CN101858591A - 锅炉水冷壁高温腐蚀状态诊断及预防系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种锅炉水冷壁高温腐蚀状态诊断及预防系统及方法。它包括：若干个温度传感器，它们采集水冷壁温度通过多通道A/D转换采集模块；入炉煤煤质采样模块，它将煤质信息送入煤质分析模块，煤质分析模块进行工业分析；煤粉细度采样模块，它将采集的煤粉细度信息送入细度分析模块；烟气采样模块，它将采集的烟气信息送入成分分析模块；数据层模块根据获得的温度信息、煤质信息、细度信息和烟气成分信息进行滤波处理及病态数据的剔除；特征层数据处理模块对经过数据层模块处理后数据进行特征量的提取；决策层模块对经过特征层数据处理模块提取的数据进行专家系统的综合分析和判断，得出合理而准确的结论输出和参与运行调节。
Description
技术领域
本发明涉及一种锅炉水冷壁高温腐蚀状态诊断及预防系统及方法，它可根据燃料状况和锅炉的运行状况给出目前锅炉发生高温腐蚀的风险级别，同时给出结合专家系统做出防治措施，为实时和智能化防治水冷壁高温腐蚀提供一条途径。
背景技术
燃煤锅炉水冷壁管的高温腐蚀问题普遍存在，是导致水冷壁管壁减薄的主要原因之一，它能导致管壁有效承载能力不断下降而造成水冷爆破，造成非计划停炉。当腐蚀严重时，往往几个月就得更换部分管段，大大增加了锅炉的检修维护成本。通过研究发现，造成水冷壁高温腐蚀的因素较多，主要有：燃煤中含有较高的硫分和其它有害杂质的存在；燃烧过程中产生的碱金属盐或钒盐类，以及较为常见的是燃烧过程中产生硫化物；还有燃烧氛围，水冷壁的壁温，煤粉细度等影响因素。在这些因素中，并不是单一作用，而是相互影响，并且不宜观察和确定影响程度和范围。
燃煤锅炉水冷壁管的高温腐蚀问题还有一个特点就是尽管水冷壁高温腐蚀有较严重的破坏性，但在运行过程中不宜察觉，往往是在水冷壁发生泄露或停炉检修中才发现高温腐蚀较为严重，给机组的安全运行带来隐患。
通过以上分析可知，锅炉水冷壁管高温腐蚀是一个较为常见的问题，对锅炉有着较强的破坏性，并且影响因素多，各因素对高温腐蚀的影响程度不能量化，难以有效地对水冷壁管发生高温腐蚀的风险和对运行状态进行评估、诊断，从而从管理和运行方式上避免水冷壁发生高温腐蚀。
目前国内解决该问题的相关专利有下列几个：
CN02139804.6大型电站锅炉水冷壁高温腐蚀程度判别方法，它提出一种了基于灰色聚类法的判别高温腐蚀倾向的方法。它是一种离线的辨别方法,不能实时判别和实时指导运行，并且该方法测量条件较多、较严格。
CN200810236550.8一种在线检测锅炉水冷壁高温腐蚀的装置和方法，这个专利是基于模糊层次分析法对锅炉贴壁烟气成分，水冷壁温以及从运行数据库中采集的部分数据处理，给出结论和指导意见。这个专利的权利要求主要在数据的获取方法和在对数据处理过程中采用的模糊层次分析法。这个专利没有将煤质因素包括进去,而且该方法不能实时参与运行参数调整以减轻或避免高温腐蚀.
