CN107710272A - 整套设备装置的效率分析系统以及方法 - Google Patents

Abstract

针对整套设备构成装置的效率降低，未定量地评价导致该效率降低的要因的影响度而无法制定最佳的保养计划。为了解决本课题，本发明提供一种整套设备装置的效率分析系统，对构成整套设备的装置的效率进行分析，所述整套设备装置的效率分析系统的特征在于，具备：装置效率运算部，根据所述整套设备装置的测量信息求出装置效率；装置要因获取部，获取成为使所述装置效率变化的要因的装置要因；以及影响系数运算部，求出表示各装置要因提供的效率变化的程度的影响系数，根据所述影响系数求出效率的变化量。

Description

整套设备装置的效率分析系统以及方法

技术领域

本发明涉及对构成整套设备的装置的效率进行分析的整套设备装置的效率分析系统以及方法。

背景技术

构成发电厂的装置例如火力发电厂的燃气轮机由于叶片的损伤、污染的附着而随时间经过效率降低。在效率降低时，燃料被过量地消耗，运转成本上升。为了抑制运转成本的上升，针对叶片的损伤定期地实施叶片的更换/修补作业，针对叶片的污染定期地实施清洁作业，针对空气过滤器的污染定期地实施过滤器的更换作业，在使效率恢复的同时继续运转。根据保养的内容，成为与燃气轮机的分解相伴的作业。在该情况下，需要将整套设备的运转停止一定期间，导致发电运营的机会损失。进而，在伴有零件更换的保养的情况下，除了需要作业费用以外，还需要零件的购入费用。

根据如上所述的背景，频繁地实施整套设备装置的保养作业并非良策，必须考虑与效率降低相伴的运转成本的增加量和用于改善效率的保养费用这两者来判断实施保养作业的频度。

由于对装置效率造成影响的要因存在多个，所以为了使效率改善的效果最大化，需要定量地计算各要因对效率造成的影响并选出影响大的要因的处理。作为进行这样的处理的系统的例子，在专利文献1中记载有用于进行最佳效率下的整套设备控制的装置。该装置以整套设备控制的最佳化为目的，作为实现该目的的手段而具备相关解析部，该相关解析部根据整套设备的运转状态求出预定工艺状态和各要素的相关关系并存储到相关表格，根据运转状态计算各要素的效率。由此，从整套设备的运转数据库取出被分析为与装置效率存在相关的信号来求出相关系数，使用影响度大的信号来构筑与效率的回归模型。模型的输入信号是在整套设备中测量出的温度、流量，使用该模型进行控制以实现使装置效率或者整套设备效率最大的运转条件。

现有技术文献

专利文献1：日本特开2004-54808

发明内容

如上所述，在专利文献1记载的方法中，将温度、流量等的控制信号设定成最佳值，以使得能够使整套设备运转的效率最大化。然而，利用该方法能够实现的是整套设备的运转条件的最佳化，如上所述，并非在装置经时劣化而效率降低的情况下的保养作业的最佳化。另外，专利文献1记载的方法并非定量地评价整套设备效率的最佳运转中的成本效果的技术。

如以上所述，现有技术并非根据整套设备的运转数据定量地评价造成装置的效率降低的要因的影响度，未提示支援最佳的保养计划的制定的方法。

为了解决上述课题，本发明提供一种整套设备装置的效率分析系统，对构成整套设备的装置的效率进行分析，所述整套设备装置的效率分析系统的特征在于，具备：装置效率运算部，根据所述整套设备装置的测量信息求出装置效率；装置要因获取部，获取成为使所述装置效率变化的要因的装置要因；以及影响系数运算部，求出表示各装置要因提供的效率变化的程度的影响系数，根据所述影响系数求出效率的变化量。

根据本发明，能够根据整套设备的运转数据定量地评价造成装置的效率降低的要因的影响度，能够支援最佳的保养计划的制定。

附图说明

图1是示出本发明的实施例的整套设备装置的效率分析系统的结构的图。

图2是示出储存整套设备装置的测量数据的装置数据库的结构的图。

图3是示出储存整套设备装置的效率数据的装置效率数据库的结构的图。

图4是示出储存整套设备装置的结构信息和保养作业历史的保养数据库的结构的图。

图5是示出整套设备装置的效率的降低趋势的概念图。

图6是示出储存与整套设备装置的效率关联的各要因的数据的效率要因数据库的结构的图。

图7是示出储存运转保养条件的各要因提供给整套设备装置的效率的影响系数的影响系数数据库的结构的图。

图8是示出整套设备装置的效率分析系统的输入输出装置中的显示画面例的图。

图9是示出整套设备装置的效率降低所致的损失成本的运算方法的图。

(符号说明)

