水平段烟气进口温度为J′；

工质吸热量：Q_z＝D_z(h”-h')

烟气的放热量：Q_y＝m_z(H'-H”)

其中，D_z：低温再热器进口工质的质量流量，kg/s；

h”、h'：分别为工质出口和进口的焓值，kJ/kg；

m_z：再热器侧燃煤量，kg/s；

H'、H”：分别为烟气进口和出口的焓值，kJ/kg；

计算校核误差：Q_y-Q_z-Q_fj

其中，Q_fj为附加受热面对流吸热量，Q_fj＝0.015Q_z

如果Q_y-Q_z-Q_fj＜2％，则此时假定的烟气进口温度即为最终确定的进口烟气温度，否则重新假设烟气进口温度进行计算，直到符合计算误差；

5)低温再热器垂直段进口烟气温度的算法

低温再热器垂直段烟气出口温度＝低温再热器水平段烟气进口温度，假设低温再热器垂直段烟气进口温度为J′；

工质吸热量：Q_z＝D_z(h”-h')

烟气放热量：Q_y＝m(H'-H”)

其中，D_z：低温再热器进口工质的质量流量，kg/s；

h”、h'：分别为工质出口和进口的焓值，kJ/kg；

m：总燃煤量，kg/s；

H'、H”：分别为烟气进口和出口的焓值，kJ/kg；

计算校核误差：Q_y-Q_z-Q_fj

其中，Q_fj为附加受热面对流吸热量，Q_fj＝0.04Q_z

如果Q_y-Q_z-Q_fj＜2％，则此时假定的烟气进口温度即为最终确定的进口烟气温度，否则重新假设烟气进口温度进行计算，直到符合计算误差；

6)高温再热器进口烟气温度的算法

高温再热器烟气出口温度＝低温再热器垂直段烟气进口温度，假设高温再热器烟气进口温度为J′；

工质吸热量：Q_z＝D_z(h”-h')

烟气放热量：Q_y＝m(H'-H”)

其中：D_z：再热器蒸汽流量，kg/s；

h”、h'：分别为工质出口和进口的焓值，kJ/kg；

m：总燃煤量，kg/s；

H'、H”：烟气进口和出口的焓值，kJ/kg；

计算校核误差：Q_y-Q_z-Q_fj

其中，Q_fj为附加受热面对流吸热量，Q_fj＝0.06Q_z

如果Q_y-Q_z-Q_fj＜2％，则此时假定的烟气进口温度即为最终确定的进口烟气温度，否则重新假设烟气进口温度进行计算，直到符合计算误差；

7)高温过热器进口烟气温度的算法

高温过热器烟气出口温度＝高温再热器烟气进口温度，假设高温过热器烟气进口温度为J′；

工质吸热量：Q_z＝D_z(h”-h')

烟气放热量：Q_y＝m(H'-H”)

其中，D_z：主蒸汽流量，kg/s；

h”、h'：分别为工质出口和进口的焓值，kJ/kg；

m：总燃煤量，kg/s；

H'、H”：分别为烟气进口和出口的焓值，kJ/kg；

计算校核误差：Q_y-Q_z-Q_fj

其中，Q_fj为附加受热面对流吸热量，Q_fj＝0.06Q_z

如果Q_y-Q_z-Q_fj＜2％，则此时假定的烟气进口温度即为最终确定的进口烟气温度，否则重新假设烟气进口温度进行计算，直到符合计算误差；

8)屏式过热器进口烟气温度的算法

屏式过热器烟气出口温度＝高温过热器烟气进口温度，假设屏式过热器烟气进口温度为J′；

工质吸热量：Q_z＝D_z(h”-h')

烟气放热量：Q_y＝m(H'-H”)

