CN101832541B

CN101832541B - 电站锅炉过热器再热器自寻最优热偏差工况方法

Info

Publication number: CN101832541B
Application number: CN2010101743215A
Authority: CN
Inventors: 杨凯镟; 张妮乐; 刘进; 陶丽; 王飞; 丁士发; 陈朝松
Original assignee: Power Equipment Engineering Co Ltd Of Shanghai Power Equipment Research Institute; Shanghai Power Equipment Research Institute Co Ltd
Current assignee: Power Equipment Engineering Co Ltd Of Shanghai Power Equipment Research Institute; Shanghai Power Equipment Research Institute Co Ltd
Priority date: 2010-05-14
Filing date: 2010-05-14
Publication date: 2012-02-01
Anticipated expiration: 2030-05-14
Also published as: CN101832541A

Abstract

本发明提供了一种电站锅炉过热器再热器自寻最优热偏差工况方法，其步骤为通过在线采集当前运行方式下的基本工况信息，保存到数据库中。通过服务程序定时搜索程序触发间隔时间内的最优热偏差工况信息，以工况时间内热偏差评价值均值较小、方差较小和工况持续时间较长为目标，并把搜索记录保存到最优工况表中。本发明的优点是可以自动搜索并保存每个时刻实际发电负荷、磨煤机组合下的最优热偏差系数、配风方式、燃烧器摆角等工况参数，根据当前实时发电负荷、磨煤机组合显示对应的最优热偏差系数和配风方式、燃烧器摆角等参数，以对实际的运行人员提供运行指导。

Description

电站锅炉过热器再热器自寻最优热偏差工况方法

技术领域

本发明涉及一种电站锅炉过热器再热器自寻最优热偏差工况方法，通过在线评价当前锅炉运行方式的安全性，在当前参数下自寻最优运行方式以优化运行，解决在满足锅炉热偏差安全性的条件下提高锅炉运行的经济性。

背景技术

随着我国电力工业的高速发展及能耗和环保的要求，目前成批量投入了超临界和超超临界火力发电机组。这些机组的高温过热器和高温再热器受热面大量采用了含铬量为18％-25％的奥氏体钢管。即使采用了如此耐高温材料，如果在运行中热偏差太大或发生突发性扰动，仍会发生超温爆管事故。

为了解决锅炉运行过程中热偏差太大的问题，现在采用在线监测的手段来动态计算和显示炉内管壁温度。但在实际生产过程中还不能对各种工况下的生产做出最优化指导。

发明内容

本发明的目的是提供一种全局最优化方法，使得锅炉在运行过程中能在当前参数下自寻最优运行方式。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种电站锅炉过热器再热器自寻最优热偏差工况方法，其特征在于，步骤为：

步骤1、根据锅炉运行的时间段、磨煤机组合及初始化发电负荷选择数据记录集，再在数据记录集中刷选出时间连续工况并根据得到的数据记录集确定在锅炉运行的时间段内所有工况持续时间段，步骤1包括：

步骤1.1根据锅炉运行的时间段、磨煤机组合及初始化发电负荷选择数据记录集；

步骤1.2创建最优工况表并计算数据记录集中工况持续时间；

步骤2、计算每个工况持续时间段内的锅炉热偏差评价值

步骤2.1、对于末级过热器j片片屏，每片屏上温度测点对应的热偏差系数为T_i，则热偏差评价值TPwhole_MG为：

TPwhole_MG = Σ_{i = 1}^{j} {(T_{i} - 1)}^{2} + k * (\max_{i = 1}^{j} T_{i} - \min_{i = 1}^{j} T_{i}),

其中，k＝1，2，…，100；

步骤2.2、对于末级再热器l片片屏，每片屏上温度测点对应的热偏差系数为T_i，则热偏差评价值TPwhole_MZ为：

TPwhole_MZ = Σ_{i = 1}^{l} {(T_{i} - 1)}^{2} + k * (\max_{i = 1}^{l} T_{i} - \min_{i = 1}^{l} T_{i}),