1：整套设备装置的效率分析系统；2：燃气轮机；3：输入输出装置；11：装置数据获取部；12：装置数据库；13：装置效率运算部；14：装置效率数据库；15：保养数据储存部；16：保养数据库；17：效率要因获取部；18：效率要因数据库；19：影响系数运算部；20：影响系数数据库；21：损失成本运算部。

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的整套设备装置的效率分析系统的结构。

实施例1

图1是示出本发明的实施例的整套设备装置的效率分析系统的图。1是效率分析系统。2是作为效率分析的对象的多个燃气轮机。3是输入系统的处理所需的数据并且显示系统的处理结果的输入输出装置。另外，效率分析系统1构成为将在各装置或者装置之间执行通信的通信部、电脑、计算机服务器(CPU：Central Processing Unit，中央处理单元)、存储器、各种数据库DB等以有线或者无线方式连接起来。另外，输入输出装置3由键盘开关、鼠标等定点装置、触摸面板、声音指示装置、显示器等构成。

参照图1，说明本发明的整套设备装置的效率分析系统1中的处理。装置数据获取部11取得整套设备的燃气轮机2的测量数据并储存到装置数据库12。图2是示出装置数据库12的结构的图。如图所示，按时间序列储存有与燃气轮机的效率关联的数据。

接下来，装置效率运算部13取得在装置数据库12中储存的数据，运算燃气轮机的效率。在本实施例中，由于设想燃气轮机与发电机一对一连接的简单循环，所以使用发电效率作为燃气轮机的效率。因此，用以下的式1表示燃气轮机的效率η0。

[式1]

在式1中，η0：燃气轮机效率(发电效率)[％]，E：发电机输出[kW]，H：燃料发热量[kJ/kg]，F：燃料流量[t/hr]。

另外，燃气轮机的效率在如负载、IGV(Inlet Guide Vane，进气导流叶片)开度、入口空气温度那样除了装置的劣化以外的运转条件下也会变化。因此，用以下的式2校正由这些运转条件造成的效率变化量。

[式2]

η＝η0+f1(E)+f2(Aigv)+f3(Tin)

在式2中，η：校正燃气轮机效率(校正发电效率)[％]，η0：燃气轮机效率(发电效率)[％]，f1：发电机输出校正函数，E：发电机输出[kW]，f2：IGV开度校正函数，Aigv：IGV开度[°]，f3：入口空气温度校正函数，Tin：入口空气温度[℃]。

根据校正后的效率值η的变化趋势，能够掌握运转条件以外的要因即装置劣化所致的效率变化。装置效率运算部13将校正前的效率和校正后的效率以及发电机输出储存到装置效率数据库14。

图3是示出燃气轮机的效率变化的示意图。在此，示出了如上所述用负载、IGV开度、入口空气温度校正后的效率。如图所示，虽然随着时间的经过而效率降低，但通过更换动叶，能够使效率改善至接近运转的初始的状态。作为其它用于改善效率的保养作业，虽然有入口空气过滤器的更换、压缩机的清洁等，但与它们相比，在更换动叶的情况下效率的改善效果非常高。但是，动叶的更换需要大笔费用，所以一般与动叶的寿命消耗(基于高温环境下的材料劣化/损伤的可使用时间)对应地实施更换作业。

在图1所示的效率分析系统中，保养数据储存部15取得整套设备的保养员经由输入输出装置3输入的保养作业的信息，并储存到保养数据库16。

图4是示出保养数据库16的结构的图。在保养数据库16中成对地储存有整套设备结构信息和保养作业历史信息。在整套设备结构信息中储存装置名、燃气轮机(GT)的型号、整套设备结构、燃气轮机的额定输出、使用的燃料的种类。作为燃料的种类，主要有重油和天然气，天然气与重油相比具有能够降低劣化所致的效率降低的特征。另外，在保养作业历史信息中储存针对在整套设备结构信息中记载的燃气轮机的保养作业的历史。在图例中，作为保养作业，实施入口空气过滤器的更换、压缩机的清洁、动叶的更换。

效率要因获取部17取得在装置效率数据库14中储存的效率数据、在保养数据库16中储存的整套设备结构和保养作业历史，获取与燃气轮机的效率关联的要因并储存到效率要因数据库18。

