專利名稱：電站鍋爐效率與燃煤熱值、灰分和水分的同步測(cè)算方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到一種電站鍋爐熱效率與燃煤熱值、灰分和水分的同步測(cè)算方法，可以實(shí)現(xiàn)電站鍋爐熱效率及燃煤熱值、灰分、水分的同步測(cè)算，屬于軟測(cè)量領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，發(fā)電廠對(duì)燃煤熱值、灰分和水分的監(jiān)測(cè)主要是通過(guò)離線取樣化驗(yàn)獲得，上述燃煤成分的工業(yè)分析中由于采樣、制樣的誤差和分析時(shí)間滯后，無(wú)法反映計(jì)算時(shí)刻燃料在鍋爐內(nèi)的熱平衡效果，造成鍋爐效率計(jì)算結(jié)果的失真(使用上一個(gè)化驗(yàn)周期的燃煤成分)， 因此，如何在線測(cè)算能反映鍋爐熱平衡效果的燃煤熱值、灰分和水分及其變化，同步計(jì)算鍋爐效率，從而改善鍋爐效率的真實(shí)性，提高鍋爐燃燒優(yōu)化控制的效果，成為電站運(yùn)行和管理人員普遍關(guān)心的問(wèn)題。在線燃煤灰分分析儀的出現(xiàn)，為燃煤熱值的在線測(cè)量提供了一種途徑。針對(duì)某些典型煤質(zhì)，通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析、回歸分析等手段建立了燃煤熱值與燃煤灰分之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，可以實(shí)現(xiàn)了燃煤熱值的在線測(cè)量，此方法屬于間接測(cè)量，其精度受燃煤成煤年代以及煤礦開(kāi)采方式等多種因素的影響。基于核輻射特性的燃煤熱值測(cè)量?jī)x實(shí)現(xiàn)了燃煤熱值的直接測(cè)量，但由于分析儀設(shè)備存在價(jià)格、輻射危險(xiǎn)性、耐用性以及對(duì)惡劣工作環(huán)境的適應(yīng)性等方面的問(wèn)題，有待于進(jìn)一步地改進(jìn)和完善。中國(guó)專利02110116. 7公開(kāi)了一種入爐煤質(zhì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方法，該方法利用煙氣成分分析、磨煤機(jī)的熱平衡方程、燃燒化學(xué)方程以及各煤質(zhì)元素含量間相關(guān)關(guān)系經(jīng)驗(yàn)方程等聯(lián)立迭代求解各元素成分的干燥無(wú)灰基，進(jìn)而通過(guò)門捷列夫公式實(shí)現(xiàn)了對(duì)燃煤元素成分及熱值的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，同時(shí)將其應(yīng)用到了 300MW的發(fā)電機(jī)組中，取得了良好的效果，然而該方法涉及的測(cè)量變量過(guò)多，求解過(guò)程相對(duì)復(fù)雜，個(gè)別元素含量之間的相關(guān)關(guān)系是通過(guò)對(duì)某些典型煤質(zhì)的統(tǒng)計(jì)分析得到的，具有一定的局限性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供了一種電站鍋爐熱效率與燃煤熱值、灰分和水分的同步測(cè)算方法，該方法不僅能夠?qū)崿F(xiàn)鍋爐熱效率及燃煤熱值、灰分、水分等不同參量的同步求解， 還能夠同步反映計(jì)算時(shí)刻燃料成分及其變化對(duì)鍋爐熱平衡效果的影響。