CN104615853A - 一种火电机组配煤掺烧效果在线评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种火电机组配煤掺烧效果在线评估方法，包括：在待评估的火电机组负荷处于稳态状况下，采集获取包括锅炉的金属壁温、炉膛负压、主蒸汽的温度和压力、再热蒸汽的温度和压力、磨煤机出口风温等在内的一系列运行参数，同时获取其锅炉效率、发电标准煤耗和供电标准煤耗等多个实际性能参数；利用所获取的一系列运行参数，对火电机组分别执行多方位的安全性以及燃烧效率的评估操作；基于所得到的火电机组安全评估指标以及混煤燃烧效率的评估指标，采用加权求和的方式得到配煤掺烧效果最终评估结果。通过本发明，能够高效率、全面地反映出锅炉当前的安全性情况以及混煤燃烧效率的高低，同时具备便于操控、实用性强和评估准确等特点。

Description

一种火电机组配煤掺烧效果在线评估方法

技术领域

本发明属于火电发电工艺相关领域，更具体地，涉及一种火电机组配煤掺烧效果在线评估方法。

背景技术

由于煤炭资源的分布不均以及煤炭市场的复杂性，国内大部分燃煤电站都在燃用非设计煤种，在锅炉燃用非设计煤种时容易出现结渣、金属超温、出力降低、锅炉效率下降等问题。配煤掺烧将不同种类、性质的煤按一定比例掺配，可以相互弥补不同单煤的缺陷，取长补短，有效解决在燃用非设计煤种时带来的这一系列问题。在电厂尤其是大型火电厂的实际运行过程中，往往需要采用混煤掺烧技术。混煤掺烧技术可有效拓宽燃煤锅炉适用煤种，因此在煤炭资源的合理化利用、电站锅炉的安全高效运行等方面具有重要意义。

然而，现有技术中对混煤掺烧的研究更多集中在实验室阶段，对混煤的燃烧特性、污染物排放特性等的研究较多，针对电厂配煤掺烧效果评价的方法研究较少，尤其是缺乏在配煤掺烧情况下锅炉金属壁温、蒸汽温度以及锅炉效率等关键参数方面进行研究，相应地，相关领域中亟需寻找更为完善的解决方案，以便获得更为准确、全面的火电机组配煤掺烧性能评估效果。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种火电机组配煤掺烧效果在线评估方法，其中通过结合大型火电机组自身的应用特点，选择将锅炉金属壁温、蒸汽温度以及锅炉效率等关键参数作为评估因子，并构建特定的评估模型来对锅炉安全性、燃烧效率进行评价，相应能够高效率、全面地反映出锅炉当前的安全性情况以及混煤燃烧效率的高低，同时具备便于操控、实用性强和评估准确等特点，因而尤其适用于大型火电机组配煤掺烧效果评估等应用场合。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种火电机组配煤掺烧效果在线评估方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：

(a)在待评估的火电机组负荷处于稳态状况下，采集获取包括锅炉的金属壁温、炉膛负压、主蒸汽的温度和压力、再热蒸汽的温度和压力、磨煤机出口风温在内的一系列运行参数，同时获取其处于稳态状态时的锅炉效率、发电标准煤耗和供电标准煤耗等多个实际性能参数；其中所述金属壁温进一步包括对汽包、过热器和再热器三个部分的多个测点分别所采集的测点壁温值，所述炉膛负压包括在执行采集之前t时刻之内的多个炉膛负压数据；

(b)利用步骤(a)所获取的一系列运行参数和性能指标，对火电机组执行如下的安全性评估操作：

(b1)首先检查汽包、过热器和再热器的所述多个测点壁温值是否存在超过报警阈值的情况，并根据检查结果和以下表达式(一)以获得金属壁温的超温评估结果a(0)：

a(0)＝1-n_cwC_cw   (一)

其中，n_cw表示在所述汽包、过热器和再热器的多个测点中，实际壁温超过报警阈值的测点总数量；C_cw表示对出现超温时的惩罚因子，其可预设并且使得a(0)≥0；

(b2)基于汽包、过热器和再热器三个部分的所述多个测点壁温值，继续对其分别求取方差值，并采用线性插值的方式对这三个部分的壁温均匀性情况各自进行评估，均匀性评估结果依次表示为a(1)、a(2)和a(3)；

