摘要：在熱電廠中溫中壓鍋爐DCS與企業(yè)管理MIS之間實施SIS代價昂貴，中小熱電廠無力承擔(dān)，現(xiàn)行運行效率在線計算方法繁復(fù)，針對這些情況本文采用適于熱電廠的實用算法，并與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等先進算法結(jié)合，提出了新的中溫中壓鍋爐運行效率在線智能監(jiān)測方案，應(yīng)用于某熱電廠75t/h CFBB取得了良好效果。
　　關(guān)鍵詞：鍋爐，運行效率，在線監(jiān)測與管理
　　Online Intelligent Monitoring and Management System on Operating Efficiency in Medium Temperature and Medium Pressure Boilers
　　Zhao Xueliang, Zhang Wen
　　(Information Engineering Institute of Taishan Medical College, Shandong Taian，271000)
　　Abstract: It is very costly to small and medium size thermal plant to apply SIS between DCS and MIS in medium temperature and medium pressure boilers. Considering that the computing methods of current operating efficiency are complicated, the authors use practical algorithms and neural network algorithms, put forward a new project, and achieve good results in 75t/h CFBB of a thermal plant.
　　Key Words: Boilers, Operating Efficiency, Online Monitoring and Management
　　1  引言
　　隨著改革開放的深入，發(fā)電廠"廠網(wǎng)分開"、"競價上網(wǎng)"已經(jīng)是必然趨勢。面對電力工業(yè)的這種發(fā)展趨勢，如何監(jiān)測發(fā)電機組運行性能、提高機組運行經(jīng)濟性、延長機組運行壽命已成為我國電力工業(yè)中急待解決的重要問題。鍋爐運行經(jīng)濟性是電廠整體經(jīng)濟效益的基礎(chǔ)，運行的經(jīng)濟性直接反映著熱電廠的經(jīng)濟效益，對鍋爐進行實時監(jiān)測與分析是提高熱電廠運行水平的有效方法。如何設(shè)法監(jiān)測鍋爐運行性能、科學(xué)改進鍋爐運行方式，進一步提高機組的安全性和經(jīng)濟性，充分發(fā)揮現(xiàn)役鍋爐的作用就成為一個必須解決的重要問題，這就要求各電廠必須把電力生產(chǎn)的安全性和經(jīng)濟性并重，優(yōu)化生產(chǎn)過程，降低生產(chǎn)成本和設(shè)備損耗，提高電廠的現(xiàn)代化管理水平，以適應(yīng)電力市場發(fā)展的需求。
　　如何能迅速、準(zhǔn)確的了解鍋爐運行效率，使運行人員能及時調(diào)整運行狀態(tài)、管理人員正確評價機組運行情況是解決上述問題的先決條件。使用DCS的缺點：  ①電廠的DCS可以提供鍋爐的運行狀態(tài)數(shù)據(jù)，有些DCS也提供性能分析模塊，但由于其強調(diào)的是運行準(zhǔn)確，以穩(wěn)定和安全性為首要目標(biāo)，生產(chǎn)數(shù)據(jù)的加工和保存都有一定的限制；②DCS提供商的數(shù)據(jù)庫各異，在DCS上開發(fā)需要對每種DCS都進行二次開發(fā)，不便于推廣；③要求DCS提供商開放數(shù)據(jù)庫的代價很高；④在DCS 上二次開發(fā)，可能因為對變量的修改而帶來潛在的危險，降低了DCS的安全性。
　　現(xiàn)有的火電廠監(jiān)控信息系統(tǒng)（SIS）正處于發(fā)展階段，尚未形成統(tǒng)一的、成熟的設(shè)計理論和實施方法；SIS的建設(shè)成功與否取決于與DCS的接口，也就是說SIS的成功實施離不開DCS提供商的密切合作，這就增加了SIS的實施和維護成本；SIS軟件編制需要專業(yè)的軟件編程、通訊和數(shù)據(jù)庫人員組成相當(dāng)規(guī)模的團隊，需要在軟件調(diào)試投入大量的精力，使得研制周期和費用急劇上升。
　　組態(tài)軟件在國內(nèi)經(jīng)過上世紀(jì)末的快速發(fā)展，不乏成功的案例，從石油化工、建材到智能化樓宇，從發(fā)電廠、變電站到工廠車間都可以看到組態(tài)軟件的成功應(yīng)用，正是在這樣的大背景下，結(jié)合濟南市高新區(qū)項目把力控組態(tài)軟件應(yīng)用于中溫中壓鍋爐運行效率的在線智能監(jiān)測與管理系統(tǒng)中，并通過了專家組的鑒定，達到了國內(nèi)領(lǐng)先水平。
　　2  技術(shù)方案
　　本系統(tǒng)在電廠現(xiàn)行系統(tǒng)所處的位置如下圖：

