一种电厂风机的性能监控方法与系统与流程

本发明属于电厂风机节能领域，更具体地，涉及一种电厂风机的性能监控方法与系统。

背景技术：
风机是火电厂重要的辅机，风机的运行电耗占到了电厂厂用电的30％左右。风机在出厂时，生产厂家同时提供给用户一套性能设计曲线，性能设计曲线表征出了风机的设计性能，其与风机的叶轮翼型、机壳形状、导叶型式、驱动型式等密切相关，并给出了风机在不同的流量下对应的最优工况以及最优效率。但由于电厂机组负荷的变动，以及燃用煤种的变化，使风机的运行工况不断发生变化，风机的实际运行效率往往偏离了设计值，不同的流量下对应的实际最优工况以及实际最优效率跟设计曲线有所区别。据统计，多数电厂风机的平均效率低于70％，远低于设计效率，因此具有巨大的节电潜力。在目前电厂运行方式下，风机的性能优化尚缺乏有效的理论支持和系统平台，性能优化的基础是能够在线监测出风机的效率，从而根据风机的效率对工况数据进行针对性的调整，而目前电厂风机效率多采用现场试验的方式来测量，缺乏在线监视系统。现有技术能通过风机电源改造来进行风机的节能优化，如专利文献ZL201410555827.9《一种动叶可调式引风机变频节能系统》采用高压变频器来提高效率。然而该方法需要对现有的设备进行改造，不具有普适性。

技术实现要素：
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种电厂风机的性能监控方法与系统，其目的在于通过对风机的工部数据进行实时采集获得风机的效率，从而对风机的运行进行优化，提高风机的效率。为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种电厂风机的性能监控方法，包括以下步骤：S1.向电厂风机采集工况数据，所述工况数据包括风机的流量，压升以及功率；S2.根据所述工况数据获得风机的实时效率η，并储存所述实时效率及其对应的工况数据；S3.根据所述实时效率及其对应的工况数据，获得不同的流量分别对应的实时效率的最大值，作为所述流量对应的最优效率；所述最优效率对应的其它工况数据为最优工况数据；S4.对比实时效率以及当前的流量所对应的最优效率，当最优效率大于实时效率时，则将最优工况数据发送给外部。优选地，所述工况数据还包括入口静压，入口温度，入口动叶开度以及出口动叶开度。优选地，所述实时效率η的具体计算方法为：其中，Qv为流量，pF为压升，P为功率，k为常数。优选地，所述步骤S2.还包括，判断失速余量是否小于工况阈值，并根据判断结果将失速提醒信号发送给外部，所述失速余量为所述流量与压升的函数。优选地，在所述步骤S4.之后还包括步骤S5.，显示模块将所述性能监控系统发送给外部的数据或信号进行显示。按照本发明的另一方面，还提供了一种利用该方法的性能监控系统，包括数据采集模块，效率计算与储存模块，数据挖掘模块以及效率优化模块；所述数据采集模块用于向电厂风机采集工况数据，所述工况数据包括流量和压升；所述效率计算与储存模块的输入端连接所述数据采集模块的输出端，用于根据所述工况数据获得风机的实时效率η，同时，将所述实时效率与对应的工况数据进行储存；所述数据挖掘模块的输入端连接所述效率计算模块的第一输出端，用于获得不同的流量分别对应的实时效率的最大值，作为所述流量对应的最优效率；所述效率优化模块的第一输入端连接所述效率计算与储存模块的第二输出端，第二输入端连接所述数据挖掘模块的输出端，用于对比当前的流量所对应的最优效率和实时效率，当最优效率大于实时效率时，则将最优效率对应的其它工况数据发送给外部。优选地，所述性能监控系统还包括失速提醒模块，所述失速提醒模块用于判断失速余量是否小于工况阈值，并根据判断结果将失速提醒信号发送给外部，所述失速余量为所述流量与压升的函数。优选地，所述性能监控系统还包括效率监控模块，所述效率监控模块的输入端连接所述效率计算与储存模块的第三输出端，用于根据外部的请求，计算当前一段时间Δt内的平均实时效率，以及历史一段时间Δt内的平均实时效率；并将所述当前的平均实时效率与历史的平均实时效率进行对比，如果所述平均实时效率的下降量超过效率下降阈值，则将效率下降信号发送给外部。