屏吸收的总热量：Q_p＝Q^d _p+Q^f _p

受热面的对流吸热量：Q^d _p＝Q_y-Q^d _fj，

附加受热面对流吸热量：Q^d _fj＝0.15Q_z

屏吸收的辐射热量：Q^f _p＝Q_f-Q^f _fj

屏吸收的炉内直接辐射：Q_f＝Q_f′-Q_f″

附加受热面获得的炉内直接辐射：

落入屏区的炉内直接辐射：

穿透屏区的炉内直接辐射：

落入屏区的炉膛出口热流：

炉膛的吸热量：

式中，D_z：进入屏式过热器的蒸汽流量，kg/s；

h”、h'：分别为工质出口和进口的焓值，kJ/kg；

m：总燃煤量，kg/s；

H'、H”：烟气进口和出口的焓值，kJ/kg；

F”：炉膛出口烟窗面积，㎡；

a：烟气黑度；

x'p:出口截面的角系数；

A_ch:屏出口烟窗的面积，㎡；

T_pj：烟气的平均温度，K；

B_j：总燃煤量，kg/s；

β：炉膛与屏相互换热系数；

η：沿炉膛高度不均匀系数；

H₁：炉膛有效辐射受热面积，㎡；

保温系数；

Q₁：低位发热量，kJ/kg；

I₁”:炉膛出口烟焓，kJ/kg；

A_fj：附加受热面积，㎡；

S：总受热面积，㎡；

计算校核误差：Q_p-Q_z

如果Q_p-Q_z＜2％，则此时假定的烟气进口温度即为最终确定的进口烟气温度，否则重新假设烟气进口温度进行计算，直到符合计算误差。

本发明有益效果：

清洁因子CF(Cleanliness Factor)可以表征对流受热面的污染状态，是受热面洁净程度的标志，定义为实际传热系数和理论传热系数的比值。通常通过计算清洁因子来监测各受热面的积灰状况，然而计算清洁因子需要知道各受热面的烟气进出口温度，而很多电厂都没有测点，使清洁因子的计算受到了限制。

本发明利用古尔维奇热平衡的智能吹灰算法，基于局部热量平衡原理的软测量技术，通过迭代算法，在已知出口烟气温度、进口工质温度、出口工质温度、及工质质量流量的情况下，当吸热量与放热量的校核误差<2％时，推算得到烟气进口温度，进而计算得到实际传热系数、理论传热系数、清洁因子。该算法解决了测点不全等问题，节约了成本。

本发明基于古尔维奇热平衡的智能吹灰算法能有效监测锅炉受热面的污染状态，确定最佳吹灰时机，进而维持受热面清洁度，提高锅炉运行效率。同时也节约了吹灰介质，减少了受热面管壁的腐蚀和磨损，间接延长了锅炉各受热面的使用效率。

附图说明

图1为省煤器(再热器侧)进口烟气温度算法框图；

图2为省煤器(过热器侧)进口烟气温度算法框图；

图3为低温过热器水平段进口烟气温度算法框图；

图4为低温过热器垂段进口烟气温度算法框图；

图5为低温再热器水平段进口烟气温度算法框图；

图6为低温再热器垂直段进口烟气温度算法框图；

图7为高温再热器进口烟气温度算法框图；

图8为高温过热器进口烟气温度算法框图；

图9为屏式过热器进口烟气温度算法框图；

图10为本发明古尔维奇热平衡智能算法流程图。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

本发明公式中涉及的热量及焓值的单位均为kJ/kg。

实施例

一种基于古尔维奇热平衡的智能吹灰算法，包括以下步骤：

(1)计算理论传热系数K₀

其中：

a₁＝a_d+a_f

式中：a₁为烟气对管壁的放热系数；

a₂为工质对管壁的放热系数；

a_d为表面放热系数；

a_f为辐射传热系数；

C_z、C_s分别为气流流动方向上纵向和横向管排修正系数；

λ为烟气平均温度下的导热系数，W/(m·℃)；

d为管子外径，m；

Re、Pr分别为烟气的雷洛数和普朗特数；

C_l为冲刷受热面相对长度的修正系数；

C_t为流体温度和管壁温度T_gb修正系数。

σ₀为玻尔兹曼常数；

ε_s为***黑度；

T_gb、T分别为管壁温度和***温度，K；

(2)通过古尔维奇热平衡智能算法确定换热器进口烟气温度；

通过出口烟气温度、进口工质温度、出口工质温度，工质质量流量，假设的进口烟气温度值，其中各温度可换算为对应的焓值，计算得到工质吸热量、烟气放热量，通过迭代算法，基于局部热量平衡原理，当吸热量与放热量的校核误差<2％，此时假定的烟气进口温度即为最终确定的进口烟气温度；

(3)计算实际传热系数K_sj

其中：

Q_z＝D_z(h”-h')

