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锅炉侧在线监测及运行优化系统需求说明书华电电力科学研究院二〇一二年十一月一、项目意义和目的中国华电集团公司大型燃煤发电机组经过整体优化改造项目后，锅炉侧各项经济指标均有明显改善。但与发达国家同容量机组相比，仍存在很大的节能降耗潜力。为保持和优化经过整体优化改造项目后锅炉侧的经济性能，了解企业锅炉的运行状况，华电电力科学研究院充分利用其工程实践经验和人才团队优势，进行远程节能监督系统前沿理论和关键技术的研究以及成套软件系统的开发。以集团望亭电厂、扬州电厂、包头河西电厂、东华电厂、白音华电厂以及可门电厂为试点电厂，进行项目研究成果的初步试用，为集团公司机组供电煤耗的进一步下降提供科学理论基础和技术保障，最终达到降低企业发电成本、提高整体经济效益的目标。二、系统功能描述在充分调研分析生产企业化验分析能力、检测设备精度的基础上，对各个试点电厂的生产过程数据进行收集与存储，对这些多频、异源、异构数据进行有效整合与分析，剔除原始数据中的过失误差、随即误差，补全不完备数据，形成高效率的数据支撑平台。在该平台的基础上通过对大量历史生产数据信息的深入挖掘，以工艺流程的形式展现各台机组锅炉侧、厂用电、设备安全性等方面的设备运行状况和生产过程参数信息，为机组主辅机设备的异常诊断、检修改造提供技术依据；结合火力发电生产机理和运行特性，完成常态工况下机组经济性能指标、设备性能指标的在线计算，将经济性能指标的劣化值分解到具体设备和过程参数等影响因素上，及时发现生产过程中可能的节能降耗点，为机组的优化运行指导提供决策依据；提供方便快捷的各种参数和指标的趋势查询功能、对比分析功能、报表生成打印功能以及机组设计参数查询功能，为监控室人员实现“管理降耗”提供辅助工具。利用该系统优化现役机组在长期运行中的能耗水平和经济性能，保证电厂的安全、经济运行。三、系统功能需求系统数据读取和存储均设定一个合理的时间周期，系统客户端只负责用户界面的显示，不占用大量客户端计算机的资源，大量的数据存储、计算和分析功能都在华电电科院服务器上完成。系统功能包括监督电厂机组导航、生产过程实时监测、关键数据趋势分析、指标统计与对比分析、用户权限管理、过程参数导入、系统和设备设计参数查询、报表生成与打印等功能。软件设计开发过程中为后续冷端优化、运行指导等功能的添加进行一定的考虑。3.1监督电厂机组导航实现集团公司各个电厂机组的查找和切换，方便监视室人员实时了解各台机组的运行情况。可以查询望亭电厂11#机组、扬州电厂7#机组，并方便进行后续试点电厂相应机组的添加。在菜单栏的机组导航菜单中，提供各个电厂为菜单项、以该电厂相应机组为子菜单的机组导航查询功能。3.2生产过程锅炉侧实时监测实现机组生产状况的实时监视，以工艺流程的方式向监视室人员实时、动态反映锅炉侧主要设备和辅助系统的主要运行参数和设备状态，使监视室人员能够实时了解整个机组的运行状况。系统的主要监视画面如下：锅炉侧系统监视（风烟、汽水等）设备厂用电监视（6kV电缆A侧、B侧设备用电量，无功功率与机组负荷等）设备安全性监视锅炉侧系统监测画面主要是锅炉烟风系统画面和锅炉侧汽水系统画面，不同容量锅炉烟风系统画面类似，亚临界和超临界锅炉的汽水系统画面有一些区别，典型的烟风系统和锅炉侧汽水系统的画面见图3.1、3.2和3.3，具体测点见附表1和附表2。对受热面壁温等关系到设备安全性的重要数据点进行实时监控，及时发现设备已经出现或即将出现的一些问题故障，便于及时采取相应的措施解决问题或避免问题的出现。利用不同的颜色、闪烁等方式实现设备报警提示功能，报警消除后，数据点显示恢复正常。监测系统能够根据电厂锅炉本体及辅机设备的基本设计资料、试验资料、历史运行数据、实时监测数据信息，对可能出现的安全隐患进行预警和报警，具体详情见附表3。