CN116379459A - 一种锅炉受热面安全监视方法、装置、设备及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电站锅炉安全运行技术领域，尤其涉及一种锅炉受热面安全监视方法、装置、设备及应用，包括：获取炉膛火焰中心温度，得到多角度炉内热成像图，将多角度炉内热成像图的高温点定位坐标赋值处理，得到标记炉内热成像图，利用上游烟气温度、下游烟气温度、烟气质量流量计算得高温点区域烟气放热量，基于高温点区域烟气放热量、管段内工质的吸热量及金属管材吸热量生成工况比例数据，将工况比例数据与锅炉参数合并，得到工况关系数据集，利用训练完成的锅炉监测模型进行预测，得预测工况比例数据，计算得受热面管材最高金属壁温，实现了准确检测受热面管道的最高金属壁温，有效避免锅炉受热面超温。
Description
技术领域
本发明涉及电站锅炉安全运行技术领域，特别是涉及一种锅炉受热面安全监视方法、装置、设备及应用。
背景技术
近年来，光伏、太阳能、风电等新能源电力快速发展，传统煤电机组需要承担越来越多的调峰任务。参与调峰任务时，机组负荷会频繁升降，锅炉各级受热面遭受到频繁变化的热应力，其金属管材的安全性受到极大考验。
如图1所示，电站锅炉的受热面通常是指接触火焰或烟气一侧的金属表面(另一侧接触水)。受热面由多根管子构成，管内是工质(水或水蒸汽)，管外为高温烟气。锅炉的热交换就是通过这样的金属面来进行的。目前，为了避免受热面管子金属壁温，通常在管子的进口、出口处，通过焊接感温块的方式，将热电偶与管壁连接，从而将这根管子进、出口的金属温度测量出来，以此作为管材的壁温监视，现有锅炉受热面检测存在一下问题：覆盖不全面，最高温处测不到。受热面的金属管子通常有数米甚至十数米长，有迎向炉膛高温烟气甚至面向火焰的一侧(迎火侧)，也有背向火焰，朝着炉墙环境的一侧(背火侧)，仅凭进口及出口处的金属壁温测量，并不能获取管段中那些迎火侧管子的最高金属壁温——而这些部分，才是真正炙烤最剧烈、工况最恶劣，因而也是最易超温爆管的危险管段。锅炉管子金属壁温测点的数据一般接入DCS中，通过设置一个报警值，当该测点温度超过上述报警值时，DCS发出报警提示。现有做法存在着干预不及时的问题，当达到报警值时，此时采取调整措施为时已晚，因为锅炉燃烧的调整通常需要数分钟之后方可见效，而数分钟之后，管子的金属壁温大概率已经超过限值了，因此，现有方式没法实现壁温预警，从而使监盘人员提早发现，及早调整，有效避免金属壁温超限。
综上所述，如何准确检测受热面管道的最高金属壁温，有效避免锅炉受热面超温是目前待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种锅炉受热面安全监视方法、装置、设备及应用，以解决现有锅炉金属壁温度无法准确检测，容易超温爆管的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种锅炉受热面安全监视方法，包括：
获取炉膛火焰中心温度，得到多角度炉内热成像图；
将所述多角度炉内热成像图的高温点定位坐标赋值处理，得到标记炉内热成像图；
基于所述标记炉内热成像图，利用上游烟气温度、下游烟气温度、烟气质量流量计算得到高温点区域烟气放热量；
基于所述高温点区域烟气放热量、管段内工质的吸热量及金属管材吸热量生成工况比例数据，将所述工况比例数据与锅炉参数合并，得到工况关系数据集；
基于所述工况关系数据集训练锅炉监测模型，得到训练完成的锅炉监测模型；
利用所述训练完成的锅炉监测模型进行预测，得到预测工况比例数据，基于所述预测工况比例数据、金属管材比热容及最大金属壁温，计算得到受热面管材最高金属壁温。
优选地，所述将所述多角度炉内热成像图的高温点定位坐标赋值处理，得到标记炉内热成像图包括：
