专利名称：基于燃煤发热量辨识的火力电站锅炉效率在线监测系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种信息处理技术领域的监测系统，具体是一种基于燃煤发热量辨识的火力电站锅炉效率在线监测系统，可广泛应用于燃煤电站锅炉和工业锅炉。
背景技术：
在节能和环保日益受到重视的今天，火力发电站作为关系着我国国计民生的能源消耗大户，如何在保证安全生产的基础上尽可能的减少能源消耗减少排放已经成为其面临的一个十分迫切的问题。锅炉作为燃煤火力电站运行的关键设备，也是电站进行节能降耗的重点关注对象，而对于燃烧的调整和优化是提高锅炉的效率降低燃煤消耗的有效手段。这其中锅炉的燃烧效率就是衡量锅炉能耗的一个重要的指标，其结果对于衡量锅炉的整体燃烧状况、锅炉整体和各部分模型以及在锅炉效率监测基础上对锅炉燃烧的优化有着重要的推动意义。在现行的考察锅炉性能的标准中，主要有美国的ASME标准、德国DIN以及我国的 GB标准。在我国GB10184-88《电站锅炉性能试验规程》中，锅炉效率的计算通常有两种，正平衡法和反平衡法。正平衡法采用锅炉输出的能量除以输入锅炉的能量，此方法通常用于小型锅炉效率的求取。对于大型的电站锅炉的效率通常采用100减去各部分能量损失的反平衡法求取，具体如下式所示η = (100-(12-(13-(14-(15-(16)\100(%，其中η为锅炉效率，q2 为锅炉排烟热损失，Q3为化学未完全燃烧热损失，Q4为机械未完全燃烧热损失，Q5为锅炉散热损失，Q6为锅炉灰渣物理热损失。但是基于该方法所需测点较多，对于燃煤的化学成分分析以及工业成分分析的要求比较准确，通常采用试验的方式获得锅炉效率，周期较长，可能会失去对于锅炉燃烧的指导作用。同时由于我国煤种分布的地域性，一些地域的煤种成分比较复杂、入炉燃煤低位发热量变化较大，而反平衡法对于燃煤的成分尤其是低位发热量的比较敏感，而燃煤化学分析数据实现在线分析目前存在困难且成本很大，这就导致了采用标准的反平衡方法设计锅炉效率在线监测系统存在一定的难度。经对现有文献检索发现，中国专利申请号201010128915. 2提出了一种“燃煤锅炉燃料发热量的实时校正方法”，该技术针对总燃料量、机组负荷以及机组发电煤耗率来实时计算煤质的做功能力系数，得到的系数经转换后得到燃料的发热量校正系数来校正进入炉膛的燃煤发热量。该技术可以一定程度上实时校正燃料的发热量，以用于调整给煤量，克服煤质波动带来的影响。但该方法的前提是需要锅炉处于稳定工况下，不能用于锅炉变工况下的燃煤发热量校正，具有一定的局限性。东北大学热能系李智等人提出的“电站锅炉效率在线计算方法”以反平衡效率计算方法为基础，在锅炉监控参数的基础上利用燃煤的工业分析数据计算锅炉效率，该技术主要针对排烟损失q2的在线计算，利用了参数拟合的方法降低了计算复杂程度，一定程度上能够满足锅炉效率在线计算的要求。但是该技术利用的是燃煤的工业分析数据，对于燃煤低位发热量采取的是设定值的办法，对于燃煤波动较大的机组该方法计算出的锅炉效率与实际值存在着一定的偏差，不能满足更准确的更高一步的要求。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术存在的上述不足，提供一种基于燃煤发热量辨识的火力电站锅炉效率在线监测系统，通过OPC接口与集散控制系统(DCQ服务器进行连接， 以获取所需的机组实际运行数据，并将其存储于上位机实时数据库中。在上位机系统中对实时数据进行预处理后，对锅炉各个受热面采用了烟气侧与工质侧的动态能量平衡，通过软测量的方法对于炉膛内燃煤的实际发热量进行辨识，得到校正后的实际的燃煤低位发热量；同时利用每天的煤质工业分析数据对涉及到效率计算的燃煤元素成分进行校正；最终实现锅炉效率的在线监测。本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括数据采集模块、数据预处理模块、燃煤及烟气特性模块和锅炉效率计算模块，其中数据采集模块与底层机组DCS控制系统服务器相连接实时采集需要的机组运行数据；数据预处理模块与数据采集模块相连将其得到的机组实时运行数据进行滤波和坏点去除处理，然后将处理后的数据传输给效率计算模块；燃煤及烟气特性模块将初始设置的燃煤成分及烟气数据进行基本热力学计算得到烟气及工质物性参数数据提供效率计算模块的调用；效率计算模块与数据预处理模块及燃煤及烟气特性模块相连并以数据预处理模块处理后的机组实时数据为基础，调用燃煤及烟气特性模块计算出锅炉的热效率。