專利名稱：基于燃煤發(fā)熱量辨識的火力電站鍋爐效率在線監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種信息處理技術(shù)領(lǐng)域的監(jiān)測系統(tǒng)，具體是一種基于燃煤發(fā)熱量辨識的火力電站鍋爐效率在線監(jiān)測系統(tǒng)，可廣泛應(yīng)用于燃煤電站鍋爐和工業(yè)鍋爐。
背景技術(shù)：
在節(jié)能和環(huán)保日益受到重視的今天，火力發(fā)電站作為關(guān)系著我國國計民生的能源消耗大戶，如何在保證安全生產(chǎn)的基礎(chǔ)上盡可能的減少能源消耗減少排放已經(jīng)成為其面臨的一個十分迫切的問題。鍋爐作為燃煤火力電站運行的關(guān)鍵設(shè)備，也是電站進(jìn)行節(jié)能降耗的重點關(guān)注對象，而對于燃燒的調(diào)整和優(yōu)化是提高鍋爐的效率降低燃煤消耗的有效手段。這其中鍋爐的燃燒效率就是衡量鍋爐能耗的一個重要的指標(biāo)，其結(jié)果對于衡量鍋爐的整體燃燒狀況、鍋爐整體和各部分模型以及在鍋爐效率監(jiān)測基礎(chǔ)上對鍋爐燃燒的優(yōu)化有著重要的推動意義。在現(xiàn)行的考察鍋爐性能的標(biāo)準(zhǔn)中，主要有美國的ASME標(biāo)準(zhǔn)、德國DIN以及我國的 GB標(biāo)準(zhǔn)。在我國GB10184-88《電站鍋爐性能試驗規(guī)程》中，鍋爐效率的計算通常有兩種，正平衡法和反平衡法。正平衡法采用鍋爐輸出的能量除以輸入鍋爐的能量，此方法通常用于小型鍋爐效率的求取。對于大型的電站鍋爐的效率通常采用100減去各部分能量損失的反平衡法求取，具體如下式所示η = (100-(12-(13-(14-(15-(16)\100(%，其中η為鍋爐效率，q2 為鍋爐排煙熱損失，Q3為化學(xué)未完全燃燒熱損失，Q4為機(jī)械未完全燃燒熱損失，Q5為鍋爐散熱損失，Q6為鍋爐灰渣物理熱損失。但是基于該方法所需測點較多，對于燃煤的化學(xué)成分分析以及工業(yè)成分分析的要求比較準(zhǔn)確，通常采用試驗的方式獲得鍋爐效率，周期較長，可能會失去對于鍋爐燃燒的指導(dǎo)作用。同時由于我國煤種分布的地域性，一些地域的煤種成分比較復(fù)雜、入爐燃煤低位發(fā)熱量變化較大，而反平衡法對于燃煤的成分尤其是低位發(fā)熱量的比較敏感，而燃煤化學(xué)分析數(shù)據(jù)實現(xiàn)在線分析目前存在困難且成本很大，這就導(dǎo)致了采用標(biāo)準(zhǔn)的反平衡方法設(shè)計鍋爐效率在線監(jiān)測系統(tǒng)存在一定的難度。經(jīng)對現(xiàn)有文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利申請?zhí)?01010128915. 2提出了一種“燃煤鍋爐燃料發(fā)熱量的實時校正方法”，該技術(shù)針對總?cè)剂狭?、機(jī)組負(fù)荷以及機(jī)組發(fā)電煤耗率來實時計算煤質(zhì)的做功能力系數(shù)，得到的系數(shù)經(jīng)轉(zhuǎn)換后得到燃料的發(fā)熱量校正系數(shù)來校正進(jìn)入爐膛的燃煤發(fā)熱量。該技術(shù)可以一定程度上實時校正燃料的發(fā)熱量，以用于調(diào)整給煤量，克服煤質(zhì)波動帶來的影響。但該方法的前提是需要鍋爐處于穩(wěn)定工況下，不能用于鍋爐變工況下的燃煤發(fā)熱量校正，具有一定的局限性。東北大學(xué)熱能系李智等人提出的“電站鍋爐效率在線計算方法”以反平衡效率計算方法為基礎(chǔ)，在鍋爐監(jiān)控參數(shù)的基礎(chǔ)上利用燃煤的工業(yè)分析數(shù)據(jù)計算鍋爐效率，該技術(shù)主要針對排煙損失q2的在線計算，利用了參數(shù)擬合的方法降低了計算復(fù)雜程度，一定程度上能夠滿足鍋爐效率在線計算的要求。但是該技術(shù)利用的是燃煤的工業(yè)分析數(shù)據(jù)，對于燃煤低位發(fā)熱量采取的是設(shè)定值的辦法，對于燃煤波動較大的機(jī)組該方法計算出的鍋爐效率與實際值存在著一定的偏差，不能滿足更準(zhǔn)確的更高一步的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種基于燃煤發(fā)熱量辨識的火力電站鍋爐效率在線監(jiān)測系統(tǒng)，通過OPC接口與集散控制系統(tǒng)(DCQ服務(wù)器進(jìn)行連接， 以獲取所需的機(jī)組實際運行數(shù)據(jù)，并將其存儲于上位機(jī)實時數(shù)據(jù)庫中。