将所述多角度炉内热成像图进行识别处理，基于红外辐射强度，定位得到高温点；
基于锅炉炉膛，建立炉膛坐标系，获取所述红外热成像组的坐标值；
基于所述红外热成像组的坐标值，获取所述高温点的坐标值，进行标记，得到标记炉内热成像图。
优选地，利用上游烟气温度、下游烟气温度、烟气质量流量计算得到高温点区域烟气放热量包括：
获取上游烟气温度、下游烟气温度及烟气质量流量，利用烟气焓值计算方法，得到烟气高温点焓差；
基于所述烟气高温点焓差，计算得到高温点区域烟气放热量，其计算公式为：
Q1＝M1×Δh1
其中，Q1为高温点区域烟气放热量，M1为烟气质量流量，Δh1为烟气高温点焓差。
优选地，利用上游烟气温度、下游烟气温度、烟气质量流量计算得到高温点区域烟气放热量后包括：
获取高温点区域处上游工质温度、下游工质温度及工质流量，基于水蒸气焓值计算方法，计算得到高温点区域工质焓差；
基于所述高温点区域工质焓差，计算得到管道内工质吸热量，其计算公式为：
Q2＝M2×Δh2
其中，Q2为管道内工质吸热量，M2为工质流量，Δh2为高温点区域工质焓差。
优选地，所述金属管材吸热量基于所述高温点区域烟气放热量及所述管道内工质吸热量计算得到，其计算公式为：
Q3＝Q1-Q2
其中，Q3为金属管材吸热量。
优选地，所述基于所述高温点区域烟气放热量、管段内工质吸热量及金属管材吸热量生成工况比例数据，将所述工况比例数据与锅炉参数合并，得到工况关系数据集包括：
将所述高温点区域烟气放热量、所述管段内工质吸热量及所述金属管材吸热量进行比例计算，生成工况比例数据；
将锅炉负荷数据、入炉燃煤量、给水温度、空预器出口一、二次风温、给水流量、锅炉总风量、过热蒸汽温度、再热蒸汽温度合并生成锅炉参数；
将所述工况比例数据与所述锅炉参数合并生成数据组，得到工况关系数据集。
优选地，所述基于所述预测工况比例数据、金属管材比热容及最大金属壁温，计算得到受热面管材最高金属壁温包括：
基于所述金属管材吸热量计算得金属温度最大升幅值，其计算公式为：
Δt＝Q3/(C×m)
其中，Δt为金属温度最大升幅值，Q3为金属管材吸热量，C为金属管材比热容，m为管材质量；
基于所述金属温度最大升幅值计算得最高金属壁温，其计算公式为：
t＝t0+Δt＝(t1+t2)/2+Q3/(C×m)
其中，t0为工质基础温度，t1为工质入口温度，t2为工质出口温度。
本发明还提供一种锅炉受热面安全监视装置，包括：
数据采集模块，获取炉膛火焰中心温度，得到多角度炉内热成像图；
热成像标记模块，将所述多角度炉内热成像图的高温点定位坐标赋值处理，得到标记炉内热成像图；
热量计算模块，基于所述标记炉内热成像图，利用上游烟气温度、下游烟气温度、烟气质量流量计算得到高温点区域烟气放热量；
数据集获取模块，基于所述高温点区域烟气放热量、管段内工质的吸热量及金属管材吸热量生成工况比例数据，将所述工况比例数据与锅炉参数合并，得到工况关系数据集；
模型训练模块，基于所述工况关系数据集训练锅炉监测模型，得到训练完成的锅炉监测模型；
壁温计算模块，利用所述训练完成的锅炉监测模型进行预测，得到预测工况比例数据，基于所述预测工况比例数据、金属管材比热容及最大金属壁温，计算得到受热面管材最高金属壁温。
本发明还提供一种锅炉受热面安全监视设备，包括：
红外热成像仪，用于测量炉膛火焰温度；
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序时实现上述所述基于锅炉受热面安全监视方法的步骤。
本发明还提供一种上述所述的锅炉受热面安全监视方法在电站锅炉安全运行技术领域的应用。
