燃气-蒸汽联合循环余热锅炉故障监测方法及系统与流程

1.本发明涉及余热锅炉故障监测技术领域，具体地涉及一种燃气-蒸汽联合循环余热锅炉故障监测方法、一种燃气-蒸汽联合循环余热锅炉故障监测系统、一种电子设备以及一种计算机可读储存介质。


背景技术：

2.燃气-蒸汽联合循环技术是目前应用广泛具有前景的洁净能源发电技术。余热锅炉是联合循环机组的重要设备,燃气轮机的高温排气会先送入余热锅炉，充分释放余热后再排出。因此，余热锅炉的安全性对整个机组都至关重要。如果能够实现对余热锅炉健康状态进行实时监测，那么则可以在性能衰退之前发现故障点，从而有针对性的进行维修。
3.目前，国内外针对余热锅炉的研究种类繁多，建模的思路也各不相同。主流的研究方法多为通过热力系统建模对联合循环机组的设计与运行进行优化，亦或是根据余热锅炉设计工况参数与燃机排烟参数计算余热锅炉变工况性能。但此些方法并不能做到对余热锅炉部件级的实时健康监测与诊断。
4.本发明提供一种燃气-蒸汽联合循环余热锅炉故障监测方法以及一种燃气-蒸汽联合循环余热锅炉故障监测系统，该方法将余热锅炉的烟气端以及工质端分开监测，根据监测测点数选择监测策略，并根据监测策略计算受热面实时传热退化系数，从而判断余热锅炉的故障状态。


技术实现要素：

5.本发明实施方式的目的是提供一种燃气-蒸汽联合循环余热锅炉故障监测方法以及一种燃气-蒸汽联合循环余热锅炉故障监测系统，该方法将余热锅炉的烟气端以及工质端分开监测，根据监测测点数选择监测策略，并根据监测策略计算受热面实时传热退化系数，从而判断余热锅炉的故障状态。
6.为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种燃气-蒸汽联合循环余热锅炉故障监测方法，所述方法包括：
7.根据余热锅炉的多个待监测受热面，获取余热锅炉的烟气端总测点以及工质端总测点；
8.根据烟气端总测点和工质端总测点选取对应的烟气端监测策略，基于选取的监测策略对余热锅炉的烟气端和工质端进行监测；
9.获取烟气端监测结果和工质端监测结果，根据烟气端监测结果判断余热锅炉烟气端的故障状态，根据工质端监测结果判断余热锅炉工质端的故障状态。
10.优选的，所述监测策略包括：第一监测策略以及第二监测策略，
11.所述第一监测策略包括：
12.当对烟气端进行监测时，分别计算各待监测受热面烟气端的实时传热退化系数，作为烟气端监测结果；
13.当对工质端进行监测时，分别计算各待监测受热面工质端的实时传热退化系数，作为工质端监测结果；
14.所述第二监测策略包括：
15.当对烟气端进行监测时，分别计算余热锅炉的高压系统烟气端以及低压系统烟气端的实时传热退化系数，作为烟气端监测结果；
16.当对工质端进行监测时，分别计算余热锅炉的高压系统工质端以及低压系统工质端的实时传热退化系数，作为工质端监测结果。
17.优选的，所述根据烟气端总测点和工质端总测点选取对应的监测策略，基于选取的监测策略对余热锅炉的烟气端和工质端进行监测，包括：
18.判断烟气端总测点数是否大于预设烟气端总测点数；
19.若是，选取第一监测策略对烟气端进行监测；否则选取第二监测策略对烟气端进行监测；
20.判断工质端总测点数是否大于预设工质端总测点数；
21.若是，选取第一监测策略对工质端进行监测；否则选取第二监测策略对工质端进行监测。
22.优选的，所述根据余热锅炉的多个待监测受热面，获取余热锅炉的烟气端总测点以及工质端总测点，包括：
23.分别获取每个待监测受热面的烟气端测点以及每个待监测受热面的工质端测点；
24.将每个待监测受热面的烟气端测点数相加，获得余热锅炉的烟气端总测点；
25.将每个待监测受热面的工质端测点数相加，获得余热锅炉的工质端总测点。
26.优选的，所述根据烟气端监测结果判断余热锅炉烟气端的故障状态，包括：
27.当烟气端的实时传热退化系数超出预设波动范围时，判断余热锅炉的烟气端存在故障；
28.所述根据工质端监测结果判断余热锅炉工质端的故障状态，包括：
29.当工质端的实时传热退化系数超出预设波动范围时，确定余热锅炉的工质端存在故障。
30.优选的，所述实时传热退化系数的计算公式为：
[0031][0032]
其中，c为实时传热退化系数，k
sj
为实际工况的传热系数，kd为理想工况的传热系数。
[0033]
