一種燃煤電站鍋爐熱效率的實(shí)時(shí)測(cè)量方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種燃煤電站鍋爐熱效率的實(shí)時(shí)測(cè)量方法，所述方法步驟包括：步驟1、根據(jù)鍋爐運(yùn)行設(shè)計(jì)規(guī)程獲得鍋爐結(jié)構(gòu)參數(shù)，從DCS控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)讀取給定時(shí)刻下的運(yùn)行工況測(cè)點(diǎn)實(shí)時(shí)值；步驟2、基于工質(zhì)物性參數(shù)庫(kù)和煙氣物性參數(shù)庫(kù)計(jì)算工質(zhì)的比焓和密度及煙氣的比熱和密度；步驟3、根據(jù)鍋爐側(cè)蒸發(fā)系統(tǒng)模型、換熱器系統(tǒng)（分過(guò)熱器系統(tǒng)和再熱器系統(tǒng)兩部分）模型、熱損失模型，分別確定鍋爐側(cè)各部分能量輸出和該給定時(shí)刻下的總能量輸出；步驟4、確定鍋爐熱效率。本發(fā)明可用于在線測(cè)量鍋爐熱效率，并進(jìn)一步為廠級(jí)負(fù)荷調(diào)度提供技術(shù)支撐。
【專利說(shuō)明】一種燃煤電站鍋爐熱效率的實(shí)時(shí)測(cè)量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及火力發(fā)電控制領(lǐng)域的一種鍋爐熱效率實(shí)時(shí)測(cè)量方法，具體地，涉及一種燃煤電站基于鍋爐側(cè)機(jī)理模型和DCS實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的鍋爐熱效率的實(shí)時(shí)測(cè)量方法。
【背景技術(shù)】
[0002]燃煤火力電站是我國(guó)電力工業(yè)的主體，也是節(jié)能減排的重點(diǎn)領(lǐng)域。鍋爐是燃煤化學(xué)能釋放出熱能的場(chǎng)所，同時(shí)也是燃煤電站污染物排放的主要設(shè)備，因此鍋爐燃燒優(yōu)化實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排一直是火電領(lǐng)域的重點(diǎn)研究方向。鍋爐熱效率是鍋爐燃燒優(yōu)化的一個(gè)重要表現(xiàn)指標(biāo)，實(shí)時(shí)監(jiān)控鍋爐熱效率的變化情況，為進(jìn)一步的燃燒優(yōu)化、廠級(jí)負(fù)荷調(diào)度提供數(shù)據(jù)支持，具有重要的意義。目前，鍋爐熱效率計(jì)算方法大致有正平衡與反平衡兩種，正平衡方法是指用鍋爐中工質(zhì)有效吸收的能量除以燃煤釋放總能量得到鍋爐熱效率，而反平衡則是根據(jù)估算各部分能量損失，間接計(jì)算鍋爐熱效率。我國(guó)多數(shù)燃煤電站主要采用GB10184-88方法或美國(guó)ASME方法等基于反平衡的熱力試驗(yàn)方法，對(duì)鍋爐性能定期離線評(píng)估，還無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)鍋爐熱效率的實(shí)時(shí)準(zhǔn)確監(jiān)控。
[0003]經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的檢索，中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?0121093799.1，
【公開日】2012_6_13，記