本发明所提供的锅炉受热面安全监视方法，利用红外传感器阵列全面监测锅炉受热面超温情况，能够提供最高金属壁温点的精确定位。借助红外热成像仪和图像分析处理模块，能够直观显示温度最高的管子的具体位置、具体坐标，为精确合理地采取调整措施提供指导依据，结合人工智能算法与数理计算公式，能够获得任意负荷下的最高金属壁温，更加有利于受热面超温的全面准确监视，准确检测受热面管道的最高金属壁温，有效避免受热面超温问题。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为现有锅炉金属壁检测结构示意图；
图2为本发明提供的一种锅炉受热面安全监视方法的第一种具体实施例的流程图；
图3为红外热成像阵列布置示意图；
图4为高温点定位示意图；
图5为炉膛坐标系示意图；
图6为本发明实施例提供的一种锅炉受热面安全监视装置的结构框图；
其中，炉膛前墙1、炉膛右墙2、高位热成像仪3、中位热成像仪4、低位热成像仪5。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种锅炉受热面安全监视方法、装置、设备及应用，实现了准确检测受热面管道的最高金属壁温，有效避免受热面超温，有利于受热面超温的全面准确监视。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅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。
请参考图2，图2为本发明所提供的一种锅炉受热面安全监视方法的第一种具体实施例的流程图；具体操作步骤如下：
步骤S201：获取炉膛火焰中心温度，得到多角度炉内热成像图；
步骤S202：将所述多角度炉内热成像图的高温点定位坐标赋值处理，得到标记炉内热成像图；
将所述多角度炉内热成像图进行识别处理，基于红外辐射强度，定位得到高温点；
基于锅炉炉膛，建立炉膛坐标系，获取所述红外热成像组的坐标值；
基于所述红外热成像组的坐标值，获取所述高温点的坐标值，进行标记，得到标记炉内热成像图。
步骤S203：基于所述标记炉内热成像图，利用上游烟气温度、下游烟气温度、烟气质量流量计算得到高温点区域烟气放热量；
获取上游烟气温度、下游烟气温度及烟气质量流量，利用烟气焓值计算方法，得到烟气高温点焓差；
基于所述烟气高温点焓差，计算得高温点区域烟气放热量，其计算公式为：
Q1＝M1×Δh1
其中，Q1为高温点区域烟气放热量，M1为烟气质量流量，Δh1为烟气高温点焓差。
获取高温点区域处上游工质温度、下游工质温度及工质流量，基于水蒸气焓值计算方法，计算得到高温点区域工质焓差；
基于所述高温点区域工质焓差，计算得到管道内工质吸热量，其计算公式为：
Q2＝M2×Δh2
其中，Q2为管道内工质吸热量，M2为工质流量，Δh2为高温点区域工质焓差。
步骤S204：基于所述高温点区域烟气放热量、管段内工质的吸热量及金属管材吸热量生成工况比例数据，将所述工况比例数据与锅炉参数合并，得到工况关系数据集；
所述金属管材吸热量基于所述高温点区域烟气放热量及所述管道内工质吸热量计算得到，其计算公式为：
Q3＝Q1-Q2
其中，Q3为金属管材吸热量；
将所述高温点区域烟气放热量、所述管段内工质吸热量及所述金属管材吸热量进行比例计算，生成工况比例数据；
将锅炉负荷数据、入炉燃煤量、给水温度、空预器出口一、二次风温、给水流量、锅炉总风量、过热蒸汽温度、再热蒸汽温度合并生成锅炉参数；
将所述工况比例数据与所述锅炉参数合并生成数据组，得到工况关系数据集。
步骤S205：基于所述工况关系数据集训练锅炉监测模型，得到训练完成的锅炉监测模型；
步骤S206：利用所述训练完成的锅炉监测模型进行预测，得到预测工况比例数据，基于所述预测工况比例数据、金属管材比热容及最大金属壁温，计算得到受热面管材最高金属壁温；
基于所述金属管材吸热量计算得金属温度最大升幅值，其计算公式为：
Δt＝Q3/(C×m)
其中，Δt为金属温度最大升幅值，Q3为金属管材吸热量，C为金属管材比热容，m为管材质量；