其中，k＝1，2，…，100；

步骤2.3、末级过热器末级再热器整体热偏差评价值为TPwhole，则TPwhole＝TPwhole_MZ+TPwhole_MG，热偏差评价值越小，认为热偏差曲线越优；

步骤2.4、对得到的所有工况持续时间段的热偏差评价值TPwhole取样，取样个数为n，n≥10，得到热偏差评价值均值AVGTPwhole：

以及热偏差评价值方差STDEVTPwhole：

STDEVTPwhole = Σ_{i = 1}^{n} {({TPwhole}_{i} - AVGTPwhole)}^{2};

步骤3、剔除热偏差评价值方差大于1的工况；

步骤4、计算稳定工况下最优热偏差工况整体评价值GKHeatErrWhole：

GKHeatErrWhole＝duration-AVGTPwhole*STDEVTPwhole，其中，duration是稳定工况持续时间，稳定工况下最优热偏差工况整体评价值GKHeatErrWhole越大代表工况越容易重复再现；

步骤5、将最优热偏差工况整体评价值GKHeatErrWhole最高的至少五组数据记录入最优工况表；

步骤6、计算每个工况持续时间段内的锅炉运行方式评价值；

步骤6.1、锅炉有k层风门挡板，每层风门档板有l个，第i层第j个挡板开度为F_ij，j＝1，2，…，l，定义配风方式评价值为RSwhole_F，则

RSwhole_F = Σ_{i = 1}^{k} [abs (F_{i 1} - F_{i 2}) + abs (F_{i 1} - F_{i 3}) + . . . + abs (F_{i 1} - F_{il})],

abs为取绝对值运算；

步骤6.2、燃烧器摆角为R_j(j＝1，2，…，l)，定义燃烧方式评价值为RSwhole_R，则RSwhole_R＝[abs(R₁-R₂)+abs(R₁-R₃)+...+abs(R₁-R_l)]；

步骤6.3、锅炉运行方式评价值RSwhole＝RSwhole_F+RSwhole_R；

步骤6.4、对得到的所有工况持续时间段的锅炉运行方式评价值RSwhole取样，取样个数为n，n≥10，得到锅炉运行方式评价值均值AVGRSwhole：

以及锅炉运行方式评价值方差STDEVRSwhole：

STDEVRSwhole = \frac{1}{n} Σ_{i = 1}^{n} {({RSwhole}_{i} - AVGRSwhole)}^{2},

锅炉运行方式评价值方差越小代表燃烧方式越稳定，越容易重复再现；

步骤7、删除工况持续时间小于5分钟的工况并选最优热偏差工况整体评价值最高的5个记录放入到最优工况表中；

步骤8、对热偏差评价值较低持续时间长的工况分解优化；

步骤9、对发电负荷波动进行优化；

步骤10、对燃烧方式波动工况进行分解优化；

步骤11、根据时间间隔重新触发事件，跳转至步骤1，通过程序的滚动执行，使搜索过程随着时间段持续下去，实现自动寻找最优热偏差工况，并随着运行时间积累，最优工况表中的工况信息将会逼近锅炉运行的理论最优工况。

本发明涉及的是一种全局最优化方法，特别适用于根据当前负荷、磨煤机组合在线优化锅炉过热器再热器热偏差参数，以及影响热偏差的主要运行参数如配风方式、燃烧器摆角等。

过热器再热器局部区域管壁超温而发生爆管是电站锅炉的主要事故原因，过热器再热器在线监测系统能解决实时监测管壁温度、汽温、同屏热偏差、屏间热偏差，但对于实际运行人员还不能提供在当前运行方式(负荷、磨煤机组合)下最优的热偏差曲线，以及对应的实际运行可控参数(配风方式、燃烧器摆角等)。

通过在线采集当前运行方式下的基本工况信息，保存到数据库中。通过服务程序定时搜索程序触发间隔时间内的最优热偏差工况信息，以工况时间内热偏差评价值均值较小、方差较小和工况持续时间较长为目标，并把搜索记录保存到最优工况表中。随着时间滚动，服务程序自动定时搜索最优工况，最优工况表中的记录随时间积累逐步趋向全局最优。