　　2.1軟件
　　按功能分為監(jiān)測系統(tǒng)和管理系統(tǒng)兩部分，數(shù)據(jù)流向如下所示：

　　2.1.1監(jiān)控系統(tǒng)分為：
　　(1)  工藝主畫面
　　按照鍋爐燃燒吸熱流程，對每個過程涉及的熱轉(zhuǎn)換部件進行了監(jiān)測；按燃燒系統(tǒng)和汽水系統(tǒng)，分別對煤、水、汽以黑、綠、紅三色標(biāo)示，清晰直觀；給出鍋爐運行重要參數(shù)，便于管理人員監(jiān)視；設(shè)有轉(zhuǎn)往各功能模塊的接口。

　　(2) 參數(shù)列表
　　便于運行及管理人員進行數(shù)據(jù)分析，設(shè)有打印功能；詳細(xì)列出了參數(shù)名稱、代表含義、所在區(qū)域及瞬時值。

　　(3) 數(shù)據(jù)輸入
　　滿足運行中煤粉數(shù)據(jù)、氣體成分、每班的實際煤耗等的在線輸入；按管理權(quán)限給出不同的輸入范圍。
　　(4) 報警窗口
　　超限報警：對超出允許范圍的狀態(tài)值進行報警，可通過確認(rèn)后忽略。
　　2.1.2管理系統(tǒng)分為：
　　(1) 實時趨勢
　　實時趨勢直觀的將各個參數(shù)變化表示在坐標(biāo)上；按照計算需要分布于不同的趨勢圖上，按照從大到小的順序排列。

　　(2) 歷史趨勢
　　方便相關(guān)人員翻查參數(shù)在不同時間段的運行情況，設(shè)有時間控件，可追查數(shù)據(jù)存儲范圍內(nèi)的所有記錄；

　　(3) 報表
　　是系統(tǒng)的核心，按管理者的習(xí)慣要求制作。按照時間跨度范圍分為班報、日報、月報和年報，可實現(xiàn)時間前向追查和打印保存。在報表上都進行了標(biāo)準(zhǔn)化處理，便于個班組、不同煤種及運行狀況下的縱橫向?qū)Ρ?，對于提高運行效率、科學(xué)化管理起到積極的推動作用。

　　(4) 正、反平衡效率畫面
　　清晰直觀的列出當(dāng)前一段時間內(nèi)的鍋爐運行效率，由于各計算參量也在同一畫面里，便于管理者對比分析。
　　(5) 優(yōu)化建議
　　吸熱部件效率低時彈出，按照經(jīng)驗給出吸熱效率的原因并給出可能的原因。
　　2.1.3組織結(jié)構(gòu)圖