基于所述金属温度最大升幅值计算得最高金属壁温，其计算公式为：
t＝t0+Δt＝(t1+t2)/2+Q3/(C×m)
其中，t0为工质基础温度，t1为工质入口温度，t2为工质出口温度。
本实施例提供一种锅炉受热面安全监视方法，运用红外传感器阵列全面监测锅炉受热面超温情况，相比传统的设置管子进、出口壁温测点监视超温的办法，本发明借助红外热成像仪和图像分析处理模块，能够直观显示温度最高的管子的具体位置、具体坐标，为精确合理地采取调整措施提供指导依据，能够提供最高金属壁温点的精确定位，自动调整相关设备，对超温现象进行提前干预，有效避免受热面超温问题。
基于上述实施例，本实施例对所述锅炉受热面安全监视方法展开描述，具体如下：
如图3所示，检测锅炉炉膛区域的火焰中心，也即温度最高区域。电站锅炉的炉膛主要是由水冷壁围成的四面炉墙，煤粉燃烧器通常布置在此区域。本发明通过在炉膛四周不同高度处架设多台红外热成像仪组成炉内火焰中心检测阵列，拍摄多角度、多高度的炉内红外热成像图，根据红外辐射的强度大小，最终确定火焰中心的位置——受热面的真实最高壁温就处于这个区域，通过多角度的摄像，结合红外辐射的强度大小，最终确定烟气高温中心的具体位置——受热面的真实最高壁温就处于这个区域。
如图4所示，把红外热成像仪阵列所拍摄的图片，进行高温点定位、坐标赋值，最终得到最高温度点的具体位置(照片上的最高温度点，实际位于受热面管子上)。其具体步骤为：
①高温点定位。红外热成像仪阵列中拍摄的多张红外照片，经专门的红外图像识别软件处理，根据采集到的红外辐射强度，即可定位出温度最高的点，称为“高温点”。
②统一坐标。如图5所示，首先建立炉膛坐标系，以炉膛最下层煤粉燃烧器的下部1.0m处的水平面为基准平面，此平面上z＝0。建立坐标系如图5所示。单个红外热成像仪可以根据其实际安装位置(炉膛前后左右墙以字母Q、H、Z、Y表示，高中低位以G、Z、D表示，顺坐标轴方向开始记录红外热成像仪编号1、2、3、…i)，如此，每个红外热成像仪均可获得专属坐标值，例如，前墙第i个高位热成像仪的安装坐标为(Xi,Yi,Zi)。
例如，前墙第i个高位热成像仪的安装坐标为(Xi,Yi,Zi)，其拍摄的图片上的高温点坐标，就可以表示为(Xi+Δx,Yi+Δy,Zi+△z)，其中△x、△y、△z通过图像测距软件获得。以前墙第i个高位热成像仪拍摄的后墙的图片为例，介绍其获得办法：
静态标定。在锅炉灭火，炉内照明充分的条件下，利用在不同位置放置的标准尺寸的标识物(如2.0m×3.0m的、竖直安装于正对面炉墙上的反光条)，在此条件下拍摄红外热成像图片，就会获得带有标识物的标定图片；
像素点测距。利用图像识别软件，测量每个标识物的像素点数量，假设其长与宽为a:z，对应于实际尺寸2.0:3.0，那么其长度方向的比例尺为a/2，高度方向的比例尺为z/3；
实际图片测量：在锅炉正常燃烧工况下，拍摄到的红外热成像图片，经图像识别软件识别后，可获得某一确定点的像素点数量，假设其为a0,b0。那么其实际尺寸为长A＝a0×(a/2)，宽Z＝b0×(b/3)；
坐标计算。如此，便可得出该张图片上△x＝A、△z＝Z，而△y的获取，则需要借助左墙或者右墙的热成像仪拍摄的图片，利用上述步骤，得到△y和△z。最终，可得出高温点的△x、△z、△y具体数值，进而得出高温点在炉膛坐标系中的具体坐标值(Xi+Δx,Yi+Δy,Zi+△z)。
热量计算，根据管子上的“高温点”所在区域，通过红外热成像仪的测量，得到其上游烟气温度T1、下游烟气温度T2、烟气质量流量M1等参数，再借助现成的烟气焓值计算方法，得到烟气在该“高温点”区域的焓差Δh1，那么该区域的烟气放热量Q1＝M1×Δh1。
同样地，根据“高温点”管段处利用工业测温计实际测量得到的上、下游工质(水或水蒸气)温度t1、t2，与工质流量M2，根据水或水蒸气焓值计算相关软件(已有成熟的计算软件，非本发明提出，此处不做赘述)，就能够得到工质在该“高温点”区域的焓差Δh2，进而获得受关注管段内工质的吸热量Q2＝M2×Δh2。
