CN114357380A - 一种基于实时测量数据的热偏差计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于实时测量数据的热偏差计算方法，包括：S1：计算安装测点管道的烟气温度不均匀系数，进而拟合得到所有管道的烟气温度不均匀系数的连续分布函数；S2：利用烟气温度不均匀系数的连续分布函数和测点管道的热负荷不均匀系数，修正并拟合得到沿宽度方向的热负荷不均匀系数的分布函数；S3：目标计算管出口温度的迭代计算：假设目标管的出口比容，计算流量偏差和热负荷偏差，进而计算出口焓值，根据出口焓值和出口压力计算得到出口温度，并计算出口比容和假设值的差值是否在误差范围，误差范围小于预设值时，输出出口温度。利用出口壁温和热负荷的相关性，建立和实际运行较匹配的宽度方向热负荷分布，实现炉内受热面壁温的软测量。

Description

一种基于实时测量数据的热偏差计算方法

技术领域

本发明涉及锅炉技术领域，具体涉及一种基于实时测量数据的热偏差计算方法。

背景技术

锅炉高温受热面，尤其是末级过热器与末级再热器的工作环境尤为恶劣，超温问题导致的受热面爆管严重影响的锅炉的安全稳定运行。现有电厂的锅炉受热面的运行监测主要依靠炉外测点，安装位置在锅炉顶部的大包内，环境温度在400摄氏度左右。由于锅炉炉内的烟气温度高于一般热电偶的长期稳定运行温度，因此无法在锅炉内部布置热电偶对锅炉受热面的实际壁温进行长期监测。电厂对炉内温度的监测相对比较简单，无法实现精准监测，炉内管道的实际温度要远大于顶部大包内测得的温度，导致锅炉在运行时经常因为无法掌握的炉内管壁超温而产生爆管泄露。

通过热力计算结果，得到炉内锅炉受热面温度，根据炉内与炉外实际温度差值的经验数据设定炉外测点温度；为了安全起见温度的设置保留了较大的安全余量。

传统的壁温监测方法只有在温度超温时才会引起重视，低温数据的变化基本忽略，无法建立壁温与管道传热特性的关系；当氧化层增厚时，由于导热性能的下降，反而会引起出口温度下降，而这种下降并不会引起报警和运行人员的注意。

现有测量方案中，只能实现对有限个测点处的出口温度进行监控，不能实现对所有受热面管道的炉内及出口壁温实现全覆盖监控，为了便于对锅炉运行状况进行监测与分析，传统计算方法的吸热偏差利用抛物线分布或双驼峰分布的经验公式，和实际的吸热偏差有较大误差。

发明内容

为此，本发明提供一种基于实时测量数据的热偏差计算方法，以解决现有技术中吸热偏差利用抛物线分布或双驼峰分布的经验公式，和实际的吸热偏差有较大误差的问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于实时测量数据的热偏差计算方法，包括如下步骤：

S1：计算安装测点管道的烟气温度不均匀系数，进而拟合得到所有管道的烟气温度不均匀系数的连续分布函数；

S2：利用烟气温度不均匀系数的连续分布函数和测点管道的热负荷不均匀系数，修正并拟合得到沿宽度方向的热负荷不均匀系数的分布函数；

S3：目标计算管出口温度的迭代计算：假设目标管的出口比容，计算流量偏差和热负荷偏差，进而计算出口焓值，根据出口焓值和出口压力计算得到出口温度，并计算出口比容和假设值的差值是否在误差范围，如果超出范围，使用计算出的出口比容再进行迭代计算，直到误差范围小于预设值时，输出出口温度。

进一步地，步骤S1包括：利用公式(1)计算各个测点管道的温升量，

Δt_i＝t_out-t_in (1)

利用公式(2)计算测点管道的烟气温度不均匀系数，

对各个离散的测点进行数据拟合得到烟气温度不均匀系数的连续分布函数：

η_i,x＝a+bx+cx²+dx³+ex⁴ (3)

