CN108875165B - 基于运行数据的锅炉特性标定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公布了一种基于运行数据的锅炉特性标定方法。该方法包括构建锅炉系统稳态模型确定最小测量变量参数集、数据采集、数据预处理、标定计算等。通过不同运行工况下实际运行特性参数，能够分析锅炉运行特性参数的主导因素，建立特性参数的主导因素模型。本发明方法克服了以往基于设计数据计算方法的不确定性，大量运行数据的使用能够更精确地获得锅炉的实际运行特性，更准确地描述系统的实际运行状态和性能。

Description

基于运行数据的锅炉特性标定方法
技术领域
本发明涉及一种基于运行数据的锅炉特性标定方法，属于锅炉仿真及控制技术领域。
背景技术
火电机组仿真机在提高机组运行人员操作经验、机组安全稳定高效节能运行的同时，还兼具经济性好、安全性高、灵活性强的优点,对实际火电机组的安全高效运行具有重要的意义。而建立全工况火电机组仿真模型的关键技术之一是对关键部件的运行特性进行全工况范围内的标定，从而准确反映各运行工况点下的火电机组运行特性。
而现有技术一般利用锅炉的热力设计数据完成运行特性的标定。具体来说，就是利用机组热力设计中的若干设计工况数据点(包括锅炉最大连续运行工况B-MCR、100％、70％、50％及30％等工况点)的数据，对锅炉系统进行建模，依次完成系统的物质平衡、能量平衡以及具体过程模块(流动、传热、燃烧等)的计算，从而获得锅炉运行相关特性参数，如流化风速、夹带量、换热系数、碳反应速率等，以此完成设计工况点的特性标定。根据计算获得的有限工况点的特性参数进行插值，获得覆盖锅炉全工况运行范围内的运行特性曲线，用于锅炉仿真机的建模。
由于现有的锅炉运行特性的标定均基于设计数据进行，标定的依据是锅炉热力设计中的有限个工况点。同时由于设计数据均为理论计算结果，而实际机组运行一段时间后，其特性往往与设计数据有偏离，使得基于设计数据的仿真模型的特性与实际特性不符，使得基于设计数据标定的模型精度具有一定的不确定性。
发明内容
本发明提出了一种基于运行数据的CFB锅炉特性标定方法。本方法利用实际CFB锅炉的在线运行数据，通过数据筛选和模型计算，获得CFB锅炉的实际运行特性，完成大负荷范围内CFB锅炉特性标定。相比于采用设计数据的模型标定方法，本发明的标定方法能够获得CFB锅炉的实际运行特性，从而为符合实际过程的高精度CFB锅炉仿真机的开发提供技术基础。
本发明通过以下技术方案实现：
基于运行数据的锅炉特性标定方法，其特征在于，所述标定方法包括：
确定最小测量变量参数集：通过锅炉运行分析，构建包括物质平衡和能量平衡关系的锅炉系统稳态模型；并通过稳态模型校验，筛选出可测变量，设计能够完成锅炉运行特性计算的操作流程，并确定能够完成锅炉运行特性计算的最小测量变量参数集；
数据采集：根据锅炉类型和确定的能够完成锅炉运行特性计算的最小测量变量参数集，选定待测运行变量，在锅炉上选取测点组，设计数据采集测点表；按照固定时间间隔，利用取数工具从锅炉运行在线数据库连续采集测点运行数据；
数据预处理：按测点对采集到的数据进行初步筛选，剔除不合理数据，并对采集数据通过稳态数据筛选法进行预处理，获得各测点若干稳态运行时间段运行数据；将若干稳态运行时间段运行数据进行算术平均，获得该稳态工况下的测点运行数据；
根据锅炉运行工况，选取不同稳态工况对应的时间段，通过数据采集和数据预处理获得不同稳态工况下的测点运行数据组；
利用不同稳态工况下的测点运行数据组，应用锅炉系统稳态模型在不同稳态工况下进行锅炉标定计算，获得不同稳态工况下运行特性参数的数值。
上述技术方案中，所述固定时间间隔选用5～15分钟。
上述技术方案中，所述不同稳态工况包括B-MCR(锅炉最大连续运行)工况、100％负荷、70％负荷、50％负荷和30％负荷。