为了使工况具有重复可再现性，对最优工况表记录中燃烧方式等运行参数评价，以寻找工况时间段内的运行参数基本稳定为目标，剔除记录集中工况时间内运行参数变化较大、发电负荷变化较大的记录。当工况时间较长但运行参数不稳定时，可对工况进行分解，把这段时间内运行参数变化大的记录剔除，使一个工况分解成多个工况，然后再对每个工况进行分析，把运行参数稳定的记录存放到最优工况表中。

本发明的优点是可以自动搜索并保存每个时刻实际发电负荷、磨煤机组合下的最优热偏差系数、配风方式、燃烧器摆角等工况参数，根据当前实时发电负荷、磨煤机组合显示对应的最优热偏差系数和配风方式、燃烧器摆角等参数，以对实际的运行人员提供运行指导。可以使锅炉运行的安全性和经济性得到双重满足。

附图说明

图1为本发明的流程图；

图2为自寻最优热偏差工况存储流程图；

图3为燃烧方式波动优化存储流程图；

图4为发电负荷波动优化存储流程图。

具体实施方式

以下结合实施例来具体说明本发明。在下面的实施例中，工况是指：负荷、磨煤机组合、配风方式、工况持续时间，是末级过热器热偏差评价值的统称。稳定工况是指：在工况持续时间超过5分钟前提下，锅炉的发电负荷、磨煤机组合、配风方式等运行参数基本不变，或者在一个较小的范围内波动。

实施例

如图1所示，本发明提供了一种电站锅炉过热器再热器自寻最优热偏差工况方法，其步骤为：

步骤1、根据锅炉运行的时间段、磨煤机组合及初始化发电负荷通过T-sql语句选择数据记录集(比如对于6台磨煤机，按照磨煤机组合方式，分别编写开5台磨煤机、4台磨煤机、3台磨煤机方式)，再在数据记录集中刷选出时间连续工况并根据得到的数据记录集确定在锅炉运行的时间段内所有工况持续时间段，其中，数据记录集中记载有ID号、锅炉电负荷、六台磨煤机磨煤量、主蒸汽流量、末级过热器出口压力、末级过热器出口温度、再热器进口温度、再热器出口温度、低温再热器出口温度、高温再热器出口温度、空气预热器入口烟气温度、空气预热器出口烟气温度、引风机出口温度、省煤器烟气氧量分析数据。数据记录集在sql server数据端有多个表，其中有实际采集参数表、末级过热器热偏差系数表、末级再热器热偏差系数表、燃烧方式表、采集计算时间表。所有表中的主键都是ID号。即一个ID号可查到所有需要的内容。热偏差系数表(表中记载了ID号、末级过热器82片屏、末级再热器33片屏的热偏差系数，采集数据ID号)，燃烧方式表(表中记载了ID号、一次风门挡板开度、二次风门挡板开度、SOFA风门挡板开度、CCOFA挡板开度、燃烧器摆角)，采集数据时间表(表中记载了ID号、采集时间)，其中ID号是主键，一个ID号绑定了一次实际所有采集数据、燃烧方式、根据采集数据计算出来的热偏差系数、记录时间。

步骤1.1根据锅炉运行的时间段、磨煤机组合及初始化发电负荷选择数据记录集

步骤1.2创建最优工况表并计算数据记录集中连续工况时间

建立最优工况表(磨煤机组合、自动增长变量、含工况起始ID号、结束ID号、起始时间、结束时间、工况持续ID数、热偏差评价值最大值、热偏差评价值均值、热偏差评价值最小值、热偏差评价值方差、燃烧方式评价值、工况热偏差总体评价值)

