CN108106679B - 一种电站磨煤机入口风量的测量方法及系统 - Google Patents

一种电站磨煤机入口风量的测量方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电站磨煤机入口风量的测量方法及系统，包括建立入口风量的机理模型，在机理模型中入口风量与磨煤机出入口差压具有对应关系；基于推算磨煤机入口风量的辅助公式确定比例系数，建立基于机理模型的磨煤机入口风量数学模型；通过与硬件测量值对比，对入口风量数学模型进行经验修正；同时将入口风量标定系数作为数学模型的模型增益。该测量方法不受现场流场和管路因素影响，反应灵敏，能及时反应出磨煤机入口风道内风量的瞬时变化情况，有利于运行人员调整和下一步的自动控制；故障率低，数学模型是经过大量实验和长期观察后建立，测量精度高；无需布设新测点，也不用改变磨煤机系统的硬件结构，具有通用性。

Description

一种电站磨煤机入口风量的测量方法及系统
技术领域
本发明涉及一种风量测量方法，特别是涉及一种电站磨煤机入口风量的测量方法及系统。
背景技术
随着火电厂自动化程度的提高，准确测量锅炉各部分风量，并基于测得风量进行各输入量的自动投入，对火电厂的安全生产运行和节能降耗具有重要意义。磨煤机入口风量过大，会加剧对燃烧器附近水冷壁的冲刷，严重时易导致锅炉爆管；风量过小，最常见的现象是出现堵煤；在冷热风调节过程中，若磨煤机入口风量不随调节挡板按比例变化，将难以掌握，甚至因一次风量低导致磨煤机跳闸；同时，磨煤机入口风量测量不准易造成锅炉燃料主控无法投入自动，影响机组协调系统的正常投运。因此对磨煤机入口风量进行正确测量，获得准确的风量数据十分重要。
国内火电燃煤机组的磨煤机风量测量装置由于直管段不足、流场紊乱、装置及管路易堵等多种因素导致测量不准，灵敏度低。现有技术有在烟道内部安装了整流装置，期望能使流场相对稳定均匀，进而提高磨煤机风量测量的准确性，然而，整流装置的整流效果依赖于装置的设计水平，安装后在烟道内部的流体流速的不均匀性仍然很大，在无在线振打装置及反吹技术的基础上数据易失真，无法显著的提高磨煤机风量测量的准确性。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种电站磨煤机入口风量的测量方法及系统。
为了实现本发明的上述目的，本发明的第一方面提供了一种电站磨煤机入口风量的测量方法，包括如下过程：
Step1：统计分析现场试验和历史数据，建立磨煤机的入口风量软测量机理模型，所述机理模型的入口风量计算公式为：
Figure BDA0001500490440000021
所述Q为入口风量；ΔP为磨煤机出入口风压差，即出口风压减入口风压；Km为基于磨煤机出入口风压差计算入口风量的软测量比例系数；
Step2：利用现场试验和历史数据，进行回归分析，获得推算入口风量的辅助公式，包括：
基于磨煤机出入口风压差推算入口风量的公式：
Q1＝K1(ΔP)n1,Q1为入口风量，K1为基于出入口风压差推算入口风量的回归比例系数；n1为基于出入口风压差推算入口风量的回归幂系数，且0≤n1≤1；ΔP为磨煤机出入口差压；
基于磨煤机入口风压推算入口风量的公式：
Q2＝K2(Pin)n2，其中，Q2为入口风量，K2为基于入口风压推算入口风量的回归比例系数；n2为基于入口风压推算入口风量的回归幂系数，且0≤n2≤1；Pin为磨煤机入口风压；
基于磨煤机出口风压推算入口风量的公式：
Q3＝K3(Pout)n3，其中，Q3为入口风量，K3为基于出口风压推算入口风量的回归比例系数；n3为基于入口风压推算入口风量的回归幂系数，且0≤n3≤1；Pout为磨煤机出口风压；
Step3：确定比例系数Km，确定过程为：
对Q1、Q2和Q3进行数据融合，获得Q',令Q'＝Q，换算得到计算入口风量的比例系数Km。
该测量方法不受现场流场和管路因素等影响，利用较容易测量的磨煤机出入口风压差计算入口风量，具有测量速度快，反应灵敏，能及时反应出磨煤机入口风道内风量的瞬时变化情况，有利于运行人员调整和下一步的自动控制；其故障率低，稳定性好，数学模型是经过大量实验和长期观察后建立，提高了测量精度；无需布设新测点，也不用改变磨煤机系统的硬件结构，因此具有通用性和可移植性。