式中，Δt_i、t_out、t_in分别为装有测点管道的温度增加值、出口值和入口值，N表示参与计算的管道数，a，b，c，d为模型系数，x为距离炉膛左侧的距离。

进一步地，步骤S2包括：利用进口集箱的温度和出口管道壁温测点数据分别计算进口焓值和出口焓值，并利用公式(4)计算得到测点管道的热负荷不均匀系数：

式中，ρ_i表示第i根管道的热负荷不均匀系数；h_i,out表示出口蒸汽焓值；h_i,in入口蒸汽焓值；(h_i,out-h_i,in)_pj平均蒸汽焓值。

进一步地，利用公式(4)计算的各个离散的测点的实际值对公式(3)进行修正，得到热负荷不均匀系数沿宽度方向上的分布函数：

η_r,x＝A+Bx+Cx²+Dx³+Ex⁴ (5)。

进一步地，步骤S3包括：假设出口管道的出口比容v_p；利用公式6得到其他没有安装测点的管道的热偏差系数：

再利用公式(7)计算没有安装测点的管道的出口焓值：

h_i,out＝h_i,in+ρ_i*(h_i,out-h_i,in)_pj (7)

式中，热负荷偏差系数η_r通过公式(5)计算。

进一步地，根据下式计算目标管的流量偏差系数：

Z型集箱连接系统中，任何

处的Δp_h-Δp_f值为：

U型集箱连接系统中，任何

处的Δp_h-Δp_f值为：

其他连接方式可通过上两种方式进行推导，其流量偏差η_l的计算公式为：

式中，v_pj代表平均工况管中的平均比容，进出口集箱的比容平均值；v_p表示目标管的进出口比容平均值；ρv表示管内平均工质质量流速；Z_pj平均工况管的摩擦阻力和局部阻力的综合系数；(Δp_h-Δp_f)_pj表示平均工况管进出口压差的增长值；(Δp_h-Δp_f)_i表示目标工况管进出口压差增长值。

进一步地，步骤S2中，根据进出口集箱的温度、压力、流量、管道及集箱尺寸参数以及偏差管出口壁温，计算出平均焓增以及偏差管出口焓值。

进一步地，在步骤S1之前，根据上一级受热面的入口压力、温度和减温水的流量和温度，通过热量平衡的方法计算得到本级的出口压力。

本发明具有如下优点：本发明利用出口壁温和热负荷的相关性，建立和实际运行较匹配的宽度方向热负荷分布，在锅炉现有少量测点的基础上，结合锅炉的运行参数，对锅炉受热面进行实时流量分配计算、热力计算；得到受热面管道从入口到出口沿程的工质温度分布，进而计算得到炉内的金属壁温温度，实现炉内受热面壁温的软测量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引申获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。

图1为本发明具体实施方式提供的一种基于实时测量数据的热偏差计算方法计算流程图；

图2为本发明具体实施方式提供的一种基于实时测量数据的热偏差计算方法的测点管道和测点位置的结构示意图；

图3为本发明具体实施方式提供的一种基于实时测量数据的热偏差计算方法的详细流程图。

图中：1-测点管道；2-测点；3-入口集箱；4-出口集箱。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

如图1所示，本发明具体实施方式提供了一种基于实时测量数据的热偏差计算方法，包括如下步骤：

S1：计算安装测点管道的烟气温度不均匀系数，进而拟合得到所有管道的烟气温度不均匀系数的连续分布函数；

S2：利用烟气温度不均匀系数的连续分布函数和测点管道的热负荷不均匀系数，修正并拟合得到沿宽度方向的热负荷不均匀系数的分布函数；

S3：目标计算管出口温度的迭代计算：假设目标管的出口比容，计算流量偏差和热负荷偏差，进而计算出口焓值，根据出口焓值和出口压力计算得到出口温度，并计算出口比容和假设值的差值是否在误差范围，如果超出范围，使用计算出的出口比容再进行迭代计算，直到误差范围小于预设值时，输出出口温度。

对流烟道的热负荷分布是不均匀的，一般认为沿炉宽分布是对称的，烟道中部热负荷最高，两侧热负荷最小。但是，实际运行中，烟气的分布受多种因素影响，和理想分布相差较多。研究表明，过热器出口温度和沿过热器宽度方向的热负荷分布具有很强的相关性，通过出口温度进行数据拟合可以得到相对准确的烟气热负荷分布。本发明利用出口壁温和热负荷的相关性，建立和实际运行较匹配的宽度方向热负荷分布，在锅炉现有少量测点的基础上(或加装少量测点)，结合锅炉的运行参数，对锅炉受热面进行实时流量分配计算、热力计算；得到受热面管道从入口到出口沿程的工质温度分布，进而计算得到炉内的金属壁温温度，实现炉内受热面壁温的软测量。