下面主要是判断条件筛选后数据记录集中ID号的连续性，并计算数据筛选后记录集中工况持续时间多少。工况持续时间计算是通过对分段数据统计其连续ID的数目方法来获得。首先把ID号连续的工况分为一组；然后通过计算工况组的最大ID号，与最小ID号，可计算出工况持续时间。而且工况组持续时间是下面热偏差评价值采样次数n的使用参数。

数据记录集的ID与时间绑定，然后根据条件筛选出来的数据集放入到新建表中，该表中添加一列具有自动增加数字功能的新字段IDD(int，Identity(1，1))，通过数据集的ID号与新字段IDD号相减得到一列字段IDcount，统计该字段的同一个值的行数，就可计算出工况的持续时间。

步骤2、计算每个工况组持续时间段内的锅炉热偏差评价值

步骤2.1、对于末级过热器82片片屏，每片屏上温度测点对应的热偏差系数为T_i，则热偏差评价值TPwhole_MG为：

TPwhole_MG = Σ_{i = 1}^{82} {(T_{i} - 1)}^{2} + k * (\max_{i = 1}^{82} T_{i} - \min_{i = 1}^{82} T_{i}), (k = 1,2, . .),

其中，k＝1，2，…，100；

步骤2.2、对于末级再热器33片片屏，每片屏上温度测点对应的热偏差系数为T_i，则热偏差评价值TPwhole_MZ为：

TPwhole_MZ = Σ_{i = 1}^{33} {(T_{i} - 1)}^{2} + k * (\max_{i = 1} T_{i} - \min_{i = 1}^{33} T_{i}), (k = 1,2, . .),

其中，k＝1，2，…，100；

以及热偏差评价值方差STDEVTPwhole：

STDEVTPwhole = Σ_{i = 1}^{n} {({TPwhole}_{i} - AVGTPwhole)}^{2};

用一段时间内热偏差评价值的方差和均值来整体评价这段时间内的热偏差评价值是否稳定和是否优；

步骤3、剔除热偏差评价值方差大于1的工况；

所述最优工况表分为三大部分，一部分是工况实测参数，为主蒸汽流量、发电量、磨煤机组合、煤水比、减温水流量与配风方式；第二部分是热偏差系数与热偏差评价值；第三部分是稳定工况起始ID，稳定工况终止ID，稳定工况持续时间，稳定工况内热偏差评价值均值与方差，稳定工况下整体热偏差整体评价值。

采集实际数据与计算热偏差系数严格来说有时间先后关系，数据库的数据是30s采集一次，一次采集数据完成后计算热偏差系数时间是1s左右。这里忽略差别，考虑一个ID对应实际采集数据，计算得到的热偏差系数、采集时间。

本方法中每个工况组的时间是不固定的，根据工况组持续时间计算出来的。同样热偏差评价值均值和方差计算时使用的n也是不固定的。工况持续数n最小要大于10。所以工况组持续时间必须要在统计参数前先计算。

本方法中先对采集数据进行筛选，考虑电负荷、磨煤机组合基本稳定、时间段为前提筛选数据。然后对筛选的数据进行分组并计算工况持续时间，去掉工况持续数目少于10的工况组。再对每个工况组计算热偏差评价值均值、方差，以及最优热偏差总体评价值。

最优工况结果中，可能存在热偏差结果较优，但配风方式和燃烧器摆角变化较大的工况，为了使最优工况表中配风方式和燃烧器摆角的波动较小，对最优工况结果进行分解，如图2所示，步骤6、计算每个工况持续时间段内的锅炉运行方式评价值；锅炉运行过程中，需要考虑每层风门挡板的开度比较均匀，考虑燃烧器摆角一致，以减温水流量比较小为目标。

步骤6.1、锅炉有k层风门挡板，每层风门档板有4个，第i层第j个挡板开度为F_ij，j＝1，2，3，4，定义配风方式评价值为RSwhole_F，则

RSwhole_F = Σ_{i = 1}^{k} [abs (F_{i 1} - F_{i 2}) + abs (F_{i 1} - F_{i 3}) + abs (F_{i 1} - F_{i 4})]