作为进一步优选地，所述一段时间Δt为3天～10天。优选地，所述性能监控系统还包括显示模块，所述显示模块用于将所述性能监控系统发送给外部的数据或信号进行显示。总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，由于通过对电厂风机的工况数据进行实时采集、储存和数据挖掘，能够取得下列有益效果：1、通过设置于风机上的传感器和现有的电厂控制系统，可对电厂风机的工况数据实时采集，并即时计算出风机的效率，更便于对风机的运行状态进行迅速调整和优化，使风机在实际的工况数据范围内始终保持较高的效率；2、通过历史的实时效率的最大值的统计，从而获得当前风机流量下能获得最高效率的工况数据，作为电厂风机的运行参考；3、优选通过失速提醒模块来判断风压的流量和压力是否超过工况阈值，并根据判断结果将失速提醒信号发送给外部，防止风机失速而影响电厂风机的运行效率；4、优选通过效率监控模块统计实时效率在一段时间内的变化，从而更容易发现设备的损坏或老化对电厂风机运行效率的影响，而及时做出调整。附图说明图1为本发明电厂风机的性能监控系统结构示意图；图2为电厂风机的设计性能曲线示意图。具体实施方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。本发明的一个方面提供了一种电厂风机的性能监控系统，包括数据采集模块，效率计算与储存模块，数据挖掘模块以及效率优化模块等模块，如图1所示。其中，数据采集模块用于向电厂风机采集风机的流量，压升，入口静压，入口温度，入口动叶开度，出口动叶开度，风机的功率等工况数据；所述效率计算与储存模块的输入端连接所述数据采集模块的第一输出端，用于根据所述工况数据获得风机的实时效率η，同时，将历史的实时效率与对应的工况数据进行本地存储，或者发送到外部服务器进行存储；所述失速提醒模块的输入端连接所述数据采集模块的第二输出端，用于判断失速余量是否小于工况阈值，并根据判断结果将失速提醒信号发送给外部。所述失速余量为所述流量与压升的函数f(Qv,pF)<ε，由风机的设计曲线上得出。其中，pF＝p2-p1，p2为出口全压，p1为入口全压。所述数据挖掘模块的输入端连接所述效率计算模块的第一输出端，用于获得不同的风机流量分别对应的历史的实时效率的最大值，作为不同的风机流量分别对应的最优效率；所述效率优化模块的第一输入端连接所述效率计算与存储模块的第二输出端，第二输入端连接所述数据挖掘模块的输出端，用于对比当前的风机流量所对应的最优效率和实时效率，当最优效率大于实时效率时，则将最优效率对应的除风机流量以外的其它工况数据发送给外部；否则将当前的风机流量在风机的设计曲线上对应的其它工况数据发送给外部；所述性能监控系统还包括效率监控模块，所述效率监控模块的输入端连接所述效率计算与存储模块的第三输出端，用于根据外部的请求，计算当前一段时间Δt内的平均实时效率，以及历史一段时间Δt内的平均实时效率；并将所述当前的平均实时效率与历史的平均实时效率进行对比，如果所述平均实时效率的下降量超过效率下降阈值，则将效率下降信号发送给外部。所述性能监控系统，还可以包括显示模块，所述显示模块用于将所述性能监控系统发送给外部的数据或信号(如失速提醒模块发出的失速提醒信号，效率优化模块发出的工况数据或者效率监控模块发出的效率下降信号)用数据的形式或者图形化界面的形式进行显示。该性能监控系统的工作步骤如下：S1.通过在风机入口和出口设置的风量传感器、全压传感器、静压传感器、温度传感器、静叶或动叶开度的编码器、功率表等采集风机的流量，压升，功率等工况数据；然后通过信号采集器、数模转化器和电缆，传输到数据采集模块中；其中，风量传感器可以为任何适合实际风机的流量计，例如，差压式流量计、速度场式流量计、热式流量计、超声波式流量计等。