基于飞灰含碳量在线监测的燃煤锅炉智能清灰优化控制与结焦预警系统和方法与流程

本发明涉及燃煤锅炉燃烧及信息控制领域，具体是一种基于飞灰含碳量在线监测的燃煤锅炉智能清灰优化控制与结焦预警系统和方法。

背景技术：

1、燃煤锅炉在运行过程中，锅炉受热面存在积灰结渣的现象较为普遍，并且在水冷壁、高温受热面区域常出现结焦的现象，锅炉受热面积灰结渣、结焦不仅影响锅炉的换热效果，影响锅炉运行效率，同时带来锅炉受热面高温或低温腐蚀，加大锅炉受热面爆管几率，高温受热面的结焦塌落及除焦过程，还容易造成锅炉事故，降低锅炉使用寿命，影响锅炉安全运行。为此，电站锅炉均配备较多的清灰器，如蒸汽吹灰器、声波清灰器、激波清灰器等，由运行人员根据运行经验定时清灰，或按照班次进行清灰，造成受热面的过度吹扫或吹扫不足和结焦等问题。近年来，随着信息技术及火焰和烟气监测技术的发展，陆续出现了智能清灰、结焦预警技术在电站锅炉上的应用，即根据锅炉不同受热面的灰污情况优化计算，有针对性的清灰，对污染重的受热面加强清灰，污染轻的受热面减少清灰或不进行清灰，但目前的智能吹灰专利技术，一是对锅炉水冷壁及锅炉高温受热面监测监视功能不全，不能直观和准确地观测水冷壁和高温受热面的结焦状态；二是现有的水冷壁和高温受热面温度场监测成本较高，如声波测温技术，动辄上百万或几百万，不利于推广；三是污染监测模型计算偏差较大，由于不能够实时监测飞灰含碳量，导致计算燃煤量和锅炉受热面污染监测模型计算不够准确；四是未能把锅炉结焦状态信号纳入智能吹灰系统。

技术实现思路

1、技术问题：本发明提供一种基于飞灰含碳量在线监测的燃煤锅炉智能清灰优化控制与结焦预警系统和方法。针对锅炉飞灰含碳量实时在线监测和对锅炉高温受热面及水冷壁结焦状态进行监视，并基于此，实现燃煤锅炉受热面污染监测和结焦预警及智能清灰控制，克服了飞灰含碳量实时监测及水冷壁和高温受热面温度监测和结焦状态观测手段不足的问题，提高了锅炉受热面污染监测模型和智能清灰优化软件计算的准确性，进一步提高锅炉受热面运行安全及效益。

2、技术方案：本发明提供一种基于飞灰含碳量在线监测的燃煤锅炉智能清灰优化控制与结焦预警系统和方法。

3、作为本发明的一个方面，一种基于飞灰含碳量在线监测的燃煤锅炉智能清灰优化控制与结焦预警系统，包括在炉膛水冷壁鳍片上或烟道壁鳍片上高温受热面底部或高温受热面之间，设置光纤监测观测装置，与设置在锅炉平台的就地端子箱、光纤探头冷却系统、设置在机柜中的服务器，及与dcs系统或控制器、用于监测低温受热面进、出口烟气温度的热电偶温度监测系统，构成锅炉受热面温度监测及结焦观测系统，与安装在服务器或dcs系统或控制器中的数据读取模块、数据预处理模块、飞灰含碳量监测模块、温度及火焰特征模块、智能清灰优化与结焦预警软件、智能吹灰控制软件、智能清灰与结焦预警数据库，实现锅炉智能清灰优化控制与结焦预警，并在线显示，实现锅炉受热面清灰优化的经济性、安全性和闭环控制。

4、在炉膛水冷壁鳍片上或烟道壁鳍片上高温受热面底部或高温受热面之间，设置光纤监测观测装置，与设置在锅炉平台的就地端子箱、光纤探头冷却系统、设置在机柜中的服务器，及与dcs系统或控制器、热电偶温度监测系统，构成锅炉受热面温度监测及结焦观测系统。

5、锅炉受热面温度监测及结焦观测系统中，根据受热面位于锅炉中不同区域的烟气温度对受热面进行定义和分类，把受热面分为高温受热面和低温受热面两类，对高温受热面采用光纤监测观测装置进行烟气温度测量及受热面状态观测，对低温受热面采用热电偶温度监测系统对受热面进、出口烟温进行监测，光纤监测观测装置和热电偶温度监测系统两种监测观测方式进行组合应用；高温受热面定义为所处区域烟气温度在850℃以上的受热面，低温受热面定义为所处区域烟气温度在850℃以下的受热面。

6、在光纤监测观测装置和热电偶温度监测系统两种监测观测方式组合应用中，光纤监测观测装置，根据水冷壁和高温受热面监测需要，设置多套，并对称布置，并通过各自的固定管安装固定于炉膛出口处水冷壁鳍片上，或安装固定于高温受热面之间、高温受热面底部的烟道鳍片上；热电偶温度监测系统监测位置为低温受热面烟气进、出口之间，对称布置，用于监测低温受热面的进口或出口烟气温度；

7、光纤监测观测装置包括：光纤探头、发兰及螺栓、绝热垫、光道管、固定管、固定螺丝、信号电缆；光纤探头通过法兰及螺栓，与光道管的一端连接固定，光道管另一端安装于固定管中，并通过固定螺丝固定，固定管焊接固定在水冷壁鳍片上或烟道壁鳍片上，信号电缆一端连接光纤探头，一端连接就地端子箱；其中：光纤探头主要用于感知炉膛或烟道内火星和烟气温度，并具有摄像功能，发兰及螺旋做为连接件，绝热垫起到隔断热传导的作用，光道管作为光线通道及冷却气通道，并起到固定连接作用，当位于烟气或火焰端发生结焦堵管时，还可以松下固定螺丝，作为除焦工具，信号电缆起到传递信号及与光纤探头供电作用。