本發(fā)明采用如下技術(shù)方案步驟1 在τ時(shí)刻，讀取火電機(jī)組廠級(jí)監(jiān)控信息系統(tǒng)(SIS)中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)如下送風(fēng)溫度tlk、排煙溫度tpy、排煙氧量O2py、飛灰含碳量Cfh、入爐燃料量B、鍋爐蒸發(fā)量D、機(jī)組發(fā)電負(fù)荷Pel、主蒸汽壓力和主蒸汽溫度t-再熱蒸汽進(jìn)口壓力pz _和再熱蒸汽進(jìn)口溫度、」、再熱蒸汽出口壓力和再熱蒸汽出口溫度、。、給水壓力pgs、給水溫度tgs、給水流量Dgs、汽包壓力Ptlb、再熱器減溫噴水量Dz*、汽輪機(jī)高壓缸各加熱器的抽汽溫度、，抽汽壓力Pj (j = 1 2)；汽輪機(jī)高壓缸各級(jí)加熱器的出口水溫度twj(j = 1 2)；汽輪機(jī)高壓缸各級(jí)加熱器的入口水溫度t’ wJ (j = 1 2)；汽輪機(jī)高壓缸各加熱器疏水溫度、(=1 2)，步驟2 根據(jù)步驟1讀取的鍋爐蒸發(fā)量D、主蒸汽壓力和主蒸汽溫度t-再熱蒸汽進(jìn)口壓力Puj和再熱蒸汽進(jìn)口溫度、」、再熱蒸汽出口壓力Pzrc和再熱蒸汽出口溫度、。、 給水壓力pgs、給水溫度tgs、給水流量Dgs、汽包壓力Ptlb、再熱器減溫噴水量Dz*、以及汽輪機(jī)高壓缸各加熱器的抽汽溫度、，抽汽壓力Pj (j = 1 幻；汽輪機(jī)高壓缸各級(jí)加熱器的出口水溫度twj(j = 1 2)，；汽輪機(jī)高壓缸各級(jí)加熱器的入口水溫度t’wj(j = 1 2)；汽輪機(jī)高壓缸各加熱器疏水溫度tdj(j = 1 幻，計(jì)算得出鍋爐有效利用熱仏，步驟3 假設(shè)一個(gè)初始的燃煤水分Mtl = 20%,步驟4 假設(shè)一個(gè)初始的燃煤灰分Aari = 15%,步驟5 假設(shè)一個(gè)初始的燃煤熱值S^1 =293IO kJ/kg，步驟6 根據(jù)步驟5獲得的燃煤熱值，根據(jù)步驟1讀取的送風(fēng)溫度tlk、排煙溫度 tpy、排煙氧量O2py、飛灰含碳量Cfh、鍋爐蒸發(fā)量D，利用鍋爐反平衡熱效率模型，得到鍋爐反平衡熱效率nb&，步驟7 根據(jù)步驟6獲得的鍋爐熱效率nb&、步驟1讀取的入爐燃料量B以及步驟 2獲得的鍋爐有效利用熱仏，令鍋爐正平衡熱效率nbI=鍋爐反平衡熱效率nb&，進(jìn)而由鍋爐正平衡熱效率模型，得到與之相應(yīng)的燃煤熱值GL，步驟8 如果(盜的絕對(duì)值大于給定的微小量ε Q，則將當(dāng)前燃煤熱值賦值給燃煤熱值迅，重復(fù)步驟6 8，直到( -SL)的絕對(duì)值小于或等于給定的微小量ε Q 時(shí)，執(zhí)行步驟9，所述ε 等于預(yù)定的精度0.1，步驟9 根據(jù)步驟8獲得的GJ2及步驟1讀取的排煙氧量O2py，利用理論燃燒所需干空氣量和實(shí)際煙氣質(zhì)量的簡(jiǎn)化計(jì)算模型，得出理論燃燒所需干空氣量V°和實(shí)際煙氣質(zhì)量
