本發(fā)明屬于火力發(fā)電廠鍋爐燃燒過程監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種入爐燃煤發(fā)熱量實時監(jiān)視系統(tǒng)及其監(jiān)視方法。

背景技術(shù)：

當前，我國電力行業(yè)正在由計劃經(jīng)濟體制逐步向市場經(jīng)濟體制過渡，發(fā)電企業(yè)一方面面臨廠網(wǎng)分開、競價上網(wǎng)的電力市場競爭，另一方面由于能源緊張導致煤價上漲，進一步加大了發(fā)電企業(yè)的生產(chǎn)成本。因此發(fā)電企業(yè)迫切要求挖掘機組運行的潛力，提高機組運行效率，降低生產(chǎn)成本，提高企業(yè)競爭能力。目前，對我國的大部分火力發(fā)電廠而言，由于煤種變化大，燃用煤質(zhì)普遍較差，再加之鍋爐實際運行中，設備改造、變負荷運行、熱力實驗間隔時間長等原因，存在鍋爐燃燒達不到最佳的現(xiàn)象。

燃煤發(fā)熱量是煤種的核心參數(shù)，燃煤發(fā)熱量直接影響到機組的高效和穩(wěn)定運行，煤炭的摻燒造成煤炭的發(fā)熱量不斷變化，摻燒的比例較難以控制，造成入爐發(fā)熱量多變，經(jīng)常造成鍋爐熄火，目前缺乏有效的入爐燃煤發(fā)熱量實時在線測試手段。煤種化驗數(shù)據(jù)由于取樣和摻燒的原因，往往偏離實際數(shù)據(jù)，并且存在滯后性，對運行指導意義不強。因此迫切需要通過實時監(jiān)視入爐燃煤發(fā)熱量等核心參數(shù)來指導優(yōu)化運行，在一定范圍內(nèi)提高機組安全性、經(jīng)濟性和環(huán)保性能。

目前關(guān)于燃燒監(jiān)測的研究多集中在火電機組在線監(jiān)測，如SIS系統(tǒng)：主要基于對現(xiàn)場DCS數(shù)據(jù)采集和分析，但未對發(fā)熱量進行實時計算和數(shù)據(jù)輸出。近階段國內(nèi)多個發(fā)電廠家安裝昂貴但并不可靠的分析儀表，如煙氣排放物成分儀表來監(jiān)測鍋爐燃燒后組份，這對現(xiàn)場的測控儀表有較高的要求，不符合中國的實際國情。同時，采用一些通用技術(shù)，缺乏對鍋爐本體差異針對性處理。另外，國外的鍋爐燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)缺少本地化的開發(fā)，培訓和服務也不到位，難以適應我國工業(yè)現(xiàn)場的現(xiàn)狀。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明是針對背景技術(shù)中所述的大型火力發(fā)電站鍋爐燃燒技術(shù)存在的問題，提出一種入爐燃煤發(fā)熱量實時監(jiān)視系統(tǒng)及其監(jiān)視方法。通過本發(fā)明的監(jiān)視系統(tǒng)可在線監(jiān)測鍋爐燃燒的入爐燃煤發(fā)熱量的重要參數(shù)，給出鍋爐運行燃燒過程中的最優(yōu)發(fā)熱量參數(shù)曲線，指導機組按照最佳方式運行，從而達到提高鍋爐機組經(jīng)濟性、安全性和環(huán)保性能的目的。

實現(xiàn)本發(fā)明目的而采用的技術(shù)方案為：一種入爐燃煤發(fā)熱量實時監(jiān)視系統(tǒng)，該系統(tǒng)運用現(xiàn)代工程熱物理算法，采用現(xiàn)代計算機技術(shù)，建立對鍋爐燃燒實時監(jiān)測，該系統(tǒng)包括分別與系統(tǒng)總線連接的工程師站和操作員站，該工程師站和操作員站分別通過系統(tǒng)總線與發(fā)電機組DCS系統(tǒng)的計算服務器相連接，所述實時監(jiān)視系統(tǒng)通過以太網(wǎng)與發(fā)電機組DCS系統(tǒng)相連接，并從發(fā)電機組DCS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線上獲取實時計算數(shù)據(jù)，實時計算數(shù)據(jù)通過OPC協(xié)議發(fā)送至數(shù)據(jù)總線，供操作員站和工程師站調(diào)用。

作為本發(fā)明一選優(yōu)技術(shù)方案，本發(fā)明所述操作員站用于過程值采集、監(jiān)控、報表打??；所述工程師站用于現(xiàn)場監(jiān)控、修改控制終端。

