一种垂直管屏水冷壁锅炉水动力优化及运维管理系统的制作方法

本发明涉及垂直管屏水冷壁锅炉水动力技术领域，尤其涉及一种垂直管屏水冷壁锅炉水动力优化及运维管理系统。

背景技术：

国内超临界锅炉快速发展，大批引进技术国产化的大型燃煤电厂投产运行，随着各项目的投产时间增长，经历1～2个大修周期后，由于电力调峰、煤种频繁变化等影响，锅炉设计、金属选材等方面的问题逐渐暴露，设备可靠性出现大幅下降的情况。

国内存在一批采用三菱重工技术设计制造的垂直水冷壁超临界直流锅炉，采用改进型的内螺纹管垂直水冷壁，即在上下炉膛之间加装水冷壁中间混合集箱，以减少水冷壁沿各墙宽的工质温度和管子壁温的偏差，节流孔圈装设在小直径的下联箱外面较粗的水冷壁入口管段上以加大节流度，提高调节流量能力，然后通过三叉管过渡的方式与小直径的水冷壁管相接，通过控制各回路的工质流量的方法来控制各回路管子的吸热和温度偏差。

此类型锅炉近年来在炉膛水冷壁向火面发现大量横向裂纹，导致频繁发生水冷壁爆管事件，且频率呈逐年上升趋势，已严重危及机组的长期稳定运行。锅炉发生爆管必须停炉检修，换管后再启动至少需要4天以上，不仅损失电量、影响效率，设备不断经历冷热交替，还会进一步加剧横向裂纹的发展，急需要彻底处置。

大量试验研究表明，横向裂纹的产生和发展，并不是母材性能恶化导致的，而是来自于下述三点：

1.局部热负荷高，部分管屏频繁超温，材料频繁达到耐温限值，导致管屏发生永久形变和热疲劳。

2.水冷壁管屏存在较大热偏差，且随着锅炉工况变化，产生频繁的交变应力。

3.局部还原性气氛强，造成高温腐蚀。

上述分析的三个方面，第三点与煤种有直接关系，是在前两个问题的基础上加剧横向裂纹的发展。解决此问题，需改善入炉煤质或燃烧工况，一般难度较大，只能通过减少入炉含硫量并辅以燃烧调整，进行适当优化，若无法解决前面两个问题，横向裂纹依然会发生。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种垂直管屏水冷壁锅炉水动力优化及运维管理系统。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种垂直管屏水冷壁锅炉水动力优化，包括：垂直管屏水冷壁锅炉，所述垂直管屏水冷壁锅炉在水冷壁入口设计有节流孔圈，且水冷壁中间集箱入口对应各个节流孔圈的管壁均布置有壁温测点。

2、一种垂直管屏水冷壁锅炉水运维管理系统，运维管理系统步骤如下：

步骤一：配置系统所需的软硬件设施；

步骤二：录入设备基础数据，建立初始水冷壁系统三维模型；

步骤三：录入相关实时运行数据；

步骤四：录入运行煤种实时变化情况；

步骤五：对壁温数据进行有效处理，排除非正常工况数据；

步骤六：结合煤种、负荷变化等边界条件，进行壁温大数据自动分析，自动推算合理的节流孔圈调整范围；

步骤七：通过未来煤种预测，选定合适的节流孔圈全面调整方案，与常规策略不同的是，调整方案不限于仅实施扩孔；

步骤八：实施锅炉水动力优化；

步骤九：必要时充分步骤3～7，直至效果达到理想值，解决水冷壁温偏差大难题；

步骤十：系统可采集检修各次泄漏、换管情况，并结合壁温统计分析，自动划分横向裂纹分布情况，实时更新列入水冷壁系统三维模型中，供检修参考。

优选的，所述软硬件设施，包括一台服务器、一个存储数据库、数个操作员站以及与电厂机组dcs或sis系统对接设备等，负责数据采集、分析。

优选的，所述设备基础数据，包括锅炉容量、设计给水流量、设计煤种工业分析、水冷壁布置情况、节流孔圈孔径情况等，依此建立锅炉水冷壁系统三维模型，并作为自动计算的基础数据。