优选的，所述实际工况的传热系数由实际工况参数值依据受热面对流换热方程以及热平衡方程计算获得；
[0034]
所述理想工况的传热系数由设计工况参数值依据受热面换热方程以及热平衡方程计算获得。
[0035]
第二方面，本发明提供一种燃气-蒸汽联合循环余热锅炉故障监测系统，所述系统包括：
[0036]
监测点确认单元，用于根据余热锅炉的多个待监测受热面，获取余热锅炉的烟气端总测点以及工质端总测点；
[0037]
监测单元：用于根据烟气端总测点和工质端总测点选取对应的烟气端监测策略，基于选取的监测策略对余热锅炉的烟气端和工质端进行监测；
[0038]
故障判断单元，用于获取烟气端监测结果和工质端监测结果，根据烟气端监测结果判断余热锅炉烟气端的故障状态，根据工质端监测结果判断余热锅炉工质端的故障状态。
[0039]
第三方面，本发明提供一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述的燃气-蒸汽联合循环余热锅炉故障监测方法。
[0040]
第四方面，本发明提供一种计算机可读储存介质，存储有计算机指令，当所述计算机指令在计算机上运行时，使得计算机执行如上所述的燃气-蒸汽联合循环余热锅炉故障监测方法。
[0041]
本发明将余热锅炉的烟气端以及工质端划分，分别监测烟气端以及工质端的故障，一方面能够实现监测点以及监测面齐全，不易发生漏测。另一方面，对余热锅炉的烟气端以及工质端分开测量，即对不同种类的监测数据进行区分，对于不同种类的监测数据分开测量以消除不同种类的监测数据之间的相互干扰，使得余热锅炉的监测结果精度高。
[0042]
本发明实施方式的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
[0043]
附图是用来提供对本发明实施方式的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施方式，但并不构成对本发明实施方式的限制。在附图中：
[0044]
图1是本发明一种实施方式提供的燃气-蒸汽联合循环余热锅炉故障监测方法流程图；
[0045]
图2是本发明一种实施方式提供的待监测受热面的结构示意图；
[0046]
图3是本发明一种实施方式提供的余热锅炉高压系统工质端的实时传热退化系数曲线图；
[0047]
图4为是本发明一种实施方式提供的余热锅炉低压系统工质端的实时传热退化系数曲线图。
具体实施方式
[0048]
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
[0049]
图1是本发明一种实施方式提供的一种燃气-蒸汽联合循环余热锅炉故障监测方法流程图。如图1所示，本发明实施方式提供一种燃气-蒸汽联合循环余热锅炉故障监测方法，所述方法包括：
[0050]
s1.根据余热锅炉的多个待监测受热面，获取余热锅炉的烟气端总测点以及工质端总测点。
[0051]
在本实施例中，所述获取余热锅炉的烟气端总测点以及获取工质端总测点具体为：
[0052]
获取多个待监测受热面，分别获取每个待监测受热面的烟气端测点以每个待监测受热面的工质端测点；
[0053]
将每个待监测受热面的烟气端测点数相加，获得余热锅炉的烟气端总测点；
[0054]
将每个待监测受热面的工质端测点数相加，获得余热锅炉的工质端总测点。
[0055]
如图2所示，每个待监测受热面均包括烟气端以及工质端，每个待监测受热面的烟气端以及工质端都有监测点。
[0056]
在本实施例中，待监测受热面包括高压过热器、高压蒸发器、低压过热器、高压省煤器、低压蒸发器以及低压省煤器。
[0057]
分别获取高压过热器的烟气端监测点以及工质端监测点、高压蒸发器的烟气端监测点以及工质端监测点、低压过热器的烟气端监测点以及工质端监测点、高压省煤器的烟气端监测点以及工质端监测点、低压蒸发器的烟气端监测点以及工质端监测点、低压省煤器的烟气端监测点以及工质端监测点。
[0058]
分别将高压过热器的烟气端测点、高压蒸发器的烟气端测点、低压过热器的烟气端测点、高压省煤器的烟气端测点、低压蒸发器的烟气端测点以及低压省煤器的烟气端测点汇总，得到烟气端总测点数。
[0059]
分别将高压过热器的工质端测点、高压蒸发器的工质端测点、低压过热器的工质端测点、高压省煤器的工质端测点、低压蒸发器的工质端测点以及低压省煤器的工质端测点汇总，得到工质端总测点数。