在上位機(jī)系統(tǒng)中對實時數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理后，對鍋爐各個受熱面采用了煙氣側(cè)與工質(zhì)側(cè)的動態(tài)能量平衡，通過軟測量的方法對于爐膛內(nèi)燃煤的實際發(fā)熱量進(jìn)行辨識，得到校正后的實際的燃煤低位發(fā)熱量；同時利用每天的煤質(zhì)工業(yè)分析數(shù)據(jù)對涉及到效率計算的燃煤元素成分進(jìn)行校正；最終實現(xiàn)鍋爐效率的在線監(jiān)測。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊、燃煤及煙氣特性模塊和鍋爐效率計算模塊，其中數(shù)據(jù)采集模塊與底層機(jī)組DCS控制系統(tǒng)服務(wù)器相連接實時采集需要的機(jī)組運行數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊與數(shù)據(jù)采集模塊相連將其得到的機(jī)組實時運行數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波和壞點去除處理，然后將處理后的數(shù)據(jù)傳輸給效率計算模塊；燃煤及煙氣特性模塊將初始設(shè)置的燃煤成分及煙氣數(shù)據(jù)進(jìn)行基本熱力學(xué)計算得到煙氣及工質(zhì)物性參數(shù)數(shù)據(jù)提供效率計算模塊的調(diào)用；效率計算模塊與數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊及燃煤及煙氣特性模塊相連并以數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊處理后的機(jī)組實時數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，調(diào)用燃煤及煙氣特性模塊計算出鍋爐的熱效率。所述的數(shù)據(jù)采集模塊實現(xiàn)系統(tǒng)所需要的實時數(shù)據(jù)的采集。通過設(shè)定固定的采樣時間，數(shù)據(jù)采集模塊通過OPC通訊協(xié)議與集散控制系統(tǒng)(DCQ服務(wù)器進(jìn)行連接，獲取需要的機(jī)組實時運行數(shù)據(jù)。所述的數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊對采集到的機(jī)組實時運行數(shù)據(jù)進(jìn)行壞點處理和數(shù)據(jù)平滑處理，用于后續(xù)的鍋爐效率計算，該數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊包括壞點處理單元以及數(shù)據(jù)平滑處理單元。其中壞點處理單元通過多項式滑動擬合方法來判斷壞點，并對其進(jìn)行剔除。數(shù)據(jù)平滑處理單元通過數(shù)據(jù)加權(quán)濾波的方法實現(xiàn)的，具體是ym = 0.025ym_3 + 0.05ym_2 + 0.075^ + 0.7ym + 0.075ym+1 + 0.05ym+2 + 0.025ym+3其中九為濾波后的結(jié)果；ym為m時刻的實際測量值。所述的燃煤及煙氣特性模塊提供基本的燃煤及煙氣特性數(shù)據(jù)，該燃煤及煙氣特性模塊包括基準(zhǔn)燃煤成分設(shè)定單元、燃煤成分校正單元以及煙氣物性計算單元，其中基準(zhǔn)燃煤成分設(shè)定單元通過對系統(tǒng)實際運行機(jī)組燃料進(jìn)行調(diào)研預(yù)先設(shè)定具有代表性的機(jī)組燃煤的基準(zhǔn)燃煤成分?jǐn)?shù)據(jù)。燃煤成分校正單元以上述基準(zhǔn)燃煤元素成分設(shè)定為基準(zhǔn)，利用機(jī)組每天的燃煤工業(yè)成分分析值來校正燃煤的元素成分?jǐn)?shù)值，具體是
XQQ — ψ — ^‘=《100 ，其中成, 為計算用元素成分分析(碳、氫、氧、氮、硫)；
為季度化驗的元素成分分析基準(zhǔn)值，(碳、氫、氧、氮、硫)；w 為工業(yè)分析值，基水分；A 為工業(yè)分析值，基灰分；<為季度化驗的收到基水分為季度化驗的收到基灰分；煙氣物性計算單元利用上述校正過的燃煤元素成分進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)熱力學(xué)計算得到包括煙氣比熱等煙氣物性數(shù)據(jù)用于后續(xù)效率計算。所述的鍋爐效率計算模塊利用經(jīng)過數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊處理后的鍋爐運行數(shù)據(jù)結(jié)合燃煤及煙氣物性模塊數(shù)據(jù)求取鍋爐的各項熱損失計算得到鍋爐的效率，該鍋爐效率計算模塊包括初始變量設(shè)置單元、燃煤低位發(fā)熱量辨識單元以及鍋爐反平衡效率計算單元，其中初始變量設(shè)置單元根據(jù)機(jī)組型號設(shè)置包括鍋爐爐膛在內(nèi)的各受熱面的尺寸特性以及煙道特性，包括爐膛體積、水冷壁吸熱特性、煙氣流通面積以及各級換熱器管徑管程寸。