CN106568074A - 锅炉受热面故障诊断方法、装置和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种锅炉受热面故障诊断方法、装置和系统，其中方法包括：确定锅炉受热面的范围；分析锅炉受热面的故障影响因素，得到关联度高的物理量；将所述关联度高的物理量进行相似分析及模化；根据所述相似分析及模化的结果得到锅炉受热面故障的判别准则。本发明提供的锅炉受热面故障诊断方法、装置和系统，实现了对锅炉对流受热面泄漏等故障的软测量，提高锅炉对流受热面运行可靠性，降低故障率，从而减少因锅炉对流受热面泄漏等故障带来的安全性及经济性影响。

Description

锅炉受热面故障诊断方法、装置和系统

技术领域

本发明涉及锅炉故障诊断领域，尤其涉及一种锅炉受热面故障诊断方法、装置和系统。

背景技术

火力发电厂锅炉受热面由于磨损、过热、腐蚀等各种原因发生破裂的泄漏，导致炉管失效，引起锅炉事故停机。火电机组一旦发生锅炉受热面泄漏就只有强迫停炉进行抢修，严重影响火力发电厂正常生产，经济损失巨大。现有火力发电厂锅炉受热面泄漏故障的诊断手段主要为采用安装传感器硬件测量锅炉内部噪声信号，当内部噪声信号高于环境噪声时，经过适当处理，输出相应报警信号。但此种手段也存在不足，主要原因是在锅炉运行时，通常当受热面产生裂纹或孔洞时，承压受热面内部介质(水或蒸汽)的压力高于某一值时，高温高压介质冲出缝隙时才会产生频带较宽的噪声信号。如果内部介质压力过低，则可能受环境噪声影响，无法获得频带较宽的噪声信号。

在申请号为201110356036.X的中国专利申请中公开了一种过热蒸汽温度高报警状态触发故障诊断的方法，其主要思想是按优先级诊断故障，没有使用科学合理的分析方法对引起故障的各种因素进行综合的分析判断。

发明内容

针对背景技术中所出现的问题，本发明提供了一种锅炉受热面故障诊断方法，包括：确定锅炉受热面的范围；分析所确定的锅炉受热面的故障影响因素，得到关联度高的物理量；将所述关联度高的物理量进行相似分析及模化；根据所述相似分析及模化的结果得到锅炉受热面故障的判别准则。

可选的是，所述分析锅炉受热面的故障影响因素，包括：对所确定的锅炉受热面的故障影响因素进行关联分析；对锅炉受热面的故障进行案例分析，在所述故障影响因素中筛选关联度高的物理量。

在上述任一方案中可选的是，还包括根据锅炉受热面的工质运作模式确定锅炉受热面的范围，所述工质运作模式包括锅炉受热面的热量交换方式。

在上述任一方案中可选的是，所述锅炉受热面包括对流受热面、辐射受热面、半辐射受热面中至少一种。

在上述任一方案中可选的是，所述锅炉对流受热面的范围包括：省煤器、过热器及再热器中至少一种。

在上述任一方案中可选的是，所述关联分析包括：采集锅炉受热面的监测数据；对所述监测数据与锅炉受热面的故障进行关联分析，以确定锅炉受热面的故障影响因素。

在上述任一方案中可选的是，所述监测数据包括：锅炉压力、管壁温度、PH值、管道材质、燃料特性、受热面入口和出口的工质流量、受热面入口和出口的工质温度、受热面入口的出口的工质压力、受热面管径、受热面大修后的运行年限中至少一种。

在上述任一方案中可选的是，还包括使用数据挖掘算法，对所述监测数据与锅炉受热面的故障进行关联分析，以确定锅炉受热面的故障影响因素。

在上述任一方案中可选的是，所述案例分析包括：获取案例数据，所述获取的案例数据为与锅炉受热面的故障有关联的影响因素数据；分析所述获取的案例数据，筛选出关联度高且能够测量显示的物理量。