Gy，步驟10 根據(jù)步驟9獲得的-和 ，利用實(shí)際煙氣質(zhì)量的計(jì)算模型，得出燃煤灰分 Aar2，步驟11 如果(Aari-Am2)的絕對(duì)值大于給定的微小量ε Α，則將當(dāng)前的燃煤灰分Am2 賦值給燃煤灰分Aari，重復(fù)步驟5 11，直到(Aari-Am2)的絕對(duì)值小于或等于給定的微小量 ε Α時(shí)，執(zhí)行步驟12，所述ε (3等于預(yù)定的精度0.001，步驟12 根據(jù)步驟8獲得的GJ2，步驟1讀取的排煙氧量O2py，利用實(shí)際煙氣容積的簡(jiǎn)化計(jì)算模型，得出實(shí)際煙氣容積vy，步驟13 根據(jù)步驟9獲得的V°，步驟1讀取的排煙氧量O2py，以及步驟12獲得的 Vy，利用實(shí)用煙氣量的計(jì)算模型，得出燃煤水分Mt2，步驟14 如果(Mtl-Mt2)的絕對(duì)值大于給定的微小量ε Μ，則將當(dāng)前的燃煤灰分Mt2 賦值給燃煤灰分Mtl，重復(fù)步驟4 14，直到(Mtl-Mt2)的絕對(duì)值小于或等于給定的微小量ε Μ 時(shí)，將當(dāng)前的熱效率nb&、燃煤熱值GL、燃煤灰分Am2和燃煤水分Mt2作為τ時(shí)刻下測(cè)算出的熱效率ηΜτ)及相關(guān)燃煤特性(燃煤熱值0^)、燃煤灰分Α (τ)、燃煤水分Μ (τ))，所述eQ 等于預(yù)定的精度0. 001。上述鍋爐有效利用熱Gj1的計(jì)算如下Q1 = Dgr. (i〃 gr-igs)+Dzr. (i" zr_i' zr)+Dpw.(i' -igs) (1)
式中Dg,-_過(guò)熱器出口蒸汽流量，采用鍋爐蒸發(fā)量D的測(cè)量值，Dzr-再熱器出 ロ蒸汽流量，Dzr = AzrXDgr+DzrJw，Act-再熱蒸汽份額，從火電廠廠級(jí)監(jiān)控信息系統(tǒng)(SIQ數(shù)據(jù)庫(kù)中，讀取汽輪機(jī) 高壓缸各加熱器的抽汽溫度も，抽汽壓力p^j = 1 2)，根據(jù)經(jīng)典的1997年國(guó)際水和水 蒸汽性質(zhì)協(xié)會(huì)提出的エ業(yè)用水和水蒸汽熱カ性質(zhì)模型IAPWS-IF97 (Association for the Properties of Water and Steam)計(jì)算得到汽輪機(jī)高壓缸各級(jí)加熱器的抽汽焓值、；讀取 汽輪機(jī)高壓缸各級(jí)加熱器的出ロ水溫度twj(j = 1 幻，其對(duì)應(yīng)的出ロ水壓カ取給水壓力 Pgs，根據(jù)經(jīng)典的IAPWS-IF97計(jì)算得到加熱器出ロ水洽值hwi(j = 1 2)；讀取汽輪機(jī)高壓 缸各級(jí)加熱器的入口水溫度t’吣(j = 1 2)，其對(duì)應(yīng)的入口水壓カ取給水壓力Pgs，根據(jù)經(jīng) 典的IAPWS-IF97計(jì)算得到加熱器入口水焓值h，WJ ；獲取汽輪機(jī)高壓缸各加熱器疏水溫度tdj，其對(duì)應(yīng)的疏水壓カPdj根據(jù)相應(yīng)的抽汽 壓カPj扣除抽汽管道壓損率(壓損率取為3% )，按pdj = 0. 