特别地，为简化计算，本发明认为烟气的放热量Q1无损失的被金属管材及管内工质吸收，管内工质的吸热量为Q2，定义金属管材的吸热量为Q3，那么就有Q1＝Q2+Q3，而Q1与Q2已知，故Q3也能算出。
由此，便可得到某个特定工况下，烟气放热量、工质吸热量、管材吸热量的比例关系记为Bi＝Q1:B2:Q3。
将该比例关系与锅炉负荷、入炉燃煤量、给水温度、空预器出口一、二次风温、给水流量、锅炉总风量、过热蒸汽温度、再热蒸汽温度等过来主要参数(均由电厂DCS系统提供)组合成一个“数据组”，定义为Zi，将Zi与其对应的烟气热量比例关系Bi合并记为(Zi，Bi)。
机组改变参数，重复上文步骤，采集若干个不同工况下的“数据组”，就获得了覆盖机组整个运行区间的多组“锅炉主要参数，烟气比例关系”的关系式，如(Z1，B1)、(Z2，B2)、(Z3，B3)……(Zi，Bi)等。
根据(Z1，B1)、(Z2，B2)、(Z3，B3)……(Zi，Bi)等实际工况各参数数值，借助人工智能算法(决策树、随机森林、逻辑回归、线性回归、朴素贝叶斯、神经网络、支持向量机等人工学习模型)，得出Z与B之间的内在联系，也就建立起了烟气热量分配比例关系B与锅炉主要参数Z之间特定对应关系。
在此基础上，在已知任一工况下锅炉主要参数Z的情况下，便可利用人工智能模型，可靠预测出该工况下的烟气热量分配比例关系B(Q1:Q2:Q3)。
假定某工况下的锅炉主要参数已知，利用训练完成的锅炉监测模型预测出其对应的烟气热量分配比例关系B(Q1:Q2:Q3)，将金属管材的吸热量Q3全部作用于“高温点”区域的一小块管材，假设该小块管材表面积为1.0cm×1.0cm，而管子的壁厚已知为h，管子的密度为ρ，则该块管材的质量m＝ρ×1.0cm×1.0cm×h
再结合已知金属管材的比热容为C，由吸热量公式Q3＝C·m·△t，就能获得该小块金属温度的最大升幅△t＝Q3/(C×m)。
最大金属壁温t＝t0+△t，其中t0为基础温度，以该管子内工质(水或水蒸气)平均温度作为t0的估测值(工质进、出口温度可由机组DCS系统提供)，那么t0＝(t1+t2)/2，其中t0为工质基础温度，t1为工质入口温度，t2为工质出口温度。
综上，最高金属壁温t＝t0+Δt＝(t1+t2)/2+Q3/(C×m)，这边是某个具体工况下，真实可靠的受热面管材最高金属壁温。
本实施例还提供一种自动处理装置，在电厂DCS系统内搭建的自动控制程序，可以根据前述步骤实时获得的管子最高金属壁温t的升高幅度、变化速率，自动采取合理的措施进行调整干预，避免受热面超温。具体措施如表1所示：
表1
本发明实施例提供的一种锅炉受热面安全监视方法，能够提供最高金属壁温点的精确定位。借助红外热成像仪和图像分析处理模块，能够直观显示温度最高的管子的具体位置、具体坐标，为精确合理地采取调整措施提供指导依据，能够更加全面准确反映超温情况。传统的壁温监视，仅仅依靠管子进、出口处设置的壁温测点来监视，对于管子头、尾以外的部位的监视处于空白状态。本发明红外热成像仪阵列能够覆盖受热面所有管子、所有部位，做到“测无遗漏”。结合人工智能算法与数理计算公式，能够获得任意负荷下的最高金属壁温，更加有利于受热面超温的全面准确监视。自动化程度高。根据超温情况，本发明能够综合采取多种措施，自动调整相关设备，对超温现象进行提前干预，有效避免受热面超温问题。
请参考图6，图6为本发明实施例提供的一种锅炉受热面安全监视装置的结构框图；具体装置可以包括：
数据采集模块100，获取炉膛火焰中心温度，得到多角度炉内热成像图；
热成像标记模块200，将所述多角度炉内热成像图的高温点定位坐标赋值处理，得到标记炉内热成像图；