[0060]
s2.根据烟气端总测点和工质端总测点选取对应的烟气端监测策略，基于选取的监测策略对余热锅炉的烟气端和工质端进行监测。
[0061]
具体的，在本实施例中，所述监测策略包括：第一监测策略以及第二监测策略，
[0062]
所述第一监测策略包括：
[0063]
当对烟气端进行监测时，分别计算各待监测受热面烟气端的实时传热退化系数，即为烟气端监测结果；
[0064]
当对工质端进行监测时，分别计算各待监测受热面工质端的实时传热退化系数，即为工质端监测结果；
[0065]
所述第二监测策略包括：
[0066]
当对烟气端进行监测时，分别计算余热锅炉的高压系统烟气端以及低压系统烟气端的实时传热退化系数，即为烟气端监测结果；
[0067]
当对工质端进行监测时，分别计算余热锅炉的高压系统工质端以及低压系统工质端的实时传热退化系数，即为工质端监测结果。
[0068]
在本实施例中，所述根据烟气端总测点选取监测策略，基于选择的监测策略对余热锅炉的烟气端进行监测具体为：
[0069]
判断烟气端总测点数是否大于预设烟气端总测点数；
[0070]
若大于预设烟气端总测点数，则选取第一监测策略对烟气端进行监测；
[0071]
若小于或等于预设烟气端总测点数，则选取第二监测策略对烟气端进行监测；
[0072]
所述根据工质端总测点选取监测策略，基于选择的监测策略对余热锅炉的工质端进行监测具体为：
[0073]
判断工质端总测点数是否大于预设工质端总测点数；
[0074]
若大于预设工质端总测点数，则选取第一监测策略对工质端进行监测；
[0075]
若小于或等于预设工质端总测点数，则选取第二监测策略对工质端进行监测。
[0076]
在本实施例中，烟气端总测点数大于预设烟气端总测点数，则在对余热锅炉进行烟气端监测时，选取第一监测策略以实现对烟气端的监测。
[0077]
具体为：
[0078]
分别对高压过热器、高压蒸发器、低压过热器、高压省煤器、低压蒸发器以及低压省煤器的烟气端测点进行监测，获取所需的各烟气端测点的监测数据。
[0079]
在本实施例中，工质端总测点数小于预设工质端总测点数，则在对余热锅炉进行工质端监测时，选取第二监测策略以实现对工质端的监测。
[0080]
具体为：
[0081]
将余热锅炉的各待监测受热面划分为高压系统以及低压系统，分别计算余热锅炉的高压系统工质端测点以及低压系统工质端测点的实时传热退化系数。
[0082]
进一步的，在本实施例中，低压系统包括：低压过热器、低压蒸发器以及低压省煤器；高压系统包括：高压过热器、高压蒸发器以及高压省煤器。
[0083]
s3.获取烟气端监测结果和工质端监测结果，根据烟气端监测结果判断余热锅炉烟气端的故障状态，根据工质端监测结果判断余热锅炉工质端的故障状态。
[0084]
在本实施例中，所述根据烟气端监测结果判断余热锅炉烟气端的故障状态具体为：当烟气端的实时传热退化系数超出预设波动范围时，余热锅炉的烟气端存在故障；
[0085]
所述根据工质端监测结果判断余热锅炉工质端的故障状态具体为：当工质端的实时传热退化系数超出预设波动范围时，余热锅炉的工质端存在故障。
[0086]
在本实施例中，所述实时传热退化系数的计算公式为：
[0087][0088]
其中，c为实时传热退化系数，k
sj
为实际工况的传热系数，kd为理想工况的传热系数。
[0089]
在本实施例中，实际工况的传热系数由实际工况参数值依据受热面对流换热方程以及热平衡方程计算获得；理想工况的传热系数由设计工况参数值依据受热面换热方程以及热平衡方程计算获得。
[0090]
进一步的，受热面对流换热方程为：
[0091][0092]
热平衡方程为：
[0093][0094]
由受热面对流换热方程以及热平衡方程能够求得传热系数
[0095]
其中，q为1kg烟气与工质侧的换热量，单位为kj/kg；k为传热系数，单位为w/(m2·
℃)；δt为传热温差，单位为℃；a为参与对流换热的受热面面积，单位为m2；mg为烟气质量流
量，单位为kg/s；下角标d表示设计工况；下角标sj为实际工况；为保热系数，用于考虑散热损失的影响；hy′
为烟气在该受热面入口截面的平均焓值，单位为kj/kg；hy″