(b3)利用步骤(b1)和(b2)的评估结果，按照以下的表达式(二)来计算壁温安全性的综合评估结果s(1)：

$s\left(1\right)=a\left(0\right)\underset{i=1}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\σ}}_{i}a\left(i\right)$        (二)

其中，σ_i为权重，其可预设但需满足i＝1，2,3；

(b4)利用步骤(a)所采集的所述炉膛负压数据，求其样本方差，然后根据该求得的方差，采用线性插值的方式获得反映内火焰燃烧稳定性的评估指标s(2)；

(b5)利用步骤(a)所采集的主蒸汽的温度和压力以及再热蒸汽的温度和压力，并基于与此相关的蒸汽温度和压力报警阈值，采用线性插值的方式得到反映蒸汽温度和压力的评估指标s(3)；

(b6)利用步骤(a)所采集的磨煤机出口风温，并基于煤种的挥发来设定磨煤机出口风温阈值，然后基于以下表达式(三)来计算得出制粉***的安全性评估结果s(4)：

s(4)＝1-n_fwC_fw    (三)

其中，n_fw表示超过所述磨煤机出口风温阈值的磨煤机台数，C_fw表示出现风温超温时的惩罚因子，其可预设并且使得s(4)≥0；

(b7)利用步骤(b3)～(b6)所分别求得的评价指标s(1)、s(2)、s(3)和s(4)，采用加权求和的方式得到反映火电机组安全性的综合评估指标f_safe；

(c)利用步骤(a)所获取的处于稳态状态时的锅炉效率、发电标准煤耗和供电标准煤耗等多个实际性能参数，采用线性插值的方式计算得到反映混煤燃烧效率的评估指标f_eff；

(d)基于步骤(b)所得到的反映火电机组安全性的综合评估指标f_safe、以及步骤(c)计算得到的反映混煤燃烧效率的评估指标f_eff，采用加权求和的方式得到最终的配煤掺烧效果评估结果，由此完成整体的火电机组配煤缠绕效果的在线评估过程。

作为进一步优选地，所述火电机组优选为大型火电机组。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，首次提出了一种针对火电厂配煤掺烧综合效果在线评价的工艺方法，其中由于综合考虑了金属壁温、主蒸汽温度压力、再热蒸汽温度压力、炉膛负压、磨煤机出口风温等关键参数并构建合理的评估模型来对火电厂配煤掺烧时的安全性进行评价，同时综合考虑锅炉效率、发电标准煤耗、供电标准煤耗多方面的评价指标对燃烧效率进行评价，相应能够准确、及时和全面获得火电厂配煤燃烧综合效果的多方位信息，同时具备便于操控、实用性强和评估准确等特点，因而尤其适用于大型火电机组配煤掺烧效果评估等应用场合。

附图说明

图1是按照本发明的火电机组配煤燃烧效果在线评估方法的工艺流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

图1是按照本发明的火电机组配煤燃烧效果在线评估方法的工艺流程图。如图1中所示，该方法主要通过结合火电机组配煤燃烧自身的应用和工艺特点，选择多个适当的关键参数作为评估因子并对评估模型进行研究和设计，以期与现有技术相比能够获得更为准确、全面的火电机组配煤掺烧性能评估效果。

作为本发明的整体构思的基础，考虑到金属壁面过热超温易引起材料的金属蠕变，降低管壁金属材料的使用寿命，导致锅炉受热面超温爆管，影响机组正常的安全运行，因此在本发明中选择将金属壁温作为重要的监测参数，并具体包括了汽包、过热器、再热器的壁温。炉膛负压能反映火焰燃烧的稳定性，当炉膛负压波动较大时，燃烧不稳定，而且其参数值也是可以在线获得的，因此在本发明中同样将其选择作为评估因子之一。主蒸汽温和再热汽温超温是机组安全性不良的重要信号，长时间超温更是会降低金属的许用应力，严重时会超温爆管，因此本发明中将其作为另外的一个评估因子。此外，为了防止出现制粉******等影响机组运行安全的情况，应根据辅机制粉***的运行规范，依据煤种的挥发分设定出口温度值，因此本发明中同样将磨煤机出口风温作为评估因子。