在上述任一方案中可选的是，所述相似分析及模化包括用因次分析法求出故障诊断的相似准则，所述相似分析及模化的结果为相似准则公式。

在上述任一方案中可选的是，还包括：根据所述筛选出的案例数据，使用相似准则公式进行计算，得到锅炉受热面故障的判别准则。

在上述任一方案中可选的是，还包括：得到锅炉受热面故障的判别准则之后，根据所述判别准则诊断锅炉受热面故障状况，给出风险警示。

本发明还提供了一种锅炉受热面故障诊断装置，包括：范围确定模块，用于确定锅炉受热面的范围；数据分析模块，用于分析所确定的锅炉受热面的故障影响因素，得到关联度高的物理量；相似分析与模化模块，用于将所述关联度高的物理量进行相似分析及模化；判别模块，用于根据所述相似分析及模化的结果得到锅炉受热面故障的判别准则。

可选的是，所述数据分析模块，还包括：关联分析单元，用于对锅炉受热面的故障影响因素进行关联分析；案例分析单元，用于对锅炉受热面的故障进行案例分析，在所述故障影响因素中筛选关联度高的物理量。

在上述任一方案中可选的是，所述范围确定模块还配置为：根据锅炉受热面的工质运作模式确定锅炉受热面的范围，所述工质运作模式包括锅炉受热面的热量交换方式。

在上述任一方案中可选的是，所述锅炉受热面包括对流受热面、辐射受热面、半辐射受热面中至少一种。

在上述任一方案中可选的是，所述锅炉对流受热面的范围包括：省煤器、过热器及再热器中至少一种。

在上述任一方案中可选的是，所述关联分析单元还包括：数据采集子单元，用于采集锅炉受热面的监测数据；数据分析子单元，用于对所述监测数据与锅炉受热面的故障进行关联分析，以确定锅炉受热面的故障影响因素。

在上述任一方案中可选的是，所述监测数据包括：锅炉压力、管壁温度、PH值、管道材质、燃料特性、受热面入口和出口的工质流量、受热面入口和出口的工质温度、受热面入口的出口的工质压力、受热面管径、受热面大修后的运行年限中至少一种。

在上述任一方案中可选的是，所述数据分析子单元还配置为：使用数据挖掘算法，对所述监测数据与锅炉受热面的故障进行关联分析，以确定锅炉受热面的故障影响因素。

在上述任一方案中可选的是，所述案例分析单元还包括：案例获取子单元，用于获取案例数据，所述获取的案例数据为与锅炉受热面的故障有关联的影响因素数据；案例分析子单元，用于分析所述获取的案例数据，筛选出关联度高且能够测量显示的物理量。

在上述任一方案中可选的是，所述相似分析与模化模块还配置为：用因次分析法求出故障诊断的相似准则，所述相似分析及模化的结果为相似准则公式。

在上述任一方案中可选的是，所述判别模块还配置为：根据所述筛选出的案例数据，使用相似准则公式进行计算，得到锅炉受热面故障的判别准则。

在上述任一方案中可选的是，还包括：警示模块，所述警示模块配置为：得到锅炉受热面故障的判别准则之后，根据所述判别准则诊断锅炉受热面故障状况，给出风险警示。

本发明还提供了一种锅炉受热面故障诊断系统，包括上述任一项所述的装置，以及数据库，用于存储：设备信息，包括：设备名称、设备型号、生产厂家、设计参数、投产日期、设备热交换方式；所述监测数据，包括：锅炉压力、管壁温度、PH值、管道材质、燃料特性、受热面入口和出口的工质流量、受热面入口和出口的工质温度、受热面入口的出口的工质压力、受热面管径、受热面大修后的运行年限；所述案例数据，包括锅炉受热面的故障记录及故障发生时的所述监测数据。

本发明提供的锅炉受热面故障诊断方法、装置和系统，实现了对锅炉对流受热面泄漏故障等故障的软测量，提锅炉对流受热面运行可靠性，降低故障率，从而减少因锅炉对流受热面泄漏等故障带来的安全性及经济性影响。