在一个可选的实施方案中，S1包括：利用公式(1)计算各个测点管道的温升量，

Δt_i＝t_out-t_in (1)

利用公式(2)计算测点管道的烟气温度不均匀系数，

对各个离散的测点进行数据拟合得到烟气温度不均匀系数的连续分布函数：

η_i,x＝a+bx+cx²+dx³+ex⁴ (3)

式中，Δt_i、t_out、t_in分别为装有测点管道的温度增加值、出口值和入口值，N表示参与计算的管道数，a，b，c，d为模型系数，x为距离炉膛左侧的距离。

在一个可选的实施方案中，S2包括：利用进口集箱的温度和出口管道壁温测点数据分别计算进出口焓值，并利用公式4计算得到测点管道的热负荷不均匀系数：

式中，ρ_i表示第i根管道的热负荷不均匀系数；h_i,out表示出口蒸汽焓值；h_i,in入口蒸汽焓值；(h_i,out-h_i,in)_pj平均蒸汽焓值。

在一个可选的实施方案中，由于出口温度分布函数和热负荷不均匀系数的分布具有相似性，通过公式(3)可以确定分布形态，利用公式(4)计算的离散点的实际值对公式(3)进行修正，得到热负荷不均匀系数沿宽度方向上的分布函数：

η_r,x＝A+Bx+Cx²+Dx³+Ex⁴ (5)

研究表明，过热器出口温度和沿过热器宽度方向的热负荷分布具有很强的相关性，通过出口温度进行数据拟合可以得到相对准确的烟气热负荷分布。利用离散点的实际值对公式(3)进行修正，得到热负荷不均匀系数沿宽度方向上的分布函数，即可建立和实际运行较匹配的宽度方向热负荷分布，即可实现未安装测点管道的壁面温度监控，有效避免未安装测点管道的超温爆管。

在一个可选的实施方案中，S3包括：假设出口管道的出口比容v_p；利用公式6得到其他没有安装测点的管道的热偏差系数：

再利用公式(7)计算没有安装测点的管道的出口焓值：

h_i,out＝h_i,in+ρ_i*(h_i,out-h_i,in)_pj (7)

式中，热负荷偏差系数η_r通过公式(5)计算。通过计算宽度方向、烟气流动方向的热负荷偏差，可实现对所有受热面管道的炉内及出口壁温实现全覆盖监控。实现锅炉炉内壁温的实时监控。可精准计算得到炉内的实际运行温度，为锅炉运行和状态评价提供基础数据。

在一个可选的实施方案中，根据下式计算目标管的流量偏差系数：

Z型集箱连接系统中，任何

处的Δp_h-Δp_f值为：

U型集箱连接系统中，任何

处的Δp_h-Δp_f值为：

其他连接方式可通过上两种方式进行推导，其流量偏差η_l的计算公式为：

式中，v_pj代表平均工况管中的平均比容，进出口集箱的比容平均值；v_p表示目标管的进出口比容平均值；ρv表示管内平均工质质量流速；Z_pj平均工况管的摩擦阻力和局部阻力的综合系数；(Δp_h-Δp_f)_pj表示平均工况管进出口压差的增长值；(Δp_h-Δp_f)_i表示目标工况管进出口压差增长值。

在一个可选的实施方案中，S2中，根据进出口集箱的温度、压力、流量、管道及集箱尺寸参数以及偏差管出口壁温，计算出平均焓增以及偏差管出口焓值。

在一个可选的实施方案中，一般情况下锅炉受热面进出口的温度数据已知，同时会有一侧(进口或出口)的压力数据，在步骤S1之前，根据上一级受热面的入口压力、温度和减温水的流量和温度，通过热量平衡的方法计算得到本级的出口压力。

本发明涉及到具体装置包括：温度传感器、采集卡、接口机；温度传感器为高温热电偶，安装在锅炉集箱的汇集管道上；采集卡为TP1608P-AI-Z；接口机为普通PC机，数据采集周期为30S，采集到实时数据后实时计算受热面入口集箱3、出口集箱4的进出口焓值，计算测点管道1的出口焓值，测点管道及测点2的位置如图2所示。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (8)