97Pj計(jì)算得到，根據(jù)經(jīng)典的 IAPWS-IF97計(jì)算得到各級(jí)高壓加熱器疏水焓值hdj_ ；，通過(guò)汽輪機(jī)高壓缸各級(jí)加熱器的熱平衡計(jì)算其抽汽份額A1 = (hwl-h ‘ J / (h「hdl)與 A2 = [ (hw2-h ‘ J -A1* (hdl-hd2) ] / (h2-hd2)，由Azr = I-A1-A2計(jì)算再熱蒸汽份額，Dzrjw-為再熱器減溫噴水量，采用測(cè)量值，Dpw-排污流量，采用測(cè)量值，i" gr、i' Zr、i" Zr、igs、i' 一分別為過(guò)熱蒸汽焓、再熱蒸汽進(jìn)ロ焓、再熱蒸汽出 ロ焓、給水焓和汽包壓カ下的飽和水焓。其中過(guò)熱蒸汽焓、再熱蒸汽進(jìn)ロ焓、再熱蒸汽出口 焓、給水焓值根據(jù)相應(yīng)的溫度(tgr、tzrj、tzrc、tgs)測(cè)量值、壓カ(pgr、pzrj、pzrc、pgs)測(cè)量值，利 用經(jīng)典的IAPWS-IF97，即可計(jì)算得到。汽包壓力下的飽和水焓根據(jù)汽包壓力Pqb，利用經(jīng)典 的IAPWS-IF97，即可計(jì)算得到，上述鍋爐反平衡熱效率模型為nb反=100-(Luc+Lg+Lffl+Lco+Lr+Lj (2)Luc =. Aarl. (r, —+ rlz.). 100。/o(3 )
Qdi100-c, Ioo-Cfe
權(quán)利要求
1. 一種電站鍋爐效率與燃煤熱值、灰分和水分的同步測(cè)算方法，其特征在于，包括以下步驟步驟1 在τ時(shí)刻，讀取火電機(jī)組廠級(jí)監(jiān)控信息系統(tǒng)(SIS)中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)如下送風(fēng)溫度tlk、排煙溫度tpy、排煙氧量O2py、飛灰含碳量Cfh、入爐燃料量B、鍋爐蒸發(fā)量D、機(jī)組發(fā)電負(fù)荷Pel、主蒸汽壓力和主蒸汽溫度t-再熱蒸汽進(jìn)口壓力pz _和再熱蒸汽進(jìn)口溫度tz _、 再熱蒸汽出口壓力Pzm和再熱蒸汽出口溫度、。、給水壓力pgs、給水溫度tgs、給水流量Dgs、 汽包壓力Ptlb、再熱器減溫噴水量Dz _w、汽輪機(jī)高壓缸各加熱器的抽汽溫度、，抽汽壓力Pj (j =1 幻；汽輪機(jī)高壓缸各級(jí)加熱器的出口水溫度twj(j = 1 幻；汽輪機(jī)高壓缸各級(jí)加熱器的入口水溫度t’ wJ (j = 1 2)；汽輪機(jī)高壓缸各加熱器疏水溫度tdj(j = 1 2)，步驟2 根據(jù)步驟1讀取的鍋爐蒸發(fā)量D、主蒸汽壓力和主蒸汽溫度t-再熱蒸汽進(jìn)口壓力Pzrj和再熱蒸汽進(jìn)口溫度tCTj、再熱蒸汽出口壓力pzrc和再熱蒸汽出口溫度t_、給水壓力Pgs、給水溫度tgs、給水流量Dgs、汽包壓力Ptlb、再熱器減溫噴水量Dz _w、以及汽輪機(jī)高壓缸各加熱器的抽汽溫度、，抽汽壓力Pj (j = 1 幻；汽輪機(jī)高壓缸各級(jí)加熱器的出口水溫度twj(j = 1 2)，；汽輪機(jī)高壓缸各級(jí)加熱器的入口水溫度t’wj(j = 1 2)；汽輪機(jī)高壓缸各加熱器疏水溫度tdj(j = 1 2)，計(jì)算得出鍋爐有效利用熱仏， 步驟3 假設(shè)一個(gè)初始的燃煤水分Mtl = 20%, 步驟4 假設(shè)一個(gè)初始的燃煤灰分Aari = 15%, 步驟5 假設(shè)一個(gè)初始的燃煤熱值S^1 =293IO kJ/kg，步驟6 根據(jù)步驟5獲得的燃煤熱值，根據(jù)步驟1讀取的送風(fēng)溫度tlk、排煙溫度tpy、 