式中：Q_z为工质吸热量，kJ/kg；

D_z为进口工质质量流量，kg/s；

h”、h'分别为工质出口和进口的焓值，kJ/kg；

A为传热面积，m²；

Δt_max和Δt_min分别代表大温压和小温压；

其中，逆流时，大温压Δt_max＝J′-t″；顺流时，大温压Δt_max＝J′-t′；

逆流时，小温压Δt_min＝J″-t′；顺流时，小温压Δt_min＝J″-t″；

J′:烟气进口温度，℃；

t″：工质出口温度，℃；

J″:烟气出口温度，℃；

t′：工质进口温度，℃；

(4)计算清洁因子CF

当CF＝1时，受热面处于理想的洁净状态，即光滑管子的洁净因子；CF小于1则表示受热面受到了灰污的污染，越小则污染越严重。

步骤(2)通过古尔维奇热平衡智能算法确定换热器进口烟气温度的具体方法如下：

1)省煤器进口烟气温度的算法

省煤器通过烟气挡板分为过热器侧和再热器侧。

①省煤器(再热器侧)

烟气温度和烟气焓值是一一对应关系，已知温度通过查表可以得出焓值，已知焓值可以求出温度。假设省煤器(再热器侧)烟气进口温度为J′。

省煤器(再热器侧)工质吸热量：Q_z＝D_z(h”-h')

省煤器(再热器侧)烟气放热量：Q_y＝m_z(H'-H”)

其中：D_z为省煤器进口工质的质量流量，kg/s；

h”、h'分别为工质出口和进口的焓值，kJ/kg；

m_z为再热器侧燃煤量，kg/s；

H'、H”分别为烟气进口和出口的焓值，kJ/kg；

计算校核误差：Q_z-Q_y

如果Q_z-Q_y＜2％，则此时假定的烟气进口温度即为最终确定的进口烟气温度，否则重新假设烟气进口温度进行计算，直到符合计算误差(如图1所示)。

②省煤器(过热器侧)

假设省煤器(过热器侧)烟气进口温度为J′。

省煤器(过热器侧)工质吸热量：Q_z＝D_z(h”-h')

省煤器(过热器侧)烟气放热量：Q_y＝m_g(H'-H”)

其中：D_z为省煤器进口工质的质量流量，kg/s；

h”、h'分别为工质出口和进口的焓值，kJ/kg；

m_g为过热器侧燃煤量，kg/s；

H'、H”分别为烟气进口和出口的焓值，kJ/kg；

计算校核误差：Q_z-Q_y

如果Q_z-Q_y＜2％，则此时假定的烟气进口温度即为最终确定的进口烟气温度，否则重新假设烟气进口温度进行计算，直到符合计算误差(如图2所示)。2)低温过热器水平段进口烟气温度的算法

低温过热器水平段烟气出口温度＝省煤器(过热器侧)进口烟气温度，假设低温过热器水平段烟气进口温度为J′。

工质吸热量：Q_z＝D_z(h”-h')

烟气放热量：Q_y＝m_g(H'-H”)

其中：D_z为低温过热器进口工质的质量流量，kg/s；

h”、h'分别为工质出口和进口的焓值，kJ/kg；

m_g:过热器侧燃煤量，kg/s；

H'、H”分别为烟气进口和出口的焓值，kJ/kg；

计算校核误差：Q_y-Q_z-Q_fj，

其中，Q_fj为附加受热面对流吸热量，Q_fj＝0.02Q_z

如果Q_y-Q_z-Q_fj＜2％，则此时假定的烟气进口温度即为最终确定的进口烟气温度，否则重新假设烟气进口温度进行计算，直到符合计算误差(如图3所示)。3)低温过热器垂直段进口烟气温度的算法

低温过热器垂直段烟气出口温度＝低温过热器水平段烟气进口温度，假设低温过热器垂直段烟气进口温度为J′。

工质吸热量：Q_z＝D_z(h”-h')

烟气放热量：Q_y＝m(H'-H”)

其中，D_z：低温过热器进口工质的质量流量，kg/s；

h”、h'：分别为工质出口和进口的焓值，kJ/kg；

m：总燃煤量，kg/s；

H'、H”：分别为烟气进口和出口的焓值，kJ/kg；

计算校核误差：Q_y-Q_z-Q_fj，

其中，Q_fj为附加受热面对流吸热量，Q_fj＝0.05Q_z

如果Q_y-Q_z-Q_fj＜2％，则此时假定的烟气进口温度即为最终确定的进口烟气温度，否则重新假设烟气进口温度进行计算，直到符合计算误差(如图4所示)。4)低温再热器水平段进口烟气温度的算法

