本發(fā)明涉及一種安全監(jiān)測方法，具體涉及一種電站鍋爐高溫受熱面安全性在線監(jiān)測方法。

背景技術(shù)：

鍋爐作為火電機組最重要的主機之一，保證其安全穩(wěn)定運行至關(guān)重要。目前，鍋爐事故中最多的是“四管爆破”，由于過再熱器長期工作在惡劣環(huán)境中，其超溫和爆管次數(shù)所占的比例最大。據(jù)統(tǒng)計，鍋爐高溫受熱面爆管事故占鍋爐事故的百分之六十以上。

發(fā)生爆管事故，將會降低設(shè)備的可用率，增加發(fā)電成本。若1臺300MW鍋爐爆管1次，按每次停爐搶修耗時3天，負荷率60％計算，將減少發(fā)電約1300萬kWh，加上機組啟停損失，爆管造成的直接經(jīng)濟損失是相當大的。因此，對鍋爐高溫受熱面金屬壁溫進行在線安全性監(jiān)測，對異常情況進行安全預警，從而提醒運行人員及時調(diào)整運行工況，是相關(guān)技術(shù)人員一直關(guān)心的問題。

中國專利CN 102494325B公布了一種電站鍋爐高溫管系爐內(nèi)動態(tài)壁溫監(jiān)測的方法，通過建立高溫受熱面壁溫的穩(wěn)態(tài)計算模型，實現(xiàn)了高溫管段壁溫的在線計算，然而該方法沒有區(qū)分鍋爐穩(wěn)態(tài)與非穩(wěn)態(tài)運行狀態(tài)，當鍋爐處于非穩(wěn)態(tài)運行工況時，其所建立的壁溫穩(wěn)態(tài)計算模型并不能適用，若在非穩(wěn)態(tài)條件下使用穩(wěn)態(tài)計算模型，將導致較大的計算結(jié)果偏差，從而造成鍋爐高溫受熱面安全在線監(jiān)測系統(tǒng)的失效；

中國專利CN 103672846B公布了一種鍋爐過熱器/再熱器受熱面壁溫及氧化皮厚度的監(jiān)測方法，通過建立壁溫計算的神經(jīng)網(wǎng)絡模型，實現(xiàn)壁溫的在線監(jiān)測，建立神經(jīng)網(wǎng)絡模型需要大量準確的樣本數(shù)據(jù)，然而鍋爐高溫受熱面壁溫獲取難度較大，且樣本的準確程度對計算結(jié)果的準確程度產(chǎn)生直接影響，難以實現(xiàn)工程化應用。

此外，隨著鍋爐運行工況、煤質(zhì)以及運行時間等外部條件的變化，鍋爐高溫受熱面壁溫水平是不斷變化的，在壁溫的安全性監(jiān)測過程中，如何根據(jù)上述條件變化，不斷更新高溫受熱面壁溫安全監(jiān)測判據(jù)，是鍋爐高溫受熱面安全性在線監(jiān)測系統(tǒng)必須解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種電站鍋爐高溫受熱面安全性在線監(jiān)測方法。

為了達到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

一種電站鍋爐高溫受熱面安全性在線監(jiān)測方法，其特征在于：包括數(shù)據(jù)采集與預處理模塊、鍋爐穩(wěn)態(tài)運行工況識別模塊、鍋爐高溫受熱面壁溫計算模塊以及高溫受熱面壁溫安全預警模塊；

具體步驟為：

步驟1：由數(shù)據(jù)采集與預處理模塊通過OPC方式從DCS或SIS系統(tǒng)采集鍋爐負荷、高溫受熱面進出口煙溫汽溫數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)庫接口采集關(guān)系數(shù)據(jù)庫中存放的各高溫受熱面歷史典型壁溫數(shù)據(jù)，對采樣數(shù)據(jù)進行濾波處理供其他模塊作為輸入數(shù)據(jù)使用；

步驟2：由鍋爐穩(wěn)態(tài)運行工況識別模塊判斷鍋爐機組當前是否處于穩(wěn)態(tài)運行工況，當鍋爐處于穩(wěn)態(tài)運行工況時，則執(zhí)行步驟3；否則，結(jié)束計算過程；

步驟3：由鍋爐高溫受熱面壁溫計算模塊根據(jù)鍋爐各高溫受熱面進出口煙溫、汽溫，計算各高溫受熱面金屬壁溫；

步驟4：由高溫受熱面壁溫安全預警模塊對各高溫受熱面的金屬壁溫進行在線安全預警分析，當發(fā)現(xiàn)壁溫異常時輸出壁溫安全告警。

所述鍋爐穩(wěn)態(tài)運行工況識別模塊的輸入為鍋爐實時負荷濾波值，輸出為計算使能信號，當判斷鍋爐機組處于穩(wěn)態(tài)運行工況時，輸出的計算使能信號值為1，否則，輸出的計算使能信號值為0；