　　2.2硬件
　　(1) 先進性：系統(tǒng)硬件在結(jié)構(gòu)上和功能上達到國內(nèi)同類系統(tǒng)中的領(lǐng)先水平，以保證設(shè)計的系統(tǒng)在相當(dāng)?shù)囊粋€時期內(nèi)不落后。
　　(2) 可靠性：充分利用IPC的構(gòu)成特點，采用冗余等先進技術(shù)及多種抗干擾措施，確保系統(tǒng)能在現(xiàn)場惡劣環(huán)境下長期運行穩(wěn)定可靠。
　　(3) 適應(yīng)性：系統(tǒng)充分利用原有測點的一次元件和電纜，根據(jù)新增加的功能需要增加的新測點也力求從原有的一次元件上或變送單元上取信號。
　　2.3技術(shù)難點
　　2.3.1監(jiān)測系統(tǒng)
　　(1) 硬件上：DCS的安全關(guān)乎鍋爐的安全運行，因此要求獨立運行盡量減少可能的不安全因素；監(jiān)控系統(tǒng)要求真實反映當(dāng)前鍋爐的運行工況，保持與DCS的數(shù)據(jù)一致。
　　(2) 軟件上：監(jiān)測主畫面根據(jù)工藝把介質(zhì)水、汽、煤流經(jīng)管道分別用綠、紅、黑三色予以區(qū)別，清晰直觀；對于涉及鍋爐經(jīng)濟運行及安全運行的工藝參數(shù)實行實時監(jiān)測，對關(guān)鍵運行參數(shù)設(shè)置超限報警，對超量程的工藝參數(shù)提示運行人員及時調(diào)整鍋爐的運行參數(shù)，并詳細(xì)記錄；參數(shù)列表和趨勢圖等可實現(xiàn)即時打印供相關(guān)人員分析。
　　2.3.2管理系統(tǒng)
　　(1) 對吸熱部件的熱效率計算是本項目的一個難點，鍋爐系統(tǒng)是個多變量、強耦合、非線性的系統(tǒng)，必須采用先進的算法才能做到準(zhǔn)確地分析。
　　(2) 正平衡計算中給煤系數(shù)的計算是關(guān)鍵，由于維修和機械磨損帶來的偏差對于對給煤系數(shù)的計算帶來了相當(dāng)?shù)恼`差，這在正平衡的計算中是不允許的，為此本項目采用對給煤量和給煤機頻率累積采用數(shù)字濾波技術(shù)減少了給煤系數(shù)的累積誤差和異常波動。
　　(3) 適應(yīng)管理需要在項目中廣泛采用趨勢和報表的形式向管理者匯總鍋爐運行的信息，建立了恰當(dāng)?shù)慕?jīng)濟運行指標(biāo)體系，有廣泛的適用性。運行同一種鍋爐的不同運行班組采用不同的燃燒方式，適應(yīng)不同品種、質(zhì)量的燃料，處于不同的鍋爐負(fù)荷要求下，各有其自身的特點，因此對其運行經(jīng)濟性的要求應(yīng)當(dāng)是有區(qū)別的，本項目所建立的經(jīng)濟運行指標(biāo)體系，使得各班組有較強的可比性，便于熱電廠對各班組運行狀況進行橫向、縱向?qū)Ρ龋瑢τ谔岣邿犭姀S運行效率意義重大。
　　(4) 對吸熱部件的效率進行在線評估，對效率低的吸熱部件進行分析，分析的基礎(chǔ)一方面要借鑒文獻教材中的經(jīng)驗，另一方面也要注重吸收熱電廠自身在運行中總結(jié)的規(guī)律。分析的結(jié)果用對話框的方式向運行人員提出合理化建議。
　　(5) 基于B/S結(jié)構(gòu)，利用組態(tài)軟件的動態(tài)網(wǎng)頁發(fā)布功能，使得企業(yè)局域網(wǎng)內(nèi)部管理者及相關(guān)人員通過瀏覽器看到現(xiàn)場實時的運行參數(shù)及管理報表，并可以實現(xiàn)在線的煤種變化參數(shù)及其他參數(shù)的輸入；組態(tài)軟件的海量數(shù)據(jù)管理使3個月內(nèi)的數(shù)據(jù)在不超過兩秒的時間正確讀出，經(jīng)過函數(shù)關(guān)系運算在報表中顯示。
　　3  展望
　　通過對熱電廠中溫中壓鍋爐運行效率在線監(jiān)測和管理系統(tǒng)的成功實施，為下一步的工作奠定了堅實的基礎(chǔ)，總結(jié)在系統(tǒng)實現(xiàn)過程中積累的經(jīng)驗和教訓(xùn)，作者認(rèn)為以后的工作要進行以下的方面：