在本发明的一种优选实施方式中，还包括对所述入口风量计算公式进行经验修正的步骤，其具体过程为：通过与硬件测量值对比，根据对比结果对所述入口风量计算公式进行经验修正。
使入口风量计算公式的计算结果更贴近实际情况。
在本发明的一种优选实施方式中，还包括定期或不定期对磨煤机的入口风量进行标定的步骤，在该步骤中获取标定系数，并将标定系数作为所述入口风量计算公式的增益。
通过对入口风量进行高精度测量，并利用测量值标定入口风量计算公式，有利于提高入口风量计算公式的计算精度。
在本发明的一种优选实施方式中，还包括对所述入口风量计算公式进行温度补正的步骤，包括：
在进行入口风量标定中，获取温度增量和入口风量增量数据；
以温度增量为自变量，入口风量增量为因变量，进行回归分析，获得回归关系式；
根据回归关系式修正所述入口风量计算公式的计算结果。
用于消除温度对入口风量计算公式测量精度的影响。
在本发明的一种优选实施方式中，所述入口风量标定系数的确定过程为：在多个工况下进行标定试验，计算出每个工况入口风量的初步标定系数，取多个入口风量初步标定系数的平均值作为风量标定系数。
通过求平均能去除标定系数测的随机误差，标定系数可补偿入口风量计算公式的模型；与硬件测量比对、通过标定修正、完善入口风量数学模型后，参数的适应性更强、准确性更高。
本发明的第二个方面，提供了一种电站磨煤机入口风量的测量系统，包括电站DCS系统、布置在风道内的多个风压传感器、以及温度传感，所述DCS系统的多个信号输入端分别与风压传感器输出端和温度传感器输出端连接；所述DCS系统基于所述风压传感器以及温度传感输出信息，按照权利要求1所述方法对磨煤机的入口风量进行软测量。
仅利用现有DCS系统和火电厂常规测点，即可建立入口风量软测量的机理数学模型，不受算法的限制，在DCS系统中实用性较强，具有通用性。
本发明具有以下有益技术效果：
(1)灵敏度高。由于目前各种专用的磨煤机风量测量装置由于直管段不足、流场紊乱、装置及管路易堵等多种因素导致测量不准、灵敏度低。而入口风量软测量值由DCS系统直接算出，速度快，当入口风量变化时DCS系统输出值能及时响应变化，软测量的测量值描绘的数据曲线的幅值能及时反应出磨煤机入口风道内瞬时变化情况，有利于运行人员调整和下一步的自动控制。
(2)稳定性好，精确度高。国内的入口风量测量装置若无先进的振打装置，长期运行易堵，导致测量数值失真。而软测量的故障率极低，间接测点故障可通过逻辑保持输出或切除坏点等方法来规避，故软测量一般情况下只在DCS系统出故障时才有可能故障。经过标定后，入口风量软测量误差控制在5％内，精确度较高。
(3)通用性。仅仅利用现有DCS系统和火电厂常规测点，即可建立入口风量软测量的机理数学模型，不受算法的限制，在DCS系统中实用性较强；因需要做大量实验和长期观察，故数据较其它单一算法更全面；与硬件测量比对、通过标定修正、完善模型后，参数的适应性更强、准确性更高。
附图说明
图1是本发明一种优选实施方式中电站磨煤机入口风量的测量方法的执行过程图；
图2是本发明一种优选实施方式中电站磨煤机入口风量的测量系统的结构框图；
图3是本发明一种优选实施方式中电站磨煤机入口风量的测量系统的入口风量测量曲线图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
本发明提供了一种电站磨煤机入口风量的测量方法，图1所示为一优选实施方式中该方法的执行过程图，在本实施方式中，该过程包括：
S1：建立机理模型。
统计分析现场试验和历史数据，建立磨煤机的入口风量软测量机理模型，机理模型的入口风量计算公式为：
Figure BDA0001500490440000061
所述Q为入口风量；ΔP为磨煤机出入口风压差，即出口风压减入口风压；Km为基于磨煤机出入口风压差计算入口风量的软测量比例系数；
在本实施方式中，热工人员通过在现场收集到的试验和历史数据进行统计分析，发现把磨煤机看作一个整体，入口风量可折算为磨煤机出入口风压差。由于磨煤机一次风管道的长度L远大于其截面半径R，即L>>R，且一次风速较低，因此可将一次风管道内空气的流动近似为一元流动的定常理想流，由伯努利方程可得:
Figure BDA0001500490440000071
(1)式中，P1和P2为风道内两点的空气压力，ρ为空气密度，V为平均空气流动速度。由此可得:
Figure BDA0001500490440000072
因此，计算一次风管道中空气的质量流量如下:
Figure BDA0001500490440000073
(3)式中，A为截面积，K为流量系数，Km为基于磨煤机出入口风压差计算入口风量的软测量比例系数；
由(3)式可知，
Figure BDA0001500490440000074
S2：利用现场试验和历史数据，进行回归分析，获得推算入口风量的辅助公式，包括：
基于磨煤机出入口风压差推算入口风量的公式：
Q1＝K1(ΔP)n1,Q1为入口风量，K1为基于出入口风压差推算入口风量的回归比例系数；n1为基于出入口风压差推算入口风量的回归幂系数，且0≤n1≤1；ΔP为磨煤机出入口差压；
基于磨煤机入口风压推算入口风量的公式：
Q2＝K2(Pin)n2，其中，Q2为入口风量，K2为基于入口风压推算入口风量的回归比例系数；n2为基于入口风压推算入口风量的回归幂系数，且0≤n2≤1；Pin为磨煤机入口风压；
基于磨煤机出口风压推算入口风量的公式：
Q3＝K3(Pout)n3，其中，Q3为入口风量，K3为基于出口风压推算入口风量的回归比例系数；n3为基于入口风压推算入口风量的回归幂系数，且0≤n3≤1；Pout为磨煤机出口风压；
在本实施方式中，对现场试验和历史数据进行分析，发现入口风量与出入口风压差、入口风压和出口风压具有极大的相关性，根据实测的出入口风压差-入口风量二维图，入口风压-入口风量二维图，以及出口风压-入口风量二维图的分布形状，采用回归分析的方法分别建立入口风量与出入口风压差、入口风压和出口风压的关系式，获得三个辅助公式。历史数据为一个月或以上时间长度的数据，其包括硬件测量得到的入口风量、出入口风压差、入口风压和出口风压等参数。
S3：确定比例系数Km，确定过程为：
对Q1、Q2和Q3进行数据融合，获得Q',令Q'＝Q，换算得到计算入口风量的比例系数Km。
在本实施方式中，数据融合的方法可选用最小公倍数的数学方法，进行参数调试，确定合适的K1、K2和K3作为软测量的比例系数Km。
数据融合的方法也可选用如下方法：求取Q1、Q2和Q3的算术平均值并将算术平均值作为Q'，因为Q中ΔP已知，因此求取得到比例系数Km。
数据融合的方法还可选用加权融合算法获得，分别获取入口风压差、入口风压和出口风压的测量传感器的测量方差σ1 2、σ2 2和σ3 2，加权融合结果为：
Figure BDA0001500490440000091
获取Q'，令Q'＝Q，换算得到计算入口风量的比例系数Km。
S4：对入口风量计算公式进行经验修正步骤，通过与硬件测量值对比，根据对比结果对所述入口风量计算公式进行经验修正。
在本实施方式中，现场实测，获得入口风量硬件测量值，对比硬件测量值与入口风量计算公式的计算值(即入口风量软测量值)比对，可将差值作为偏差量合入计算公式中。硬件测量值为通过多点布置的如机翼式流量计等硬件风量测试设备测得风量值，硬件测量设备也可选用毕托管或微压计。
S5：定期或不定期对磨煤机的入口风量进行标定的步骤，在该步骤中获取标定系数，并将标定系数作为所述入口风量计算公式的增益。
还包括对入口风量计算公式进行温度补正的步骤，包括：
在进行入口风量标定中，获取温度增量和入口风量增量数据；
以温度增量为自变量，入口风量增量为因变量，进行回归分析，获得回归关系式；
根据回归关系式修正所述入口风量计算公式的计算结果。
在本实施方式中，邀请西安热工院进行入口风量标定，得到标定系数后直接作为模型增益；同时将温度变化引起的入口风量变化量作为计算偏差合入入口风量计算公式中。
在本发明的一种优选实施方式中，入口风量的标定系数的确定过程为：在多个工况下进行标定试验，计算出每个工况入口风量的初步标定系数，取多个入口风量初步标定系数的平均值作为标定系数。
本发明的第二个方面，提供了一种电站磨煤机入口风量的测量系统，包括电站DCS系统、布置在风道内的多个风压传感器、以及温度传感，DCS系统的多个信号输入端分别与风压传感器输出端和温度传感器输出端连接；CS系统基于风压传感器以及温度传感输出信息，按照上述方法对磨煤机的入口风量进行软测量。