低温再热器水平段烟气出口温度＝省煤器(再热器侧)烟气进口温度，假设低温再热器水平段烟气进口温度为J′。

工质吸热量：Q_z＝D_z(h”-h')

烟气的放热量：Q_y＝m_z(H'-H”)

其中，D_z：低温再热器进口工质的质量流量，kg/s；

h”、h'：分别为工质出口和进口的焓值，kJ/kg；

m_z：再热器侧燃煤量，kg/s；

H'、H”：分别为烟气进口和出口的焓值，kJ/kg；

计算校核误差：Q_y-Q_z-Q_fj

其中，Q_fj为附加受热面对流吸热量，Q_fj＝0.015Q_z

如果Q_y-Q_z-Q_fj＜2％，则此时假定的烟气进口温度即为最终确定的进口烟气温度，否则重新假设烟气进口温度进行计算，直到符合计算误差(如图5所示)。5)低温再热器垂直段进口烟气温度的算法

低温再热器垂直段烟气出口温度＝低温再热器水平段烟气进口温度，假设低温再热器垂直段烟气进口温度为J′。

工质吸热量：Q_z＝D_z(h”-h')

烟气放热量：Q_y＝m(H'-H”)

其中，D_z：低温再热器进口工质的质量流量，kg/s；

h”、h'：分别为工质出口和进口的焓值，kJ/kg；

m：总燃煤量，kg/s；

H'、H”：分别为烟气进口和出口的焓值，kJ/kg；

计算校核误差：Q_y-Q_z-Q_fj

其中，Q_fj为附加受热面对流吸热量，Q_fj＝0.04Q_z

如果Q_y-Q_z-Q_fj＜2％，则此时假定的烟气进口温度即为最终确定的进口烟气温度，否则重新假设烟气进口温度进行计算，直到符合计算误差(如图6所示)。6)高温再热器进口烟气温度的算法

高温再热器烟气出口温度＝低温再热器垂直段烟气进口温度，假设高温再热器烟气进口温度为J′。

工质吸热量：Q_z＝D_z(h”-h')

烟气放热量：Q_y＝m(H'-H”)

其中：D_z：再热器蒸汽流量，kg/s；

h”、h'：分别为工质出口和进口的焓值，kJ/kg；

m：总燃煤量，kg/s；

H'、H”：烟气进口和出口的焓值，kJ/kg；

计算校核误差：Q_y-Q_z-Q_fj

其中，Q_fj为附加受热面对流吸热量，Q_fj＝0.06Q_z

如果Q_y-Q_z-Q_fj＜2％，则此时假定的烟气进口温度即为最终确定的进口烟气温度，否则重新假设烟气进口温度进行计算，直到符合计算误差(如图7所示)。7)高温过热器进口烟气温度的算法

高温过热器烟气出口温度＝高温再热器烟气进口温度，假设高温过热器烟气进口温度为J′。

工质吸热量：Q_z＝D_z(h”-h')

烟气放热量：Q_y＝m(H'-H”)

其中，D_z：主蒸汽流量，kg/s；

h”、h'：分别为工质出口和进口的焓值，kJ/kg；

m：总燃煤量，kg/s；

H'、H”：分别为烟气进口和出口的焓值，kJ/kg；

计算校核误差：Q_y-Q_z-Q_fj

其中，Q_fj为附加受热面对流吸热量，Q_fj＝0.06Q_z

如果Q_y-Q_z-Q_fj＜2％，则此时假定的烟气进口温度即为最终确定的进口烟气温度，否则重新假设烟气进口温度进行计算，直到符合计算误差(如图8所示)。8)屏式过热器进口烟气温度的算法

屏式过热器烟气出口温度＝高温过热器烟气进口温度，假设屏式过热器烟气进口温度为J′。

工质吸热量：Q_z＝D_z(h”-h')

烟气放热量：Q_y＝m(H'-H”)