　　3.1對給煤皮帶秤算法改進，先期采用的數(shù)字濾波得出的結(jié)果仍然不夠準(zhǔn)確，應(yīng)對螺旋給煤器的磨損函數(shù)進行測算，因此要對螺旋給煤裝置應(yīng)做實驗分析取得更多的數(shù)據(jù)來分析，可以應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來逼近函數(shù)；在q4的計算中如果能有效的處理3.87%等個別大點值，可以在很大程度上降低誤差范圍。
　　3.2對優(yōu)化建議的給出做進一步的分析，包括建模、分析結(jié)果。當(dāng)主要吸熱部件效率低時，應(yīng)能從采集來到的數(shù)據(jù)分析出準(zhǔn)確率超過90%的原因，并能分析出對熱效率降低的貢獻率；要能進行自學(xué)習(xí)，不斷完善對吸熱部件特性的了解。
　　3.3要進一步研究鍋爐啟動、停止過程，對于監(jiān)控系統(tǒng)要能識別鍋爐異常情況下與管理系統(tǒng)的交互；對管理系統(tǒng)要對啟停鍋爐過程中的數(shù)據(jù)與穩(wěn)態(tài)運行的數(shù)據(jù)予以區(qū)別。對鍋爐在啟、停過程中表現(xiàn)出來的各種動特性加以分析對比，可以獲得穩(wěn)態(tài)下難以獲得的系統(tǒng)品質(zhì)。
　　附錄： 
　　表1測試集數(shù)據(jù)
　　Ay 入爐煤的灰份 % Vy入爐煤的揮發(fā)份%  爐膛出口空氣系數(shù)  爐膛出口排煙溫度℃ 測量值% 系統(tǒng)輸出值% 誤差%
　　31.41 13.1 1.6 1001 18.1 16.4 1.7
　　18.49 14.29 1.83 983 6.14 6.11 0.03
　　28.1 27.71 2.39 955 16.26 15.27 0.99
　　25.43 15.15 1.72 900 14.69 13.86 0.83
　　31.18 21.28 1.93 922 22.44 18.66 3.87
　　19.44 16.2 1.7 944 9 9.01 0.01
　　15.21 26.6 1.86 896 8.62 8.88 0.26
　　16.56 29.29 2.07 1012 8.54 8.33 0.21
　　18.36 25.21 2.02 1020 8.92 8.79 0.13
　　參考文獻：
　　[1]王愛軍,張小桃,邱道尹,等.火電機組熱經(jīng)濟性在線監(jiān)測系統(tǒng)[J],汽輪機技術(shù).2005,47(3):209-210.
　　[2]谷毅,王爽心,劉如九,等.火電廠單元機組經(jīng)濟指標(biāo)在線監(jiān)測及能耗分析系統(tǒng)[J],北方交通大學(xué)學(xué)報,2004,28(4):102-105.
　　[3]佟鵬,高建強,王兵樹,等.基于B/S模式的電廠性能監(jiān)測系統(tǒng)研究[J],熱力發(fā)電.2003(10):67-69
　　[4]蔣東翔，倪維斗，張春,等.電站熱力系統(tǒng)遠程在線監(jiān)測與診斷網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)[J],清華大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2000，40（2）：77-80.
　　[5]周克毅,邵愛菊,葛聰.國外電站性能監(jiān)測與診斷概況[J].動力工程.1999,19(1):58-63.
　　[6]付海明.鍋爐燃燒熱損失Q4的多元關(guān)聯(lián)及應(yīng)用[J],節(jié)能,1997(6):22-24.
　　[7]嚴(yán)俊杰,林萬超,陳國惠,等.火電廠節(jié)能診斷系統(tǒng)及診斷儀[J],中國電力,1995(9):61-63.
　　[8]嚴(yán)俊杰，邢秦安，林萬超,等.火電廠熱力系統(tǒng)經(jīng)濟性診斷理論及應(yīng)用[M].西安:西安交通大學(xué)出版社,2000.
　　作者簡介：趙學(xué)良(1976-)，男，助教，泰山醫(yī)學(xué)院信息工程學(xué)院計算機結(jié)構(gòu)教研室