为烟气在该受热面出口截面的平均焓值，单位为kj/kg；为对应于过量空气系数α＝1时，漏入该段受热面烟气侧的冷空气焓值，单位为kj/kg；δα为该段受热面的漏风系数；d为工质流量，单位为kg/s；h
′
为受热面入口的工质焓值，单位为kj/kg；h
″
受热面出口的工质焓值，单位为kj/kg。
[0096]
分别将各监测点的实际工况监测参数值代入上述受热面对流换热方程以及热平衡方程，获得实际工况的传热系数；
[0097]
将各监测点的设计工况的参数值代入上述受热面对流换热方程以及热平衡方程，获得设计工况的传热系数。
[0098]
在本实施例中，烟气端采用第一监测策略，工质端采用第二监测策略。则在监测烟气端时，分别计算高压过热器烟气端的实时传热退化系数、高压蒸发器烟气端的实时传热退化系数、低压过热器烟气端的实时传热退化系数、高压省煤器烟气端的实时传热退化系数、低压蒸发器烟气端的实时传热退化系数以及低压省煤器的烟气端的实时传热退化系数。
[0099]
计算获得如下结果：
[0100][0101]
有上述数据可以看出，在烟气端，各个受热面在所取时间段计算出的结果波动极小，小于预设波动范围，则判定余热锅炉烟气端无故障发生。
[0102]
在本实施例中，监测工质端时，分别计算低压系统工质端的实时传热退化系数以及高压系统的实时传热退化系数。计算结果如图3以及图4所示。
[0103]
图3为余热锅炉高压系统工质端的实时传热退化系数曲线图。
[0104]
图4为余热锅炉低压系统工质端的实时传热退化系数曲线图。
[0105]
请参照图3以及图4，在工质端，高压系统的传热退化系数是稳定的，小于预设波动范围，则判定余热锅炉工质端的高压系统无故障发生。
[0106]
但低压系统出现很大波动，大于预设波动范围，则判定余热锅炉工质端的低压系统发生故障。
[0107]
在后续故障排查工作中，由于工质端测点较少，无法进一步计算每个受热面的具体情况。因此，从烟气端对低压系统内各受热面的换热量进行计算，进一步判定低压系统中发生故障的受热面。
[0108]
本发明将余热锅炉的烟气端以及工质端划分，分别监测烟气端以及工质端的故
障，一方面能够实现监测点以及监测面齐全，不易发生漏测。另一方面，对余热锅炉的烟气端以及工质端分开测量，即对不同种类的监测数据进行区分，对于不同种类的监测数据分开测量以消除不同种类的监测数据之间的相互干扰，使得余热锅炉的监测结果精度高。
[0109]
本发明实施方式提供一种燃气-蒸汽联合循环余热锅炉故障监测系统，所述系统包括：
[0110]
监测点确认单元，用于根据余热锅炉的多个待监测受热面，获取余热锅炉的烟气端总测点以及工质端总测点；
[0111]
监测单元，用于根据烟气端总测点和工质端总测点选取对应的烟气端监测策略，基于选取的监测策略对余热锅炉的烟气端和工质端进行监测；
[0112]
故障判断单元，用于获取烟气端监测结果和工质端监测结果，根据烟气端监测结果判断余热锅炉烟气端的故障状态，根据工质端监测结果判断余热锅炉工质端的故障状态。
[0113]
第三方面，本发明提供一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述的燃气-蒸汽联合循环余热锅炉故障监测方法。
[0114]
第四方面，本发明提供一种计算机可读储存介质，存储有计算机指令，当所述计算机指令在计算机上运行时，使得计算机执行如上所述的燃气-蒸汽联合循环余热锅炉故障监测方法。
[0115]
本领域技术人员可以理解实现上述实施方式的方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得单片机、芯片或处理器(processor)执行本发明各个实施方式所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0116]
以上结合附图详细描述了本发明的可选实施方式，但是，本发明实施方式并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施方式的技术构思范围内，可以对本发明实施方式的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施方式的保护范围。另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施方式对各种可能的组合方式不再另行说明。
[0117]
