一种锅炉通风试验数据在线采集系统及分析处理方法与流程

本发明涉及智能趋优、智能数据分析领域，特别涉及一种锅炉通风试验数据在线采集系统及分析处理方法。

背景技术：

目前，电站锅炉通风试验数据采集均为人工手动采集，采集周期长，采集工况少、数据量有限且误差大，已不能满足锅炉冷态试验数据以及锅炉运行实现智能优化、分析诊断、智能控制的要求。锅炉通风试验数据在线采集分析处理方法是一种集于数据采集、分析、计算于一体的新技术，能够实现冷态试验数据从0％～100％工况连续采集，采集工况的连续性和采集数据量的丰富性对实现智能趋优、智能诊断、智能控制提供技术依据尤为重要。

锅炉通风试验品质的好坏直接影响锅炉效率的重要试验，而试验品质的高低与试验过程采集数据的连续性，采集数据的精度，采集数据的数据量都有直接关系。现有的试验手段和试验方法，受到采集的工况的不连续、采集数据精度低、采集数据量有限等因素的制约，已无法获得较高相似度的仿真模型，无法实现智能趋优、智能诊断、智能控制，不利于组织炉内燃烧，使锅炉效率降低。

因此，在智慧发电的大背景下，需要在锅炉通风试验过程中采集到更多、更精确的试验数据，提供智能趋优、智能诊断建立智能控制模型，优化调整运行工况，提高锅炉效率和更加智能的控制系统。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种锅炉通风试验数据在线采集分析处理系统，对锅炉通风试验数据进行实时在线采集分析、计算并显示结果。

为了解决上述问题，本发明采用的技术方案如下：

一种锅炉通风试验数据在线采集系统，包括数据处理中心、数据采集中心、现场试验调整执行器和多组现场采集元件；

所述现场采集元件，用于实时测量多个管道内的差压、压力和温度，经信号转化后传输给数据采集中心；

所述数据采集中心，用于实时将接收到的信号经数据线或无线数据传输设备发送至数据处理中心；

所述数据处理中心，用于将接收数据采集设备的数据进行分析、计算、储存以及显示结果，并将实验进程指令下达给现场试验调整执行器；

所述现场试验调整执行器，用于接收来至数据处理中心的指令，调整系统的试验工况。

本发明进一步的改进在于，所述现场采集元件包括差压取压测量元件、压差变送器、压力取压测量元件、压力变送器和温度变送器；

差压取压测量元件，用于实时测量管道内的气流差压信号，并经传压导管后将气流差压信号传送至压差变送器；

压差变送器，用于接收到的气流差压信号转化成4～20ma电流信号，并实时传送给数据采集中心；

压力取压测量元件，用于实时测量多个管道内的气流压力信号，并将气流压力信号传送给压力变送器；

压力变送器，用于将接收到的气流压力信号转化成4～20ma电流信号，并实时传送给数据采集中心；

温度变送器，用于将实时测量的多个管道内的气流温度实时传送给数据采集中心。

本发明进一步的改进在于，该采集系统还包括现场数据监视中心，用于实时监视调整的实验结果能够在实验现场移动。

一种系锅炉通风试验数据在线采集系统的分析处理方法，包括以下步骤：

1)通过现场采集元件实时采集锅炉的多个试验管道内的差压、压力和温度，并将信号发送至数据采集中心；

2)数据采集中心实时将接收到的信号通过usb数据线或无线数据传输设备传送至数据处理中心；

3)数据处理中心将接收到数据进行计算，得到风量、风速、风速偏差以及与四根试验管道相连的总管道的风量修正系数k；若是风速偏差不在±5％以内，则调整一根或多根试验管内的风速，使得风速偏差在±5％以内；将风量、风速、风速偏差以及与四根试验管道相连的总管道的风量修正系数k实时在计算机上显示，同时储存数据，并下发试验指令给现场试验调整执行器；

