CN102722657A - 一种基于煤质数据库的锅炉热效率在线监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种基于煤质数据库的锅炉热效率在线监测方法，该方法通过建立煤质数据库，寻求燃煤发热量和燃煤成分之间的内在映射关系，根据计算得出的燃煤发热量通过数据库得到燃煤成分，并进行热效率计算。具体为：根据在锅炉运行中实时的锅炉输出热量，结合锅炉的给煤量，假定锅炉热效率，取得燃料的低位发热量，在与数据库中收集的各种煤的低位发热量进行比对，找到与燃料地位发热量一致的煤，就根据这种煤的元素分析来进行锅炉效率实时计算，算得锅炉效率再与假定值比较，如在一定误差范围内，则取算得的锅炉效率；如果误差较大，则用计算值代替假设值，重新进行计算，如此迭代，直到达到误差允许的范围内。

Description

一种基于煤质数据库的锅炉热效率在线监测方法

技术领域

本发明属于锅炉测试技术领域，特别涉及一种基于煤质数据库的锅炉热效率在线监测方法。

技术背景

目前锅炉效率计算大多采用GB10184-88（对于循环流化床锅炉还需要DL/T 964-2005）或是采用国际上常用的美国机械工程师协会颁布的ASME PTC4.1，这两种计算方法测量精度高，但是由于需要化验分析，无法实现在线计算，不能实时指导锅炉运行人员进行调整，达到节约能源的目的。

制约锅炉效率在线计算的最大障碍在于燃煤煤质需要进行化验得出，而受制于多种条件的影响，燃煤成分的在线分析误差较大，无法得到推广和应用。目前主要是根据燃煤工业成分或燃煤燃烧产物进行推算，根据燃煤工业成分进行在线计算仍然受制于工业成分分析的时效性，根据燃烧产物进行推算主要基于碳平衡，而忽略了燃煤中其他发热元素及其他化学反应吸放热的影响，误差仍然很大。

电厂燃煤实际上存在一定的稳定性，燃烧某种燃煤时，燃煤发热量和燃煤的成分之间存在一定的联系，根据这种联系能实时进行燃煤成分分析，从而进行锅炉效率计算，为运行人员调整提供依据。

发明内容

为了能有效解决燃煤在线分析时效性缺失的影响，及时迅速的得出燃煤发热量、燃煤成分等数据，本发明采用了如下方法：

一种基于煤质数据库的锅炉热效率在线监测方法，本发明特征是，步骤为：

（1）建立基于能量平衡的锅炉效率计算数学模型，这一模型基于锅炉系统的输入能量、输出能量及能

量损失三者之间的平衡，即Q_r=Q₁+Q_s；通过在线测量蒸汽参数计算出Q₁，并由

计算出燃料收到基低位发热量；其中,Q_r即

为输入能量,Q₁为输出能量,Q_s为能量损失，η为锅炉效率%；

（2）建立燃煤发热量与燃煤成分之间映射关系的数据库，基于该数据库能够通过燃煤发热量得出燃煤元素成分分析数据，从而实现锅炉效率的反平衡计算；即根据通过已知的燃料收到基低位发热量映射出相应的燃煤成分；其中,C、H、O、N、S、M_t、A分别依序为收到基碳、氢、氧、氮、硫、水分、灰分，%；

（3）采用“一对多”映射，即一个计算发热量下对应多个燃煤元素成分，最终结果的选取由迭代收敛来决定，这样避免了计算结果发散；即燃料收到基低位发热量以10kJ为一个分隔点进行数据库组建，一个发热量下对应多组燃煤元素成分，分别进行计算，当计算不收敛时选取其他成分组继续计算；

（4）采用循环迭代的方法，减少了单次计算的较大误差。

本发明的有益效果是，能够实时进行燃煤成分分析并实现在线计算，也能够实时指导锅炉运行人员进行调整，达到节约能源的目的。

（1）燃煤发热量来自于能量平衡

锅炉作为一个能量转化的设备，将燃煤的化学能通过燃烧的方式释放出来，加热给水，形成蒸汽，即将化学能转化为蒸汽热能，这个过程存在一定的损耗，而损耗的多少决定了锅炉效率的高低，锅炉能量流程见图1。

