一种燃煤电站锅炉热效率的实时测量方法
【专利摘要】本发明提供了一种燃煤电站锅炉热效率的实时测量方法，所述方法步骤包括：步骤1、根据锅炉运行设计规程获得锅炉结构参数，从DCS控制系统的实时数据库读取给定时刻下的运行工况测点实时值；步骤2、基于工质物性参数库和烟气物性参数库计算工质的比焓和密度及烟气的比热和密度；步骤3、根据锅炉侧蒸发系统模型、换热器系统（分过热器系统和再热器系统两部分）模型、热损失模型，分别确定锅炉侧各部分能量输出和该给定时刻下的总能量输出；步骤4、确定锅炉热效率。本发明可用于在线测量锅炉热效率，并进一步为厂级负荷调度提供技术支撑。
【专利说明】一种燃煤电站锅炉热效率的实时测量方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及火力发电控制领域的一种锅炉热效率实时测量方法，具体地，涉及一种燃煤电站基于锅炉侧机理模型和DCS实时数据的锅炉热效率的实时测量方法。
【背景技术】
[0002]燃煤火力电站是我国电力工业的主体，也是节能减排的重点领域。锅炉是燃煤化学能释放出热能的场所，同时也是燃煤电站污染物排放的主要设备，因此锅炉燃烧优化实现节能减排一直是火电领域的重点研究方向。锅炉热效率是锅炉燃烧优化的一个重要表现指标，实时监控锅炉热效率的变化情况，为进一步的燃烧优化、厂级负荷调度提供数据支持，具有重要的意义。目前，锅炉热效率计算方法大致有正平衡与反平衡两种，正平衡方法是指用锅炉中工质有效吸收的能量除以燃煤释放总能量得到锅炉热效率，而反平衡则是根据估算各部分能量损失，间接计算锅炉热效率。我国多数燃煤电站主要采用GB10184-88方法或美国ASME方法等基于反平衡的热力试验方法，对锅炉性能定期离线评估，还无法实现对锅炉热效率的实时准确监控。
[0003]经过对现有技术的检索，中国专利申请号20121093799.1，
【公开日】2012_6_13，记
载了一种基于煤质数据库的锅炉热效率在线监测方法，首先假定一个锅炉热效率，进而通过热力计算得到燃煤低位发 热量，然后根据煤质数据库判断出煤中及其元素组成，再基于此煤质运用反平衡计算得到另一个锅炉热效率，当两者偏差在允许范围内时则输出该锅炉热效率，否则假设一个新的锅炉热效率继续迭代。该方法首先需要建立煤质数据库，且假定煤质与元素组分之间具有一一对应关系，由于电站煤种不稳定，实际情况下很难成立?’另外，采用迭代方法耗时较多，难以实现在线的实时测量锅炉热效率。
【发明内容】
[0004]针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种燃煤电站锅炉热效率的实时测量方法，该方法充分利用DCS控制系统实时数据，结合锅炉侧蒸发系统模型、换热器系统模型、热损失模型，确定锅炉热效率。对锅炉热效率实时准确确定有助于燃煤机组的燃烧优化，同时可以为厂级负荷调度提供技术支持。
[0005]为实现以上目的，本发明提供一种燃煤电站锅炉热效率的实时测量方法，该方法包括以下步骤:
[0006]步骤一、根据锅炉运行设计规程，获得锅炉以下结构参数:各级换热器管道沿工质流动方向的总长度、截面积分布、换热器金属壁质量；从DCS控制系统的实时数据库里读取给定时刻下的运行工况实时数据，具体包括:汽包压力、主蒸汽质量流量、热再热蒸汽质量流量、省煤器出口给水质量流量、各级换热器测点处的工质温度和压力、换热器金属壁温度、烟道出口引风机处的排烟温度、体积流量、锅炉负荷和环境大气压力；
[0007]步骤二、根据工质物性参数库及汽包压力，计算该给定时刻下汽包出口饱和蒸汽比焓和密度，同时设各级换热器相邻关键测点之间工质的温度、压力呈线性分布，并按固定离散化长度将各级换热器划分为一系列离散微元，计算各微元的工质比焓和密度；根据烟气物性参数库及尾烟气温度、压力、大气压力，计算该给定时刻下尾烟气的比热和密度；
[0008]步骤三、根据锅炉侧蒸发系统模型、换热器系统模型、热损失模型，分别计算锅炉侧各部分能量输出，进而得到该给定时刻下的工质有效吸收的能量和燃煤完全燃烧释放的总能量；
[0009]步骤四、由工质有效吸收的能量与总能量输出确定锅炉热效率。
[0010]优选地，步骤三所述的蒸发系统模型，是指汽包、下降管、水冷壁组成的整个汽水系统的能量和质量动态机理模型，用于计算水冷壁中被工质有效吸收的能量。
[0011]优选地，步骤三所述的换热器系统模型，是指是指由各级过热/再热换热器的能量和质量动态机理模型和省煤器的能量机理模型组成的整个换热器系统的动态机理模型，用于计算换热器系统中被工质有效吸收的能量。