屏吸收的总热量：Q_p＝Q^d _p+Q^f _p

受热面的对流吸热量：Q^d _p＝Q_y-Q^d _fj，

附加受热面对流吸热量：Q^d _fj＝0.15Q_z

屏吸收的辐射热量：Q^f _p＝Q_f-Q^f _fj

屏吸收的炉内直接辐射：Q_f＝Q_f′-Q_f″

附加受热面获得的炉内直接辐射：

落入屏区的炉内直接辐射：

穿透屏区的炉内直接辐射：

落入屏区的炉膛出口热流：

炉膛的吸热量：

式中，D_z：进入屏式过热器的蒸汽流量，kg/s；

h”、h'：分别为工质出口和进口的焓值，kJ/kg；

m：总燃煤量，kg/s；

H'、H”：烟气进口和出口的焓值，kJ/kg；

F”：炉膛出口烟窗面积，㎡；

a：烟气黑度；

x'p:出口截面的角系数；

A_ch:屏出口烟窗的面积，㎡；

T_pj：烟气的平均温度，K；

B_j：总燃煤量，kg/s；

β：炉膛与屏相互换热系数；

η：沿炉膛高度不均匀系数；

H₁：炉膛有效辐射受热面积，㎡；

保温系数；

Q₁：低位发热量，kJ/kg；

I₁”:炉膛出口烟焓，kJ/kg；

A_fj：附加受热面积，㎡；

S：总受热面积，㎡；

计算校核误差：Q_p-Q_z

如果Q_p-Q_z＜2％，则此时假定的烟气进口温度即为最终确定的进口烟气温度，否则重新假设烟气进口温度进行计算，直到符合计算误差(如图9所示)。

Claims (1)

1.一种基于古尔维奇热平衡的智能吹灰算法，其特征在于，包括以下步骤：(1)计算理论传热系数K₀

其中：

a₁＝a_d+a_f

式中：a₁为烟气对管壁的放热系数；

a₂为工质对管壁的放热系数；

a_d为表面放热系数；

a_f为辐射传热系数；

C_z、C_s分别为气流流动方向上纵向和横向管排修正系数；

λ为烟气平均温度下的导热系数，W/(m·℃)；

d为管子外径，m；

Re、Pr分别为烟气的雷洛数和普朗特数；

C_l为冲刷受热面相对长度的修正系数；

C_t为流体温度和管壁温度T_gb的修正系数。

σ₀为玻尔兹曼常数；

ε_s为***黑度；

T_gb、T分别为管壁温度和***温度，K；

(2)通过古尔维奇热平衡智能算法确定换热器进口烟气温度；

通过出口烟气温度、进口工质温度、出口工质温度，工质质量流量，假设的进口烟气温度值，其中各温度可换算为对应的焓值，计算得到工质吸热量、烟气放热量，通过迭代算法，基于局部热量平衡原理，当吸热量与放热量的校核误差<2％，此时假定的烟气进口温度即为最终确定的进口烟气温度；

(3)计算实际传热系数K_sj

其中：

Q_z＝D_z(h”-h')

式中：Q_z为工质吸热量，kJ/kg；

D_z为进口工质质量流量，kg/s；

h”、h'分别为工质出口和进口的焓值，kJ/kg；

A为传热面积，m²；

Δt_max和Δt_min分别代表大温压和小温压；

其中，逆流时，大温压Δt_max＝J′-t″；顺流时，大温压Δt_max＝J′-t′；

逆流时，小温压Δt_min＝J″-t′；顺流时，小温压Δt_min＝J″-t″；

J′：烟气进口温度，℃；t″：工质出口温度，℃；J″：烟气出口温度，℃；t′：工质进口温度，℃；

(4)计算清洁因子CF

当CF＝1时，受热面处于理想的洁净状态，即光滑管子的洁净因子；CF小于1则表示受热面受到了灰污的污染，越小则污染越严重；

步骤(2)的具体方法为：

1)省煤器进口烟气温度的算法

省煤器通过烟气挡板分为过热器侧和再热器侧；

①再热器侧省煤器

烟气温度和烟气焓值是一一对应关系，已知温度通过查表可以得出焓值，已知焓值可以求出温度；假设再热器侧省煤器烟气进口温度为J′；

再热器侧省煤器工质吸热量：Q_z＝D_z(h”-h')

再热器侧省煤器烟气放热量：Q_y＝m_z(H'-H”)