4)现场试验调整执行器将接收到数据处理中心试验指令，调整试验管道内的风量直到0～100％工况全部测量结束，得到相应工况下的管道性能曲线，根据管道性能曲线建立相应的控制模型，实现对锅炉燃烧精确的控制。

本发明进一步的改进在于，步骤3)中的具体过程如下：数据处理中心将接收到将接收到的电流信号转换为差压、压力、温度信号，并在时间差内对多个管道内转换后的差压、压力峰值信号进行比较，对不符合要求的信号进行滤波，再对滤波后的差压、压力、温度信号计算，得到风量、风速、风速偏差及与四根试验管道相连的总管道的风量修正系数k。

本发明进一步的改进在于，风速偏差计算过程如下：

式中：

vn为锅炉通风试验的某根试验管道的风速，n表示试验管道的数量，并且n＝1,2,3,4；

k0为测试标准件的标定系数；

pd为锅炉通风试验的某根试验管道内的差压；

ρ为锅炉通风试验的某根试验管道内气流密度；

ρ通过以下公式(2)计算：

式中：

pa为当地大气压；

ps为锅炉通风试验的某根试验管道截面的静压；

t为锅炉通风试验的某根试验管道内的气流温度；

ρ0为标准状态下的空气密度；

采用无因次量ε来表示锅炉通风试验中四根试验管道风速偏差，按下面的公式(3)计算：

式中，w为锅炉通风试验中某根试验管道的风速，wp为锅炉通风试验中四根试验管道的平均风速；

wp＝(v1+v2+v3+v4)/4(4)

其中，v1为第一根试验根管道的风速，v2为第二根试验根管道的风速，v3为第三根试验根管道的风速，v4为第四根试验根管道的风速。

本发明进一步的改进在于，与四根试验管道相连的总管道的风量修正系数k通过以下过程得到：

按公式(8)计算得到与四根试验管道相连的总管道的风量修正系数k

k＝q∑n/qsb(8)

其中，q∑n为锅炉通风试验中某四根试验管道的风量和；

q∑n＝σqn(6)

qn＝3600×an×vn(5)

qn为锅炉通风试验中某根试验管道的风量；

an为锅炉通风试验中某根试验管道的截面积；

vn为锅炉通风试验的某根试验试验管道的风速；

n表示试验管道的数量，并且n＝1,2,3,4；

其中，qsb为与四根试验管道入口处相连的总管道的风量装置的风量；

a为与四根试验管道入口处相连的总管道的截面积；

ksb为与四根试验管道入口处相连的总管道上差压装置的出厂系数；

pd为锅炉通风试验的某根试验管道内的差压；

ρ0为标准状态下的空气密度；

pa为当地大气压；

ps为锅炉通风试验的某根试验管道截面的静压；

t为锅炉通风试验的某根试验管道内的气流温度。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：

本发明通过现场采集元件，实时测量多个管道内的差压、压力和温度，经信号转化后传输给数据采集中心，数据采集中心实时将接收到的信号经数据线发送至数据处理中心，数据处理中心将接收数据采集设备的数据进行分析、计算、储存以及显示结果，并将实验进程指令下达给现场试验调整执行器，现场试验调整执行器，用于接收来至数据处理中心的指令，调整系统的试验工况，本系统结构简单，能够完成数据的采集。

本发明通过计算风量、风速以及风速变差，当风速偏差不在±5％以内，则调整一根或多根试验管内的风速，使得风速偏差在±5％以内，实现了通风试验数据可用计算机在线实时连续采集、分析、计算，并将试验结果实时直观的反馈给试验人员，克服了现有试验方法只能通过试验人员手动采集数据、手动计算、采集工况点有限，采集数据量有限，采集周期长，采集数据精度无法保证、计算结果无法实现实时可视化等困难。采用本发明系统和方法，试验工况可实现0-100％工况连续采集，并绘制相应工况下的管道性能曲线，根据管道性能曲线建立相应的控制模型，实现对锅炉燃烧的精确控制，使锅炉经济运行。本发明具有采集数据量大、采集周期短、采集数据精度高的优点，且可以在采集过程中踢除数据峰值，实现人工不可替代的数据判别和数据处理能力，提高试验数据的信息量，为实现系统智能自动控制架构获得关键数据。