所述的数据采集模块实现系统所需要的实时数据的采集。通过设定固定的采样时间，数据采集模块通过OPC通讯协议与集散控制系统(DCQ服务器进行连接，获取需要的机组实时运行数据。所述的数据预处理模块对采集到的机组实时运行数据进行坏点处理和数据平滑处理，用于后续的锅炉效率计算，该数据预处理模块包括坏点处理单元以及数据平滑处理单元。其中坏点处理单元通过多项式滑动拟合方法来判断坏点，并对其进行剔除。数据平滑处理单元通过数据加权滤波的方法实现的，具体是ym = 0.025ym_3 + 0.05ym_2 + 0.075^ + 0.7ym + 0.075ym+1 + 0.05ym+2 + 0.025ym+3其中九为滤波后的结果；ym为m时刻的实际测量值。所述的燃煤及烟气特性模块提供基本的燃煤及烟气特性数据，该燃煤及烟气特性模块包括基准燃煤成分设定单元、燃煤成分校正单元以及烟气物性计算单元，其中基准燃煤成分设定单元通过对系统实际运行机组燃料进行调研预先设定具有代表性的机组燃煤的基准燃煤成分数据。燃煤成分校正单元以上述基准燃煤元素成分设定为基准，利用机组每天的燃煤工业成分分析值来校正燃煤的元素成分数值，具体是
XQQ — ψ — ^‘=《100 ，其中成, 为计算用元素成分分析(碳、氢、氧、氮、硫)；
为季度化验的元素成分分析基准值，(碳、氢、氧、氮、硫)；w 为工业分析值，基水分；A 为工业分析值，基灰分；<为季度化验的收到基水分为季度化验的收到基灰分；烟气物性计算单元利用上述校正过的燃煤元素成分进行标准热力学计算得到包括烟气比热等烟气物性数据用于后续效率计算。所述的锅炉效率计算模块利用经过数据预处理模块处理后的锅炉运行数据结合燃煤及烟气物性模块数据求取锅炉的各项热损失计算得到锅炉的效率，该锅炉效率计算模块包括初始变量设置单元、燃煤低位发热量辨识单元以及锅炉反平衡效率计算单元，其中初始变量设置单元根据机组型号设置包括锅炉炉膛在内的各受热面的尺寸特性以及烟道特性，包括炉膛体积、水冷壁吸热特性、烟气流通面积以及各级换热器管径管程寸。燃煤低位发热量辨识单元是基于锅炉的动态能量平衡，通过求取烟气经过各级换热器损失的热量来辨识出进入炉膛燃煤的实际发热量，进而求得燃煤的低位发热量。具体是指炉膛内燃煤的实际发热量A =锅炉水冷壁吸收的热量Alb+炉膛出口的高温烟气的热量Glhs而炉膛出口高温烟气的热量Qhs =经过各级换热器烟气的能量降低+排烟的低温烟气热量‘因此，充分考虑工质蓄热以及金属壁的蓄热量变化建立各个受热面的能量平衡方程，由工质能量变化可以推算出各段烟气的放热量，得到炉膛燃煤实际发热量炉膛内燃煤的实际发热量A =锅炉水冷壁吸收热量Qslb+水冷壁以及工质蓄热变化Δ Alb+各受热面工质吸热Qq+各段受热面工质蓄热ΔΑ以及金属蓄热变化AQ,尾烟气热量Glwy。从而进入炉膛的燃煤发热值
权利要求
1.一种基于燃煤发热量辨识的火力电站锅炉效率在线监测系统，其特征在于，包括 数据采集模块、数据预处理模块、燃煤及烟气特性模块和锅炉效率计算模块，其中数据采集模块与底层机组DCS控制系统服务器相连接实时采集需要的机组运行数据，数据预处理模块与数据采集模块相连将其得到的机组实时运行数据进行滤波和坏点去除处理，然后将处理后的数据传输给效率计算模块，燃煤及烟气特性模块将初始设置的燃煤成分及烟气数据进行基本热力学计算得到烟气及工质物性参数数据提供效率计算模块的调用，效率计算模块与数据预处理模块及燃煤及烟气特性模块相连并以数据预处理模块处理后的机组实时数据为基础，调用燃煤及烟气特性模块计算出锅炉的热效率。
2.根据权利要求1所述的基于燃煤发热量辨识的火力电站锅炉效率在线监测系统，其特征是，所述的数据采集模块实现系统所需要的实时数据的采集。通过设定固定的采样时间，数据采集模块通过OPC通讯协议与集散控制系统(DCQ服务器进行连接，获取需要的机组实时运行数据。