其中：D_z为省煤器进口工质的质量流量，kg/s；

h”、h'分别为工质出口和进口的焓值，kJ/kg；

m_z为再热器侧燃煤量，kg/s；

H'、H”分别为烟气进口和出口的焓值，kJ/kg；

计算校核误差：Q_z-Q_y

如果Q_z-Q_y＜2％，则此时假定的烟气进口温度即为最终确定的进口烟气温度，否则重新假设烟气进口温度进行计算，直到符合计算误差；

②过热器侧省煤器

假设过热器侧省煤器烟气进口温度为J′；

过热器侧省煤器工质吸热量：Q_z＝D_z(h”-h')

过热器侧省煤器烟气放热量：Q_y＝m_g(H'-H”)

其中：D_z为省煤器进口工质的质量流量，kg/s；

h”、h'分别为工质出口和进口的焓值，kJ/kg；

m_g为过热器侧燃煤量，kg/s；

H'、H”分别为烟气进口和出口的焓值，kJ/kg；

计算校核误差：Q_z-Q_y

如果Q_z-Q_y＜2％，则此时假定的烟气进口温度即为最终确定的进口烟气温度，否则重新假设烟气进口温度进行计算，直到符合计算误差；

2)低温过热器水平段进口烟气温度的算法

低温过热器水平段烟气出口温度＝过热器侧省煤器进口烟气温度，假设低温过热器水平段烟气进口温度为J′；

工质吸热量：Q_z＝D_z(h”-h')

烟气放热量：Q_y＝m_g(H'-H”)

其中：D_z为低温过热器进口工质的质量流量，kg/s；

h”、h'分别为工质出口和进口的焓值，kJ/kg；

m_g:过热器侧燃煤量，kg/s；

H'、H”分别为烟气进口和出口的焓值，kJ/kg；

计算校核误差：Q_y-Q_z-Q_fj，

其中，Q_fj为附加受热面对流吸热量，Q_fj＝0.02Q_z

如果Q_y-Q_z-Q_fj＜2％，则此时假定的烟气进口温度即为最终确定的进口烟气温度，否则重新假设烟气进口温度进行计算，直到符合计算误差；

3)低温过热器垂直段进口烟气温度的算法

低温过热器垂直段烟气出口温度＝低温过热器水平段烟气进口温度，假设低温过热器垂直段烟气进口温度为J′；

工质吸热量：Q_z＝D_z(h”-h')

烟气放热量：Q_y＝m(H'-H”)

其中，D_z：低温过热器进口工质的质量流量，kg/s；

h”、h'：分别为工质出口和进口的焓值，kJ/kg；

m：总燃煤量，kg/s；

H'、H”：分别为烟气进口和出口的焓值，kJ/kg；

计算校核误差：Q_y-Q_z-Q_fj，

其中，Q_fj为附加受热面对流吸热量，Q_fj＝0.05Q_z

如果Q_y-Q_z-Q_fj＜2％，则此时假定的烟气进口温度即为最终确定的进口烟气温度，否则重新假设烟气进口温度进行计算，直到符合计算误差；

4)低温再热器水平段进口烟气温度的算法

低温再热器水平段烟气出口温度＝再热器侧省煤器烟气进口温度，假设低温再热器水平段烟气进口温度为J′；

工质吸热量：Q_z＝D_z(h”-h')

烟气的放热量：Q_y＝m_z(H'-H”)

其中，D_z：低温再热器进口工质的质量流量，kg/s；

h”、h'：分别为工质出口和进口的焓值，kJ/kg；

m_z：再热器侧燃煤量，kg/s；

H'、H”：分别为烟气进口和出口的焓值，kJ/kg；

计算校核误差：Q_y-Q_z-Q_fj

其中，Q_fj为附加受热面对流吸热量，Q_fj＝0.015Q_z

如果Q_y-Q_z-Q_fj＜2％，则此时假定的烟气进口温度即为最终确定的进口烟气温度，否则重新假设烟气进口温度进行计算，直到符合计算误差；

5)低温再热器垂直段进口烟气温度的算法

低温再热器垂直段烟气出口温度＝低温再热器水平段烟气进口温度，假设低温再热器垂直段烟气进口温度为J′；

工质吸热量：Q_z＝D_z(h”-h')

烟气放热量：Q_y＝m(H'-H”)