判斷鍋爐機組是否處于穩(wěn)態(tài)運行工況的具體方法為：

按下式計算連續(xù)N個鍋爐負荷濾波值D_i的方差s：

式中：N為計算鍋爐負荷濾波方差的樣本數(shù)；M為鍋爐負荷濾波級數(shù)；D_i為第i個鍋爐負荷原始值；D_i′為第i個鍋爐負荷濾波值；為N個鍋爐負荷濾波值的算術(shù)平均值；M、N的取值與鍋爐負荷采樣頻率t有關(guān)，當t≤5s時，M在10～50范圍內(nèi)取值，N在10～20范圍內(nèi)取值，當t＞5s時，M、N在10以內(nèi)取值；

若連續(xù)N個鍋爐負荷濾波值D_i的方差s小于等于閾值θ時，則認為鍋爐機組當前處于穩(wěn)態(tài)狀態(tài)，否則，處于非穩(wěn)態(tài)狀態(tài)；通常情況下，閾值θ可在0.5～1.5范圍內(nèi)取值。

所述鍋爐高溫受熱面壁溫計算模塊的輸入部分包括計算使能信號、各測點采樣數(shù)據(jù)的濾波值，輸出為各高溫受熱面金屬壁溫；

高溫受熱面金屬壁溫的具體計算方法為：

式中：t_b、t_j分別為受熱面計算點的金屬壁溫和計算管的進口溫度，℃；Δi為受熱面管組中任一管段的焓增，kJ/kg；R為計算管的蒸汽比熱，kJ/(kg·℃)；D為蒸汽流量，kg/h；k_r、k_h分別為寬度和高度的吸熱偏差系數(shù)；E₀、d、l分別為計算管段的面積折算系數(shù)、長度和管外徑；q_f、p分別為屏前、屏后、屏中及屏下煙室的輻射熱負荷及其偏差系數(shù)；q_p、q_d、ξ₁、ξ₂分別為屏間煙氣輻射和對流熱負荷及其偏差系數(shù)；q_m為計算管段外壁沿周界最大熱負荷，W/m²；β、J、α₂分別為熱均流系數(shù)、管徑比和管內(nèi)蒸汽對管壁的放熱系數(shù)，W/(m²·K)；δ、λ分別為管壁厚度，m，金屬導熱系數(shù)，W/(m·K)；η、φ分別為對流熱負荷增大系數(shù)及輻射熱負荷曝光系數(shù)；H_d、H_f、H_p分別為對流受熱面積、屏輻射面積以及屏間輻射面積。

所述高溫受熱面壁溫安全預警模塊的輸入部分包括計算使能信號、鍋爐負荷、煤質(zhì)信息、各高溫受熱面金屬壁溫計算值以及各高溫受熱面歷史典型壁溫值，當判斷某高溫受熱面壁溫存在異常情況時，輸出壁溫安全告警。

所述高溫受熱面壁溫安全預警模塊通過對輸入的壁溫數(shù)據(jù)分別進行實時趨勢性分析以及歷史一致性分析，判斷高溫受熱面壁溫是否存在異常情況，具體計算方法為：

(1)實時趨勢性分析：對輸入的壁溫數(shù)據(jù)每5分鐘計算一次5分鐘平均值，若發(fā)現(xiàn)連續(xù)k個5分鐘平均值呈上升或下降趨勢，則發(fā)出告警，一般的，k可在10～20間取值；

(2)歷史一致性分析：將當前鍋爐負荷與煤質(zhì)信息與歷史典型運行數(shù)據(jù)庫進行比對，若發(fā)現(xiàn)當前某受熱面壁溫超出數(shù)據(jù)庫中典型工況下受熱面壁溫的最大或最小值時，則發(fā)出告警；

(3)上述(1)和(2)任意一項發(fā)出告警時，高溫受熱面壁溫安全預警模塊輸出安全告警。

本發(fā)明的優(yōu)點在于：

1、本發(fā)明所需的參數(shù)均可從DCS控制系統(tǒng)或電廠SIS系統(tǒng)中直接讀取，現(xiàn)場不需要額外增加分析或測量儀表等昂貴的輔助設(shè)備，可集成在已有的上位機中，成本低；