載了一種基于煤質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)的鍋爐熱效率在線監(jiān)測(cè)方法，首先假定一個(gè)鍋爐熱效率，進(jìn)而通過(guò)熱力計(jì)算得到燃煤低位發(fā) 熱量，然后根據(jù)煤質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)判斷出煤中及其元素組成，再基于此煤質(zhì)運(yùn)用反平衡計(jì)算得到另一個(gè)鍋爐熱效率，當(dāng)兩者偏差在允許范圍內(nèi)時(shí)則輸出該鍋爐熱效率，否則假設(shè)一個(gè)新的鍋爐熱效率繼續(xù)迭代。該方法首先需要建立煤質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)，且假定煤質(zhì)與元素組分之間具有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，由于電站煤種不穩(wěn)定，實(shí)際情況下很難成立?’另外，采用迭代方法耗時(shí)較多，難以實(shí)現(xiàn)在線的實(shí)時(shí)測(cè)量鍋爐熱效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種燃煤電站鍋爐熱效率的實(shí)時(shí)測(cè)量方法，該方法充分利用DCS控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，結(jié)合鍋爐側(cè)蒸發(fā)系統(tǒng)模型、換熱器系統(tǒng)模型、熱損失模型，確定鍋爐熱效率。對(duì)鍋爐熱效率實(shí)時(shí)準(zhǔn)確確定有助于燃煤機(jī)組的燃燒優(yōu)化，同時(shí)可以為廠級(jí)負(fù)荷調(diào)度提供技術(shù)支持。
[0005]為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明提供一種燃煤電站鍋爐熱效率的實(shí)時(shí)測(cè)量方法，該方法包括以下步驟:
[0006]步驟一、根據(jù)鍋爐運(yùn)行設(shè)計(jì)規(guī)程，獲得鍋爐以下結(jié)構(gòu)參數(shù):各級(jí)換熱器管道沿工質(zhì)流動(dòng)方向的總長(zhǎng)度、截面積分布、換熱器金屬壁質(zhì)量；從DCS控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)里讀取給定時(shí)刻下的運(yùn)行工況實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，具體包括:汽包壓力、主蒸汽質(zhì)量流量、熱再熱蒸汽質(zhì)量流量、省煤器出口給水質(zhì)量流量、各級(jí)換熱器測(cè)點(diǎn)處的工質(zhì)溫度和壓力、換熱器金屬壁溫度、煙道出口引風(fēng)機(jī)處的排煙溫度、體積流量、鍋爐負(fù)荷和環(huán)境大氣壓力；
[0007]步驟二、根據(jù)工質(zhì)物性參數(shù)庫(kù)及汽包壓力，計(jì)算該給定時(shí)刻下汽包出口飽和蒸汽比焓和密度，同時(shí)設(shè)各級(jí)換熱器相鄰關(guān)鍵測(cè)點(diǎn)之間工質(zhì)的溫度、壓力呈線性分布，并按固定離散化長(zhǎng)度將各級(jí)換熱器劃分為一系列離散微元，計(jì)算各微元的工質(zhì)比焓和密度；根據(jù)煙氣物性參數(shù)庫(kù)及尾煙氣溫度、壓力、大氣壓力，計(jì)算該給定時(shí)刻下尾煙氣的比熱和密度；
[0008]步驟三、根據(jù)鍋爐側(cè)蒸發(fā)系統(tǒng)模型、換熱器系統(tǒng)模型、熱損失模型，分別計(jì)算鍋爐側(cè)各部分能量輸出，進(jìn)而得到該給定時(shí)刻下的工質(zhì)有效吸收的能量和燃煤完全燃燒釋放的總能量；
[0009]步驟四、由工質(zhì)有效吸收的能量與總能量輸出確定鍋爐熱效率。
[0010]優(yōu)選地，步驟三所述的蒸發(fā)系統(tǒng)模型，是指汽包、下降管、水冷壁組成的整個(gè)汽水系統(tǒng)的能量和質(zhì)量動(dòng)態(tài)機(jī)理模型，用于計(jì)算水冷壁中被工質(zhì)有效吸收的能量。