其中，D_z：低温再热器进口工质的质量流量，kg/s；

h”、h'：分别为工质出口和进口的焓值，kJ/kg；

m：总燃煤量，kg/s；

H'、H”：分别为烟气进口和出口的焓值，kJ/kg；

计算校核误差：Q_y-Q_z-Q_fj

其中，Q_fj为附加受热面对流吸热量，Q_fj＝0.04Q_z

如果Q_y-Q_z-Q_fj＜2％，则此时假定的烟气进口温度即为最终确定的进口烟气温度，否则重新假设烟气进口温度进行计算，直到符合计算误差；

6)高温再热器进口烟气温度的算法

高温再热器烟气出口温度＝低温再热器垂直段烟气进口温度，假设高温再热器烟气进口温度为J′；

工质吸热量：Q_z＝D_z(h”-h')

烟气放热量：Q_y＝m(H'-H”)

其中：D_z：再热器蒸汽流量，kg/s；

h”、h'：分别为工质出口和进口的焓值，kJ/kg；

m：总燃煤量，kg/s；

H'、H”：烟气进口和出口的焓值，kJ/kg；

计算校核误差：Q_y-Q_z-Q_fj

其中，Q_fj为附加受热面对流吸热量，Q_fj＝0.06Q_z

如果Q_y-Q_z-Q_fj＜2％，则此时假定的烟气进口温度即为最终确定的进口烟气温度，否则重新假设烟气进口温度进行计算，直到符合计算误差；

7)高温过热器进口烟气温度的算法

高温过热器烟气出口温度＝高温再热器烟气进口温度，假设高温过热器烟气进口温度为J′；

工质吸热量：Q_z＝D_z(h”-h')

烟气放热量：Q_y＝m(H'-H”)

其中，D_z：主蒸汽流量，kg/s；

h”、h'：分别为工质出口和进口的焓值，kJ/kg；

m：总燃煤量，kg/s；

H'、H”：分别为烟气进口和出口的焓值，kJ/kg；

计算校核误差：Q_y-Q_z-Q_fj

其中，Q_fj为附加受热面对流吸热量，Q_fj＝0.06Q_z

如果Q_y-Q_z-Q_fj＜2％，则此时假定的烟气进口温度即为最终确定的进口烟气温度，否则重新假设烟气进口温度进行计算，直到符合计算误差；

8)屏式过热器进口烟气温度的算法

屏式过热器烟气出口温度＝高温过热器烟气进口温度，假设屏式过热器烟气进口温度为J′；

工质吸热量：Q_z＝D_z(h”-h')

烟气放热量：Q_y＝m(H'-H”)

屏吸收的总热量：Q_p＝Q^d _p+Q^f _p

受热面的对流吸热量：Q^d _p＝Q_y-Q^d _fj，

附加受热面对流吸热量：Q^d _fj＝0.15Q_z

屏吸收的辐射热量：Q^f _p＝Q_f-Q^f _fj

屏吸收的炉内直接辐射：Q_f＝Q_f′-Q_f″

附加受热面获得的炉内直接辐射：

落入屏区的炉内直接辐射：

穿透屏区的炉内直接辐射：

落入屏区的炉膛出口热流：

炉膛的吸热量：

式中，D_z：进入屏式过热器的蒸汽流量，kg/s；

h”、h'：分别为工质出口和进口的焓值，kJ/kg；

m：总燃煤量，kg/s；

H'、H”：烟气进口和出口的焓值，kJ/kg；

F”：炉膛出口烟窗面积，㎡；

a：烟气黑度；

x'p:出口截面的角系数；

A_ch:屏出口烟窗的面积，㎡；

T_pj：烟气的平均温度，K；

B_j：总燃煤量，kg/s；

β：炉膛与屏相互换热系数；

η：沿炉膛高度不均匀系数；

H₁：炉膛有效辐射受热面积，㎡；

保温系数；

Q₁：低位发热量，kJ/kg；

I₁”:炉膛出口烟焓，kJ/kg；

A_fj：附加受热面积，㎡；

S：总受热面积，㎡；

计算校核误差：Q_p-Q_z

如果Q_p-Q_z＜2％，则此时假定的烟气进口温度即为最终确定的进口烟气温度，否则重新假设烟气进口温度进行计算，直到符合计算误差。

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