专利名称：电站锅炉末级过热器和末级再热器智能壁温管理方法
技术领域：
本发明涉及一种电站锅炉末级过热器和末级再热器智能壁温管理方法，属于电站 锅炉技术领域。
背景技术：
目前我国的发电机组已进入大容量、高参数的发展阶段，一批600MW、1000MW等级 的超临界机组相继投运。随着锅炉参数的提高，尤其蒸汽温度的提高，一些不同于亚临界参 数诸如管内氧化垢引起的超温问题更为突出。一台大容量超临界锅炉在运行中发生爆管， 不但会造成巨大的直接经济损失，而且由于爆管区域附近大片管子受损，埋下了连续爆管 的隐患，严重影响锅炉的安全运行。为了减缓末级过热器和末级再热器管内氧化皮的生成速度 和控制氧化皮的剥落 造成堵塞爆管，同时有效监测末级过热器和末级再热器炉管的炉内壁温分布，监测氧化皮 的堵塞位置，需进一步研究末级过热器和末级再热器当前的运行状态和炉内壁温分布，研 制开发600MW超临界锅炉末级过热器和末级再热器智能壁温管理方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种进行锅炉过热器和再热器智能壁温管理方法，实现对 锅炉末级过热器和末级再热器受热面管子进行智能管理，提供火电厂一台或几台机组锅炉 末级过热器和末级再热器监测实时运行情况。为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种电站锅炉末级过热器和末级 再热器智能壁温管理方法，其特征在于，步骤为步骤1、将网页服务器分别与用户端浏览器、数据库服务器和计算服务器连接，数 据库服务器和计算服务器连接，数据库服务器通过厂级监控信息系统与电厂DCS系统或者 MIS系统及在线测点连接；步骤2、读取厂级监控信息系统数据库中锅炉末级过热器和末级再热器在线监测 数据，并保存到本地关系型数据库中；步骤3、根据读取到的在线监测数据计算炉内各计算点的蒸汽温度及管壁温度；步骤4、统计末级过热器和末级再热器各屏各管各计算点历史温度数据分布范围 及各计算点的超温运行时间；步骤5、实时显示计算结果。本发明具有以下特点1、在锅炉末级过热器和末级再热器热偏差在线监测的计算/应用服务器上安装 用VB语言编写的锅炉末级过热器和末级再热器智能壁温管理的计算机软件，根据软件设 定的时间间隔，从数据库服务器中读取的在线监测的锅炉参数，在线实时计算锅炉的壁温， 计算分析得出的结果，再送到数据库服务器保存，供网页服务器调用。2、数据库服务器存放两类数据
第一类数据为锅炉参数在线监测的数据，包括主蒸汽压力(MPa)、主蒸汽温度 (°C )、电负荷量(MW)、末级过热器各测点实时温度(V )、末级再热器各测点实时温度(V ) 等；第二类数据为锅炉末级过热器和末级再热器汽温、壁温的计算结果。3、外部系统接口具有两种功能一是把锅炉参数的监测值存入数据库；二是把锅炉运行控制措施传输给锅炉控制系统。4、锅炉自动控制系统与参数测点具有两种功能一是提供锅炉在线监测的参数；二是依据锅炉末级过热器和末级再热器壁温的计算结果来指导锅炉的运行，保证 锅炉末级过热器和末级再热器不超温、在安全状态运行。5、锅炉末级过热器和末级再热器壁温壁温在线计算的结果发布在计算机网页浏 览器上，按照浏览器端用户即电厂技术人员发出请求，通过计算/应用服务器调用数据库 服务器中锅炉末级过热器和末级再热器壁温实时计算结果，在网页服务器上形成锅炉末级 过热器和末级再热器智能壁温管理结果，返回给浏览器端用户，指导锅炉运行。6、用户端浏览器用来查看锅炉末级过热器和末级再热器的智能壁温管理结果。本发明给出的锅炉末级过热器和末级再热器智能壁温管理方法与系统，可以实现 锅炉末级过热器和末级再热器壁温的在线实时计算及在线实时监视与控制。如果锅炉末级 过热器和末级再热器某一管屏温度超过警戒值，通过在线实时控制蒸汽流量和锅炉燃烧调 整的方式来降低管壁温度，使锅炉末级过热器和末级再热器管壁处于安全状态，达到了监 视和控制锅炉末级过热器和末级再热器智能壁温管理的技术效果。本发明的优点是可以实现锅炉末级过热器和末级再热器壁温快速在线实时计算 和在线监视与控制，实现了锅炉末级过热器和末级再热器在服役期内安全运行，达到了延 长锅炉末级过热器和末级再热器使用寿命的技术效果。
图1为本发明锅炉末级过热器和末级再热器智能壁温管理装置的方框图。