[0011]優(yōu)選地，步驟三所述的換熱器系統(tǒng)模型，是指是指由各級(jí)過(guò)熱/再熱換熱器的能量和質(zhì)量動(dòng)態(tài)機(jī)理模型和省煤器的能量機(jī)理模型組成的整個(gè)換熱器系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)機(jī)理模型，用于計(jì)算換熱器系統(tǒng)中被工質(zhì)有效吸收的能量。
[0012]優(yōu)選地，步驟三所述各級(jí)過(guò)熱/再熱器的能量和質(zhì)量動(dòng)態(tài)機(jī)理模型，是指設(shè)各級(jí)過(guò)熱/再熱換熱器相鄰測(cè)點(diǎn)之間工質(zhì)的溫度、壓力呈線性分布，并以固定離散化長(zhǎng)度管段劃分微元，根據(jù)質(zhì)量、能量動(dòng)態(tài)衡算方程，進(jìn)而計(jì)算各級(jí)過(guò)熱/再熱換熱器中被工質(zhì)有效吸收的能量，過(guò)熱換熱器系統(tǒng)與再熱換熱器系統(tǒng)計(jì)算方法相同。具體地:
[0013]質(zhì)量動(dòng)態(tài)衡算方程:
【權(quán)利要求】
1.一種燃煤電站鍋爐熱效率的實(shí)時(shí)測(cè)量方法，其特征在于，該方法包括以下步驟: 步驟一、根據(jù)鍋爐運(yùn)行設(shè)計(jì)規(guī)程，獲得鍋爐以下結(jié)構(gòu)參數(shù):各級(jí)換熱器管道沿工質(zhì)流動(dòng)方向的總長(zhǎng)度、截面積分布、換熱器金屬壁質(zhì)量；從DCS控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)里讀取給定時(shí)刻下的運(yùn)行工況實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，該實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)包括:汽包壓力、主蒸汽質(zhì)量流量、熱再熱蒸汽質(zhì)量流量、省煤器出口給水質(zhì)量流量、各級(jí)換熱器測(cè)點(diǎn)處的工質(zhì)溫度和壓力、換熱器金屬壁溫度、煙道出口引風(fēng)機(jī)處的排煙溫度、體積流量、鍋爐負(fù)荷和環(huán)境大氣壓力； 步驟二、根據(jù)工質(zhì)物性參數(shù)庫(kù)及汽包壓力，計(jì)算該給定時(shí)刻下汽包出口飽和蒸汽比焓和密度，同時(shí)設(shè)各級(jí)換熱器相鄰關(guān)鍵測(cè)點(diǎn)之間工質(zhì)的溫度、壓力呈線性分布，并按固定離散化長(zhǎng)度將各級(jí)換熱器劃分為一系列離散微元，計(jì)算各微元的工質(zhì)比焓和密度；根據(jù)煙氣物性參數(shù)庫(kù)及尾煙氣溫度、壓力、大氣壓力，計(jì)算該給定時(shí)刻下尾煙氣的比熱和密度； 步驟三、根據(jù)鍋爐側(cè)蒸發(fā)系統(tǒng)模型、換熱器系統(tǒng)模型、熱損失模型，分別計(jì)算鍋爐側(cè)各部分能量輸出，進(jìn)而得到該給定時(shí)刻下的工質(zhì)有效吸收的能量和燃煤完全燃燒釋放的總能量; 步驟四、由工質(zhì)有效吸收的能量與總能量輸出確定鍋爐熱效率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種燃煤電站鍋爐熱效率的實(shí)時(shí)測(cè)量方法，其特征在于，步驟三中，所述的蒸發(fā)系統(tǒng)模型，是指汽包、下降管、水冷壁組成的整個(gè)汽水系統(tǒng)的能量和質(zhì)量動(dòng)態(tài)機(jī)理模型，用于計(jì)算水冷壁中被工質(zhì)有效吸收的能量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種燃煤電站鍋爐熱效率的實(shí)時(shí)測(cè)量方法，其特征在于，步驟三中，所述的換熱器系 