[发明专利]电站锅炉效率与燃煤热值、灰分和水分的同步测算方法

摘要

一种电站锅炉效率与燃煤热值、灰分和水分的同步测算方法，从火电厂厂级监控信息系统SIS读取送风温度、排烟温度、排烟氧量、飞灰含碳量、入炉燃料量、锅炉蒸发量、机组发电负荷、主蒸汽压力温度、再热蒸汽进出口压力温度、给水压力温度及流量、汽包压力、再热器减温喷水量、高压缸各加热器的抽汽压力温度；高压缸各级加热器的出入口水温度和疏水温度，假设燃煤热值、燃煤灰分和燃煤水分的初值，使用锅炉反平衡热效率模型、理论燃烧所需干空气量和实际烟气质量简化计算模型、实际烟气质量计算模型、实际烟气容积计算模型、实用烟气量计算模型、锅炉正平衡热效率模型、锅炉有效利用热模型，并且构造了预报与校正方法，实现上述参量的同步测算。

主权项

1.一种电站锅炉效率与燃煤热值、灰分和水分的同步测算方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：在τ时刻，读取火电机组厂级监控信息系统(SIS)中的实时数据如下：送风温度t_lk、排烟温度t_py、排烟氧量O_2py、飞灰含碳量C_fh、入炉燃料量B、锅炉蒸发量D、机组发电负荷Pel、主蒸汽压力p_gr和主蒸汽温度t_gr、再热蒸汽进口压力p_zrj和再热蒸汽进口温度t_zrj、再热蒸汽出口压力p_zrc和再热蒸汽出口温度t_zrc、给水压力p_gs、给水温度t_gs、给水流量D_gs、汽包压力p_qb、再热器减温喷水量D_zrjw、汽轮机高压缸各加热器的抽汽温度t_j，抽汽压力p_j(j＝1～2)；汽轮机高压缸各级加热器的出口水温度t_wj(j＝1～2)；汽轮机高压缸各级加热器的入口水温度t’_wj(j＝1～2)；汽轮机高压缸各加热器疏水温度t_dj(j＝1～2)，步骤2：根据步骤1读取的锅炉蒸发量D、主蒸汽压力p_gr和主蒸汽温度t_gr、再热蒸汽进口压力p_zrj和再热蒸汽进口温度t_zrj、再热蒸汽出口压力p_zrc和再热蒸汽出口温度t_zrc、给水压力p_gs、给水温度t_gs、给水流量D_gs、汽包压力p_qb、再热器减温喷水量D_zrjw、以及汽轮机高压缸各加热器的抽汽温度t_j，抽汽压力p_j(j＝1～2)；汽轮机高压缸各级加热器的出口水温度t_wj(j＝1～2)，；汽轮机高压缸各级加热器的入口水温度t’_wj(j＝1～2)；汽轮机高压缸各加热器疏水温度t_dj(j＝1～2)，计算得出锅炉有效利用热Q₁，步骤3：假设一个初始的燃煤水分M_t1＝20％，步骤4：假设一个初始的燃煤灰分A_ar1＝15％，步骤5：假设一个初始的燃煤热值步骤6：根据步骤5获得的燃煤热值根据步骤1读取的送风温度t_lk、排烟温度t_py、排烟氧量O_2py、飞灰含碳量C_fh、锅炉蒸发量D，利用锅炉反平衡热效率模型，得到锅炉反平衡热效率η_b反，步骤7：根据步骤6获得的锅炉热效率η_b反、步骤1读取的入炉燃料量B以及步骤2获得的锅炉有效利用热Q₁，令锅炉正平衡热效率η_b正＝锅炉反平衡热效率η_b反，进而由锅炉正平衡热效率模型，得到与之相应的燃煤热值步骤8：如果的绝对值大于给定的微小量ε_Q，则将当前燃煤热值赋值给燃煤热值重复步骤6～8，直到的绝对值小于或等于给定的微小量ε_Q时，执行步骤9，所述ε_Q等于预定的精度0.1，步骤9：根据步骤8获得的及步骤1读取的排烟氧量O_2py，利用理论燃烧所需干空气量和实际烟气质量的简化计算模型，得出理论燃烧所需干空气量V⁰和实际烟气质量G_y，步骤10：根据步骤9获得的V⁰和G_y，利用实际烟气质量的计算模型，得出燃煤灰分A_ar2，步骤11：如果(A_ar1-A_ar2)的绝对值大于给定的微小量ε_A