另一方面，本发明中还选择了机组的锅炉效率、发电标准煤耗、供电标准煤耗等多方面的评价指标，以便对燃烧效率进行评价。进而将该燃烧效率的评价与上述偏重于安全性能方面的评价共同组合起来，由此获得火电机组配煤掺烧效果的综合在线评估结果。

具体而言，首先，是对相关的一系列关键参数和性能参数执行在线采集获取的步骤。

在待评估的火电机组负荷处于稳态状况下，采集获取包括锅炉的金属壁温、炉膛负压、主蒸汽的温度和压力、再热蒸汽的温度和压力、磨煤机出口风温在内的一系列运行参数，同时获取其处于稳态状态时的锅炉效率、发电标准煤耗和供电标准煤耗等多个实际性能参数；其中所述金属壁温进一步包括对汽包、过热器和再热器三个部分的多个测点分别所采集的测点壁温值，所述炉膛负压包括在执行采集之前t时刻之内(包括采集时刻本身)的多个炉膛负压数据；

接着，利用前面所获取的一系列运行参数和性能指标，对火电机组首先执行如下的安全性评估操作：

(1)检查汽包、过热器和再热器的所述多个测点壁温值是否存在超过报警阈值的情况，并根据检查结果和以下表达式(一)以获得金属壁温的超温评估结果a(0)：

a(0)＝1-n_cwC_cw    (一)

其中，n_cw表示在所述汽包、过热器和再热器的多个测点中，实际壁温超过报警阈值的测点总数量；C_cw表示对出现超温时的惩罚因子，其可预设并且使得a(0)≥0；

(2)基于汽包、过热器和再热器三个部分的所述多个测点壁温值，继续对其分别求取方差值，并采用线性插值的方式对这三个部分的壁温均匀性情况各自进行评估，均匀性评估结果依次表示为a(1)、a(2)和a(3)；

(3)利用上面的多个评估结果，按照以下的表达式(二)来计算壁温安全性的综合评估结果s(1)：

$s\left(1\right)=a\left(0\right)\underset{i=1}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\σ}}_{i}a\left(i\right)$        (二)

其中，σ_i为权重，其可预设但需满足i＝1，2,3；

然后，可利用前面所采集的所述炉膛负压数据，求其样本方差，然后根据该求得的方差，并采用线性插值的方式获得反映内火焰燃烧稳定性的评估指标s(2)；

然后，继续利用前面所采集的主蒸汽的温度和压力以及再热蒸汽的温度和压力，并基于与此相关的蒸汽温度和压力报警阈值，采用线性插值的方式得到反映蒸汽温度和压力的评估指标s(3)；

然后，继续利用前面所采集的磨煤机出口风温，并基于煤种的挥发来设定磨煤机出口风温阈值，然后基于以下表达式(三)来计算得出制粉***的安全性评估结果s(4)：

s(4)＝1-n_fwC_fw    (三)

其中，n_fw表示超过所述磨煤机出口风温阈值的磨煤机台数，C_fw表示出现风温超温时的惩罚因子，其可预设并且使得s(4)≥0；

在这里，综合利用前面所分别求得的评价指标s(1)、s(2)、s(3)和s(4)，并譬如可采用加权求和的方式得到反映火电机组安全性的综合评估指标f_safe；其具体形式例如为：

$f_{\mathrm{safe}}=\underset{i=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\σ}}_{i}s\left(i\right)$

其中，σⁱ为各项评分的权重，综合为1，满足

在完成上述的安全性综合评估之后，本发明中还继续对其燃烧效率进行评估。

具体而言，同样可利用前面所采集获取的处于稳态状态时的锅炉效率、发电标准煤耗和供电标准煤耗等多个实际性能参数，采用线性插值的方式计算得到反映混煤燃烧效率的评估指标f_eff。

作为本发明的一个优选实施方式，在此过程中，譬如可以以锅炉设计时的锅炉效率、电厂设计的发电标准煤耗和供电标准煤耗为上限，以锅炉运行历史上的最差效率、最低发电标准煤耗、最低供电标准煤耗为下限，采用线性插值的方式计算得到反映混煤燃烧效率的评价指标。其具体形式并不局限于此，只要其能够获得反映真实的混煤燃烧效率的数值即可，因此在此不再赘述。