(k为风门挡板的层数)，abs为取绝对值运算；

步骤6.2、燃烧器摆角为R_j(j＝1，2，3，4)，定义燃烧方式评价值为RSwhole_R，则

RSwhole_R＝[abs(R₁-R₂)+abs(R₁-R₃)+abs(R₁-R₄)]

步骤6.3、锅炉运行方式评价值RSwhole＝RSwhole_F+RSwhole_R；

以及锅炉运行方式评价值方差STDEVRSwhole：

STDEVRSwhole = \frac{1}{n} Σ_{i = 1}^{n} {({RSwhole}_{i} - AVGRSwhole)}^{2},

上述抽样是根据稳定工况组的起始ID号、结束ID号、计算这段工况组内燃烧方式的评价值，燃烧方式的评价值的均值、方差。根据稳定工况的起始ID号、结束ID号可直接绑定并找到相应的燃烧方式参数。

步骤7、删除工况持续时间小于5分钟的工况并选最优热偏差工况整体评价值最高的5个记录放入到最优工况表中。

步骤7.1、删除工况持续时间小于5分钟的工况

步骤7.2、把最优工况结果放入到最优工况表中

步骤7、剔除锅炉运行方式评价值方差大于最大值2/3以上的记录，并计算各个子工况的统计信息；

步骤8、对热偏差评价值较低持续时间长的工况分解优化

(注：对于工况组持续时间较长，即这个工况组内电负荷、磨煤机组合较长时间稳定(大于8个小时)，但热偏差系数评价值波动比较大，对于这个工况组可进行分解优化，以达到不需要增加新数据，即可寻找到优秀工况组。基本思想为：一个工况组可以根据需要剔除不好的热偏差信息，并保留优良的热偏差信息，使差的工况组变成好的工况组，类似于子母弹的分身术。)

步骤8.1、挑出一次搜索结果中最优工况评价值方差最大的工况组

步骤8.2、删除该工况组内热偏差评价值为平均值以上的记录，并对子工况分组

步骤8.3、删除子工况内持续时间不满5分钟的工况

步骤8.4、删除最优工况表内原记录

步骤8.5、把剩余的子工况记录放入最优工况表中

步骤9、对发电负荷波动进行优化

一个工况组内电负荷方差较大时，对该工况组内电负荷变化率进行判断，剔除负荷波动最快的工况，然后对子工况进行分组统计。

步骤9.1、选择工况组电负荷方差最大的工况

步骤9.2、计算该工况组内的电负荷变化率

建立一个新变量，内容为同一个工况组内连续时间下电负荷的变化率。计算方法：下一个时间点的电负荷减去上一个时间点的电负荷。

步骤9.3、删去30s内负荷变化大于3MW的工况

步骤9.4、删除子工况内持续时间不满5分钟的工况

步骤9.5、最优工况表中删除原记录

步骤9.6、最优工况表中增加新记录

步骤10、对燃烧方式波动工况进行分解优化

对于工况持续时间内燃烧方式波动的工况组，也进行分解优化。

步骤10.1、挑选燃烧方式评价值方差大的工况组

步骤10.2、计算该工况组内的燃烧方式评价值

步骤10.3、删去燃烧方式评价值大于平均值的工况

步骤10.4、对剩下的子工况进行分组统计

步骤10.5、删除子工况持续时间不满5分钟的工况

步骤10.6删除最优工况表中原记录

步骤10.7最优工况表中增加新记录

步骤11、根据服务程序间隔触发事件重新回到第1步

服务程序定时触发，自动搜索上次程序触发时间和这次触发时间段内的最优热偏差工况数据，实现一次寻优过程；通过程序的滚动执行，使搜索过程随着时间段持续下去，实现自动寻找最优热偏差工况。本程序随着运行时间积累，最优工况表中的工况信息将会逼近锅炉运行的理论最优工况。