2、鍋爐高溫受熱面壁溫超溫導致爆管等事故的發(fā)生通常是一個長期緩變的量變過程，因此，建立高溫受熱面壁溫的穩(wěn)態(tài)計算模型能夠滿足實際工程需要，但在運行過程中需要自動屏蔽鍋爐非穩(wěn)態(tài)運行工況，以防計算結(jié)果的偏差，本發(fā)明建立了鍋爐穩(wěn)態(tài)與非穩(wěn)態(tài)工況在線識別模型，在監(jiān)測過程的壁溫計算時剔除了非穩(wěn)態(tài)運行狀態(tài)的情況，解決了現(xiàn)有技術(shù)在監(jiān)測過程中由于不能區(qū)分鍋爐穩(wěn)態(tài)與非穩(wěn)態(tài)運行狀態(tài)所導致在非穩(wěn)態(tài)條件下計算結(jié)果偏差大的技術(shù)問題，進而確保監(jiān)測結(jié)果準確可靠；

3、本發(fā)明具有壁溫歷史一致性分析功能，隨著鍋爐運行工況、煤質(zhì)以及運行時間等外部條件的變化，鍋爐高溫受熱面壁溫水平將不斷更新至歷史數(shù)據(jù)庫，保證鍋爐在不同運行條件下，壁溫安全監(jiān)測的準確可靠，這是現(xiàn)有監(jiān)測技術(shù)沒有實現(xiàn)的；

4、本發(fā)明可對過熱器、再熱器的所有管組進行壁溫的在線安全性監(jiān)測，設(shè)備覆蓋面較廣；

5、本發(fā)明可加載到電廠性能監(jiān)測與運行優(yōu)化的SIS系統(tǒng)模塊中，用于診斷機組運行狀態(tài)，指導鍋爐的燃燒調(diào)整與優(yōu)化控制，進一步地完善整個機組的安全與性能在線監(jiān)測系統(tǒng)，其擴展應用的范圍廣泛、方便。

附圖說明

圖1為電站鍋爐高溫受熱面安全性在線監(jiān)測方法的總體框圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來限制本發(fā)明的保護范圍。

如圖1所示，一種電站鍋爐高溫受熱面安全性在線監(jiān)測方法，包括數(shù)據(jù)采集與預處理模塊、鍋爐穩(wěn)態(tài)運行工況識別模塊、鍋爐高溫受熱面壁溫計算模塊以及高溫受熱面壁溫安全預警模塊；

具體計算步驟為：

步驟1：由數(shù)據(jù)采集與預處理模塊通過OPC方式從DCS或SIS系統(tǒng)采集鍋爐負荷、高溫受熱面進出口煙溫汽溫數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)庫接口采集關(guān)系數(shù)據(jù)庫中存放的各高溫受熱面歷史典型壁溫數(shù)據(jù)，對采樣數(shù)據(jù)進行濾波處理供其他模塊作為輸入數(shù)據(jù)使用；

步驟2：由鍋爐穩(wěn)態(tài)運行工況識別模塊判斷鍋爐機組當前是否處于穩(wěn)態(tài)運行工況，當鍋爐處于穩(wěn)態(tài)運行工況時，則執(zhí)行步驟3；否則，結(jié)束計算過程；

步驟3：由鍋爐高溫受熱面壁溫計算模塊根據(jù)鍋爐各高溫受熱面進出口煙溫、汽溫，計算各高溫受熱面金屬壁溫；

步驟4：由高溫受熱面壁溫安全預警模塊對各高溫受熱面的金屬壁溫進行在線安全預警分析，當發(fā)現(xiàn)壁溫異常時輸出壁溫安全告警。

鍋爐穩(wěn)態(tài)運行工況識別模塊的輸入為鍋爐實時負荷濾波值，輸出為計算使能信號，當判斷鍋爐機組處于穩(wěn)態(tài)運行工況時，輸出的計算使能信號值為1，否則，輸出的計算使能信號值為0；

判斷鍋爐機組是否處于穩(wěn)態(tài)運行工況的具體方法為：

按下式計算連續(xù)N個鍋爐負荷濾波值D_i的方差s：

式中：N為計算鍋爐負荷濾波方差的樣本數(shù)；M為鍋爐負荷濾波級數(shù)；D_i為第i個鍋爐負荷原始值；D_i′為第i個鍋爐負荷濾波值；為N個鍋爐負荷濾波值的算術(shù)平均值；M、N的取值與鍋爐負荷采樣頻率t有關(guān)；

若連續(xù)N個鍋爐負荷濾波值D_i的方差s小于等于閾值θ時，則認為鍋爐機組當前處于穩(wěn)態(tài)狀態(tài)，否則，處于非穩(wěn)態(tài)狀態(tài)；通常情況下，閾值θ可在0.5～1.5范圍內(nèi)取值。