图6是示出效率要因数据库的结构的图。储存有从上述保养数据库16取出的作为效率分析的对象的燃气轮机的装置名、型号、燃料种类的信息。另外，利用以在保养作业中更换动叶直到下次更换动叶为止的期间为基准的数值表示运转时间、GT效率变化幅度、起动次数、过滤器更换次数、压缩机清洁次数。例如，如图5中的效率的变化趋势所示，GT效率变化幅度用直到叶片更换为止所降低的效率的降低幅度表示。使用在上述装置数据库12、装置效率数据库14、保养数据库16中储存的信息来运算这些数据。首先，获取在保养数据库16中储存的保养作业历史的与动叶更换对应的日期时间数据，判定直到叶片更换为止的期间。接下来，从装置效率数据库14获取效率的时间系列数据，运算该期间中的效率的降低幅度。在运转时间、起动次数的情况下，通过从装置数据库12获取发电机输出的时间系列数据并计数来进行运算。另外，在过滤器更换次数、压缩机清洁次数的情况下，通过获取在保养数据库16中储存的保养作业历史并计数来进行运算。

在图6的例子中，在效率要因数据库18中仅记载有“A发电站1号机”的数据，但这样的数据是针对多个燃气轮机而储存的。根据燃气轮机而储存针对各种运转条件的数据，各种运转条件包括作为燃料使用天然气的情形、一年中仅进行几次起动停止的情形、作为保养作业而过滤器更换次数/压缩机清洁次数不同的情形等。

接下来，影响系数运算部19根据在效率要因数据库18中储存的数据评价各种运转条件和GT效率的变化幅度的相关关系。以下，式3示出在该评价中使用的公式。

[式3]

在式3中，Δη：效率降低幅度[％]，T：运转时间[hr]，Ns：起动次数，Nf：过滤器更换次数，Nw：压缩机清洁次数，a：经时要因的影响系数[％/10000hr运转]，b：燃料种类(重油)的影响系数[％/10000hr运转]，c：起动次数的影响系数[％/1000次起动]，d：过滤器更换次数的影响系数[％/更换1次]，e：压缩机清洁次数的影响系数[％/清洁1次]。

这是将效率降低幅度表示为各要因的影响之和的公式。a、b、c、d、e是表示各要因的影响的程度的系数。a表示经时要因的影响，用每10000hr的运转时间的效率降低幅度来表示。不论进行什么样的运转，都无法避免燃气轮机的效率随着运转时间的经过而降低。即，该参数表示效率降低中的不依赖于运转条件的部分。b是燃料种类(重油)的影响系数，用每10000hr的运转时间的效率降低幅度来表示。如上所述，在使用重油作为燃料时，相比于天然气的情况，效率降低的进展更快。该参数表示在以天然气为基准时使用重油对效率的影响。c是起动次数的影响系数，用每1000次的起动次数的效率变化幅度来表示。越频繁地进行起动停止，每个运转时间的效率的降低幅度越大。d是过滤器更换次数的影响系数，用每1次更换的效率变化幅度来表示。在燃气轮机的空气入口设置有过滤器，由此去除空气中的杂质。在燃气轮机内混入空气中的杂质时，附着到叶片而导致效率降低。因此，如果频繁地更换过滤器，则能够减缓效率降低的进展。由于过滤器更换在改善效率的方向上发挥作用，所以该参数是正值。e是压缩机清洁次数的影响系数，用每1次清洁的效率变化幅度来表示。能够通过压缩机的清洁去除附着的污染来改善效率。该参数也与过滤器更换同样地是正值。

影响系数运算部19使用在效率要因数据库15中储存的多个燃气轮机的运转条件和效率的数据，针对燃气轮机的每个型号求出式3中的影响系数a～e的值。求出系数的方法只要是最小二乘法等在函数拟合中使用的计算方法就能够应用。影响系数的计算结果被储存到影响系数数据库20。图7是示出影响系数数据库20的结构的图。针对燃气轮机的每个型号储存有上述影响系数a～e的计算结果。

根据以上叙述的数据，装置效率分析系统1的损失成本运算部21为了支援保养作业的计划，运算效率降低幅度以及效率降低所致的损失成本。

图8是将损失成本运算部21的运算结果显示于输入输出装置3时的画面例。用户向画面上部的运转条件输入数据。输入直到下次叶片更换为止的计划运转时间、计划起动次数、平均输出、燃料种类、燃料价格、过滤器更换次数、压缩机清洁次数。损失成本运算部21根据该输入数据推测直到下次叶片更换为止的效率降低幅度，运算其所致的损失成本。以下，说明损失成本运算部的处理步骤。