上述技术方案中，所述数据预处理过程中，稳态数据筛选法选用Gauss滤波与R检验。
上述技术方案中，当所述锅炉类型为CFB(循环流化床)锅炉时，所述运行特性参数包括流化风速、夹带量、换热系数。
上述方法还包括：通过不同稳态工况下运行特性参数数值的变化，分析锅炉运行特性参数的主导因素，建立特性参数的主导因素模型。
本发明具有以下优点及有益效果：克服了以往基于设计数据计算方法的不确定性，大量运行数据的使用能够更精确的获得锅炉的实际运行特性，更准确地描述系统的实际运行状态和性能。此外，基于运行数据建立的锅炉特性参数模型，可应用于锅炉的仿真机建模，能够进一步提高仿真精度并用于指导机组的实际运行。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式及工作过程作进一步的说明。
本发明所涉及的基于运行数据的锅炉特性标定方法，所述标定方法包括构建锅炉系统稳态模型、确定最小测量变量参数集、数据采集、数据预处理、标定计算。
确定最小测量变量参数集：通过锅炉运行分析，构建包括物质平衡和能量平衡关系的锅炉系统稳态模型；并通过稳态模型校验，筛选出可测变量，设计能够完成锅炉运行特性计算的操作流程，确定能够完成锅炉运行特性计算的最小测量变量参数集。
在这个过程中，物质平衡计算关系往往包括给煤折算、脱硫反应、灰渣计算、空烟计算(空气和烟气平衡计算)以及整体进出系统的物质平衡。而能量平衡计算关系包括碳燃烧计算、固体焓计算、风烟灰焓计算、工质吸热计算及整体能量平衡计算。
比如，CFB锅炉系统炉膛的能量平衡方程如下：
Figure BDA0001682448370000021
Figure BDA0001682448370000031
其中方程左边分别为炉内物料质量MB、炉膛内热部件等效质量MB，eq、固体等效热容hs以及时间τ，方程的右边依次为挥发份热量BHV、碳燃烧热量(RVC+RFC)HC、油燃烧热量Qoil、煤与石灰石物理焓(B+L)hf、空气物理焓Qair、循环烟气与循环灰物理焓Qrg+Qra、烟气物理焓Qg、夹带灰物理焓QENTR、排渣物理焓Qslag、锅炉换热量QB以及炉膛散热损失Qloss。
其中，方程左侧为炉膛热量的变化，在稳态下为0；方程右侧为进出能量的代数和。
在上述平衡计算基础上，稳态模型模块计算包括脱硫过程核算、碳燃烧速率计算等，对CFB锅炉还包括流化风速计算，由此形成针对不同锅炉类型的特性参数计算。
由于飞灰和灰渣的含碳率无法直接实时测定，因此在锅炉残碳损失质量平衡方程中，根据实际运行经验对飞灰和排渣的含碳率进行了假设，从而使可测变量参数集最小化。
BC.Cc·LM＝DOUT·COUT+FL·CFL
方程左侧是进入锅炉的碳的质量，方程右侧是飞灰和排渣中带出的碳的质量。其中，BC为设计工况下的给煤量，CC为设计煤种的碳含量，LM为机械未完全燃烧热损失，COUT与CFL分别为排渣含碳率与飞灰含碳率，可通过合理设定飞灰含碳率和排渣含碳率的比例计算得到。
根据确定的最小测量变量参数集，在不同运行工况下进行锅炉标定计算，获得不同运行工况下实际运行特性参数的数值。
流化风速的计算公式如下：
U0＝VGAS·TB/(T0·A)
其中U0为流化风速，VGAS为单位时间内炉内产生的烟气标准体积，TB为炉膛床温，T0为热力学标准状态温度273.15K，A为炉膛横截面积。流化风速表示单位时间内通过炉膛横截面积的烟气气体体积。
换热系数的计算公式如下：
KA＝Q/ΔT
其中，K为热力学换热系数，A为换热面积，KA为换热系数与换热面积的乘积，Q为换热量，ΔT为炉内烟气与工质逆流的换热温差，按下式计算：
Figure BDA0001682448370000032
其中，TB为炉膛床温，TV为炉膛出口温度，t′1与t″1分别表示过热器进口和出口工质温度。
夹带量的计算公式如下：
ENTR＝FL/η
其中，ENTR为夹带量，F为飞灰量，η为旋风分离器的分离效率。