图3.1锅炉烟风系统界面图3.2亚临界压力锅炉汽水系统界面图3.3超临界压力锅炉汽水系统界面3.3关键数据趋势分析实现关键过程参数数据、性能指标数据历史的趋势查询、浏览，趋势图的上下限和时间段可以在画面中任意设置，为用户提供方便快捷的实时趋势曲线查询显示功能，以供监视室人员参考和分析。以基本设计资料为基础、以实际运行监测数据为依据，根据机组的实际运行状况，实现锅炉侧的安全、经济、优化运行调度控制。同时，实现对锅炉系统各设备运行状况的远程监测分析。首先要选取合适的性能监测点，然后对这些性能监测点的数据进行实时监测。系统的监测数据从电厂SIS系统中读取，数据库的型式分为实时数据库和关系数据库两种形式，详情见附表4至附表6。根据需要可以进行实时趋势曲线显示，提供两种方式的趋势查询功能：①在实时监测画面中，利用鼠标右键点击出现的右键菜单里的趋势查询菜单项，点击后出现趋势查询窗口，自定义起止时间和查询项进行查询；②在菜单栏中实时趋势查询菜单里面，提供多种方式的查询功能（自定义查询、依据工艺模块和经济性能划分的锅炉、汽机、厂用电、震动、可靠性、经济指标、耗差等6个子菜单的复选框勾选查询）最终能实现在一张趋势曲线图中同时显示多个参数的数据（至少可以同时显示6个参数）。图3.4经济指标实时趋势显示界面另外还希望能够将趋势图中的横纵坐标，全都设置成可以自定义的界面，这样只要输入横纵坐标的参数，我们就可以得到两个参数之间的一个关系曲线，而不仅仅是单参数随时间变化的一个趋势图。3.4指标统计与对比分析实现机组锅炉效率、供电煤耗等经济性能指标，主要过程参数运行指标的计算与统计，利用棒状图、饼图等形式直观、形象的反映单台机组典型负荷下指标实际值与基准值的对比分析，将经济性能指标劣化值分解到具体设备和过程参数等影响因素上，并实现相同类型不同机组典型负荷下指标实际值与基准值的对比分析。锅炉侧主要指标为锅炉效率以及锅炉侧各辅机的耗电情况。在菜单栏中的指标统计与对比分析菜单中，提供经济指标和设备性能指标查询、耗差分析结果查询、耗差分析棒状图、耗差分析饼图查询等菜单项。图3.5经济指标和设备性能指标显示画面图3.6耗差分析结果显示界面图3.7耗差分析棒状图显示界面图3.8耗差分析饼图显示界面3.4.1电厂煤质工业分析的转换计算一般电厂入炉煤质分析一般只能得到其工业分析结果，因此系统需要开发一个界面，能够将电厂入炉煤的工业分析，根据下述方法将设计煤质的元素分析结果折算成试验煤质的元素分析结果，以便于锅炉热效率的计算。依据试验煤质的工业分析数据，按照如下折算公式得到用设计煤质的元素分析结果估算试验煤质的元素分析结果系数：μ=（100-Aar-Mar）试验/（100-Aar-Mar）设计得到折算系数μ之后，设计煤质的元素分析结果乘以系数μ即为试验煤质的元素分析结果。表3.1工业分析折算成元素分析的算法数据名称符号单位设计煤质试验煤质元素分析收到基碳Ｃar%50.551.16收到基氢Ｈar%2.12.13收到基氧Ｏar%2.172.20收到基氮Ｎar%0.680.69收到基硫Ｓar%2.82.84工业分析收到基水分Ｍar%9.56.46收到基灰分Ａar%32.2534.53干燥无灰基挥发分Ｖdaf%7.515.02收到基低位发热值Ｑnet,arkJ/kg1920019040用设计值估算试验值系数μ1.013083.4.2锅炉热效率监测分析对于锅炉系统而言，锅炉热效率是影响供电煤耗的主要因素，所以监督系统通过对一些参数的监控，实现对锅炉效率的监控，详情见附表7。对锅炉热效率计算以燃料的低位发热量为基础计算，采用热损失法，按国标GB10184-88《电站锅炉性能试验规程》进行。锅炉热效率通过反平衡计算，通过监测数据得到锅炉各项热损失，从而得到锅炉热效率，锅炉各项热损失包括：排烟热损失、气体未完全燃烧热损失、固体未完全热损失、锅炉散热损失、灰渣物理热损失。在设计参数和实际运行监测数据基础上，实现锅炉性能监测分析。由于试验条件和锅炉性能的保证条件会有一些偏离，计算的锅炉效率值在与保证值进行比较前需进行修正。当进风温度、给水温度偏离了设计值时，对锅炉热效率应根据要求依次进行修正。