8、就地端子箱，通过通讯缆与服务器连接通讯，把监测到的影像信号传递给服务器，供服务器分析处理。

9、光纤探头冷却系统，由冷却风机或压缩气源、空气滤清器、母管、支管、连接件、金属软管、管接头构成，其中母管、支管、连接件、金属软管、管接头采用不锈钢材质，冷却风机或压缩气源依次连接母管、弯头或三通、支管、连接件、金属软管、管接头，并通过管接头与光纤监测观测装置的构件光道管连接，空气滤清器安装在母管上；一套光纤探头冷却系统可以给多套光纤监测观测装置供应冷却空气；为确保光纤监测观测装置的光纤探头能够正常工作，冷却风机或压缩气源所提供的冷却风温度低于50℃，压力不低于0.1mpa，对于一套光纤监测观测装置需要的冷却风流量不低于0.3m3/min。

10、热电偶温度监测系统，主要由热电偶、补偿导线、数据采集器、通讯缆构成，其中热电偶安装固定于低温受热面进、出口的烟道鳍片上，通讯缆实现数据采集器与dcs系统之间的通讯连接，并把数据采集器采集的热电偶测量数据传入dcs系统中。

11、服务器通过通讯缆直接或经控制器与dcs系统通讯，配合通讯协议，实现服务器与dcs系统之间数据的读取和写入，服务器主要做为数据存、储，及软件模块的运算处理载体。

12、作为本发明的另一个方面，基于飞灰含碳量在线监测的燃煤锅炉智能清灰优化控制与结焦预警方法，包括：

13、锅炉受热面温度监测及结焦观测系统，与安装在服务器或dcs系统或控制器中的数据读取模块、数据预处理模块、飞灰含碳量监测模块、温度及火焰特征模块、智能清灰优化与结焦预警软件、智能吹灰控制软件、智能清灰与结焦预警数据库，实现锅炉智能清灰优化控制与结焦预警，实现锅炉受热面清灰优化的经济性、安全性和闭环控制。

14、锅炉受热面温度监测及结焦观测系统，通过就地端子箱把监测到的影像信号传递给位于电子间或工程师站机柜中的服务器，服务器通过通讯缆直接与dcs系统连接，或经由控制器与dcs系统连接，并通过modbus协议，实现服务器与dcs系统的信号传递，一方面从dcs系统中读取运算所需数据，另一方面把服务器解析和处理后的数据送入dcs系统中；光纤监测观测装置采取多光谱同步测量，双色测温技术。

15、数据读取模块主要从dcs系统中读取智能吹灰优化计算所需的数据，及读取飞灰含碳量监测模型及火焰特征模块从光纤监测观测装置监测到的影像信号中解析出的数据；数据预处理模块主要对数据读取模块读取到的数据进行预处理，淘汰超出阈值范围的数据，用移动平均法替补缺省数据，为计算程序提供真实合理的数据，并存入智能清灰与结焦预警数据库。

16、飞灰含碳量监测模块，实时监测烟气中飞灰含碳量数据，飞灰含碳量监测模块建立的步骤包括：首先，解析光纤监测观测装置监测的影像信号特征，其中，在飞灰含碳量监测模块中，未燃颗粒物红外动态特征所占比例做为光纤监测观测装置监测的影像信号特征；其次，取样化验对应影像时刻的飞灰含碳量数据；第三，标定不同影像信号与飞灰含碳量对应标准值；第四，把不同影像与飞灰含碳量对应标准值纳入飞灰含碳量监测判断模块；第五，实时监测飞灰含碳量，供数据读取模块读取。

17、温度及火焰特征模块，主要用于实时解析光纤监测观测装置监测到的影像信号中的温度信号、火焰特征及受热面结焦特征数据，供数据读取模块读取。

18、智能清灰优化与结焦预警软件，主要对锅炉受热面进行智能清灰优化计算及结焦预警判断，并发出吹灰报警及结焦预警信号，并把信号送入dcs系统中。

19、智能吹灰控制软件，根据智能清灰优化与结焦预警软件发出吹灰报警及结焦预警信号，结合机组吹灰安全限定条件，最终判断是否吹灰，并执行吹灰操作指令。

20、智能清灰与结焦预警数据库，主要存储数据预处理模块预处理后的实时数据，及智能清灰优化与结焦预警软件计算和判断的结果，及供页面程序调用数据。

21、一台显示器安装于集控室，与服务器通过数据线进行通讯，供工程师或运行人员监测监视，另一台显示器显示器安装于机柜中，供工程师或调试人员调试和监测监视。

22、本发明所具有的积极有益效果为：本发明提供基于飞灰含碳量在线监测的燃煤锅炉智能清灰优化控制与结焦预警系统、方法，一是飞灰含碳量是计算燃煤量的重要参数，实时监测飞灰含碳量，可以减小计算燃煤量偏差给智能清灰优化与结焦预警软件带来的计算误差，二是锅炉受热面温度监测及结焦观测系统，即能够对低温受热面进、出口烟气温度进行监测，又能够对高温受热面的进、出口烟气温度进行实时监测，提高了智能清灰优化与结焦预警软件对锅炉受热面进、出口烟气焓值计算准确性的要求，而且还能够对水冷壁和高温受热面的结焦状态直观观测，克服了水冷壁和高温受热面温度监测和结焦状态观测手段不足的问题，有利于提高锅炉受热面运行安全及效益。