排煙氧量O2py、飛灰含碳量Cfh、鍋爐蒸發(fā)量D，利用鍋爐反平衡熱效率模型，得到鍋爐反平衡熱效率nb&，步驟7 根據(jù)步驟6獲得的鍋爐熱效率nb&、步驟1讀取的入爐燃料量B以及步驟2獲得的鍋爐有效利用熱仏，令鍋爐正平衡熱效率鍋爐反平衡熱效率nb&，進(jìn)而由鍋爐正平衡熱效率模型，得到與之相應(yīng)的燃煤熱值GL，步驟8 如果( 的絕對(duì)值大于給定的微小量ε Q，則將當(dāng)前燃煤熱值賦值給燃煤熱值忍，重復(fù)步驟6 8，直到( 的絕對(duì)值小于或等于給定的微小量ε Q時(shí)，執(zhí)行步驟9，所述ε 等于預(yù)定的精度0.1，步驟9 根據(jù)步驟8獲得的GJ2及步驟1讀取的排煙氧量O2py，利用理論燃燒所需干空氣量和實(shí)際煙氣質(zhì)量的簡(jiǎn)化計(jì)算模型，得出理論燃燒所需干空氣量和實(shí)際煙氣質(zhì)量Gy， 步驟10 根據(jù)步驟9獲得的V°和Gy，利用實(shí)際煙氣質(zhì)量的計(jì)算模型，得出燃煤灰分kw2, 步驟11 如果(Aari-Am2)的絕對(duì)值大于給定的微小量ε A，則將當(dāng)前的燃煤灰分Am2賦值給燃煤灰分Aari，重復(fù)步驟5 11，直到(Aari-Am2)的絕對(duì)值小于或等于給定的微小量εΑ 時(shí)，執(zhí)行步驟12，所述ε 等于預(yù)定的精度0.001，步驟12 根據(jù)步驟8獲得的SJ2，步驟1讀取的排煙氧量O2py，利用實(shí)際煙氣容積的簡(jiǎn)化計(jì)算模型，得出實(shí)際煙氣容積Vy，步驟13 根據(jù)步驟9獲得的V°，步驟1讀取的排煙氧量O2py，以及步驟12獲得的Vy，利用實(shí)用煙氣量的計(jì)算模型，得出燃煤水分Mt2，步驟14:如果(Mtl-Mt2)的絕對(duì)值大于給定的微小量ε M，則將當(dāng)前的燃煤灰分Mt2賦值給燃煤灰分Mtl，重復(fù)步驟4 14，直到(Mtl-Mt2)的絕對(duì)值小于或等于給定的微小量ε Μ時(shí)，將當(dāng)前的熱效率nb&、燃煤熱值GL、燃煤灰分Am2和燃煤水分Mt2作為τ時(shí)刻下測(cè)算出的熱效率ηΜτ)及相關(guān)燃煤特性(燃煤熱值0^)、燃煤灰分Α (τ)、燃煤水分Μ (τ))，所述￡0等于預(yù)定的精度0. 001 ；所述的鍋爐有效利用熱A的計(jì)算如下 Qi = Dgr- (i" gr-igs)+Dzr· (i〃 zr-i' zr)+Dpw. (i ‘ "igs) (1) 式中過(guò)熱器出口蒸汽流量，采用鍋爐蒸發(fā)量D的測(cè)量值， Dzr-再熱器出口蒸汽流量，Dzr = AzrXDgr+DzrJW,Α"-再熱蒸汽份額，從火電廠廠級(jí)監(jiān)控信息系統(tǒng)(SIQ數(shù)據(jù)庫(kù)中，讀取汽輪機(jī)高壓缸各加熱器的抽汽溫度tj;抽汽壓= 1 2)，根據(jù)經(jīng)典的1997年國(guó)際水和水蒸汽性質(zhì)協(xié)會(huì)提出的工業(yè)用水和水蒸汽熱力性質(zhì)模型IAPWS-IF97 (Association for the Properties of Water and Steam)計(jì)算得到汽輪機(jī)高壓缸各級(jí)加熱器的抽汽焓值h」；讀取汽輪機(jī)高壓缸各級(jí)加熱器的出口水溫度twj(j = 1 