3.根据权利要求1所述的基于燃煤发热量辨识的火力电站锅炉效率在线监测系统，其特征是，所述的数据预处理模块对采集到的机组实时运行数据进行坏点处理和数据平滑处理，用于后续的锅炉效率计算，该数据预处理模块包括坏点处理单元以及数据平滑处理单元，其中坏点处理单元通过多项式滑动拟合方法来判断坏点并进行剔除；数据平滑处理单元通过数据加权进行滤波 ym = 0-025ym_3 + 0.05ym_2 + 0.075^ + 0.7ym + 0.075ym+1 + 0.05ym+2 + 0.025ym+3 ,其中九为滤波后的结果；ym为m时刻的实际测量值。
4.根据权利要求1所述的基于燃煤发热量辨识的火力电站锅炉效率在线监测系统，其特征是，所述的燃煤及烟气特性模块提供基本的燃煤及烟气特性数据，该燃煤及烟气特性模块包括基准燃煤成分设定单元、燃煤成分校正单元以及烟气物性计算单元，其中基准燃煤成分设定单元通过对系统实际运行机组燃料进行调研预先设定具有代表性的机组燃煤的基准燃煤成分数据；燃煤成分校正单元以上述基准燃煤元素成分设定为基准，利用机XQQ — ψ — ^组每天的燃煤工业成分分析值来校正燃煤的元素成分数值'-x^r-Kr l0Q_wa0_ Jo ’其中=Xi, 为计算用元素成分分析，夂^为季度化验的元素成分分析基准值，为工业分析值，基水分，Aar为工业分析值，基灰分，^为季度化验的收到基水分，为季度化验的收到基灰分；烟气物性计算单元利用上述校正过的燃煤元素成分进行标准热力学计算得到包括烟气比热等烟气物性数据用于后续效率计算。
5.根据权利要求1所述的基于燃煤发热量辨识的火力电站锅炉效率在线监测系统，其特征是，所述的锅炉效率计算模块利用经过数据预处理模块处理后的锅炉运行数据结合燃煤及烟气物性模块数据求取锅炉的各项热损失计算得到锅炉的效率，该锅炉效率计算模块包括初始变量设置单元、燃煤低位发热量辨识单元以及锅炉反平衡效率计算单元，其中 初始变量设置单元根据机组型号设置包括锅炉炉膛在内的各受热面的尺寸特性以及烟道特性，包括炉膛体积、水冷壁吸热特性、烟气流通面积以及各级换热器管径管程；燃煤低位发热量辨识单元是基于锅炉的动态能量平衡，通过求取烟气经过各级换热器损失的热量来辨识出进入炉膛燃煤的实际发热量，进而求得燃煤的低位发热量，具体为炉膛内燃煤的实际发热量A =锅炉水冷壁吸收的热量Alb+炉膛出口的高温烟气的热量Qhs ；炉膛出口高温烟气的热量Qhs =经过各级换热器烟气的能量降低+排烟的低温烟气热量Qwy ；炉膛内燃煤的实际发热量A =锅炉水冷壁吸收热量Qslb+水冷壁以及工质蓄热变化AAlb+各受热面工质吸热Qtl+各段受热面工质蓄热Δ Qq以及金属蓄热变化Δ Qj+尾烟气热量Qwy ；进入炉膛的燃煤发热值=I其中表示辨识得到的燃煤实际发热值；B为进入炉膛燃料量；各级换热器动态换热量为=Qy = Qtl士 Δ %士 Δ A，其中 表示各换热面烟气的放热量工质侧工质吸热量，AQj为蒸汽蓄热变化量，△ A蒸汽侧吸热变化量；锅炉反平衡效率计算单元以上一单元辨识出的燃煤实际低位发热值为基准运用反平衡方法求取锅炉的各项热损失， 从而得到锅炉效率η = (100_q2_q3_q4_q5_q6) Χ100%。
全文摘要
一种信息处理技术领域的基于燃煤发热量辨识的火力电站锅炉效率在线监测系统，包括数据采集模块、数据预处理模块、燃煤及烟气特性模块和锅炉效率计算模块。本发明通过OPC接口与集散控制系统服务器进行连接，以获取所需的机组实际运行数据，并将其存储于上位机实时数据库中。在上位机系统中对实时数据进行预处理后，对锅炉各个受热面采用了烟气侧与工质侧的动态能量平衡，通过软测量的方法对于炉膛内燃煤的实际发热量进行辨识，得到校正后的实际的燃煤低位发热量；同时利用每天的煤质工业分析数据对涉及到效率计算的燃煤元素成分进行校正；最终实现锅炉效率的在线监测。
文档编号G01K17/00GK102252784SQ20111009944
公开日2011年11月23日 申请日期2011年4月20日 优先权日2011年4月20日
发明者史元浩, 吕鹏宏, 宋燕, 王斌, 王景成, 赵广磊 申请人:上海交通大学