同时，可以通过厂级信息监控系统(SIS系统)采集部分风机机组的工况数据，如机组负荷、机组燃煤量等，如表1所示；所有通过SIS采集的数据通过内部网络传输到数据采集模块中。表1电厂风机工况数据S2.效率计算与存储模块根据数据采集模块获得的工况数据，计算风机的实时效率η并输出，同时将历史的实时效率与对应的工况数据进行存储，由于历史数据量十分庞大，可以另外在外部服务器上设置历史数据存储模块，实时将历史的实时效率与对应的工况数据输入历史数据存储模块进行保存；由于，电厂每隔2～3年会大修一次，或者有更换设备的情况，此时需要将历史数据初始化，重新进行寻优。风机实时效率η的计算方式有很多，例如，可以采取以下公式：风机全压功率风机轴功率风机实时效率式中：风机压升pF＝p2-p1(Pa)，p2和p1分别为出口全压和入口全压，Qv为风机流量，kp为压缩修正系数，通常为常数，U和I分别为风机所在母线电压与实际电流，也可以直接通过功率表输出的风机功率P计算，ηy为原动机的效率，对于电动驱动的风机通常以常数0.95计，cosθ为电机功率因数，通常采用电机出厂时的设计值计算，针对特定电机为常数。同时，失速提醒模块判断所述工况数据，如失速余量是否小于工况阈值(即f(Qv,pF)<ε，ε为根据风机型号设定的工况阈值，f(Qv,pF)为与风机设计性能曲线相关的函数)，并根据判断结果将失速提醒信号发送给外部；如图2为引风机的设计性能曲线，其中，横坐标表示流量，纵坐标表示压升，虚线部分表示失速区，风机的实际流量与压升的关系在设计性能曲线上的值为工况点，工况点与失速区的距离为失速余量f(Qv,pF)。由于火电厂的锅炉两侧具有两台风机，它们同时向锅炉内送风或引风，当其中一台风机的失速余量不足时，则可通过调整另一台风机的动叶开度，使得两台风机的流量达到平衡，从而使失速风机的压升与流量匹配，从而增大失速余量，降低失速的风险；，如果调整后仍无效，使得风机工况已经运行到失速区时(工况点落到图2中虚线以上的区域)，则可能出现了风道堵塞或者其他运行问题，需要停机查看并检修。S3.数据挖掘模块根据历史的实时效率与对应的工况数据，获得不同的风机流量分别对应的历史的实时效率的最大值，作为不同的风机流量分别对应的最优效率；同时，对风机厂提供的风机设计性能曲线进行离散处理，获得设计曲线上不同的风机流量对应的效率，作为不同风机流量分别对应的设计效率；同时，效率监控模块根据外部的请求，计算当前一段时间Δt内的平均实时效率，以及历史一段同样长度的时间Δt内的平均实时效率，并将所述当前的平均实时效率与历史的平均实时效率的对比结果数据反馈给外部。例如，计算本周风机的平均实时效率，与上周的平均实时效率，如果风机效率减小量超过某一设定值(例如5％)，说明风机的运行情况出现恶化，可以将这段时间的工况数据的对比值反馈给外部，供运行人员找出恶化的原因；S4.效率优化模块对比当前的风机流量所对应的实时效率和最优效率，如果发现实时效率低于最优效率，则将最优效率对应的除风机流量以外的其它工况数据作为参考工况数据发送给外部；否则，将设计效率对应的其它工况数据作为参考工况数据发送给外部；该参考工况数据可以通过外挂控制服务器传输给电厂DCS的风机控制中心，风机控制中心可直接利用参考工况数据，对风机的机组的负荷，风机的风量和压力进行在线优化调整，也可以由运行人员选择其中的重要参数进行调整；调整以后的风机的工况数据和实时效率将继续被在线计算和监控，从而实现闭环优化的过程。S5.其中，失速提醒模块，效率监控模块或效率优化模块发送给外部的数据或信号均可通过显示模块用数据的形式或者图形化的界面显示在外，以供运行人员参考；此外，该性能监控系统还可以根据外部请示，将任何历史工况数据或对应的实时效率以数据的界面或图形化的界面进行显示，以便运行人员对电厂风机的运行进行查询和优化。本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。