幻，其對(duì)應(yīng)的出口水壓力取給水壓力 Pgs，根據(jù)經(jīng)典的IAPWS-IF97計(jì)算得到加熱器出口水焓值hwi (j = 1 2、；讀取汽輪機(jī)高壓缸各級(jí)加熱器的入口水溫度t’wj(j = 1 2)，其對(duì)應(yīng)的入口水壓力取給水壓力Pgs，根據(jù)經(jīng)典的IAPWS-IF97計(jì)算得到加熱器入口水焓值h’ _ ；獲取汽輪機(jī)高壓缸各加熱器疏水溫度tdJ， 其對(duì)應(yīng)的疏水壓力Pdj根據(jù)相應(yīng)的抽汽壓力Pj扣除抽汽管道壓損率(壓損率取為3% )，按 Pdj = 0. 97Pj計(jì)算得到，根據(jù)經(jīng)典的IAPWS-IF97計(jì)算得到各級(jí)高壓加熱器疏水焓值hdj ；， 通過(guò)汽輪機(jī)高壓缸各級(jí)加熱器的熱平衡計(jì)算其抽汽份額A1 = (hwl-h' wl)/(hrhdl)與^ = [(hw2"h ‘ J -A1* (hdl-hd2) ] / (h2-hd2)， 由Act = I-A1-A2計(jì)算再熱蒸汽份額， Dzrjw-為再熱器減溫噴水量，采用測(cè)量值， Dpw-排污流量，采用測(cè)量值，i" gr> i' zr> i" zr> igs> i'-分別為過(guò)熱蒸汽焓、再熱蒸汽進(jìn)口焓、再熱蒸汽出口焓、給水焓和汽包壓力下的飽和水焓。其中過(guò)熱蒸汽焓、再熱蒸汽進(jìn)口焓、再熱蒸汽出口焓、 給水焓值根據(jù)相應(yīng)的溫度(tgr、tzrj、t_、tgs)測(cè)量值、壓力(pgr、pCTj、pzrc、pgs)測(cè)量值，利用經(jīng)典的IAPWS-IF97，即可計(jì)算得到。汽包壓力下的飽和水焓根據(jù)汽包壓力Ptlb，利用經(jīng)典的 IAPWS-IF97，即可計(jì)算得到；所述的鍋爐反平衡熱效率模型為
全文摘要
一種電站鍋爐效率與燃煤熱值、灰分和水分的同步測(cè)算方法，從火電廠廠級(jí)監(jiān)控信息系統(tǒng)SIS讀取送風(fēng)溫度、排煙溫度、排煙氧量、飛灰含碳量、入爐燃料量、鍋爐蒸發(fā)量、機(jī)組發(fā)電負(fù)荷、主蒸汽壓力溫度、再熱蒸汽進(jìn)出口壓力溫度、給水壓力溫度及流量、汽包壓力、再熱器減溫噴水量、高壓缸各加熱器的抽汽壓力溫度；高壓缸各級(jí)加熱器的出入口水溫度和疏水溫度，假設(shè)燃煤熱值、燃煤灰分和燃煤水分的初值，使用鍋爐反平衡熱效率模型、理論燃燒所需干空氣量和實(shí)際煙氣質(zhì)量簡(jiǎn)化計(jì)算模型、實(shí)際煙氣質(zhì)量計(jì)算模型、實(shí)際煙氣容積計(jì)算模型、實(shí)用煙氣量計(jì)算模型、鍋爐正平衡熱效率模型、鍋爐有效利用熱模型，并且構(gòu)造了預(yù)報(bào)與校正方法，實(shí)現(xiàn)上述參量的同步測(cè)算。
文檔編號(hào)G01D21/02GK102494714SQ20111035871
公開(kāi)日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2011年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月11日
發(fā)明者劉莎, 王一凡, 王培紅, 蘇志剛, 趙歡 申請(qǐng)人:東南大學(xué)