热量计算模块300，基于所述标记炉内热成像图，利用上游烟气温度、下游烟气温度、烟气质量流量计算得高温点区域烟气放热量；
数据集获取模块400，基于所述高温点区域烟气放热量、管段内工质的吸热量及金属管材吸热量生成工况比例数据，将所述工况比例数据与锅炉参数合并，得到工况关系数据集；
模型训练模块500，基于所述工况关系数据集训练锅炉监测模型，得到训练完成的锅炉监测模型；
壁温计算模块600，利用所述训练完成的锅炉监测模型进行预测，得预测工况比例数据，基于所述预测工况比例数据、金属管材比热容及最大金属壁温，计算得受热面管材最高金属壁温。
本实施例的一种锅炉受热面安全监视装置用于实现前述的一种锅炉受热面安全监视方法，因此一种锅炉受热面安全监视装置中的具体实施方式可见前文中的一种锅炉受热面安全监视方法的实施例部分，例如，数据采集模块100，热成像标记模块200，热量计算模块300，数据集获取模块400，模型训练模块500，壁温计算模块600，分别用于实现上述一种锅炉受热面安全监视方法中步骤S201，S202，S203，S204、S205和S206，所以，其具体实施方式可以参照相应的各个部分实施例的描述，在此不再赘述。
本发明具体实施例还提供了一种锅炉受热面安全监视设备，包括：红外热成像仪，用于测量炉膛火焰温度；存储器，用于存储计算机程序；处理器，用于执行所述计算机程序时实现上述一种锅炉受热面安全监视方法的步骤。
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必须针对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一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，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部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
以上对本发明所提供的一种燃煤锅炉掺烧处理系统及方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如，如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
Claims (10)
1.一种锅炉受热面安全监视方法，其特征在于，包括：
获取炉膛火焰中心温度，得到多角度炉内热成像图；
将所述多角度炉内热成像图的高温点定位坐标赋值处理，得到标记炉内热成像图；
基于所述标记炉内热成像图，利用上游烟气温度、下游烟气温度、烟气质量流量计算得到高温点区域烟气放热量；
基于所述高温点区域烟气放热量、管段内工质的吸热量及金属管材吸热量生成工况比例数据，将所述工况比例数据与锅炉参数合并，得到工况关系数据集；
基于所述工况关系数据集训练锅炉监测模型，得到训练完成的锅炉监测模型；
利用所述训练完成的锅炉监测模型进行预测，得到预测工况比例数据，基于所述预测工况比例数据、金属管材比热容及最大金属壁温，计算得到受热面管材最高金属壁温。
2.如权利要求1所述的，其特征在于，所述将所述多角度炉内热成像图的高温点定位坐标赋值处理，得到标记炉内热成像图包括：
将所述多角度炉内热成像图进行识别处理，基于红外辐射强度，定位得到高温点；
基于锅炉炉膛，建立炉膛坐标系，获取所述红外热成像组的坐标值；
基于所述红外热成像组的坐标值，获取所述高温点的坐标值，进行标记，得到标记炉内热成像图。
3.如权利要求1所述的，其特征在于，所述基于所述标记炉内热成像图，利用上游烟气温度、下游烟气温度、烟气质量流量计算得到高温点区域烟气放热量包括：
获取上游烟气温度、下游烟气温度及烟气质量流量，利用烟气焓值计算方法，得到烟气高温点焓差；