数据采集：根据锅炉类型，选定待测运行变量，在锅炉上选取测点组，设计数据采集测点表；按照固定时间间隔，利用取数工具从锅炉运行在线数据库连续采集测点运行数据。
数据采集过程中，固定时间间隔选用5～15分钟。不同稳态工况包括B-MCR(锅炉最大连续运行)工况、100％负荷、70％负荷、50％负荷和30％负荷等多个稳态工况。锅炉运行在线数据库包括DCS(DISTRIBUTED CONTROL SYSTEM，集散型控制系统)数据库、PI(PlantInformation System)数据库等。
数据预处理：按测点对采集到的数据进行初步筛选，剔除不合理数据，并对采集数据通过稳态数据筛选法进行预处理，获得各测点若干稳态运行时间段运行数据；将若干稳态运行时间段运行数据进行算术平均，获得该稳态工况下的测点运行数据。
数据预处理过程中稳态数据筛选法选用Gauss(高斯)滤波与R检验。
根据锅炉运行工况，选取不同工况对应的时间段，通过数据采集和数据预处理获得不同稳态工况下的测点运行数据组。
然后利用不同稳态工况下的测点运行数据组，应用锅炉系统稳态模型在不同运行工况下进行锅炉标定计算，获得不同运行工况下运行特性参数的数值。
当锅炉类型为CFB锅炉时，所述运行特性参数包括流化风速、夹带量、换热系数等。
通过不同运行工况尤其是稳态工况下计算得到的运行特性参数，能够分析锅炉运行特性参数的主导因素，建立特性参数的主导因素模型。包括：(1)针对选定的特性参数，从机理上分析获得其主导因素。如夹带量分析确定其主导因素为流化风速；(2)利用数据拟合的方法，建立不同工况点下特性参数与其对应主导因素间的主导因素模型。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.基于运行数据的锅炉特性标定方法，其特征在于，所述标定方法包括：
确定最小测量变量参数集：通过锅炉运行分析，构建包括物质平衡和能量平衡关系的锅炉系统稳态模型；并通过稳态模型校验，筛选出可测变量，设计能够完成锅炉运行特性计算的操作流程，并确定能够完成锅炉运行特性计算的最小测量变量参数集；
数据采集：根据最小测量变量参数集和锅炉类型，选定待测运行变量，在锅炉上选取测点组，设计数据采集测点表；按照固定时间间隔，利用取数工具从锅炉运行在线数据库连续采集测点运行数据；
数据预处理：按测点对采集到的数据进行初步筛选，剔除不合理数据，并对采集数据通过稳态数据筛选法进行预处理，获得各测点若干稳态运行时间段运行数据；将若干稳态运行时间段运行数据进行算术平均，获得对应的若干稳态工况下的测点运行数据；
根据锅炉运行工况，选取不同稳态工况对应的时间段，通过数据采集和数据预处理获得不同稳态工况下的测点运行数据组；
利用不同稳态工况下的测点运行数据组，应用锅炉系统稳态模型在不同稳态工况下进行锅炉标定计算，获得不同稳态工况下运行特性参数的数值。
2.根据权利要求1所述的基于运行数据的锅炉特性标定方法，其特征在于，所述固定时间间隔选用5～15分钟。
3.根据权利要求1所述的基于运行数据的锅炉特性标定方法，其特征在于，所述不同稳态工况包括B-MCR工况、100％负荷、70％负荷、50％负荷和30％负荷。
4.根据权利要求1所述的基于运行数据的锅炉特性标定方法，其特征在于，所述数据预处理过程中稳态数据筛选法选用Gauss滤波与R检验。
5.根据权利要求1所述的基于运行数据的锅炉特性标定方法，其特征在于，当所述锅炉类型为CFB锅炉时，所述运行特性参数包括流化风速、夹带量、换热系数。
6.根据权利要求1所述的基于运行数据的锅炉特性标定方法，其特征在于，所述方法还包括：通过不同稳态工况下运行特性参数数值的变化，分析锅炉运行特性参数的主导因素，建立特性参数的主导因素模型。
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