實現(xiàn)本發(fā)明另一目的而采用的技術(shù)方案為：一種入爐燃煤發(fā)熱量實時監(jiān)視系

統(tǒng)的監(jiān)視方法，其包括以下步驟：

1)采集發(fā)電機組DCS系統(tǒng)的實時核心數(shù)據(jù)；

2)根據(jù)鍋爐熱平衡和直接能量平衡，分別計算出鍋爐和汽輪機效率及機組整體效率；

3)根據(jù)單元機組整體效率、總給煤量和總負荷，計算出對應的實時發(fā)熱量數(shù)據(jù)；

4)將實時發(fā)熱量數(shù)據(jù)通過OPC協(xié)議發(fā)送至數(shù)據(jù)總線，供操作員站和工程師站調(diào)用。

作為本發(fā)明一優(yōu)選技術(shù)方案，步驟1)中所述實時核心數(shù)據(jù)，包括：發(fā)電機組軸承負荷、主汽壓、主汽溫、調(diào)節(jié)級壓力、真空以及抽汽量和供汽量。

作為本發(fā)明另一優(yōu)選技術(shù)方案，步驟2)中采用基于神經(jīng)元及小波分析方法計算出鍋爐和汽輪機效率及機組整體效率。

作為本發(fā)明另一優(yōu)選技術(shù)方案，步驟3)中的實時發(fā)熱量高于或低于某個警戒值時，系統(tǒng)將進行警告提示。

本發(fā)明的有益效果為：

1)通過本發(fā)明的入爐煤發(fā)熱量監(jiān)測系統(tǒng)投運后，能夠指導發(fā)電廠運行人員及時準確地監(jiān)測爐內(nèi)發(fā)熱量，調(diào)整鍋爐燃燒，確保機組穩(wěn)定、高效、安全運行。

2)可結(jié)合火檢和化學化驗單可以準確地判斷出煤質(zhì)，適應鍋爐燃燒煤質(zhì)的多變問題，還可以有效防止煤種摻假的情況。

3)若發(fā)熱量估算值與化驗值及摻配單加權(quán)平均發(fā)熱量偏差大于某個值，可以認為化驗數(shù)據(jù)不準確、摻燒不均勻，或者鍋爐燃燒調(diào)整太差、機組煤耗高、整體效益差，有效解決鍋爐運行特性的最佳工況偏離問題。

4)采用本發(fā)明的入爐煤發(fā)熱量監(jiān)測系統(tǒng)后，避免鍋爐熄火事故的發(fā)生，減少因鍋爐熄火帶來的直接損失，同時采用本發(fā)明系統(tǒng)后，可降低機組供電煤耗，節(jié)約用煤成本。

附圖說明

圖1為本發(fā)明入爐燃煤發(fā)熱量實時監(jiān)視系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)圖。

圖2為本發(fā)明入爐燃煤發(fā)熱量實時監(jiān)視系統(tǒng)的工作狀態(tài)圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明的技術(shù)方案更加清晰明確，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進行進一步描述。

如圖1所示，本發(fā)明一種入爐燃煤發(fā)熱量實時監(jiān)視系統(tǒng)，該系統(tǒng)運用現(xiàn)代工程熱物理算法，采用現(xiàn)代計算機技術(shù)，建立對鍋爐燃燒實時監(jiān)測，該系統(tǒng)包括分別與系統(tǒng)總線連接的工程師站和操作員站，該工程師站和操作員站分別通過系統(tǒng)總線與發(fā)電機組DCS系統(tǒng)的計算服務器相連接，其特征在于：所述實時監(jiān)視系統(tǒng)通過以太網(wǎng)與發(fā)電機組DCS系統(tǒng)相連接，并從發(fā)電機組DCS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線上獲取實時計算數(shù)據(jù)，實時計算數(shù)據(jù)通過OPC協(xié)議發(fā)送至數(shù)據(jù)總線，供操作員站和工程師站調(diào)用。

本發(fā)明的入爐燃煤發(fā)熱量實時監(jiān)視系統(tǒng)的監(jiān)視方法，其主要包括以下步驟：

1)采集發(fā)電機組DCS系統(tǒng)的實時核心數(shù)據(jù)；

2)根據(jù)鍋爐熱平衡和直接能量平衡，分別計算出鍋爐和汽輪機效率及機組整體效率；

3)根據(jù)單元機組整體效率、總給煤量和總負荷，計算出對應的實時發(fā)熱量數(shù)據(jù)；

4)將實時發(fā)熱量數(shù)據(jù)通過OPC協(xié)議發(fā)送至數(shù)據(jù)總線，供操作員站和工程師站調(diào)用。

其中，步驟1)中所述實時核心數(shù)據(jù)，包括：發(fā)電機組軸承負荷、主汽壓、主汽溫、調(diào)節(jié)級壓力、真空以及抽汽量和供汽量。

步驟2)中采用基于神經(jīng)元及小波分析方法計算出鍋爐和汽輪機效率及機組整體效率。

步驟3)中的實時發(fā)熱量高于或低于某個警戒值時，系統(tǒng)將進行警告提示。

不同的負荷，不同的工況下機組效率不同，計算精度較高，誤差不超過2％。基本算法：

對熱力系統(tǒng)進行計算，必須已知計算工況下的機組類型、容量、初終參數(shù)、回熱參數(shù)、再熱參數(shù)及供熱抽汽參數(shù)、回熱系統(tǒng)的連接方式、機組相對內(nèi)效率、機械效率和發(fā)電機效率等。