首先，根据用户输入的平均发电机输出评价期待的燃气轮机的效率(在本实施例中与发电效率等价)。在上述装置效率数据库14中储存有发电机输出和效率值。从该数据库取出与平均发电机输出对应的效率值。此处的效率是基于运转条件的校正前的效率。另外，取出的效率数据设为刚刚更换动叶之后的数据。这是由于虽然随着运转时间的经过而效率降低但使用降低前的初始状态的值的缘故。动叶更换的日期时间被储存到上述保养数据库16。在图8的显示画面例的情况下，期待的初始的发电效率显示为32.0％。

接下来，对经过用户输入的计划运转时间的时间点的发电效率的降低幅度进行推测。在推测处理中使用上述式3。在式3中，关于运转时间、起动次数、燃料种类、过滤器更换次数、压缩机清洁次数而使用用户的输入值，作为影响系数而使用在上述影响系数数据库20中储存的值。在图8的显示画面例的情况下，效率降低幅度显示为-2.83％。进而，显示画面还示出针对效率变化的各要因的详细内容。式3的各项分别表示经时要因、燃料种类、起动次数、过滤器更换、压缩机清洁对效率的影响，因而显示这些值。各要因的合计是效率降低幅度。

接下来，对燃气轮机的效率降低所致的燃料消耗量增加所造成的损失成本进行运算。首先，使用以下的式4来计算燃料流量的基准值。

[式4]

关于式4，F：燃料流量[t/hr]，E：发电机输出[kW]，ηb：初始(动叶刚刚更换之后)的发电效率[％]，H：燃料发热量[kJ/kg]。

式4是对上述式1变形为求燃料流量的公式。发电机输出使用用户的输入值，发电效率使用在上述处理中从数据库取出的值，燃料发热量使用设定值。

接下来，计算经过预定的运转时间的时间点的损失成本。由于燃气轮机的效率逐渐地降低，所以燃料被过量地消耗，损失成本由因过量消耗而增加的燃料成本的累积值来表示。图9示出该概念。在图9中，横轴表示运转时间，纵轴表示效率降低所致的每小时的损失成本。在本实施例中，因为假设为以刚刚更换动叶之后为基准而未发生效率降低，所以该时间点的每小时的损失成本是0。在运转时间经过而效率逐渐降低时，每小时的损失成本也逐渐增加。在此，假设为线性地增加。最终在运转时间经过T(hr)的时间点，在将效率的降低幅度设为Δη(％)的情况下，运转时间T中的每小时的损失成本L(￥/hr)用以下的式5表示。

[式5]

关于式5，L：效率降低所致的每小时的损失成本[￥/hr]，F：燃料流量[t/hr]，P：燃料价格[￥/t]，Δη：效率降低幅度[％]，ηb：初始(动叶刚刚更换之后)的发电效率[％]。

效率降低所致的燃料流量的增加率是Δη/ηb，对其乘以燃料流量和燃料价格来进行计算。

经过预定的运转时间时的效率降低所致的损失成本是图9所示的每小时的损失成本的累积值。因此，只要用时间对每小时的损失成本的函数进行积分即可，即只要求出图形的面积即可。因此，直到运转时间T(hr)为止的损失成本用以下的式6表示。

[式6]

在式6中，C：效率降低所致的损失成本[￥]，T：运转时间[hr]，L：效率降低所致的每小时的损失成本[￥/hr]，F：燃料流量[t/hr]，P：燃料价格[￥/t]，Δη：效率降低幅度[％]，ηb：初始(动叶刚刚更换之后)的发电效率[％]。

损失成本运算部21使用式6来运算与效率降低幅度的推测值对应的损失成本，并输出到显示画面。

用户根据由图8中作为例子示出的显示画面提供的信息来制定保养计划。例如，对增加或者减少作为输入的过滤器更换次数、压缩机清洁次数时的损失成本的变化进行确认。由此，能够考虑系统输出的损失成本和过滤器更换、压缩机清洁所需的作业成本这两者来掌握实施几次作业在成本上是最佳的。另外，能够考虑将燃料从重油变更为煤气时的损失成本的变化和变更燃料种类所需的改造费这两者来掌握成本上的合理性。