附图说明

图1是按照本发明的锅炉受热面故障诊断方法的一优选实施例的整体框架图。

图2是按照本发明的锅炉受热面故障诊断装置的一优选实施例的整体结构示意图。

图3是按照本发明的锅炉受热面故障诊断装置的数据分析模块的一优选实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。

本发明提供了一种锅炉受热面故障诊断方法。图1是本发明应用的锅炉受热面故障诊断方法的一实施例的整体框架图。如图1所示，本发明锅炉受热面故障诊断方法包括：步骤110：确定锅炉受热面的范围；步骤120：分析所确定的锅炉受热面的故障影响因素，得到关联度高的物理量；步骤130：将所述关联度高的物理量进行相似分析及模化；步骤140：根据所述相似分析及模化的结果得到锅炉受热面故障的判别准则。以上步骤顺序执行。

根据本发明应用的锅炉受热面故障诊断方法的实施例，在步骤110中，还包括根据锅炉受热面的工质运作模式确定锅炉受热面的范围，所述工质运作模式包括锅炉受热面的热量交换方式。基于热力学原理，可以将锅炉受热面分三类：辐射、对流和半辐射半对流。对流受热面进行的热量交换主要通过工质对流方式进行换热，故简称为对流受热面。辐射受热面进行的热量交换主要通过工质辐射方式进行换热，故简称为辐射受热面；半辐射受热面进行的热量交换是工质辐射和对流各占大概一半，进行换热，故简称为半辐射受热面。所述锅炉受热面包括对流受热面、辐射受热面、半辐射受热面。所述锅炉对流受热面的范围包括：省煤器、过热器及再热器。由于省煤器、过热器和再热器这三种受热面的热量交换方式是相似的，所以它们具体相似的运作特征，遵循相似的规律，所以根据数据库中记载的设备信息的数据记录，把这省煤器、过热器及再热器确定为锅炉对流受热面的范围。

在步骤120中，所述分析所确定的锅炉受热面的故障影响因素，包括：对锅炉受热面的故障影响因素进行关联分析；对锅炉受热面的故障进行案例分析，在所述故障影响因素中筛选关联度高的物理量。

造成锅炉受热面泄漏的原因主要有以下几方面：

1、磨损：泄漏部位主要发生在省煤器、低温过热器、低温再热器等低温对流受热面。引起磨损的原因主要为局部烟速过高、煤质变化、吹灰磨损及机械磨损。

2、管屏焊缝质量：泄漏部位主要发生在管排焊口位置。

3、受热面管壁超温：泄漏部位不定。受热面管壁在超温的情况下力学性能下降，管子在压力的作用下发生变形爆破。

4、其它原因：泄漏部位不定。其他原因主要为受热面结渣、腐蚀爆管、机组频繁启停及锅炉炉膛火焰中心调整不当。

故障泄漏原因很多，如：锅炉超压、管壁过热、内外腐蚀、管子材质差、焊接制造质量差等，影响因素有锅炉负荷、燃料特性、运行方式等，这些是分析判断泄漏的基础。需要对这些数据进行分析，确定锅炉受热面的故障影响因素，并且筛选出关联度高且能够测量显示的物理量。

在步骤120中，所述关联分析包括：采集锅炉受热面的监测数据；对所述监测数据与锅炉受热面的故障进行关联分析，以确定锅炉受热面的故障影响因素。所述监测数据包括：锅炉压力、管壁温度、PH值、管道材质、燃料特性、受热面入口和出口的工质流量、受热面入口和出口的工质温度、受热面入口的出口的工质压力、受热面管径、受热面大修后的运行年限。对于上述监测数据，使用数据挖掘算法，对所述监测数据与锅炉受热面的故障进行关联分析，以确定锅炉受热面的故障影响因素。

为了从众多的影响因素中筛选出关联度高且能够测量显示的物理量，关联分析之后还需要对具体的典型故障案例进行分析，找出泄漏后参数(物理量)的变化，筛选高关联度能测量显示的物理量。