优选的，所述实时运行数据，是指通过与dcs或sis系统对接，实时获取机组负荷、给水流量、水冷壁中部温度、总煤量、总风量等数据，作为自动计算的基础数据。

优选的，所述实时运行数据需满足至少1分钟一个数据、长时段、对应负荷的数据统计，并能够基于日常运行情况，根据需要剔除其中不适用于普遍性分析的数据。

优选的，所述运行煤种实时变化情况，包括入炉煤种、工业分析情况，便于系统自动通过煤种信息进行分类分析。

本发明的有益效果是：

1、本发明所述的系统，是从水冷壁横向裂纹的产生机理出发，建立的包括数据采集、运算、分析优化等全套水动力优化系统，深度解决局部热负荷高，部分管屏频繁超温，材料频繁达到耐温限值，导致管屏发生永久形变和热疲劳、水冷壁管屏存在较大热偏差，且随着锅炉工况变化，产生频繁的交变应力的问题，减少管材的超温和壁温交变，使横向裂纹问题得以抑制和解决。

2、本发明所述的系统，其核心在于解决锅炉热负荷核算及大数据分析等工作过于繁琐问题，通过长时间的智能数据核算，解决了常规优化无法兼顾的不同煤种、不同工况的难题。

3、本发明所述的系统，需配套相关的软硬件设施，通过录入设备的原始设计参数、相关运行长期参数和煤种工业分析参数等，自动推算最佳的节流孔圈孔径。

4、本发明所述的系统，还能够结合壁温统计分析和检修记录，实现三维模拟台账管理和炉管寿命管理，便于长期的运维管理优化。

附图说明

图1为本发明的系统示意图；

图2为锅炉水冷壁系统三维模拟及台账管理模型示意图；

图3为锅炉水冷壁温分析图；

图4为锅炉水冷壁水动力计算数据示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

参照图1-4，一种垂直管屏水冷壁锅炉水动力优化，包括：垂直管屏水冷壁锅炉，垂直管屏水冷壁锅炉在水冷壁入口设计有节流孔圈，且水冷壁中间集箱入口对应各个节流孔圈的管壁均布置有壁温测点；

一种垂直管屏水冷壁锅炉水运维管理系统，运维管理系统步骤如下：

步骤一：配置系统所需的软硬件设施；

步骤二：录入设备基础数据，建立初始水冷壁系统三维模型；

步骤三：录入相关实时运行数据；

步骤四：录入运行煤种实时变化情况；

步骤五：对壁温数据进行有效处理，排除非正常工况数据；

步骤六：结合煤种、负荷变化等边界条件，进行壁温大数据自动分析，自动推算合理的节流孔圈调整范围；

步骤七：通过未来煤种预测，选定合适的节流孔圈全面调整方案，与常规策略不同的是，调整方案不限于仅实施扩孔；

步骤八：实施锅炉水动力优化；

步骤九：必要时充分步骤3～7，直至效果达到理想值，解决水冷壁温偏差大难题；

步骤十：系统可采集检修各次泄漏、换管情况，并结合壁温统计分析，自动划分横向裂纹分布情况，实时更新列入水冷壁系统三维模型中，供检修参考，

软硬件设施，包括一台服务器、一个存储数据库、数个操作员站以及与电厂机组dcs或sis系统对接设备等，负责数据采集、分析，设备基础数据，包括锅炉容量、设计给水流量、设计煤种工业分析、水冷壁布置情况、节流孔圈孔径情况等，依此建立锅炉水冷壁系统三维模型，并作为自动计算的基础数据，实时运行数据，是指通过与dcs或sis系统对接，实时获取机组负荷、给水流量、水冷壁中部温度、总煤量、总风量等数据，作为自动计算的基础数据，实时运行数据需满足至少1分钟一个数据、长时段、对应负荷的数据统计，并能够基于日常运行情况，根据需要剔除其中不适用于普遍性分析的数据，运行煤种实时变化情况，包括入炉煤种、工业分析情况，便于系统自动通过煤种信息进行分类分析。

本发明所述的系统，是针对超临界直流锅炉垂直管屏水冷壁横向裂纹治理需求而研发出的一套系统(如图1所示)。

先配置系统所需的服务器，用于接收大量基础数据；配置一台客户端，用于安装专用水动力优化软件；通讯接口及电缆，用于与dcs或厂家sis系统进行数据通讯。

安装水动力优化专用软件，并与dcs、服务器进行对接，确保通讯正常。

录入锅炉原始设计参数和实时入炉煤质等参数，结合原始设计参数，建立锅炉水冷壁系统三维模型(如图2所示)。

核查锅炉运行参数是否符合分析需求，需包含水冷壁一一对应节流孔圈的金属壁温测点，否则先增加测点。

通过与dcs通讯，实时录入锅炉运行数据(包括所有水冷壁温、机组负荷、入炉煤种及其工业分析数据等)