附图说明

图1为本发明的一种锅炉通风试验数据在线采集分析处理系统的示意图；

图2为本发明的一种锅炉通风试验数据在线采集分析的处理方法的流程图。

图中，1为现场采集元件，2为信号传输屏蔽电缆，3为数据采集中心，4为usb传输数据线，5为无线数据传输设备，6为数据处理中心，7为现场试验调整执行器。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

本发明提供一种锅炉通风试验数据在线采集分析处理系统，如图1所示，包括数据处理中心、数据采集中心、现场试验调整执行器7和多组现场采集元件；

所述现场采集元件1，用于实时测量多个管道内的差压、压力和温度，经信号转化后传输给数据采集中心；

所述现场采集元件1包括差压取压测量元件、压差变送器、压力取压测量元件、压力变送器和温度变送器；

差压取压测量元件，用于实时测量管道内的气流差压信号，并经传压导管后将气流差压信号传送至压差变送器；

压差变送器，用于接收到的气流差压信号转化成4～20ma电流信号，并实时传送给数据采集中心；

压力取压测量元件，用于实时测量多个管道内的气流压力信号，并将气流压力信号传送给压力变送器；

压力变送器，用于将接收到的气流压力信号转化成4～20ma电流信号，并实时传送给数据采集中心；

温度变送器，用于将实时测量的多个管道内的气流温度实时传送给数据采集中心。

所述数据采集中心，用于实时将接收到的信号经数据线(或无线数据传输设备5)发送至数据处理中心；数据采集中心包括现场数据监视中心，用于实时监视调整的实验结果能够在实验现场移动。即数据采集中心包括两台计算机，其中一台计算机作为现场数据监视中心，并能够移动，可以到现场根据调整结果进行当场查看调整后的结果。

所述数据处理中心，用于将接收数据采集设备的数据进行分析、计算、储存以及显示结果，并将实验进程指令下达给现场试验调整执行器；

所述现场试验调整执行器7，用于接收来至数据处理中心的指令，调整系统的试验工况。

如图2所示，一种上述系锅炉通风试验数据在线采集系统的分析处理方法，包括以下步骤：

1)通过现场采集元件实时采集锅炉的多个试验管道内的差压、压力和温度，并将信号发送至数据采集中心；

2)数据采集中心实时将接收到的信号通过usb数据线或无线数据传输设备5传送至数据处理中心；

3)数据处理中心将接收到将接收到的电流信号转换为差压、压力、温度信号，并在一定时间差(1秒钟)内对多个管道内采集到的差压、压力峰值信号进比较，对不符合要求的信号进行滤波，再对滤波后的差压、压力、温度信号计算，得到风量、风速、风速偏差。其中，不符合要求的信号是不符合设定时间的阈值范围的信号或在同一时间点某阶跃性的信号只存在某根试验管道上，具体为，11秒后采集到的峰值信号若是超过10秒钟内所采集信号的平均值或1秒钟内同时试验的管道中只有一根的信号发生变化且变化幅值超过本根管道前3秒的平均值则为不符合要求的信号。计算具体过程如下：

