国内外燃煤电站锅炉智能吹灰技术及应用现状分析

国内外燃煤电站锅炉智能吹灰技术及应用现状分析

摘要：本文介绍了国内外电站锅炉受热面积灰监测技术和智能吹灰策略的研究

现状，针对各类技术的特点和不足，探讨了目前国内外电站锅炉智能吹灰产品的

应用现状和发展方向，旨在促进国内锅炉智能吹灰技术的发展，为新建电站或节

能改造项目的方案优化提供参考。

关键词：智能吹灰；积灰监测；吹灰策略

1 前言

燃煤电站锅炉积灰结渣是困扰许多电厂运行的难题之一。燃煤电站锅炉受热

面的积灰与结渣会造成炉内受热面传热能力降低、增加燃料消耗，引起高温腐蚀、炉膛出口烟温升高，导致锅炉无法维持满负荷运行，甚至诱发恶性锅炉事故，如

爆管、堵灰等被迫停炉停机事故[1]。为了降低积灰结渣对锅炉的影响，燃煤电站

一般都配备了蒸汽或空气吹灰装置。但目前国内燃煤电站的吹灰装置在运行中一

般采用定时定量的程序吹灰模式，这种不考虑锅炉受热面实际状况，一律定时吹

扫的方式，造成了大量能量的浪费，甚至不适当的吹灰会造成受热面的汽蚀，缩

短其寿命。因此，分析燃煤电站锅炉智能吹灰技术的应用现状和发展趋势，对提

高机组的经济性和安全性具有重要意义。

2 锅炉智能吹灰技术研究现状

作为电站锅炉节能减排领域的一个重要研究方向，自上世纪60年代以来，西方发达国家就开始了锅炉积灰及吹灰方面的研究工作。国内则是自上世纪90年

代才引起重视。发展至今，锅炉智能吹灰技术主要包括受热面积灰监测、锅炉积

灰模型和智能吹灰策略三部分。

2.1 受热面积灰监测技术研究现状

炉内积灰结渣多数是从炉膛传热的变化来判断，一般采用某个传热参数变化

来判断炉内的积灰结渣程度。目前炉膛积灰结渣的监测技术主要有以下几种：（1）锅炉受热面的积灰状况直接影响炉膛的传热效率，因此采用炉膛出口

烟温作为主要诊断手段，来反映炉内的积灰程度，以该技术为基础发展出目前较

为成熟的热平衡法监测技术。其基本原理是根据传热过程中烟气侧和工质侧的热

量平衡关系，由工质侧的参数反推烟气侧的温度值，并结合锅炉受热面的结构布

置特性，根据灰污监测模型进行传热计算，得出各受热面的整体灰污状态，从而

对电站锅炉各受热面的积灰结渣程度进行判断[2-3]。

基于热平衡法，华北电力大学丁历威等提出基于神经网络的电厂积灰结渣在

线监测方法，通过仿真验证了该方法的可行性，但尚未在实践中验证；华中科技

大学的曲庆功等提出以吹灰净收益NET值为积灰监测参数的基于模糊神经网络的

监测方法，计算机仿真结果表明该方法可提高锅炉受热面效率；广西大学的魏丽

蓉等提出了基于洁净因子的各受热面积灰结渣监测方法，在组态软件中验证了模

型的效果，但对锅炉受热面的动态过程尚未进行预测和研究。以炉膛出口烟温作

为主要诊断手段的缺点是无法监测炉膛局部结渣状态，需对每个炉膛样本建立自

己的积灰模型，不具备通用属性。

（2）用安装在水冷壁上的热流计来判断附近水冷壁的积灰结渣程度，根据结渣造成的热流变化对其进行监控诊断。此法可对炉膛结渣的局部和整体做全面诊断。

浙江大学的俞海淼等设计出一种水冷灰污热流计，通过读取热流计的温度，

可对热流密度进行监测，进而了解炉膛的积灰结渣状况[4]。对比炉膛出口烟温监