根据能量平衡可以得出式（1）：

Q_r=Q₁+Q_s                    （1）

式中：Q_r——每千克燃料的锅炉输入热量，kJ/kg；

Q₁——每千克燃料的锅炉输出热量，kJ/kg；

Q_s——每千克燃料的锅炉损失热量，kJ/g。

而锅炉效率见式（2）：

$\mathrm{\η}=(1-\frac{Q_s}{Q_r})\×100;\%---\left(2\right)$

式中：η——锅炉效率，%。

则有式（3）：

Q_r＝100Q₁/η    （3）

输出能量Q₁可通过对蒸汽参数的采集得出，在锅炉效率设定的情况下，可计算出Q_r，简化计算中有式（4）：

$Q_{\mathrm{DM}}^y=Q_r---\left(4\right)$

式中：

——燃料收到基低位发热量，kJ/kg。

（2）基于煤质数据库，利用燃煤发热量来确定燃煤成分

当前燃煤电厂燃用的煤种为烟煤、无烟煤、褐煤等煤种，各煤种的发热量和其燃煤成分存在一定的对应关系，见式（5）：

$Q_{\mathrm{DM}}^y=f(C,H,O,N,S,M_t,A)---\left(5\right)$

式中：C、H、O、N、S、M_t、A——分别为收到基碳、氢、氧、氮、硫、水分、灰分，%。

根据该对应关系，可以知道一定燃煤成分下，燃煤发热量一定，而如果得到燃煤发热量的条件下，燃煤的成分也成一定的规律性，在大量煤质数据库的基础上，可以根据计算的燃煤发热量推导出燃煤的成分。

本发明中燃煤发热量以10kJ为一个分隔点，如：10010±5kJ/kg范围内的燃煤发热量均从发热量为10010kJ/kg数据库中寻找对应关系，具体见表1。

表1：燃煤发热量与燃煤成分对应数据库

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

附图说明

图1为锅炉能量流程图；

图2为锅炉效率计算流程图。

具体实施方式

见图1、图2所示，本发明是一种基于煤质数据库的锅炉热效率在线监测方法，该方法的实施方式如下，具体计算流程见附图2：

（1）根据GB10184-88标准中6.2.2可计算出锅炉的输出能量Q₁。

（2）假设一个锅炉效率η_s，根据式（3）可得出输入能量Q_r，即

（3）根据

数值，在煤质数据库中寻找对应的燃煤成分。

（4）根据所得的燃煤成分按照GB10184-88或DL/T 964-2005进行Q_s计算，并由式（2）得出计算的锅炉效率η_j，当得出锅炉效率η_j与η_s的差值小于e（取e=0.05）时，认为η_j为锅炉实际效率。否则，将η_j替换η_s重新进行计算，直至前后两次差值小于e，如若迭代无法收敛则选取数据库中的其他对应关系，重新迭代计算。

Claims (1)

1.一种基于煤质数据库的锅炉热效率在线监测方法，其特征是，步骤为：

（1）建立基于能量平衡的锅炉效率计算数学模型，这一模型基于锅炉系统的输入能量、输出能量及能量损失三者之间的平衡，即Q_r=Q₁+Q_s；通过在线测量蒸汽参数计算出Q₁，并由

计算出燃料收到基低位发热量；其中,Q_r即

为输入能量,Q₁为输出能量,Q_s为能量损失，η为锅炉效率%；

（2）建立燃煤发热量与燃煤成分之间映射关系的数据库，基于该数据库能够通过燃煤发热量得出燃煤元素成分分析数据，从而实现锅炉效率的反平衡计算；即根据

通过已知的燃料收到基低位发热量映射出相应的燃煤成分；其中,C、H、O、N、S、M_t、A分别依序为收到基碳、氢、氧、氮、硫、水分、灰分，%；

（3）采用“一对多”映射，即一个计算发热量下对应多个燃煤元素成分，最终结果的选取由迭代收敛来决定，这样避免了计算结果发散；即燃料收到基低位发热量以10kJ为一个分隔点进行数据库组建，一个发热量下对应多组燃煤元素成分，分别进行计算，当计算不收敛时选取其他成分组继续计算；

（4）采用循环迭代的方法，减少了单次计算的较大误差。

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