1.一种基于实时测量数据的热偏差计算方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1：计算安装测点管道的烟气温度不均匀系数，进而拟合得到所有管道的所述烟气温度不均匀系数的连续分布函数；

S2：利用所述烟气温度不均匀系数的所述连续分布函数和测点管道的热负荷不均匀系数，修正并拟合得到沿宽度方向的热负荷不均匀系数的分布函数；

S3：目标计算管出口温度的迭代计算：假设目标管的出口比容，计算流量偏差和热负荷偏差，进而计算出口焓值，根据所述出口焓值和出口压力计算得到出口温度，并计算出口比容和假设值的差值是否在误差范围，如果超出范围，使用计算出的所述出口比容再进行迭代计算，直到误差范围小于预设值时，输出所述出口温度。

2.根据权利要求1所述的基于实时测量数据的热偏差计算方法，其特征在于：步骤S1包括：利用公式(1)计算各个测点管道的温升量，

Δt_i＝t_out-t_in (1)

利用公式(2)计算所述测点管道的所述烟气温度不均匀系数，

对各个离散的测点进行数据拟合得到所述烟气温度不均匀系数的连续分布函数：

η_i,x＝a+bx+cx²+dx³+ex⁴ (3)

式中，Δt_i、t_out、t_in分别为装有所述测点管道的温度增加值、出口值和入口值，N表示参与计算的管道数，a，b，c，d为模型系数，x为距离炉膛左侧的距离。

3.根据权利要求2所述的基于实时测量数据的热偏差计算方法，其特征在于：步骤S2包括：利用进口集箱的温度和出口管道壁温测点数据分别计算所述进口焓值和所述出口焓值，并利用公式(4)计算得到所述测点管道的所述热负荷不均匀系数：

式中，ρ_i表示第i根管道的热负荷不均匀系数；h_i,out表示出口蒸汽焓值；h_i,in入口蒸汽焓值；(h_i,out-h_i,in)_pj平均蒸汽焓值。

4.根据权利要求3所述的基于实时测量数据的热偏差计算方法，其特征在于：利用公式(4)计算的各个离散的测点的实际值对公式(3)进行修正，得到所述热负荷不均匀系数沿宽度方向上的分布函数：

η_r,x＝A+Bx+Cx²+Dx³+Ex⁴ (5)。

5.根据权利要求1所述的基于实时测量数据的热偏差计算方法，其特征在于：步骤S3包括：假设出口管道的出口比容v_p；利用公式6得到其他没有安装测点的管道的热偏差系数：

再利用公式(7)计算没有安装测点的管道的出口焓值：

h_i,out＝h_i,in+ρ_i*(h_i,out-h_i,in)_pj (7)

式中，热负荷偏差系数η_r通过公式(5)计算。

6.根据权利要求5所述的基于实时测量数据的热偏差计算方法，其特征在于：根据下式计算目标管的流量偏差系数：

Z型集箱连接系统中，任何

处的Δp_h-Δp_f值为：

U型集箱连接系统中，任何

处的Δp_h-Δp_f值为：

其他连接方式可通过上两种方式进行推导，其流量偏差η_l的计算公式为：

式中，v_pj代表平均工况管中的平均比容，进出口集箱的比容平均值；v_p表示目标管的进出口比容平均值；ρv表示管内平均工质质量流速；Z_pj平均工况管的摩擦阻力和局部阻力的综合系数；(Δp_h-Δp_f)_pj表示平均工况管进出口压差的增长值；(Δp_h-Δp_f)_i表示目标工况管进出口压差增长值。

7.根据权利要求1所述的基于实时测量数据的热偏差计算方法，其特征在于：步骤S2中，根据进出口集箱的温度、压力、流量、管道及集箱尺寸参数以及偏差管出口壁温，计算出平均焓增以及偏差管出口焓值。

8.根据权利要求1所述的基于实时测量数据的热偏差计算方法，其特征在于：在步骤S1之前，根据上一级受热面的入口压力、温度和减温水的流量和温度，通过热量平衡的方法计算得到本级的出口压力。

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