[0012]优选地，步骤三所述各级过热/再热器的能量和质量动态机理模型，是指设各级过热/再热换热器相邻测点之间工质的温度、压力呈线性分布，并以固定离散化长度管段划分微元，根据质量、能量动态衡算方程，进而计算各级过热/再热换热器中被工质有效吸收的能量，过热换热器系统与再热换热器系统计算方法相同。具体地:
[0013]质量动态衡算方程:
【权利要求】
1.一种燃煤电站锅炉热效率的实时测量方法，其特征在于，该方法包括以下步骤: 步骤一、根据锅炉运行设计规程，获得锅炉以下结构参数:各级换热器管道沿工质流动方向的总长度、截面积分布、换热器金属壁质量；从DCS控制系统的实时数据库里读取给定时刻下的运行工况实时数据，该实时数据包括:汽包压力、主蒸汽质量流量、热再热蒸汽质量流量、省煤器出口给水质量流量、各级换热器测点处的工质温度和压力、换热器金属壁温度、烟道出口引风机处的排烟温度、体积流量、锅炉负荷和环境大气压力； 步骤二、根据工质物性参数库及汽包压力，计算该给定时刻下汽包出口饱和蒸汽比焓和密度，同时设各级换热器相邻关键测点之间工质的温度、压力呈线性分布，并按固定离散化长度将各级换热器划分为一系列离散微元，计算各微元的工质比焓和密度；根据烟气物性参数库及尾烟气温度、压力、大气压力，计算该给定时刻下尾烟气的比热和密度； 步骤三、根据锅炉侧蒸发系统模型、换热器系统模型、热损失模型，分别计算锅炉侧各部分能量输出，进而得到该给定时刻下的工质有效吸收的能量和燃煤完全燃烧释放的总能量; 步骤四、由工质有效吸收的能量与总能量输出确定锅炉热效率。
2.根据权利要求1所述的一种燃煤电站锅炉热效率的实时测量方法，其特征在于，步骤三中，所述的蒸发系统模型，是指汽包、下降管、水冷壁组成的整个汽水系统的能量和质量动态机理模型，用于计算水冷壁中被工质有效吸收的能量。
3.根据权利要求1所述的一种燃煤电站锅炉热效率的实时测量方法，其特征在于，步骤三中，所述的换热器系 统模型，是指由各级过热/再热换热器的能量和质量动态机理模型和省煤器的能量机理模型组成的整个换热器系统的动态机理模型，用于计算换热器系统中被工质有效吸收的能量，即: 所述各级过热/再热器的能量和质量动态机理模型，是指设各级过热/再热换热器相邻测点之间工质的温度、压力呈线性分布，并以固定离散化长度管段划分微元，根据质量、能量动态衡算方程，进而计算各级过热/再热换热器中被工质有效吸收的能量，过热换热器系统与再热换热器系统计算方法相同，具体地: 质量动态衡算方程:
X/0.1X/0.1
D{k)-D(Jc-1)=Yj p.(k )At.0,1 - [ -1) 4 0.1
^lD =_-姆-丨) 诏I丄outA 丄j^out atAt 式中，t表示时间，k表示当前给定时刻，k-1表示前一时刻山是工质流经过热器系统或再热器系统的通道总长度，常数0.1表示空间离散化步长，i表示离散微元序列号；At表示DCS控制系统采样时间；D为蓄积在过热/再热换热器系统中的工质总质量；P i为过热/再热换热器系统第i个离散微元内工质的密度Ai为过热/再热换热器系统第i个离散微元的等效流通面积；Din、Dwt分别为过热/再热换热器系统入口、出口蒸汽质量流量； 能量动态衡算方程: E(k)- E(k — \) 二 ΡΜ)ΗΜ)Λp,(k -\)h,(k
i=lz-1(3)
4.根据权利要求1所述的一种燃煤电站锅炉热效率的实时测量方法，其特征在于，步骤三中，所述的热损失模型，是指各部分热损失的经验公式模型，用于计算各部分热损失，热损失包括排烟热损失能量Q2、化学不完全燃烧热损失能量Q3、机械不完全燃烧热损失能量Q4、锅炉散热损失能量Q5、灰渣物理热损失能量Q6;所述工质有效吸收的能量Q1和燃煤完全燃烧释放的总能量Qsum确定方法为: Qs?= (?+?+?+?+?)/^-?)
Qi — Qgr+Qzr+Qsm+Qsib 上式中:Qgr、Qzr、Qsm分别表示各级过热器、各级再热器、省煤器中工质有效吸收的能量，Qslb表示蒸发系统中工质有效吸收的能量，q5表示锅炉散热损失能量Q5占总能量输出Qsum的比例，利用经验公式计算得到。
5.根据权利要求1所述的一种燃煤电站锅炉热效率的实时测量方法，其特征在于，步骤四中，所述锅炉热效率n采用正平衡方法确定，即:
【文档编号】F22B37/38GK103778334SQ201410025514
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2014年1月20日 优先权日:2014年1月20日
【发明者】徐亮, 袁景淇, 于彤, 胡斌, 云涛, 屠庆, 徐青, 王景成 申请人:上海交通大学, 上海工业自动化仪表研究院