Claims

1.一种电站锅炉过热器再热器自寻最优热偏差工况方法，其特征在于，步骤为：

步骤1.2创建最优工况表并计算数据记录集中工况持续时间；

步骤2、计算每个工况持续时间段内的锅炉热偏差评价值

TPwhole_MG = Σ_{i = 1}^{j} {(T_{i} - 1)}^{2} + k * (\max_{i = 1}^{j} T_{i} - \min_{i = 1}^{j} T_{i}),

其中，k＝1，2，…，100；

TPwhole_MZ = Σ_{i = 1}^{l} {(T_{i} - 1)}^{2} + k * (\max_{i = 1}^{l} T_{i} - \min_{i = 1}^{l} T_{i}),

其中，k＝1，2，…，100；

步骤2.4、对得到的所有工况持续时间段的热偏差评价值TPwhole取样，取样个数为n，n≥10，得到热偏差评价值均值AVGTPwhole：以及热偏差评价值方差STDEVTPwhole：

STDEVTPwhole = Σ_{i = 1}^{n} {({TPwhole}_{i} - AVGTPwhole)}^{2};

步骤3、剔除热偏差评价值方差大于1的工况；

步骤6、计算每个工况持续时间段内的锅炉运行方式评价值；

RSwhole_F = Σ_{i = 1}^{k} [abs (F_{i 1} - F_{i 2}) + abs (F_{i 1} - F_{i 3}) + . . . + abs (F_{i 1} - F_{il})],

abs为取绝对值运算；

步骤6.3、锅炉运行方式评价值RSwhole＝RSwhole_F+RSwhole_R；

以及锅炉运行方式评价值方差STDEVRSwhole：

STDEVRSwhole = \frac{1}{n} Σ_{i = 1}^{n} {({RSwhole}_{i} - AVGRSwhole)}^{2},

步骤8、对末级过热器末级再热器整体热偏差评价值较低持续时间长的工况分解优化；

步骤9、对发电负荷波动进行优化；

步骤10、对燃烧方式波动工况进行分解优化；

2.如权利要求1所述的电站锅炉过热器再热器自寻最优热偏差工况方法，其特征在于，所述步骤8包括：

步骤8.1、挑出一次搜索结果中最优工况的热偏差评价值方差最大的工况组；

步骤8.2、删除该工况组内热偏差评价值为平均值以上的记录，并对子工况分组；

步骤8.3、删除子工况内持续时间不满5分钟的工况；

步骤8.4、删除最优工况表内原记录；

步骤8.5、把剩余的子工况记录放入最优工况表中。

3.如权利要求1所述的电站锅炉过热器再热器自寻最优热偏差工况方法，其特征在于，所述步骤9包括：

步骤9.1、选择工况组电负荷方差最大的工况；

步骤9.2、计算该工况组内的电负荷变化率；

步骤9.3、删去30s内负荷变化3MW的工况；

步骤9.4、删除子工况内持续时间不满5分钟的工况；

步骤9.5、删除最优工况表内原记录；

步骤9.6、把剩余的子工况记录放入最优工况表中。

4.如权利要求1所述的电站锅炉过热器再热器自寻最优热偏差工况方法，其特征在于，所述步骤10包括：

步骤10.1、挑选锅炉运行方式评价值方差大的工况组；

步骤10.2、计算该工况组内的燃烧方式评价值；

步骤10.3、删去燃烧方式评价值大于平均值的工况；

步骤10.4、对剩下的子工况进行分组统计；

步骤10.5、删除子工况持续时间不满5分钟的工况；

步骤10.6、删除最优工况表内原记录；

步骤10.7、把剩余的子工况记录放入最优工况表中。

5.如权利要求1所述的一种电站锅炉过热器再热器自寻最优热偏差工况方法，其特征在于，所述最优工况表分为三大部分，一部分是工况实测参数，为主蒸汽流量、发电量、磨煤机组合、煤水比、减温水流量与配风方式、燃烧器摆角；第二部分是热偏差系数与热偏差评价值；第三部分是稳定工况起始ID，稳定工况终止ID，稳定工况持续时间，稳定工况内热偏差评价值均值与方差，稳定工况下最优热偏差工况整体评价值GKHeatErrWhole。