具体实施例方式以下结合实施例来具体说明本发明。实施例对于某电厂超临界600MW电站锅炉，末级过热器和末级再热器采用图1所示的智 能壁温管理系统。其主要构成由计算服务器、数据库服务器、网页服务器、和厂级监控信息 系统(PI系统)组成。网页服务器分别与用户端浏览器、数据库服务器和计算服务器连接， 数据库服务器和计算服务器连接，数据库服务器通过厂级监控信息系统与电厂DCS系统或 者MIS系统及在线测点连接。本发明提供的方法包括下列步骤第一步读取PI数据库中锅炉末级过热器和末级再热器在线监测数据，并保存到 本地关系型数据库中。
数据接口服务程序每隔Δ τ = 30s定时触发过程首先建立数据库事务，实现从 PI数据库系统读取数据并保存到本地数据库的功能。在时间表中插入最新的一行数据，包 括对应ID和时间。从PI实时数据库读取基本工况信息(主蒸汽压力(MPa)、主蒸汽温度 (V )、电负荷量(MW)、末级过热器各测点实时温度(V )、末级再热器各测点实时温度(V ) 等)并保存到本地关系型数据库。第二步根据实际测量数据来计算炉内各计算点(根据受热面结构和用户需求确 定计算点)的蒸汽温度。1、炉内汽温的分段计算模型工质流经管段的焓增为<formula>formula see original document page 6</formula>式中=K1为沿烟道宽度的热偏差系数；K4为沿屏高度的热偏差系数；Etl为中间管子 的面积折算系数；la为管段长度；d为管子外径；Di —计算管圈的流量；Pi和P2分别为下部 烟窗辐射因数和前部烟窗辐射因数；qfl和qf2分别为下部烟窗和前部烟窗辐射热负荷；qp为 屏间烟气对屏的辐射及对流放热的热负荷；ξ ！为管段的受热面偏差系数。焓值结果通过蒸 汽焓温表即可知蒸汽温度。2、分段计算模型的技术难点辐射因数的计算<formula>formula see original document page 6</formula>式中Xf为烟窗对管排的辐射角系数；Sl为管子横向节距(屏间距)。角系数的求解根据角系数定义计算各排管的角系数辐射穿透率的求解在以往的炉内汽温计算中，一般都将辐射穿透率看作1来处理，这样会给炉 内汽温和壁温计算带来较大的偏差，为了进一步准确计算炉内汽温和壁温，我们必须 要考虑辐射穿透率的影响。为此，我们将辐射穿透率引入辐射因数的计算中，充分考 虑穿透率对汽温和壁温计算的影响。考虑穿透率的影响则辐射因数计算的公式为
<formula>formula see original document page 6</formula>辐射穿透率τ的计算过程为根据计算管段在炉内所处的位置，由穿透率的定义 出发，用一重积分公式计算平行矩形平面间和垂直矩形平面间的辐射穿透率问题，计算出 的辐射穿透率其精度较高，可以解决炉内汽温和壁温计算的辐射穿透率问题。3、流量计算各片屏的流量<formula>formula see original document page 6</formula>式中gi——计算管屏的流量，g0——平均流量管屏的流量，APi为各屏压差，Δ Ptl 为平均压差；第三步根据实际测量数据来计算炉内各计算点的管壁温度。1、管壁金属温度<formula>formula see original document page 6</formula>
<formula>formula see original document page 7</formula>
式中为计算点管内蒸汽温度；β为管子外径与内径之比；μ为散热系数；δ 为管子壁厚；q为计算点管子吸热负荷；λ为管壁金属的导热系数；α 2为蒸汽侧的放热系 数；<formula>formula see original document page 7</formula>