CN200810195414.9锅炉水冷壁高温腐蚀在线监测系统，这个专利的权利要求是获取数据的采样系统和采样控制和处理系统，它的数据处理系统相对简单仅根据获取的试验数据进行较为简单的线性回归得出结论。这个专利获取的数据不全面,而且数据处理过程简单,对于高温腐蚀判定的可靠性不高。
专利CN200810236550.8和CN200810195414.9都是在线监测高温腐蚀，它们最终都没有直接参与运行调整，还有一点是在这两个专利中获取的数据并没有包括煤质分析数据和锅炉的运行氧量，而这两个因素也是锅炉高温腐蚀的主要因素。
发明内容
本发明的目的就是为了解决目前锅炉水冷壁高温腐蚀不易检测的问题，通过研究分析，确定造成高温腐蚀的主要因素为：(1)入炉煤中S含量大于1.0~1.5%，并且含有K，Na等碱金属；(2)炉内供风不足，存在缺氧燃烧或炉内空气动力状况不良，水冷壁区域存在还原性氛围；(3)水冷壁表面温度较高；(4)燃料为低挥发份贫瘦煤或无烟煤，且燃尽性较差；(5)水冷壁上的沉淀物中硫分含量高，并且锅炉高低负荷切换或启停频繁，造成沉淀层脱落，易发生高温硫腐蚀。
基于以上分析，本发明提供了一种锅炉水冷壁高温腐蚀状态诊断及预防系统及方法，它能实时对锅炉发生高温腐蚀风险进行评估，并同时能够对运行方式提出指导和调整的方法。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种锅炉水冷壁高温腐蚀状态诊断及预防系统，它包括：
若干个温度传感器，它们将采集的水冷壁温度通过多通道A/D转换采集模块，送入数据层模块；
入炉煤煤质采样模块，该模块将煤质信息送入煤质分析模块，煤质分析模块进行工业分析，然后将数据送入数据层模块；
煤粉细度采样模块，该模块将采集的煤粉细度信息送入细度分析模块，该模块进行细度分析后送入数据层模块；
烟气采样模块，该模块将采集的烟气信息送入成分分析模块，该模块进行成分分析后送入数据层模块；
数据层模块根据获得的温度信息、煤质信息、细度信息和烟气成分信息进行滤波处理及病态数据的剔除；
特征层数据处理模块对经过数据层模块处理后数据进行特征量的提取，提取的特征量包括极值和平均值，由于各参数对高温腐蚀的影响趋势不一致将取最大值或最小值；
决策层模块对经过特征层数据处理模块提取的数据进行专家系统的综合分析和判断，得出合理而准确的结论输出和参与运行调节。
它的步骤为：
步骤1，采集各水冷壁的温度信息、入炉煤质信息、煤粉细度信息和烟气成分信息；
步骤2，数据层模块对采集到的数据进行处理：
1）对所有测量得水冷壁温度按式(1)判断，剔除病态数据；
式中，T为水冷壁温度值，℃；C为当前采样点；N为每周波采样点数；Tf为水冷壁病态数据判别整定值，℃；TC-N为上个采样周期平均值，℃；△T为水冷壁温度差值，℃；
2）煤质分析过程：根据煤质分析数据，结合分析误差，采用式(2)(3)作为判据：
上式中xi为煤工业分析成分，%；Sr为煤中的硫分，%；
3）煤粉细度分析：煤粉细度的判据为式(4)
R90＜5或R90＞30 (4)
4）烟气的成分分析数据为:O2，CO和H2S的浓度，烟气成分分析数据的判据为式(5)，
O2＞10，CO＞2，H2S＞1 (5)
式中：R90为煤粉细度；O2为烟气中氧的浓度，%；CO为烟气中一氧化碳的浓度，%；H2S为烟气中硫化氢的浓度，%；
步骤3，特征层数据处理，这个阶段的数据处理就是对经过数据层模块处理后数据进行特征量的提取，提取的特征量包括极值和平均值，由于各参数对高温腐蚀的影响趋势不一致将取最大值或最小值；
式中：yi为Sr，CO，H2S，R90和T；zi为O2和Vr；wi为Sr，CO，H2S，R90，T，O2和Vr；
用无量纲分析准则β用来判定锅炉水冷壁的腐蚀状况，β的定义式为下式：
步骤4，决策层模块进行数据处理及输出，在决策层对经过特征层提取的数据进行专家系统的综合分析和判断，得出合理而准确的结论输出和参与运行调节。
所述步骤4中，首先将设计状态下的各个参数作为参考值，同时根据设计参数计算出这个高温判别系数β0，再计算出实际运行状况下的高温判别系数β1，将β1和β0进行比较，如果β1<β0，说明锅炉运行状态较为安全，若β1>β0说明锅炉存在高温腐蚀的危险，然后在进行各个实际参数与参数的设计值比较，指出需要调整的运行参数，用来指导运行操作人员。