，则将当前的燃煤灰分A_ar2赋值给燃煤灰分A_ar1，重复步骤5～11，直到(A_ar1-A_ar2)的绝对值小于或等于给定的微小量ε_A时，执行步骤12，所述ε_Q等于预定的精度0.001，步骤12：根据步骤8获得的步骤1读取的排烟氧量O_2py，利用实际烟气容积的简化计算模型，得出实际烟气容积V_y，步骤13：根据步骤9获得的V⁰，步骤1读取的排烟氧量O_2py，以及步骤12获得的V_y，利用实用烟气量的计算模型，得出燃煤水分M_t2，步骤14：如果(M_t1-M_t2)的绝对值大于给定的微小量ε_M，则将当前的燃煤灰分M_t2赋值给燃煤灰分M_t1，重复步骤4～14，直到(M_t1-M_t2)的绝对值小于或等于给定的微小量ε_M时，将当前的热效率η_b反、燃煤热值燃煤灰分A_ar2和燃煤水分M_t2作为τ时刻下测算出的热效率η_b(τ)及相关燃煤特性(燃煤热值燃煤灰分A_ar(τ)、燃煤水分M_t(τ))，所述ε_Q等于预定的精度0.001；所述的锅炉有效利用热Q₁的计算如下：Q₁＝D_gr·(i″_gr-i_gs)+D_zr·(i″_zr-i′_zr)+D_pw·(i′-i_gs)(1)式中：D_gr--过热器出口蒸汽流量，采用锅炉蒸发量D的测量值，D_zr--再热器出口蒸汽流量，D_zr＝A_zr×D_gr+D_zrjw，A_zr--再热蒸汽份额，从火电厂厂级监控信息系统(SIS)数据库中，读取汽轮机高压缸各加热器的抽汽温度t_j，抽汽压力p_j(j＝1～2)，根据经典的1997年国际水和水蒸汽性质协会提出的工业用水和水蒸汽热力性质模型IAPWS-IF97(Association for the Properties of Water and Steam)计算得到汽轮机高压缸各级加热器的抽汽焓值h_j；读取汽轮机高压缸各级加热器的出口水温度t_wj(j＝1～2)，其对应的出口水压力取给水压力p_gs，根据经典的IAPWS-IF97计算得到加热器出口水焓值h_wi(j＝1～2)；读取汽轮机高压缸各级加热器的入口水温度t’_wj(j＝1～2)，其对应的入口水压力取给水压力p_gs，根据经典的IAPWS-IF97计算得到加热器入口水焓值h’_wj；获取汽轮机高压缸各加热器疏水温度t_dj，其对应的疏水压力p_dj根据相应的抽汽压力pj扣除抽汽管道压损率(压损率取为3％)，按p_dj＝0.97p_j计算得到，根据经典的IAPWS-IF97计算得到各级高压加热器疏水焓值h_dj；，通过汽轮机高压缸各级加热器的热平衡计算其抽汽份额A₁＝(h_w1-h′_w1)/(h₁-h_d1)与A₂＝[(h_w2-h′_w2)-A₁*(h_d1-h_d2)]/(h₂-h_d2)，由A_zr＝1-A₁-A₂计算再热蒸汽份额，D_zrjw--为再热器减温喷水量，采用测量值，D_pw--排污流量，采用测量值，i″_gr、i′_zr、i″_zr、i_gs、i′--分别为过热蒸汽焓、再热蒸汽进口焓、再热蒸汽出口焓、给水焓和汽包压力下的饱和水焓。其中过热蒸汽焓、再热蒸汽进口焓、再热蒸汽出口焓、给水焓值根据相应的温度(t_gr、t_zrj、t_zrc、t_gs)测量值、压力(p_gr、p_zrj、p_zrc、p_gs)测量值，利用经典的IAPWS-IF97，即可计算得到。