基于所述烟气高温点焓差，计算得到高温点区域烟气放热量，其计算公式为：
Q1＝1×Δh1
其中，Q1为高温点区域烟气放热量，M1为烟气质量流量，Δh1为烟气高温点焓差。
4.如权利要求3所述的，其特征在于，所述基于所述标记炉内热成像图，利用上游烟气温度、下游烟气温度、烟气质量流量计算得到高温点区域烟气放热量后包括：
获取高温点区域处上游工质温度、下游工质温度及工质流量，基于水蒸气焓值计算方法，计算得到高温点区域工质焓差；
基于所述高温点区域工质焓差，计算得到管道内工质吸热量，其计算公式为：
Q2＝2×Δh2
其中，Q2为管道内工质吸热量，M2为工质流量，Δh2为高温点区域工质焓差。
5.如权利要求4所述的，其特征在于，所述金属管材吸热量基于所述高温点区域烟气放热量及所述管道内工质吸热量计算得到，其计算公式为：
Q3＝Q1-Q2
其中，Q3为金属管材吸热量。
6.如权利要求1所述的，其特征在于，所述基于所述高温点区域烟气放热量、管段内工质吸热量及金属管材吸热量生成工况比例数据，将所述工况比例数据与锅炉参数合并，得到工况关系数据集包括：
将所述高温点区域烟气放热量、所述管段内工质吸热量及所述金属管材吸热量进行比例计算，生成工况比例数据；
将锅炉负荷数据、入炉燃煤量、给水温度、空预器出口一、二次风温、给水流量、锅炉总风量、过热蒸汽温度、再热蒸汽温度合并生成锅炉参数；
将所述工况比例数据与所述锅炉参数合并生成数据组，得到工况关系数据集。
7.如权利要求1所述的，其特征在于，所述基于所述预测工况比例数据、金属管材比热容及最大金属壁温，计算得到受热面管材最高金属壁温包括：
基于所述金属管材吸热量计算得到金属温度最大升幅值，其计算公式为：
Δt＝Q3/(C×m)
其中，Δt为金属温度最大升幅值，Q3为金属管材吸热量，C为金属管材比热容，m为管材质量；
基于所述金属温度最大升幅值计算得到最高金属壁温，其计算公式为：
t＝t0+Δt＝(t1+t2)/2+Q3/(C×m)
其中，t0为工质基础温度，t1为工质入口温度，t2为工质出口温度。
8.一种锅炉受热面安全监视装置，其特征在于，包括：
数据采集模块，获取炉膛火焰中心温度，得到多角度炉内热成像图；
热成像标记模块，将所述多角度炉内热成像图的高温点定位坐标赋值处理，得到标记炉内热成像图；
热量计算模块，基于所述标记炉内热成像图，利用上游烟气温度、下游烟气温度、烟气质量流量计算得到高温点区域烟气放热量；
数据集获取模块，基于所述高温点区域烟气放热量、管段内工质的吸热量及金属管材吸热量生成工况比例数据，将所述工况比例数据与锅炉参数合并，得到工况关系数据集；
模型训练模块，基于所述工况关系数据集训练锅炉监测模型，得到训练完成的锅炉监测模型；
壁温计算模块，利用所述训练完成的锅炉监测模型进行预测，得到预测工况比例数据，基于所述预测工况比例数据、金属管材比热容及最大金属壁温，计算得到受热面管材最高金属壁温。
9.一种锅炉受热面安全监视设备，其特征在于，包括：
红外热成像仪，用于测量炉膛火焰温度；
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序时实现如权利要求1至7任一项所述一种基于锅炉受热面安全监视方法的步骤。
10.一种如权利要求1-7任一项所述的锅炉受热面安全监视方法在电站锅炉安全运行技术领域的应用。
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|---|---|---|---|
| CN202310386841.XA CN116379459A (zh) | 2023-04-12 | 2023-04-12 | 一种锅炉受热面安全监视方法、装置、设备及应用 |
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