主要是三個基本平衡公式：熱平衡公式、物質(zhì)平衡公式和汽輪機功率方程式。汽機各級抽汽量主要由加熱器熱平衡計算出：

w_s(h_s-h_d)η＝w_w(h_w1-h_w2)

式中，w_s－抽汽量；

h_s－抽汽焓，由抽汽壓力和抽汽溫度計算出；

h_d－加熱器對應的飽和水焓；

η－加熱器效率；

w_w－加熱器給水量；

h_w1－加熱器進水焓；

h_w2－加熱器出水焓；

汽輪機質(zhì)量平衡公式：

式中，D_c-新蒸汽進入凝汽器的量；

D₀-汽輪機調(diào)節(jié)級進汽量；

D_j各級抽汽量；

汽輪機功率平衡公式：

3600P_e＝W_iη_mη_g＝D₀W_iη_mη_g

式中，

η_m－汽輪機機械效率；

η_g－發(fā)電機電效率；

D_rh－再熱汽流量；

h_rh－再熱汽焓；

P_e－發(fā)電機有功；

本發(fā)明一種入爐燃煤發(fā)熱量實時監(jiān)視系統(tǒng)與鍋爐燃燒狀態(tài)聯(lián)機在線，根據(jù)現(xiàn)有的監(jiān)測數(shù)據(jù)預測燃燒過程的發(fā)展趨勢，通過對鍋爐的重要燃燒參數(shù)—入爐煤發(fā)熱量變化趨勢進行準確預測。

優(yōu)選地，本發(fā)明所述操作員站用于過程值采集、監(jiān)控、報表打?。凰龉こ處熣居糜诂F(xiàn)場監(jiān)控、修改控制終端。圖2所示為本發(fā)明入爐燃煤發(fā)熱量實時監(jiān)視系統(tǒng)的工作狀態(tài)圖，在圖界面，可實時顯示入爐燃煤發(fā)熱量數(shù)值，同時根據(jù)用戶需要，將實時數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計與分析，并生成實時趨勢圖和歷史趨勢圖，并可實時查詢對比。操作員站上不僅能對整個流程進行圖形化監(jiān)視，還具有報警記錄和歷史數(shù)據(jù)記錄功能，當實時發(fā)熱量高于或低于某個警戒值時，系統(tǒng)將進行警告提示，以提醒操作人員注意操作，比如發(fā)熱量低于某個值時應及時投油穩(wěn)燃，發(fā)熱量高時注意防止結(jié)焦，并調(diào)整燃燒等。

通過本發(fā)明的入爐煤發(fā)熱量監(jiān)測系統(tǒng)投運后，能夠指導發(fā)電廠運行人員及時準確地監(jiān)測爐內(nèi)發(fā)熱量，調(diào)整鍋爐燃燒，確保機組穩(wěn)定、高效、安全運行。

同時，結(jié)合火檢和化學化驗單可以準確地判斷出煤質(zhì)，適應鍋爐燃燒煤質(zhì)的多變問題，還可以有效防止煤種摻假的情況。

若發(fā)熱量估算值與化驗值及摻配單加權(quán)平均發(fā)熱量偏差大于某個值，可以認為化驗數(shù)據(jù)不準確、摻燒不均勻，或者鍋爐燃燒調(diào)整太差，機組煤耗高整體效益差。

采用本發(fā)明的入爐煤發(fā)熱量監(jiān)測系統(tǒng)后，避免鍋爐熄火事故的發(fā)生，減少因鍋爐熄火帶來的直接損失，同時采用本發(fā)明系統(tǒng)后，可降低機組供電煤耗，節(jié)約用煤成本。

以某發(fā)電集團下屬300MW機組為例：

2015年因為煤種變化，造成鍋爐熄火三次，2016年采用該種方法，未發(fā)生一次因煤種變化熄火的事故，減少直接經(jīng)濟損失300萬元。

采用該操作方法機組供電煤耗由336.76降至326.98g/kwh，降低達9.78g/kwh，約降低機組供電煤耗為1g/kwh，按照2016年全年73億度發(fā)電量計算，可節(jié)約標煤7300噸，全年可節(jié)約成本580萬元。