测法，热流计法可对炉膛局部的积灰状况进行判断，而且不受炉膛燃烧特性的干扰，具备一定的通用型。但此法需新增大量热流计仪表来实现对炉膛积灰结渣程

度的监测，增加了初次投资，另一方面增加了水冷壁的焊口，对锅炉的安全运行

有一定影响。

（3）非接触测量技术，采用照相或摄像和图像处理技术来直接观察受热面的积灰结渣状况。特别是随着红外测温等非接触式测温技术的发展成熟，直接观察

炉内积灰结渣成为现实，是未来炉膛测温和积灰监测的发展方向[5]。

2.2 智能吹灰策略的研究现状

吹灰过程中，无论采取何种吹灰方式都会消耗能量，同时过低或过高的吹灰

频次也会影响水冷壁的寿命。吹灰周期过短会造成吹灰介质的浪费，而周期过长

则会影响吹灰效果，从而引起更大的损失。通过对炉膛积灰结渣的影响进行分析，积灰与锅炉的运行效率，风机损耗，水冷壁腐蚀磨损，污染物排放和超温爆管等

有些密切的关系。可见对于锅炉运行的经济性和安全性来说，存在一个最优的吹

灰周期[6]。

进入21世纪以来，我国在智能吹灰优化控制策略上取得了一定的研究成果，东南大学蓝晓村等基于清洁因子参数，结合吹灰收益和机组热耗，以安全优先为

原则确定吹灰优化方案，并在国内某机组成功应用。东南大学的杨新宇等解析了

锅炉吹灰的各类损失和收益，提出了锅炉智能吹灰的经济型和安全性指标，结合

受热面清洁因子的方法确定了最佳吹灰方案，并在模拟系统中得到验证。华中科

技大学的刘刚等以国内某300MW锅炉为对象，以DAS中锅炉运行数据为基础建

立炉膛积灰模型，以清洁因子和经济性指标为原则，得出优化吹灰策略。

上述这些成果对于优化和完善电站锅炉的吹灰控制提供了指导和帮助，但总

体来讲，智能优化吹灰策略尚不成熟，如何在多参数、多变量的输入条件下实现

真正的智能自动吹灰尚需进一步研究。

3 智能吹灰系统的应用现状

计算机技术和测量仪表自动化程度的发展，促进了锅炉吹灰优化技术开始在

电厂投入实际应用。目前，国内外已经研发出了各具特色的锅炉智能吹灰系统。

这些系统从原理上可分为两类，一是基于对炉膛水冷壁积灰结渣状况的监测，二

是基于对对流和半流受热面灰结渣状况的监测。第一类系统是在锅炉水冷壁上安

装测量仪表用于检测水冷壁的辐射热流状况。第二类多是基于锅炉运行数据，通

过建立积灰模型来计算炉膛受热面的积灰程度。

ABB公司的OPTIMAX系列优化软件，专门为火力发电设计，其中的吹灰优化

模块通过对每个受热面建立热传导模型，采用基于神经元网络、预测控制等工具

进行实时的清洁系数评估，动态优化锅炉吹灰，来决定在恰当的时机对有需要的

受热面进行吹灰，从而提高吹灰效率。

SIEMENS公司开发的PROFI优化软件，通过采集DCS中锅炉运行数据，采用

智能算法得出受热面的传热损失，同时考虑吹灰成本和受热面的最小吹灰周期等

条件，以传热损失和吹灰损耗的最小损失为目标来调整吹灰周期，保证机组的最

有运行。同时该软件还具备自适应学习能力，保证软件的长期有效性和最优性。

EMERSON公司推出的SmartProcess综合智能软件，采集锅炉的运行参数，通

过智能优化算法，对机组的动态响应和燃烧吹灰优化提供指导。巴威公司的Powerclean辅助智能吹灰系统，基于热平衡法，通过读取锅炉运行参数计算出炉

膛各水冷壁的受污程度，并结合锅炉运行情况给出智能吹灰策略，并在实践应用

中取得显著效果[7]。