最后，基于前面所得到的反映火电机组安全性的综合评估指标f_safe、以及刚才计算得到的反映混煤燃烧效率的评估指标f_eff，采用加权求和的方式得到最终的配煤掺烧效果评估结果，由此完成整体的火电机组配煤缠绕效果的在线评估过程。其具体的权重分布可以根据电厂的具体情况来设定及调节，因此在此不再一一列举。

综上，通过本发明，与现有技术相比首次提出了针对火电厂配煤掺烧综合效果在线评价的工艺方法，并能够高效率、全面地反映出锅炉当前的安全性情况以及混煤燃烧效率的高低，同时具备便于操控、实用性强和评估准确等特点，因而尤其适用于大型火电机组配煤掺烧效果评估等应用场合。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种火电机组配煤掺烧效果在线评估方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：

(a)在待评估的火电机组负荷处于稳态状况下，采集获取包括锅炉的金属壁温、炉膛负压、主蒸汽的温度和压力、再热蒸汽的温度和压力、磨煤机出口风温等在内的一系列运行参数，同时获取其处于稳态状态时的锅炉效率、发电标准煤耗和供电标准煤耗等多个实际性能参数；其中所述金属壁温进一步包括对汽包、过热器和再热器三个部分的多个测点分别所采集的测点壁温值，所述炉膛负压包括在执行采集之前t时刻之内的多个炉膛负压数据；

(b)利用步骤(a)所获取的一系列运行参数和性能指标，对火电机组执行如下的安全性评估操作：

(b1)首先检查汽包、过热器和再热器的所述多个测点壁温值是否存在超过报警阈值的情况，并根据检查结果和以下表达式(一)以获得金属壁温的超温评估结果a(0)：

a(0)＝1-n_cwC_cw  (一)

其中，n_cw表示在所述汽包、过热器和再热器的多个测点中，实际壁温超过报警阈值的测点总数量；C_cw表示对出现超温时的惩罚因子，其可预设并且使得a(0)≥0；

(b2)基于汽包、过热器和再热器三个部分的所述多个测点壁温值，继续对其分别求取方差值，并采用线性插值的方式对这三个部分的壁温均匀性情况各自进行评估，均匀性评估结果依次表示为a(1)、a(2)和a(3)；

(b3)利用步骤(b1)和(b2)的评估结果，按照以下的表达式(二)来计算壁温安全性的综合评估结果s(1)：

$s\left(1\right)=a\left(0\right)\underset{i=1}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\σ}}_{i}a\left(i\right)$    (二)

其中，σ_i为权重，其可预设但需满足i＝1，2,3；

(b4)利用步骤(a)所采集的所述炉膛负压数据，求其样本方差，然后根据该求得的方差，采用线性插值的方式获得反映内火焰燃烧稳定性的评估指标s(2)；

(b5)利用步骤(a)所采集的主蒸汽的温度和压力以及再热蒸汽的温度和压力，并基于与此相关的蒸汽温度和压力报警阈值，采用线性插值的方式得到反映蒸汽温度和压力的评估指标s(3)；

(b6)利用步骤(a)所采集的磨煤机出口风温，并基于煤种的挥发来设定磨煤机出口风温阈值，然后基于以下表达式(三)来计算得出制粉***的安全性评估结果s(4)：

s(4)＝1-n_fwC_fw  (三)

其中，n_fw表示超过所述磨煤机出口风温阈值的磨煤机台数，C_fw表示出现风温超温时的惩罚因子，其可预设并且使得s(4)≥0；

(b7)利用步骤(b3)～(b6)所分别求得的评价指标s(1)、s(2)、s(3)和s(4)，优选采用加权求和的方式得到反映火电机组安全性的综合评估指标f_safe；

(c)利用步骤(a)所获取的处于稳态状态时的锅炉效率、发电标准煤耗和供电标准煤耗等多个实际性能参数，采用线性插值的方式计算得到反映混煤燃烧效率的评估指标f_eff；

(d)基于步骤(b)所得到的反映火电机组安全性的综合评估指标f_safe、以及步骤(c)计算得到的反映混煤燃烧效率的评估指标f_eff，采用加权求和的方式得到最终的配煤掺烧效果评估结果，由此完成整体的火电机组配煤缠绕效果的在线评估过程。

2.如权利要求1所述的火电机组配煤掺烧效果在线评估方法，其特征在于，所述火电机组优选为大型火电机组。