在本实施例中，以燃气轮机为对象说明了系统的处理的流程，但本发明并非仅将燃气轮机作为对象。例如，在对燃煤锅炉应用本发明的情况下，作为评价对效率的影响的参数，可以举出煤炭种类作为燃料、举出吹灰机的使用次数作为运转条件、举出在定期检查中进行的传热管及空气预热器的清洁作业作为保养作业。关于煤炭种类，除了每单位质量的发热量以外，灰、水分、硫成分、挥发成分等的含有量也对锅炉内的污染的进展造成影响，所以评价这些参数对效率的影响是有效的。另外，吹灰机是通过在运转中对传热管喷射高温蒸气而将灰吹飞的装置。由于在灰附着到传热管时传热效率降低，所以通过使用吹灰机，一定程度上能够改善传热效率。另外，作为用于改善效率的保养作业，当在定期检查中锅炉内冷却至常温水平之后，将作业用的脚架搭到锅炉内，通过手动作业进行清洁作业。特别是在熔融灰附着到墙壁的造渣的情况下，即便使用上述吹灰机仍难以去除，所以基于手动作业的去除是有效的。同样地，在锅炉出口设置有空气预热器，该空气预热器是利用排气来加热空气的装置。排气中包含的硫成分附着于空气预热器，所以用热水等定期地去除。这需要在停止空气预热器的状态下进行作业，所以经常在定期检查的期间中实施。其中，通常的锅炉设置有两台空气预热器，所以还有在锅炉运转中使一台空气预热器运转、使一台空气预热器停止来进行清洁作业的情况。

如以上所述，能够使用本发明的系统也对燃煤锅炉定量地分析如上所述的与运转保养条件关联的各参数对效率造成的影响，根据分析结果来支援运转保养计划的最佳化。

另外，本发明的系统只要能够获取整套设备的测量值、在各整套设备中使用的装置的信息、保养作业的历史信息就能够实现处理。因此，既能够活用于发电公司拥有系统并以本公司的装置为对象分析效率而进行运转保养计划的最佳化，或者也有服务公司从多个发电公司联机或者脱机地获取上述信息并针对各发电公司提供运转保养计划的最佳化方案的方法。

根据本实施例，在整套设备构成装置的效率降低的情况下，通过使用实际数据来分析效率和运转保养的各要因的相关，能够定量地评价造成效率降低的各要因的影响。由此，能够推测变更运转保养条件时的效率的变化量并计算成本上的损益，所以能够活用于运转保养计划的最佳化。

产业上的可利用性

根据本发明的系统，能够利用于以发电厂、化学整套设备为首的所有整套设备。

Claims (9)

1.一种整套设备装置的效率分析系统，对构成整套设备的装置的效率进行分析，所述整套设备装置的效率分析系统的特征在于，具备：

装置效率运算部，根据所述整套设备装置的测量信息求出装置效率；

装置要因获取部，获取成为使所述装置效率变化的要因的装置要因；以及

影响系数运算部，求出表示各装置要因提供的效率变化的程度的影响系数，

根据所述影响系数求出效率的变化量。

2.根据权利要求1所述的整套设备装置的效率分析系统，其特征在于，

所述整套设备装置的效率分析系统还具备损失成本运算部，该损失成本运算部根据所述效率的变化量运算损失成本。

3.根据权利要求1所述的整套设备装置的效率分析系统，其特征在于，

根据所述装置效率、整套设备结构以及保养作业历史来获取所述装置要因。

4.根据权利要求1所述的整套设备装置的效率分析系统，其特征在于，

所述装置效率运算部校正基于运转条件的效率的变化量，求出与所述整套设备装置的性能劣化有关的装置效率，所述运转条件包括负载、IGV(进气导流叶片)开度或者入口空气温度中的至少一个。

5.根据权利要求1所述的整套设备装置的效率分析系统，其特征在于，

所述装置要因包括经时要因、燃料种类、起动次数、过滤器更换次数或者压缩机清洁次数中的至少一个。

6.根据权利要求1所述的整套设备装置的效率分析系统，其特征在于，

所述整套设备装置的效率分析系统具备输入输出部，该输入输出部针对所述装置要因指定条件，根据所述条件显示整套设备装置的所述效率的变化量、提供给所述效率的变化量的所述影响系数或者基于所述效率的变化量的损失成本中的任意一个。

7.根据权利要求1所述的整套设备装置的效率分析系统，其特征在于，

所述整套设备装置包括燃气轮机或者燃煤锅炉。

8.一种整套设备装置的效率分析方法，对构成整套设备的装置的效率进行分析，所述整套设备装置的效率分析方法的特征在于，

根据所述整套设备装置的测量信息求出装置效率，获取成为使所述装置效率变化的要因的装置要因，求出表示各装置要因提供的效率变化的程度的影响系数，根据所述影响系数求出效率的变化量。

9.根据权利要求8所述的整套设备装置的效率分析方法，其特征在于，

根据所述效率的变化量运算损失成本。