在步骤120中，所述案例分析包括：获取案例数据，所述获取的案例数据为与锅炉受热面的故障有关联的影响因素数据；分析所述获取的案例数据，筛选出关联度高且能够测量显示的物理量。

根据本发明应用的锅炉受热面故障诊断方法的实施例，以对流受热面故障诊断为例，分析以下典型案例：

典型故障案例①：2014年8月18日邹县电厂8号锅炉高温再热器泄漏，入口工质流量，出口工质温度大幅增加，而出口烟气温度，出口烟气压力大幅降低。

典型故障案例②：2014年9月11日莱州公司1号锅炉高温过热器泄漏，也是同样情况。

根据以上两个及其他案例，又考虑到定性尺寸和运行年限的影响，对案例数据库中的案例进行分析，筛选出高关联度能测量显示的物理量G＇、t＇、T＇＇、p＇＇、d、t做分析的基础。其中G＇为受热面入口工质流量、t＇为受热面入口工质温度、T＇＇为受热面出口工质温度、p＇＇为受热面出口工质压力、d为受热面管径、t为受热面大修后的运行年限。

在步骤130中，所述相似分析及模化包括：用因次分析法求出故障诊断的相似准则，所述相似分析及模化的结果为相似准则公式。

相似理论，是说明自然界和工程中各相似现象相似原理的学说。是研究自然现象中个性与共性，或特殊与一般的关系以及内部矛盾与外部条件之间的关系的理论。在工程中同一种现象如流动、传热、燃烧等都利用相似理论解决问题。本发明就利用相似理论来诊断泄漏故障。同一台锅炉或同容量同结构的锅炉在过去、现在、将来的运行中同一种现象都是有共同特点的。相似理论认为，任何相似现象都能用一些综合量——相似准则表示这类相似现象的特征。所有的相似现象同名相似准则都相等(不变量)。只要求到一种现象的相似准则，那么所有和它相似的现象的相似准则就知道了。相似理论的另一个重要原则是相似准则一定是无因次(无量纲、无单位)的综合量。

求相似准则有两种方法，一种是理论分析法：建立现象的微分方程式，再用积分类比等方法求出相似准则。这种方法准确全面。但在工程实践中因具体现象复杂，往往无法求得微分方程式。另一种方法是因次分析法，利用相似准则无因次的原则，求出相似准则。本发明就是用因次分析法由算法实现求得诊断泄漏相似准则。

根据本发明应用的锅炉受热面故障诊断方法的实施例，以对流受热面故障诊断为例，首先将步骤120筛选出的物理量中，找出每一个的因次(量纲、单位)，然后组成一个综合量，但每一个物理量的指数是不同的末知数。将每一物理量因次代入。根据每一个基本因次——质量、长度、时间、温度等因次为0，可列出多个代数方程式。解方程后，便可求到所有末知数。代入就能得到要求的相似准则。因每个基础因次都是0，它的因次也肯定为0，我们就是用这种方法得到了下面的判别准则：

以上公式中的物理量为：

在步骤140中，根据所述筛选出的案例数据，使用相似准则公式进行计算，得到锅炉受热面故障的判别准则。

同一台锅炉过去、现在和将来，与其他同结构同容量的锅炉在运行中同一现象如对流受热面泄漏都是相似现象，都符合相似现象的规律：都有相等的同名相似准则。因此根据一台锅炉在过去运行中发生泄漏时的筛选出的物理量数据代入泄漏判別准则公式中就得到判别准则公式中对流受热面泄漏判别因子S的数值。它适合所有相似现象。只要这台锅炉或其他相似锅炉运行中的数据求出的这个相似准则达到这个数值就会发生泄漏，並且数值越大，泄漏越严重。如果小于这个数值则不会泄漏是安全的。本发明由算法实现代入公式计算，得到锅炉受热面故障的判别准则。