式中θ为计算点烟气温度；α工为计算点烟气侧对流放热系数；α 3为计算点烟 气辐射放热系数；ε为计算点管子的污染系数。第四步统计末级过热器和末级再热器各屏各管各计算点历史温度数据分布范 围。实时计算各屏各管各计算点的壁温，分别统计它的历史分布信息。在数据库端建 立历史数据分段汇总表，每个计算点对应一个记录，每个记录上对温度进行分段统计，以2 摄氏度为区间，统计各计算点分段温度的累积运行时间，当实际计算温度在两个分段点温 度数值中间时，以较小分段点温度进行统计该计算点管壁温度运行时间。第五步统计末级过热器和末级再热器各屏各管各计算点超温时间。设置各种管材的最大允许运行温度，然后根据历史数据库(历史数据库是整个计 算过程中后台数据保存的容器，每一步数据计算完成后都要保存到历史数据库中。历史数 据库安装在数据库服务器上，在数据库中保存的数据随着时间推移，都变成了历史数据，尤 其是对于数据库中超温时间的累积计算)中各屏各管各计算点的各分段温度的累积运行 时间及对应分段点温度，累加计算各屏各管各计算点的超温运行时间。第六步实时显示末级过热器和末级再热器各屏各管各计算点的管壁温度、蒸汽 温度与超温信息。用户在显示界面选择“实时温度检测”，选择“末级过热器”或“末级再热器”对象， 并选择“屏” “管” “点”，显示程序根据用户输入实时访问数据库对应位置管壁温度表最新 一条记录，显示炉内相应位置的管壁温度，根据该位置管材的最大允许温度，判断管壁温度 是否超温，如超温则用红色显示。显示炉内相应位置的蒸汽温度，根据炉内该位置蒸汽温度 的最大允许温度，判断蒸汽温度是否超温，如超温则用红色显示。第七步实时显示末级过热器和末级再热器屏间管壁温度、屏间蒸汽温度分布、屏 间热偏差曲线。用户在显示界面选择“实时温度检测”，选择“末级过热器”或“末级再热器”对象， 并选择“屏” “管” “点”，显示程序实时访问数据库中存储过程，根据用户输入显示相应的屏 间管壁温度、屏间蒸汽温度。用户在显示界面选择“热偏差管理”，选择“末级过热器”或“末级再热器”对象，显 示程序实时访问数据库对应数据表的最新一条数据记录。第八步显示末级过热器末级再热器各屏各管各计算点历史温度数据分布范围。用户在显示界面选择“运行状态监测”，选择“末级 过热器”或“末级再热器”对象， 选择“运行状况”，显示程序访问数据库中的存储过程，根据用户输入选择“屏” “管” “点”，显示相应位置的管材运行温度分段统计信息。第九步显示末级过热器末级再热器管壁温度超温信息汇总。用户在显示界面选择“超温信息汇总”，选择“末级过热器”或“末级再热器”对象， 显示界面实时访问数据库中已经完成统计的超温信息，并输入到显示界面。第十步根据超温信息自动生成检修建议。用户在显示界面选择“系统检修建议”，显示程序根据管材的超温信息与超温时 间，以及管材的材质，自动生成锅炉运行的检修建议。显示对具体位置管材的使用寿命进行 评价，以及做出更换管材的建议。第十一步在线生成运行负荷统计的日报表、周报表、月报表。用户在显示界面选择“运行负荷统计”，显示程序对锅炉运行的负荷进行统计，在 线计算锅炉的90%负荷以上、80% -90%负荷、70% -80%负荷、60% -70%负荷、50% -60% 负荷、50%负荷以下的各个负荷段的运行时间，并生成日报表、周报表、月报表。
权利要求
一种电站锅炉末级过热器和末级再热器智能壁温管理方法，其特征在于，步骤为步骤1、将网页服务器分别与用户端浏览器、数据库服务器和计算服务器连接，数据库服务器和计算服务器连接，数据库服务器通过厂级监控信息系统与电厂DCS系统或者MIS系统及在线测点连接；步骤2、读取厂级监控信息系统数据库中锅炉末级过热器和末级再热器在线监测数据，并保存到本地关系型数据库中；步骤3、根据读取到的在线监测数据计算炉内各计算点的蒸汽温度及管壁温度；步骤4、统计末级过热器和末级再热器各屏各管各计算点历史温度数据分布范围及各计算点的超温运行时间；步骤5、实时显示计算结果。
2.如权利要求1所述的一种电站锅炉末级过热器和末级再热器智能壁温管理方法，其 特征在于，步骤3中所述各计算点蒸汽温度的计算步骤为步骤3. 1A、计算辐射穿透率t根据计算管段在炉内所处的位置，由穿透率的定义出发，用一重积分公式计算得到平 行矩形平面间和垂直矩形平面间的辐射穿透率t ； 步骤3. 2A、计算辐射因素和角系数辐射因素为<formula>formula see original document page 2</formula>，其中， 为烟窗对管排的辐射角系数，Sl为管子横向节距，t为辐射穿透率；各排管的角系数根据角系数定义计算得到；步骤3. 3A、根据步骤3. 1A至步骤3. 3A计算得到的结果建立分段计算模型； 步骤3. 5A、计算各片屏的流量:g,=VA^/AP0.g0，其中，gi为计算管屏的流量，g(l为平 均流量管屏的流量，APi为各屏压差，为平均压差； 步骤3. 6A、工质流经管段的焓增为其中，&为沿烟道宽度的热偏差系数；K4为沿屏高度的热偏差系数；&为中间管子的面 积折算系数；la为管段长度；d为管子外径；Di-计算管圈的流量分别为下部烟窗辐 射因数和前部烟窗辐射因数；qfl和qf2分别为下部烟窗和前部烟窗辐射热负荷；qp为屏间烟 气对屏的辐射及对流放热的热负荷；I ！为管段的受热面偏差系数。