系统还可以自动筛选录入的数据，排除以下情况引起的数据干扰：

①测点坏质量。测点温度>800℃或<250℃，或温度变化速率>50℃/秒，判断为坏质量，自动剔除。

②机组变负荷扰动工况数据剔除。机组负荷变化速率>1％ecr时，数据不计入统计。

③运行中非正常扰动工况数据剔除。机组负荷变化率<1％ecr时，若壁温变化速率>30℃/分钟，数据不计入统计。

排除干扰数据的目的，是使计算结果更具代表性和适应性，这一点非常重要。

对录入的数据进行不同煤种、不同工况的统计，工况包括40％ecr、50％ecr、75％ecr、100％ecr、averageload(或其他需求负荷)，并输出入图3所示分析图形。

水冷壁由多个并联回路组成，对于并联的管组之间，流量分配原则是各并联管组进出口汇合点压差相同，包括重位压差、加速压降、摩擦阻力和局部损失四部分。计算公式为：

δp＝δpzw+δpjs+δpm+δpjb(1)

(1)式中：

δp——各管的总压降，kgf/m2；

δpzw——重位压差，kgf/m2；

δpjs——加速压降，kgf/m2；

δpm——摩擦阻力损失，kgf/m2；

δpjb——局部阻力损失，kgf/m2。

根据上述公式，先对每一管屏算出压差—流量特性曲线，再根据并联管组“压差相同，流量相加”的原则求出总的水动力特性曲线，再确定它们的公共压差及个别流量。经计算某厂某工况下水冷壁各墙流量分布如图4所示。

根据水动力计算结果，结合当前水冷壁节流孔圈分布情况，输出各个工况对应的节流孔圈推荐调整数据。

调整方法是缩扩结合的，以保证各工况有更强的适应性，并能更换的保证锅炉深度调峰时水动力安全，这一点也非常重要。

缩扩结合方案，必须有较为精准的逻辑运算为依据。本系统可通过数据分析，主动筛选调整位置，并通过大数据分析比对，智能推荐不同煤种最佳的节流孔圈调整方案。

不同煤种由于燃烧特性不同，炉内热负荷分布会有一定差异，壁温分布特性会有区别，这也是这种类型锅炉煤种适应性较差、水冷壁容易发生横向裂纹的原因之一，通过本专利产品，可以方便的解决锅炉煤种适应性情况，水冷壁容易发生横向裂纹的问题。

电厂生产管理人员通过对未来锅炉长期运行主力煤种的预测，选择最合适的节流孔圈调整方案实施调整，并在调整完成后及时将新的尺寸数据输入系统中。

当完成一轮调整后，系统将根据新的数据重新进行大数据分析，并自动计算新的节流孔圈调整方案，若水冷壁温控制效果已达到较高水平，则可不用重复调整，否则可重复步骤，直至效果达到预期。

系统会自动分析调整尺寸与原始设计的差异，进一步提高调整适应性。

由于锅炉水冷壁系统管道数量巨大，已经发生横向裂纹的水冷壁管，不仅需要跟踪其裂纹的变化情况，还应及时全面的记录换管和其他处理情况，便于长期的管理。当前检修台账记录，无设备的现场设备对应情况，且数量庞大，文字记录无法实现准确定位的要求。

本系统通过锅炉原始设计尺寸，建立了灵活的三维模型(如图2所示)。每一个局部位置都可以通过此三维模型精准定位。

经过炉内大范围检查，掌握炉内准确的横向裂纹分布情况，并将结果全部输入到三维模型中，可通过标记不同的颜色(由灰向红逐渐变色)，来标识横向裂纹的深浅、严重程度。长期维护过程可根据情况不断的修改数据，并与历史数据进行全方位模拟和数据对比。

当发生爆管时，准确记录爆管及换管的位置，系统还会自动对爆管位置的管屏进行历史数据分析，分析其近期、中期、长期的运行情况，查找问题原因，结合数据分析更容易确定解决方案。

为了便于大范围横向裂纹缺陷整治，系统还可以进行三维换管记录管理，实现长期的维护管理优化。

现场可进行金属超音速喷涂、堆焊、陶瓷刷涂、隔热喷涂、微熔焓等多种金属防护试验，系统可根据壁温、水动力以及横向裂纹管屏分布情况，推荐工艺实施部位，并录入相关位置，以便于长期跟踪试验效果。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

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