在本实施方式中，风压传感器使用磨煤机内部固设传感器，不增加新测点，需要定期对个传感器进行标定和检查。温度传感器可选用热电偶。磨煤机的进出口风压差可根据进口和出口测得的风压差获得。利用该测量系统基于入口风量计算公式对磨煤机入口风量进行软测量，获得软测量值与实际测量值的对比曲线，如图3所示，在线条所指的时间段附近，在其它条件稳定时，热一次风调门关小后，即热调风门关小后，入口混合风压力跟着降低，入口风量软测量值降低，而硬件测试设备测试的入口风量实际测量值却上升，而且明显可以看到，入口风量软测量值对于热调风门的开度变化，即实际进风量变化，响应速度快，跟随性好，而利用硬件测量设备测试获得的入口风量实际测量值反应变化滞后。若用入口风量硬件设备实测值投入自动，自动将失调。而软测量值与热一次风调门开度、热一次风母管压力的相关性均较好，若用来投入自动，将使自动平稳投入。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种电站磨煤机入口风量的测量方法，其特征在于，包括如下过程：
Step1：统计分析现场试验和历史数据，建立磨煤机的入口风量软测量机理模型，所述机理模型的入口风量计算公式为：
Figure FDA0002331474910000011
所述Q为入口风量，ΔP为磨煤机出入口风压差，即出口风压减入口风压，Km为基于磨煤机出入口风压差计算入口风量的软测量比例系数；
Step2：利用现场试验和历史数据，获得推算入口风量的辅助公式，包括基于磨煤机出入口风压差推算入口风量的公式：
Q1＝K1(ΔP)n1，Q1为入口风量，K1为基于出入口风压差推算入口风量的回归比例系数；n1为基于出入口风压差推算入口风量的回归幂系数，且0≤n1≤1；ΔP为磨煤机出入口风压差；
基于磨煤机入口风压推算入口风量的公式：
Q2＝K2(Pin)n2，其中，Q2为入口风量，K2为基于入口风压推算入口风量的回归比例系数；n2为基于入口风压推算入口风量的回归幂系数，且0≤n2≤1；Pin为磨煤机入口风压；
基于磨煤机出口风压推算入口风量的公式：
Q3＝K3(Pout)n3，其中，Q3为入口风量，K3为基于出口风压推算入口风量的回归比例系数；n3为基于入口风压推算入口风量的回归幂系数，且0≤n3≤1；Pout为磨煤机出口风压；
Step3：确定比例系数Km，确定过程为：
对Q1、Q2和Q3进行数据融合，求取Q1、Q2和Q3的算术平均值并将算术平均值作为Q′,令Q′＝Q，换算得到计算入口风量的比例系数Km。
2.如权利要求1所述的电站磨煤机入口风量的测量方法，其特征在于，还包括对所述入口风量计算公式进行经验修正的步骤，其具体过程为：通过与硬件测量值对比，根据对比结果对所述入口风量计算公式进行经验修正。
3.如权利要求1所述的电站磨煤机入口风量的测量方法，其特征在于，还包括定期或不定期对磨煤机的入口风量进行标定的步骤，在该步骤中获取标定系数，并将标定系数作为所述入口风量计算公式的增益。
4.如权利要求3所述的电站磨煤机入口风量的测量方法，其特征在于，还包括对所述入口风量计算公式进行温度补正的步骤，包括：
在进行入口风量标定中，获取温度增量和入口风量增量数据；
以温度增量为自变量，入口风量增量为因变量，进行回归分析，获得回归关系式；
根据回归关系式修正所述入口风量计算公式的计算结果。
5.如权利要求3所述的电站磨煤机入口风量的测量方法，其特征在于，所述标定系数的确定过程为：在多个工况下进行标定试验，计算出每个工况入口风量的初步标定系数，取多个初步标定系数的平均值作为标定系数。
6.一种利用如权利要求1所述方法的电站磨煤机入口风量的测量系统，特征在于，包括电站DCS系统、布置在风道内的多个风压传感器、以及温度传感，所述DCS系统的多个信号输入端分别与风压传感器输出端和温度传感器输出端连接；所述DCS系统基于所述风压传感器以及温度传感输出信息，按照权利要求1-5任一所述方法对磨煤机的入口风量进行软测量。
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