而当电厂正常运行过程中，锅炉效率出现不合理的降低，我们则可以从下面几个方面出发，经过监测系统的实时监测分析数据管理能力，自动生成分析曲线图。找出问题的原因。（1）煤质和锅炉效率关系的监测分析。（全水、发热量、挥发分含量、灰分含量分别影响）（2）一二次风比例和锅炉效率关系的监测分析。（3）飞灰大渣含碳量和锅炉效率关系的监测分析。（4）二次风箱差压和锅炉效率关系的监测分析。（5）给水温度和锅炉效率关系的监测分析。（6）锅炉蒸发量和锅炉效率关系的监测分析。（7）环境温度、压力以及湿度和锅炉效率关系的监测分析。3.4.3锅炉辅机设备及脱硫系统设备电耗及厂用电率的监测分析厂用电是影响机组供电煤耗的重要因素，锅炉辅机设备及脱硫系统耗电设备的电耗是厂用电的重要组成部分。锅炉辅机及脱硫系统耗电设备电耗以及汽机辅机的电耗总量构成了厂用电，某一设备运行时的功率与发电机输出功率的比值，即为该设备所占厂用电的比率，所有耗电设备的厂用电比率之和即为厂用电率。远程监督系统通过实时监测6KV锅炉辅机及脱硫系统耗电设备的电流大小，就能监测锅炉侧设备运行中的耗电情况，另外由于不同电厂功率因数不同，因此此处要设置一个手动输入功率因数的界面。详情见附表8。锅炉辅机及脱硫系统耗电设备运行时的功率计算公式为：PUI式中：P---耗电设备的功率，kW；---功率因数，---；U---电压，kV，对于上述设备其运行电压均为6kV；I---电流，A。某一耗电设备所占厂用电的比率ir为iigPrP式中：Pi---某一耗电设备的功率，kW；gP---发电机输出功率，kW；厂用电率ra的计算公式为：uaigPrrP式中：ir---各耗电设备所占厂用电比率之和，包括锅炉辅机设备、汽机辅机设备以及脱硫系统耗电设备所占厂用点比率之和；gP---发电机输出功率，kW；uP---高厂变脱硫变输入功率，kW。3.4.4制粉系统出力的监测分析在满足煤粉细度要求的前提下，制粉系统出力越大其单耗则越低，因此制粉系统出力作为一相重要的经济性指标，需要对其进行实时监测分析。当制粉出力出现不合理降低时，则可通过监测系统的实时监测分析数据管理能力，生成以下几个方面的分析曲线图，分析原因。（1）煤质和制粉出力关系的监测分析。（2）一次风量与制粉出力关系的监测分析。（3）一次风温度与制粉出力关系的监测分析。（4）加载力与制粉出力关系的监测分析。3.4.5锅炉最佳氧量的监测分析锅炉运行氧量的大小对锅炉运行性能影响很大，运行氧量大小不仅影响排烟热损失q2，而且也影响到化学未完全燃烧热损失q3和机械未完全燃烧热损失q4。一般来说，在一定限度内降低氧量将q2降低，但q3和q4会增加。最佳氧量应使q2+q3+q4最小。远程监督系统通过实时监测q2+q3+q4数据，就能监测锅炉运行氧量的最佳值。3.4.6机组供电煤耗、厂用电率、锅炉效率与机组负荷变化关系的监测分析机组发电煤耗b按如下公式进行计算：b=HR/(29.3076·η·ηp)式中：b---机组发电煤耗，g/(kW·h)；HR---汽机热耗率，kJ/(kW·h)，通过汽机侧监控系统能够得到该参数；η——锅炉热效率，%；ηp——管道效率，%，一般取值99。供电煤耗按如下公式计算：bn=b/(1-ra)式中：bn---试验供电煤耗，g/(kW·h)；ra——厂用电率，%。机组供电煤耗与锅炉效率以及厂用电率有着直接的关系，而锅炉效率以及厂用电率随着机组的负荷的变化而变化。通过对锅炉侧一些参数的监测，可以对锅炉热效率进行实时监测；通过对机组耗电设备电流的监测，可以对机组厂用电进行实时监测。锅炉效率、厂用电率以及汽机热耗进行实时监测后，可计算出发电煤耗以及供电煤耗，对发电煤耗和供电煤耗进行实时监测。通过实时监测的煤耗数据以及机组负荷数据，再经过监测系统的实时监测分析数据管理能力，自动生成分析曲线图，得到煤耗和机组负荷变化关系。同样的通过实时监测的厂用电率、锅炉效率以及机组负荷数据，再经过监测系统的实时监测分析数据