3.如权利要求1所述的一种电站锅炉末级过热器和末级再热器智能壁温管理方法，其 特征在于，步骤3中所述各计算点管壁温度的计算步骤为步骤3. 1B、管壁金属温度为<formula>formula see original document page 2</formula>管壁外壁温度为其中，tq为计算点管内蒸汽温度，0为管子外径与内径之比，P为散热系数，5为管 子壁厚，q为计算点管子吸热负荷，、为管壁金属的导热系数，a 2为蒸汽侧的放热系数；步骤3. 2B、计算管子吸热负荷<formula>formula see original document page 3</formula>其中，为计算点烟气温度，a工为计算点烟气侧对流放热系数，a 3为计算点烟气辐射 放热系数，￡为计算点管子的污染系数。
4.如权利要求1所述的一种电站锅炉末级过热器和末级再热器智能壁温管理方法，其 特征在于，步骤4所述统计末级过热器和末级再热器各屏各管各计算点历史温度数据分布 范围的方法为在数据库端建立历史数据分段汇总表，每个计算点对应一个记录，每个记录 上对温度进行分段统计，以2摄氏度为区间，统计各计算点分段温度的累积运行时间，当实 际计算温度在两个分段点温度数值中间时，以较小分段点温度进行统计该计算点管壁温度 运行时间。
5.如权利要求4所述的一种电站锅炉末级过热器和末级再热器智能壁温管理方法，其 特征在于，步骤4所述各计算点的超温运行时间的计算方法为设置各种管材的最大允许 运行温度，然后根据历史数据库中各屏各管各计算点的各分段温度的累积运行时间及对应 分段点温度，累加计算得到各屏各管各计算点的超温运行时间。
6.如权利要求1所述的一种电站锅炉末级过热器和末级再热器智能壁温管理方法，其 特征在于，步骤5包括步骤5. 1、根据用户输入实时访问数据库，显示炉内相应位置的管壁温度，根据该位置 管材的最大允许温度，判断管壁温度是否超温；显示炉内相应位置的蒸汽温度，根据炉内该 位置蒸汽温度的最大允许温度，判断蒸汽温度是否超温；步骤5. 2、根据用户输入显示相应的屏间管壁温度、屏间蒸汽温度；步骤5. 3、根据用户输入显示相应位置的管材运行温度分段统计信息；步骤5. 4、根据用户输入显示已经完成统计的超温信息；步骤5. 5、根据用户输入及管材的超温信息，超温时间及管材的材质，生成锅炉运行的 检修建议，显示对具体位置管材的使用寿命进行评价以及做出更换管材的建议；步骤5. 6、根据用户输入对锅炉运行的负荷进行统计，在线计算锅炉的90%负荷以上、 80% -90%负荷、70% -80%负荷、60% -70%负荷、50% -60%负荷、50%负荷以下的各个负 荷段的运行时间，并生成日报表、周报表以及月报表。
全文摘要
本发明提供了一种电站锅炉末级过热器和末级再热器智能壁温管理方法，其步骤为先搭建在线监测装置，随后读取厂级监控信息系统数据库中锅炉末级过热器和末级再热器在线监测数据，并保存到本地关系型数据库中；再根据读取到的在线监测数据计算炉内各计算点的蒸汽温度及管壁温度；统计末级过热器和末级再热器各屏各管各计算点历史温度数据分布范围及各计算点的超温运行时间；最后实时显示计算结果。本发明的优点是可以实现锅炉末级过热器和末级再热器壁温快速在线实时计算和在线监视与控制，实现了锅炉末级过热器和末级再热器在服役期内安全运行，延长锅炉末级过热器和末级再热器使用寿命。
文档编号F22B35/18GK101832543SQ201010174298
公开日2010年9月15日 申请日期2010年5月14日 优先权日2010年5月14日
发明者丁士发, 刘进, 张妮乐, 杨凯镟, 王飞, 陈端雨, 陶丽 申请人:上海发电设备成套设计研究院;上海上发院发电成套设备工程有限公司