风速偏差计算过程如下：

式中：

vn为锅炉通风试验的某根试验管道的风速，n表示试验管道的数量，并且n＝1,2,3,4；

k0为测试标准件的标定系数；

pd为锅炉通风试验的某根试验管道内的差压；

ρ为锅炉通风试验的某根试验管道内气流密度；

ρ通过以下公式(2)计算：

式中：

pa为当地大气压；

ps为锅炉通风试验的某根试验管道截面的静压；

t为锅炉通风试验的某根试验管道内的气流温度；

ρ0为标准状态下的空气密度；

采用无因次量ε来表示锅炉通风试验中四根试验管道风速偏差，按下面的公式(3)计算：

式中，w为锅炉通风试验中某根试验管道的风速，wp为锅炉通风试验中四根试验管道的平均风速；

wp＝(v1+v2+v3+v4)/4(4)

其中，v1为第一根试验根管道的风速，v2为第二根试验根管道的风速，v3为第三根试验根管道的风速，v4为第四根试验根管道的风速。

若是风速偏差不在±5％以内，则调整一根或多根试验管内的风速，使得风速偏差在±5％以内；

目前，与四个试验管道相连的总管道的风量测装置安装位置的直管段不能满足上游直管段长8～10d(d为被测管道当量内径)、下游直管段长1～2d的要求，所测得风量与实际存在较大的偏差，需要通过通风试验精确的测得与四根试验管道相连的总管道的风量修正系数k，计算过程如下：

按公式(8)计算得到与四根试验管道相连的总管道的风量修正系数k

k＝q∑n/qsb(8)

其中，q∑n为锅炉通风试验中某四根试验管道的风量和；

q∑n＝σqn(6)

qn＝3600×an×vn(5)

qn为锅炉通风试验中某根试验管道的风量；

an为锅炉通风试验中某根试验管道的截面积；

vn为锅炉通风试验的某根试验试验管道的风速；

n表示试验管道的数量，并且n＝1,2,3,4；

q∑n＝σqn＝q1+q2+q3+q4

其中，q1为第一根试验根管道的风量，q2为第二根试验根管道的风量，q3为第三根试验根管道的风量，q4为第四根试验根管道的风量；

其中，qsb为与四根试验管道入口处相连的总管道的风量装置的风量；

a为与四根试验管道入口处相连的总管道的截面积；

ksb为与四根试验管道入口处相连的总管道上差压装置的出厂系数；ksb的数值在每套装置说明书可以查询；

pd为锅炉通风试验的某根试验管道内的差压；

ρ0为标准状态下的空气密度；

pa为当地大气压；

ps为锅炉通风试验的某根试验管道截面的静压；

t为锅炉通风试验的某根试验管道内的气流温度。

数据处理中心将风量、风速、风速偏差以及与四根试验管道相连的总管道的风量修正系数k实时在计算机上显示，同时储存数据，并下发试验指令给现场试验调整执行器7；

4)现场试验调整执行器将接收到数据处理中心试验指令，调整试管道内的风量直到0-100％工况全部测量结束，得到相应工况下的管道性能曲线，管道性能曲线的具体可以为风量-时间的曲线，风速-时间的曲线，风速偏差-时间的曲线，风量-修正系数的曲线等。根据管道性能曲线建立相应的控制模型，实现对锅炉燃烧更加精确的控制，使锅炉经济运行。

数据采集中心4连接有无线数据传输设备5。为了方便试验数据的采集和传输，本发明中数据采集中心可以采用多种传输方式，可以通过usb高速数据线传输，也可以通过无线设备广播形式送输，多种形式接收传送数据，可以适应更复杂的试验环境。

在本发明中，数据采集中心对现场多组元件信号的采集，采用信号传输屏蔽电缆2传输数据给数据采集中心3，保证传输过程中不受外来信号的影响，保证采集数据真实可靠、安全。数据采集中心3通过usb传输数据线4将信号传输给数据处理中心6。

本发明通过差压取压装置、压力取压装置和测温装置经过差压变送器、压力变送器和温度变送器转化成采集设备可以识别的信号，通过数据处理中心对采集数据的分类处理和计算，完成锅炉通风试验数据实时在线连续分析处理和计算，并显示结果，并自动将试验进程发送至现场试验调整执行器，执行下一个试验工况。