燃煤低位發(fā)熱量辨識單元是基于鍋爐的動態(tài)能量平衡，通過求取煙氣經(jīng)過各級換熱器損失的熱量來辨識出進(jìn)入爐膛燃煤的實際發(fā)熱量，進(jìn)而求得燃煤的低位發(fā)熱量。具體是指爐膛內(nèi)燃煤的實際發(fā)熱量A =鍋爐水冷壁吸收的熱量Alb+爐膛出口的高溫?zé)煔獾臒崃縂lhs而爐膛出口高溫?zé)煔獾臒崃縌hs =經(jīng)過各級換熱器煙氣的能量降低+排煙的低溫?zé)煔鉄崃俊虼?，充分考慮工質(zhì)蓄熱以及金屬壁的蓄熱量變化建立各個受熱面的能量平衡方程，由工質(zhì)能量變化可以推算出各段煙氣的放熱量，得到爐膛燃煤實際發(fā)熱量爐膛內(nèi)燃煤的實際發(fā)熱量A =鍋爐水冷壁吸收熱量Qslb+水冷壁以及工質(zhì)蓄熱變化Δ Alb+各受熱面工質(zhì)吸熱Qq+各段受熱面工質(zhì)蓄熱ΔΑ以及金屬蓄熱變化AQ,尾煙氣熱量Glwy。從而進(jìn)入爐膛的燃煤發(fā)熱值
權(quán)利要求
1.一種基于燃煤發(fā)熱量辨識的火力電站鍋爐效率在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，包括 數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊、燃煤及煙氣特性模塊和鍋爐效率計算模塊，其中數(shù)據(jù)采集模塊與底層機(jī)組DCS控制系統(tǒng)服務(wù)器相連接實時采集需要的機(jī)組運行數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊與數(shù)據(jù)采集模塊相連將其得到的機(jī)組實時運行數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波和壞點去除處理，然后將處理后的數(shù)據(jù)傳輸給效率計算模塊，燃煤及煙氣特性模塊將初始設(shè)置的燃煤成分及煙氣數(shù)據(jù)進(jìn)行基本熱力學(xué)計算得到煙氣及工質(zhì)物性參數(shù)數(shù)據(jù)提供效率計算模塊的調(diào)用，效率計算模塊與數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊及燃煤及煙氣特性模塊相連并以數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊處理后的機(jī)組實時數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，調(diào)用燃煤及煙氣特性模塊計算出鍋爐的熱效率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于燃煤發(fā)熱量辨識的火力電站鍋爐效率在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是，所述的數(shù)據(jù)采集模塊實現(xiàn)系統(tǒng)所需要的實時數(shù)據(jù)的采集。通過設(shè)定固定的采樣時間，數(shù)據(jù)采集模塊通過OPC通訊協(xié)議與集散控制系統(tǒng)(DCQ服務(wù)器進(jìn)行連接，獲取需要的機(jī)組實時運行數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于燃煤發(fā)熱量辨識的火力電站鍋爐效率在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是，所述的數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊對采集到的機(jī)組實時運行數(shù)據(jù)進(jìn)行壞點處理和數(shù)據(jù)平滑處理，用于后續(xù)的鍋爐效率計算，該數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊包括壞點處理單元以及數(shù)據(jù)平滑處理單元，其中壞點處理單元通過多項式滑動擬合方法來判斷壞點并進(jìn)行剔除；數(shù)據(jù)平滑處理單元通過數(shù)據(jù)加權(quán)進(jìn)行濾波 ym = 0-025ym_3 + 0.05ym_2 + 0.075^ + 0.7ym + 0.075ym+1 + 0.05ym+2 + 0.025ym+3 ,其中九為濾波后的結(jié)果；ym為m時刻的實際測量值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于燃煤發(fā)熱量辨識的火力電站鍋爐效率在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是，所述的燃煤及煙氣特性模塊提供基本的燃煤及煙氣特性數(shù)據(jù)，該燃煤及煙氣特性模塊包括基準(zhǔn)燃煤成分設(shè)定單元、燃煤成分校正單元以及煙氣物性計算單元，其中基準(zhǔn)燃煤成分設(shè)定單元通過對系統(tǒng)實際運行機(jī)組燃料進(jìn)行調(diào)研預(yù)先設(shè)定具有代表性的機(jī)組燃煤的基準(zhǔn)燃煤成分?jǐn)?shù)據(jù)；燃煤成分校正單元以上述基準(zhǔn)燃煤元素成分設(shè)定為基準(zhǔn)，利用機(jī)XQQ — ψ — ^組每天的燃煤工業(yè)成分分析值來校正燃煤的元素成分?jǐn)?shù)值'-x^r-Kr l0Q_wa0_ Jo ’其中=Xi, 為計算用元素成分分析，夂^為季度化驗的元素成分分析基準(zhǔn)值，為工業(yè)分析值，基水分，Aar為工業(yè)分析值，基灰分，^為季度化驗的收到基水分，為季度化驗的收到基灰分；煙氣物性計算單元利用上述校正過的燃煤元素成分進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)熱力學(xué)計算得到包括煙氣比熱等煙氣物性數(shù)據(jù)用于后續(xù)效率計算。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于燃煤發(fā)熱量辨識的火力電站鍋爐效率在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是，所述的鍋爐效率計算模塊利用經(jīng)過數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊處理后的鍋爐運行數(shù)據(jù)結(jié)合燃煤及煙氣物性模塊數(shù)據(jù)求取鍋爐的各項熱損失計算得到鍋爐的效率，該鍋爐效率計算模塊包括初始變量設(shè)置單元、燃煤低位發(fā)熱量辨識單元以及鍋爐反平衡效率計算單元，其中 初始變量設(shè)置單元根據(jù)機(jī)組型號設(shè)置包括鍋爐爐膛在內(nèi)的各受熱面的尺寸特性以及煙道特性，包括爐膛體積、水冷壁吸熱特性、煙氣流通面積以及各級換熱器管徑管程；燃煤低位發(fā)熱量辨識單元是基于鍋爐的動態(tài)能量平衡，通過求取煙氣經(jīng)過各級換熱器損失的熱量來辨識出進(jìn)入爐膛燃煤的實際發(fā)熱量，進(jìn)而求得燃煤的低位發(fā)熱量，具體為爐膛內(nèi)燃煤的實際發(fā)熱量A =鍋爐水冷壁吸收的熱量Alb+爐膛出口的高溫?zé)煔獾臒崃縌hs ；爐膛出口高溫?zé)煔獾臒崃縌hs =經(jīng)過各級換熱器煙氣的能量降低+排煙的低溫?zé)煔鉄崃縌wy ；爐膛內(nèi)燃煤的實際發(fā)熱量A =鍋爐水冷壁吸收熱量Qslb+水冷壁以及工質(zhì)蓄熱變化AAlb+各受熱面工質(zhì)吸熱Qtl+各段受熱面工質(zhì)蓄熱Δ Qq以及金屬蓄熱變化Δ Qj+尾煙氣熱量Qwy ；進(jìn)入爐膛的燃煤發(fā)熱值=I其中表示辨識得到的燃煤實際發(fā)熱值；B為進(jìn)入爐膛燃料量；各級換熱器動態(tài)換熱量為=Qy = Qtl士 Δ %士 Δ A，其中 表示各換熱面煙氣的放熱量工質(zhì)側(cè)工質(zhì)吸熱量，AQj為蒸汽蓄熱變化量，△ A蒸汽側(cè)吸熱變化量；鍋爐反平衡效率計算單元以上一單元辨識出的燃煤實際低位發(fā)熱值為基準(zhǔn)運用反平衡方法求取鍋爐的各項熱損失， 從而得到鍋爐效率η = (100_q2_q3_q4_q5_q6) Χ100%。
全文摘要
一種信息處理技術(shù)領(lǐng)域的基于燃煤發(fā)熱量辨識的火力電站鍋爐效率在線監(jiān)測系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊、燃煤及煙氣特性模塊和鍋爐效率計算模塊。本發(fā)明通過OPC接口與集散控制系統(tǒng)服務(wù)器進(jìn)行連接，以獲取所需的機(jī)組實際運行數(shù)據(jù)，并將其存儲于上位機(jī)實時數(shù)據(jù)庫中。在上位機(jī)系統(tǒng)中對實時數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理后，對鍋爐各個受熱面采用了煙氣側(cè)與工質(zhì)側(cè)的動態(tài)能量平衡，通過軟測量的方法對于爐膛內(nèi)燃煤的實際發(fā)熱量進(jìn)行辨識，得到校正后的實際的燃煤低位發(fā)熱量；同時利用每天的煤質(zhì)工業(yè)分析數(shù)據(jù)對涉及到效率計算的燃煤元素成分進(jìn)行校正；最終實現(xiàn)鍋爐效率的在線監(jiān)測。
文檔編號G01K17/00GK102252784SQ20111009944
公開日2011年11月23日 申請日期2011年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月20日
發(fā)明者史元浩, 呂鵬宏, 宋燕, 王斌, 王景成, 趙廣磊 申請人:上海交通大學(xué)