統(tǒng)模型，是指由各級(jí)過(guò)熱/再熱換熱器的能量和質(zhì)量動(dòng)態(tài)機(jī)理模型和省煤器的能量機(jī)理模型組成的整個(gè)換熱器系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)機(jī)理模型，用于計(jì)算換熱器系統(tǒng)中被工質(zhì)有效吸收的能量，即: 所述各級(jí)過(guò)熱/再熱器的能量和質(zhì)量動(dòng)態(tài)機(jī)理模型，是指設(shè)各級(jí)過(guò)熱/再熱換熱器相鄰測(cè)點(diǎn)之間工質(zhì)的溫度、壓力呈線性分布，并以固定離散化長(zhǎng)度管段劃分微元，根據(jù)質(zhì)量、能量動(dòng)態(tài)衡算方程，進(jìn)而計(jì)算各級(jí)過(guò)熱/再熱換熱器中被工質(zhì)有效吸收的能量，過(guò)熱換熱器系統(tǒng)與再熱換熱器系統(tǒng)計(jì)算方法相同，具體地: 質(zhì)量動(dòng)態(tài)衡算方程:
X/0.1X/0.1
D{k)-D(Jc-1)=Yj p.(k )At.0,1 - [ -1) 4 0.1
^lD =_-姆-丨) 詔I丄outA 丄j^out atAt 式中，t表示時(shí)間，k表示當(dāng)前給定時(shí)刻，k-1表示前一時(shí)刻山是工質(zhì)流經(jīng)過(guò)熱器系統(tǒng)或再熱器系統(tǒng)的通道總長(zhǎng)度，常數(shù)0.1表示空間離散化步長(zhǎng)，i表示離散微元序列號(hào)；At表示DCS控制系統(tǒng)采樣時(shí)間；D為蓄積在過(guò)熱/再熱換熱器系統(tǒng)中的工質(zhì)總質(zhì)量；P i為過(guò)熱/再熱換熱器系統(tǒng)第i個(gè)離散微元內(nèi)工質(zhì)的密度Ai為過(guò)熱/再熱換熱器系統(tǒng)第i個(gè)離散微元的等效流通面積；Din、Dwt分別為過(guò)熱/再熱換熱器系統(tǒng)入口、出口蒸汽質(zhì)量流量； 能量動(dòng)態(tài)衡算方程: E(k)- E(k — \) 二 ΡΜ)ΗΜ)Λp,(k -\)h,(k
i=lz-1(3)
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種燃煤電站鍋爐熱效率的實(shí)時(shí)測(cè)量方法，其特征在于，步驟三中，所述的熱損失模型，是指各部分熱損失的經(jīng)驗(yàn)公式模型，用于計(jì)算各部分熱損失，熱損失包括排煙熱損失能量Q2、化學(xué)不完全燃燒熱損失能量Q3、機(jī)械不完全燃燒熱損失能量Q4、鍋爐散熱損失能量Q5、灰渣物理熱損失能量Q6;所述工質(zhì)有效吸收的能量Q1和燃煤完全燃燒釋放的總能量Qsum確定方法為: Qs?= (?+?+?+?+?)/^-?)
Qi — Qgr+Qzr+Qsm+Qsib 上式中:Qgr、Qzr、Qsm分別表示各級(jí)過(guò)熱器、各級(jí)再熱器、省煤器中工質(zhì)有效吸收的能量，Qslb表示蒸發(fā)系統(tǒng)中工質(zhì)有效吸收的能量，q5表示鍋爐散熱損失能量Q5占總能量輸出Qsum的比例，利用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算得到。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種燃煤電站鍋爐熱效率的實(shí)時(shí)測(cè)量方法，其特征在于，步驟四中，所述鍋爐熱效率n采用正平衡方法確定，即:
【文檔編號(hào)】F22B37/38GK103778334SQ201410025514
【公開日】2014年5月7日 申請(qǐng)日期:2014年1月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月20日
【發(fā)明者】徐亮, 袁景淇, 于彤, 胡斌, 云濤, 屠慶, 徐青, 王景成 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué), 上海工業(yè)自動(dòng)化儀表研究院