汽包压力下的饱和水焓根据汽包压力p_qb，利用经典的IAPWS-IF97，即可计算得到；所述的锅炉反平衡热效率模型为：η_b反＝100-(L_uc+L_g+L_m+L_CO+L_r+L_un)(2)Luc=337.27Qd1y·Aar1·(rfh·Cfh100-Cfh+rlz·Clz100-Clz)·100%---(3)]]>Lg=CpgQd1y·(k1+k2·αpy)·(tpy-tly)·100%---(4)]]>Lm=CpH2OQd1y·[(0.0477αpy+0.01)·(k4+k2·αpy)+1.24Mt1100]·(tpy-tlk)·100%---(5)]]>Lr=5.82·(De)-0.38·DeD·100%---(6)]]>αpy=2121-O2py---(7)]]>k1=0.0576+0.02337·Qd1y1000]]>k2=0.58145+0.30806·Qd1y1000]]>k4=-0.0139+0.0089·Qd1y1000]]>式中：L_uc--为总干灰量中未燃烬碳的热损失，L_g--为干烟气热损失，L_m--为水分引起的热损失，L_CO--为化学未完全燃烧热损失。对于燃用固体燃料时，气体未完全燃烧产物只有一氧化碳，而排烟中的一氧化碳含量很少，故可以忽略不计，L_r--为散热损失，L_un--为其他热损失，一般取为0.33～0.38％，本专利取值为A_ar1--为燃煤的收到基灰分，r_fh、r_lz--分别为飞灰、炉渣中灰量占入炉煤总灰量的份额，一般取r_fh＝0.9、r_lz＝0.1，C_fh--分别为飞灰含碳量，采用测量值，C_lz--为炉渣含碳量，计算模型为：Clz=-24.84+37.57·PelP+7.36·O2py-11.18·(PelP)2-0.49·O2py2-4.58·PelP·O2py]]>其中，P、P_el-分别为机组额定负荷(对于给定的机组为定值)和机组发电负荷，后者采用测量值C_pg--为干烟气的定压平均比热，取为1.03kJ/(kg.K)，O_2py--为排烟氧量，采用测量值，α_py--为过量空气系数，由式(7)计算，其中排烟氧量采用测量值，t_py、t_lk--分别为排烟温度和冷空气温度，采用测量值，--为水蒸汽的定压平均比热，取为1.88kJ/(kg.K)，M_t1--为燃煤的全水分，D_e、D--分别为锅炉额定蒸发量(对于给定锅炉为定值)和锅炉蒸发量，后者采用测量值，k₁、k₂、k₄--是关于燃料热值的函数，--为燃煤热值；所述的锅炉正平衡热效率模型为：式中：B--为锅炉入炉燃料量，采用测量值，Q₁--为锅炉有效利用热，η_b反--为锅炉反平衡效率；所述的理论燃烧所需干空气量、实际烟气质量的简化计算模型和实际烟气容积的简化计算模型为：V0=k4+k2·αpy1.293·αpy---(9)]]>G_y＝(k₇+k₂·α_py)+d_k·(k₄+k₂·α_py)(10)V_y＝k₅+k₆·α_py+1.244·d_k·(k₄+k₂·α_py)(11)k2=0.58145+0.30806Qd2y1000]]>k4=-0.0139+0.0089Qd2y1000]]>k5=1.1296-0.02028Qd2y1000]]>k6=0.44971+0.23825Qd2y1000]]>k7=0.96569+0.00707Qd2y1000]]>式中：--为燃煤热值，α_py--为过量空气系数，按见式(7)求得，d_k--为空气的绝对湿度，一般取0.01kg/kg；所述的实际烟气质量的计算模型为：Gy=1-Aar2100+1.306·αpy·V0---(12)]]>式中：A_ar2--为燃煤的收到基灰分，α_py--为过量空气系数，按见式(7)求得，V⁰--为理论燃烧所需干空气量，d_k--为空气的绝对湿度，一般取0.01kg/kg；所述的实用烟气量的计算模型为：V_y＝1.016·α_py·V⁰+0.0124M_t2+0.045V⁰(13)式中：M_t2--为燃煤的全水分，α_py--为过量空气系数，按见式(7)求得，V⁰--为理论燃烧所需干空气量。