鍋爐高溫受熱面壁溫計算模塊的輸入部分包括計算使能信號、各測點采樣數(shù)據(jù)的濾波值，輸出為各高溫受熱面金屬壁溫；

高溫受熱面金屬壁溫的具體計算方法為：

式中：t_b、t_j分別為受熱面計算點的金屬壁溫和計算管的進口溫度，℃；Δi為受熱面管組中任一管段的焓增，kJ/kg；R為計算管的蒸汽比熱，kJ/(kg·℃)；D為蒸汽流量，kg/h；k_r、k_h分別為寬度和高度的吸熱偏差系數(shù)；E₀、d、l分別為計算管段的面積折算系數(shù)、長度和管外徑；q_f、p分別為屏前、屏后、屏中及屏下煙室的輻射熱負荷及其偏差系數(shù)；q_p、q_d、ξ₁、ξ₂分別為屏間煙氣輻射和對流熱負荷及其偏差系數(shù)；q_m為計算管段外壁沿周界最大熱負荷，W/m²；β、J、α₂分別為熱均流系數(shù)、管徑比和管內(nèi)蒸汽對管壁的放熱系數(shù)，W/(m²·K)；δ、λ分別為管壁厚度，m，金屬導熱系數(shù)，W/(m·K)；η、φ分別為對流熱負荷增大系數(shù)及輻射熱負荷曝光系數(shù)；H_d、H_f、H_p分別為對流受熱面積、屏輻射面積以及屏間輻射面積。

高溫受熱面壁溫安全預警模塊的輸入部分包括計算使能信號、鍋爐負荷、煤質(zhì)信息、各高溫受熱面金屬壁溫計算值以及各高溫受熱面歷史典型壁溫值，當判斷某高溫受熱面壁溫存在異常情況時，輸出壁溫安全告警。

高溫受熱面壁溫安全預警模塊對輸入的壁溫數(shù)據(jù)分別進行實時趨勢性分析以及歷史一致性分析，具體計算方法為：

(1)實時趨勢性分析：對輸入的壁溫數(shù)據(jù)每5分鐘計算一次5分鐘平均值，若發(fā)現(xiàn)連續(xù)k個5分鐘平均值呈上升或下降趨勢，則發(fā)出告警，一般的，k可在10～20間取值；

(2)歷史一致性分析：將當前鍋爐負荷與煤質(zhì)信息與歷史典型運行數(shù)據(jù)庫進行比對，若發(fā)現(xiàn)當前某受熱面壁溫超出數(shù)據(jù)庫中典型工況下受熱面壁溫的最大或最小值時，則發(fā)出告警；

(3)上述(1)和(2)任意一項發(fā)出告警時，高溫受熱面壁溫安全預警模塊輸出安全告警。

上述系統(tǒng)所需的參數(shù)均可從DCS控制系統(tǒng)或電廠SIS系統(tǒng)中直接讀取，現(xiàn)場不需要額外增加分析或測量儀表等昂貴的輔助設(shè)備，可集成在已有的上位機中，成本低；鍋爐高溫受熱面壁溫超溫導致爆管等事故的發(fā)生通常是一個長期緩變的量變過程，因此，建立高溫受熱面壁溫的穩(wěn)態(tài)計算模型能夠滿足實際工程需要，但在運行過程中需要自動屏蔽鍋爐非穩(wěn)態(tài)運行工況，以防計算結(jié)果的偏差，上述系統(tǒng)建立了鍋爐穩(wěn)態(tài)與非穩(wěn)態(tài)工況在線識別模型，保證監(jiān)測結(jié)果準確可靠；上述系統(tǒng)具有壁溫歷史一致性分析功能，隨著鍋爐運行工況、煤質(zhì)以及運行時間等外部條件的變化，鍋爐高溫受熱面壁溫水平將不斷更新至歷史數(shù)據(jù)庫，保證鍋爐在不同運行條件下，壁溫安全監(jiān)測的準確可靠；上述系統(tǒng)可對過熱器、再熱器的所有管組進行壁溫的在線安全性監(jiān)測，設(shè)備覆蓋面較廣；上述系統(tǒng)可加載到電廠性能監(jiān)測與運行優(yōu)化的SIS系統(tǒng)模塊中，用于診斷機組運行狀態(tài)，指導鍋爐的燃燒調(diào)整與優(yōu)化控制，進一步地完善整個機組的安全與性能在線監(jiān)測系統(tǒng)，其擴展應用的范圍廣泛、方便。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進和變形，這些改進和變形也應視為本發(fā)明的保護范圍。