本发明的有益效果是：它根据燃料状况和锅炉的运行状况给出目前锅炉发生高温腐蚀的风险级别，同时给出结合专家系统做出防治措施，为实时和智能化防治水冷壁高温腐蚀提供一条途径。
附图说明
图1为本发明的系统图。
其中，1.温度传感器，2.多通道A/D转换采集模块，3.入炉煤煤质采样模块，4.煤质分析模块，5.煤粉细度采样模块，6.细度分析模块，7.烟气采样模块，8.成分分析模块，9.数据层模块，10.特征层数据处理模块，11.决策层模块。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。
图1中，锅炉水冷壁高温腐蚀状态诊断及预防系统包括：
若干个温度传感器1，它们将采集的水冷壁温度通过多通道A/D转换采集模块2，送入数据层模块9；
入炉煤煤质采样模块3，该模块将煤质信息送入煤质分析模块4，煤质分析模块4进行工业分析，然后将数据送入数据层模块9；
煤粉细度采样模块5，该模块将采集的煤粉细度信息送入细度分析模块6，该模块进行细度分析后送入数据层模块9；
烟气采样模块7，该模块将采集的烟气信息送入成分分析模块8，该模块进行成分分析后送入数据层模块9；
数据层模块9根据获得的温度信息、煤质信息、细度信息和烟气成分信息进行滤波处理及病态数据的剔除；
特征层数据处理模块10对经过数据层模块9处理后数据进行特征量的提取，提取的特征量包括极值和平均值，由于各参数对高温腐蚀的影响趋势不一致将取最大值或最小值；
决策层模块11对经过特征层数据处理模块10提取的数据进行专家系统的综合分析和判断，得出合理而准确的结论输出和参与运行调节。
本发明的采用多传感器信息融合技术对锅炉高温腐蚀诊断，必须获取的现场数据包括，（1）入炉煤的工业分析，这些分析数据对于安装入炉煤质在线分析系统的电厂可直接与煤质在线分析系统进行连接获取，对于没有安装的可以通过运行人员通过输入终端进行录入。（2）煤粉细度要通过运行人员通过输入终端进行录入。(3)水冷壁温度和烟气成分分析数据，这两部分是运行数据，对于装有机组的信息管理系统(MIS)的机组可从MIS中获取也可以直接从DCS中获取。
本发明具体处理方法如下：
步骤1，采集各水冷壁的温度信息、入炉煤质信息、煤粉细度信息和烟气成分信息；
步骤2，数据层模块对采集到的数据进行处理：
1）数据层的数据处理
数据层的数据处理是对所有采集数据进行滤波处理及病态数据的剔除。
对所有测量得水冷壁温度按式(1)判断，剔除病态数据。
式中，T为水冷壁温度值，℃；C为当前采样点；N为每周波采样点数；Tf为水冷壁病态数据判别整定值，℃；TC-N为上个采样周期平均值，℃；△T为水冷壁温度差值，℃。
2）煤质分析提供的分析数据为：Sr，Mr，Vr,FCr,Ar。根据煤质分析的历史数据，结合分析误差等，采用式(2)(3)作为判据。
上式中xi为煤工业分析成分，%；Sr为煤中的硫分，%。
3）煤粉细度分析数据为：R90，煤粉细度的判据为式(4)。
R90＜5或R90＞30 (4)
4）烟气的成分分析数据为:O2，CO和H2S的浓度，烟气成分分析数据的判据为式(5)。
O2＞10，CO＞2，H2S＞1 (5)
式中：R90为煤粉细度；O2为烟气中氧的浓度，%；CO为烟气中一氧化碳的浓度，%；H2S为烟气中硫化氢的浓度，%。
步骤3，特征层数据处理
这个阶段的数据处理就是对经过数据层处理后数据进行特征量的提取，经研究认为提取的特征量包括极值和平均值，由于各参数对高温腐蚀的影响趋势不一致将取最大值或最小值。
式中：yi为Sr，CO，H2S，R90和T；zi为O2和Vr；wi为Sr，CO，H2S，R90，T，O2和Vr。
通过对多个电厂的高温腐蚀状况进行研究分析，用无量纲分析准则β用来判定锅炉水冷壁的腐蚀状况，β的定义式为下式：
步骤4，决策层数据处理及输出，在决策层对经过特征层提取的数据进行专家系统的综合分析和判断，得出合理而准确的结论输出和参与运行调节。