根据本发明应用的锅炉受热面故障诊断方法的一种实施方式，在步骤140之后，还包括：得到锅炉受热面故障的判别准则之后，根据所述判别准则诊断锅炉受热面故障状况，给出风险警示。所述风险警示包括风险报告、风险提示框、风险标示中至少一种。所述风险标示包括突出显示、字体颜色标示、底纹颜色标示、符号标示、风险标示栏中至少一种。

根据本发明的另一方面，还提供了一种锅炉受热面故障诊断装置。图2是本发明应用的锅炉受热面故障诊断装置的整体结构示意图。如图2所示，本发明锅炉受热面故障诊断装置包括：范围确定模块200，用于确定锅炉受热面的范围；数据分析模块300，用于分析所确定的锅炉受热面的故障影响因素，得到关联度高的物理量；相似分析与模化模块400，用于将所述关联度高的物理量进行相似分析及模化；判别模块500，用于根据所述相似分析及模化的结果得到锅炉受热面故障的判别准则。

根据本发明应用的锅炉受热面故障诊断装置的一种实施方式，所述范围确定模块200还配置为：根据锅炉受热面的工质运作模式确定锅炉受热面的范围，所述工质运作模式包括锅炉受热面的热量交换方式。所述锅炉受热面包括对流受热面、辐射受热面、半辐射受热面。所述锅炉对流受热面的范围包括：省煤器、过热器及再热器。

图3是本发明应用的锅炉受热面故障诊断装置的数据分析模块的结构示意图。如图3所示，所述数据分析模块，还包括：关联分析单元310，用于对锅炉受热面的故障影响因素进行关联分析；案例分析单元320，用于对锅炉受热面的故障进行案例分析，在所述故障影响因素中筛选关联度高的物理量。

根据本发明应用的锅炉受热面故障诊断装置的一种实施方式，所述关联分析单元310还包括：数据采集子单元311，用于采集锅炉受热面的监测数据；数据分析子单元312，用于对所述监测数据与锅炉受热面的故障进行关联分析，以确定锅炉受热面的故障影响因素。

其中所述监测数据包括：锅炉压力、管壁温度、PH值、管道材质、燃料特性、受热面入口和出口的工质流量、受热面入口和出口的工质温度、受热面入口和出口的烟气温度、受热面入口的出口的工质压力、受热面管径、受热面大修后的运行年限。

根据本发明应用的锅炉受热面故障诊断装置的一种实施方式，所述数据分析子单元312还配置为：使用数据挖掘算法，对所述监测数据与锅炉受热面的故障进行关联分析，以确定锅炉受热面的故障影响因素。

根据本发明应用的锅炉受热面故障诊断装置的一种实施方式，所述案例分析单元320还包括：案例获取子单元321，用于获取案例数据，所述获取的案例数据为与锅炉受热面的故障有关联的影响因素数据；案例分析子单元322，用于分析所述获取的案例数据，筛选出关联度高且能够测量显示的物理量。

根据本发明应用的锅炉受热面故障诊断装置的一种实施方式，再参见图2，所述相似分析与模化模块400还配置为：用因次分析法求出故障诊断的相似准则，所述相似分析及模化的结果为相似准则公式。

根据本发明应用的锅炉受热面故障诊断装置的一种实施方式，所述判别模块500还配置为：根据所述筛选出的案例数据，使用相似准则公式进行计算，得到锅炉受热面故障的判别准则。

根据本发明应用的锅炉受热面故障诊断装置的一种实施方式，锅炉受热面故障诊断装置还包括：警示模块600，所述警示模块配置为：得到锅炉受热面故障的判别准则之后，根据所述判别准则诊断锅炉受热面故障状况，给出风险警示。

本发明的又一方面还提供了一种锅炉受热面故障诊断系统，包括上述任一项所述的装置，以及数据库，用于存储：设备信息，包括：设备名称、设备型号、生产厂家、设计参数、投产日期、设备热交换方式；所述监测数据，包括：锅炉压力、管壁温度、PH值、管道材质、燃料特性、受热面入口和出口的工质流量、受热面入口和出口的工质温度、受热面入口和出口的烟气温度、受热面入口的出口的工质压力、受热面管径、受热面大修后的运行年限；所述案例数据，包括锅炉受热面的故障记录及故障发生时的所述监测数据。

本发明提供的锅炉受热面故障诊断方法、装置和系统，实现了对锅炉对流受热面泄漏等故障的软测量。软测量是把自动控制理论与生产过程知识有机的结合起来，应用计算机技术对难以判断或者暂时不能判断的重要技术指标，选择另外一些容易测量的变量，通过构成某种数学关系来推断或者估计，以软件来替代硬件的功能。本发明提供的锅炉受热面故障诊断方法、装置和系统，提高火力发电厂锅炉对流受热面运行可靠性，降低故障率，从而减少因锅炉对流受热面泄漏等故障给火力发电厂带来的安全性及经济性影响。

为了更好地理解本发明，以上结合本发明的具体实施例做了详细描述，但并非是对本发明的限制。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，均仍属于本发明技术方案的范围。本说明书中每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似的部分相互参见即可。对于装置和系统实施例而言，由于其与方法实施例基本对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

可能以许多方式来实现本发明的方法、装置和系统。例如，可通过软件、硬件、固件或者软件、硬件、固件的任何组合来实现本发明的方法和系统。用于所述方法的步骤的上述顺序仅是为了进行说明，本发明的方法的步骤不限于以上具体描述的顺序，除非以其它方式特别说明。此外，在一些实施例中，还可将本发明实施为记录在记录介质中的程序，这些程序包括用于实现根据本发明的方法的机器可读指令。因而，本发明还覆盖存储用于执行根据本发明的方法的程序的记录介质。

本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (10)

1.一种锅炉受热面故障诊断方法，包括：

确定锅炉受热面的范围；

分析所确定的锅炉受热面的故障影响因素，得到关联度高的物理量；

将所述关联度高的物理量进行相似分析及模化;

根据所述相似分析及模化的结果得到锅炉受热面故障的判别准则。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述分析所确定的锅炉受热面的故障影响因素，包括：

对锅炉受热面的故障影响因素进行关联分析；

对锅炉受热面的故障进行案例分析，在所述故障影响因素中筛选关联度高的物理量。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括根据锅炉受热面的工质运作模式确定锅炉受热面的范围，所述工质运作模式包括锅炉受热面的热量交换方式。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述锅炉受热面包括对流受热面、辐射受热面、半辐射受热面中至少一种。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述锅炉对流受热面的范围包括：省煤器、过热器及再热器中至少一种。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述关联分析包括：

采集锅炉受热面的监测数据；

对所述监测数据与锅炉受热面的故障进行关联分析，以确定锅炉受热面的故障影响因素。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述监测数据包括：锅炉压力、管壁温度、PH值、管道材质、燃料特性、受热面入口和出口的工质流量、受热面入口和出口的工质温度、受热面入口的出口的工质压力、受热面管径、受热面大修后的运行年限中至少一种。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括使用数据挖掘算法，对所述监测数据与锅炉受热面的故障进行关联分析，以确定锅炉受热面的故障影响因素。

9.一种锅炉受热面故障诊断装置，包括：

范围确定模块，用于确定锅炉受热面的范围；

数据分析模块，用于分析所确定的锅炉受热面的故障影响因素，得到关联度高的物理量；

相似分析与模化模块，用于将所述关联度高的物理量进行相似分析及模化;

判别模块，用于根据所述相似分析及模化的结果得到锅炉受热面故障的判别准则。

10.一种锅炉受热面故障诊断系统，包括：权利要求13-24中任一项所述的装置，以及数据库，用于存储：

设备信息，包括：设备名称、设备型号、生产厂家、设计参数、投产日期、设备热交换方式；

所述监测数据，包括：锅炉压力、管壁温度、PH值、管道材质、燃料特性、受热面入口和出口的工质流量、受热面入口和出口的工质温度、受热面入口的出口的工质压力、受热面管径、受热面大修后的运行年限；

所述案例数据，包括锅炉受热面的故障记录及故障发生时的所述监测数据。