由于采用了无量纲系数β来判断锅炉的发生高温腐蚀的状况，这个系数包括了煤质情况、煤粉细度和运行状态参数等，能够综合各个因素对发生高温腐蚀的情况进行评估和判断，在机组运行中，具体实现可采用以下方式，首先将设计状态下的各个参数作为参考值，同时根据设计参数计算出这个高温判别系数β0，再计算出实际运行状况下的高温判别系数β1，将β1和β0进行比较，如果β1＜β0，说明锅炉运行状态较为安全，若β1＞β0说明锅炉存在高温腐蚀的危险，然后在进行各个实际参数(下标为1)与参数的设计值(下标为0)比较，指出需要调整的运行参数，用来指导运行操作人员。
本发明根据锅炉水冷壁高温腐蚀的实际运行状况，利用信息融合技术，对影响高温腐蚀的各个因素和运行分析数据进行融合处理，实现了对锅炉运行方式发生高温腐蚀的可能性作出合理的评估和针对各个影响因素的诊断，并能定量的给出需要作出调整的运行参数、煤质等因素的调节范围以预防高温腐蚀的发生，使运行人员在运行过程中就能实时地通过运行调整防止高温腐蚀，如将此模块嵌入DCS中就能实现预防高温腐蚀的智能化调整。
Claims (3)
1.一种锅炉水冷壁高温腐蚀状态诊断及预防系统，其特征是，它包括：
若干个温度检测装置，它们将采集的水冷壁温度通过多通道A/D转换采集模块，送入数据层模块；
入炉煤煤质采样模块，该模块将煤质信息送入煤质分析模块，煤质分析模块进行工业分析，然后将数据送入数据层模块；
煤粉细度采样模块，该模块将采集的煤粉细度信息送入细度分析模块，该模块进行细度分析后送入数据层模块；
烟气采样模块，该模块将采集的烟气信息送入成分分析模块，该模块进行成分分析后送入数据层模块；
数据层模块根据获得的温度信息、煤质信息、细度信息和烟气成分信息进行滤波处理及病态数据的剔除；
特征层数据处理模块对经过数据层模块处理后数据进行特征量的提取，提取的特征量包括极值和平均值，由于各参数对高温腐蚀的影响趋势不一致将取最大值或最小值；
决策层模块对经过特征层数据处理模块提取的数据进行专家系统的综合分析和判断，得出的结论输出并参与运行调节。
2.一种采用权利要求1所述锅炉水冷壁高温腐蚀状态诊断及预防系统的诊断及预防方法，其特征是，它的步骤为：
步骤1，采集各水冷壁的温度信息、入炉煤质信息、煤粉细度信息和烟气成分信息；
步骤2，数据层模块对采集到的数据进行处理：
1）对所有测量得水冷壁温度按式(1)判断，剔除病态数据；
式中，T为水冷壁温度值，℃；C为当前采样点；N为每周波采样点数；Tf为水冷壁病态数据判别整定值，℃；TC-N为上个采样周期平均值，℃；△T为水冷壁温度差值，℃；
2）煤质分析过程：根据煤质分析数据，结合分析误差，采用式(2)(3)作为判据：
上式中xi为煤工业分析成分，%；Sr为煤中的硫分，%；
3）煤粉细度分析：煤粉细度的判据为式(4)
R90＜5或R90＞30 (4)
4）烟气的成分分析数据为:O2，CO和H2S的浓度，烟气成分分析数据的判据为式(5)，
O2＞10，CO＞2，H2S＞1 (5)
式中：R90为煤粉细度；O2为烟气中氧的浓度，%；CO为烟气中一氧化碳的浓度，%；H2S为烟气中硫化氢的浓度，%；
步骤3，特征层数据处理，这个阶段的数据处理就是对经过数据层模块处理后数据进行特征量的提取，提取的特征量包括极值和平均值，由于各参数对高温腐蚀的影响趋势不一致将取最大值或最小值；
式中：yi为Sr，CO，H2S，R90和T；zi为O2和Vr；wi为Sr，CO，H2S，R90，T，O2和Vr；
用无量纲分析准则β用来判定锅炉水冷壁的腐蚀状况，β的定义式为下式：
步骤4，决策层模块进行数据处理及输出，在决策层对经过特征层提取的数据进行专家系统的综合分析和判断，得出合理而准确的结论输出和参与运行调节。
3.如权利要求2所述的锅炉水冷壁高温腐蚀状态诊断及预防系统的诊断及预防方法，其特征是，所述步骤4中，首先将设计状态下的各个参数作为参考值，同时根据设计参数计算出这个高温腐蚀判别系数β0，再计算出实际运行状况下的高温腐蚀判别系数β1，将β1和β0进行比较，如果β1＜β0，说明锅炉运行状态较为安全，若β1＞β说明锅炉存在高温腐蚀的危险，然后在进行各个实际参数与参数的设计值比较，指出需要调整的运行参数，用来指导运行操作人员。
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