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施方式的思想，其同样应当视为本发明实施方式所公开的内容。

技术特征：
1.一种燃气-蒸汽联合循环余热锅炉故障监测方法，其特征在于，所述方法包括：根据余热锅炉的多个待监测受热面，获取余热锅炉的烟气端总测点以及工质端总测点；根据烟气端总测点和工质端总测点选取对应的烟气端监测策略，基于选取的监测策略对余热锅炉的烟气端和工质端进行监测；获取烟气端监测结果和工质端监测结果，根据烟气端监测结果判断余热锅炉烟气端的故障状态，根据工质端监测结果判断余热锅炉工质端的故障状态。2.根据权利要求1所述的燃气-蒸汽联合循环余热锅炉故障监测方法，其特征在于，所述监测策略包括：第一监测策略以及第二监测策略；所述第一监测策略包括：当对烟气端进行监测时，分别计算各待监测受热面烟气端的实时传热退化系数，作为烟气端监测结果；当对工质端进行监测时，分别计算各待监测受热面工质端的实时传热退化系数，作为工质端监测结果；所述第二监测策略包括：当对烟气端进行监测时，分别计算余热锅炉的高压系统烟气端以及低压系统烟气端的实时传热退化系数，作为烟气端监测结果；当对工质端进行监测时，分别计算余热锅炉的高压系统工质端以及低压系统工质端的实时传热退化系数，作为工质端监测结果。3.根据权利要求2所述的燃气-蒸汽联合循环余热锅炉故障监测方法，其特征在于，所述根据烟气端总测点和工质端总测点选取对应的监测策略，基于选取的监测策略对余热锅炉的烟气端和工质端进行监测，包括：判断烟气端总测点数是否大于预设烟气端总测点数；若是，选取第一监测策略对烟气端进行监测；否则选取第二监测策略对烟气端进行监测；判断工质端总测点数是否大于预设工质端总测点数；若是，选取第一监测策略对工质端进行监测；否则选取第二监测策略对工质端进行监测。4.根据权利要求1所述的燃气-蒸汽联合循环余热锅炉故障监测方法，其特征在于，所述根据余热锅炉的多个待监测受热面，获取余热锅炉的烟气端总测点以及工质端总测点，包括：分别获取每个待监测受热面的烟气端测点以及每个待监测受热面的工质端测点；将每个待监测受热面的烟气端测点数相加，获得余热锅炉的烟气端总测点；将每个待监测受热面的工质端测点数相加，获得余热锅炉的工质端总测点。5.根据权利要求2所述的燃气-蒸汽联合循环余热锅炉故障监测方法，其特征在于，所述根据烟气端监测结果判断余热锅炉烟气端的故障状态，包括：当烟气端的实时传热退化系数超出预设波动范围时，判断余热锅炉的烟气端存在故障；所述根据工质端监测结果判断余热锅炉工质端的故障状态，包括：
当工质端的实时传热退化系数超出预设波动范围时，确定余热锅炉的工质端存在故障。6.根据权利要求2所述的燃气-蒸汽联合循环余热锅炉故障监测方法，其特征在于，所述实时传热退化系数的计算公式为：其中，c为实时传热退化系数，k
sj
为实际工况的传热系数，k
d
为理想工况的传热系数。7.根据权利要求6所述的燃气-蒸汽联合循环余热锅炉故障监测方法，其特征在于，所述实际工况的传热系数由实际工况参数值依据受热面对流换热方程以及热平衡方程计算获得；所述理想工况的传热系数由设计工况参数值依据受热面换热方程以及热平衡方程计算获得。8.一种燃气-蒸汽联合循环余热锅炉故障监测系统，其特征在于，所述系统包括：监测点确认单元，用于根据余热锅炉的多个待监测受热面，获取余热锅炉的烟气端总测点以及工质端总测点；监测单元，用于根据烟气端总测点和工质端总测点选取对应的烟气端监测策略，基于选取的监测策略对余热锅炉的烟气端和工质端进行监测；故障判断单元，用于获取烟气端监测结果和工质端监测结果，根据烟气端监测结果判断余热锅炉烟气端的故障状态，根据工质端监测结果判断余热锅炉工质端的故障状态。9.一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1-7中任一项所述的燃气-蒸汽联合循环余热锅炉故障监测方法。10.一种计算机可读储存介质，存储有计算机指令，其特征在于，当所述计算机指令在计算机上运行时，使得计算机执行权利要求1-7中任一项所述的燃气-蒸汽联合循环余热锅炉故障监测方法。

技术总结
本发明提供一种燃气-蒸汽联合循环余热锅炉故障监测方法及系统，属于余热锅炉故障监测领域。所述方法包括：确定余热锅炉的多个待监测受热面，获取余热锅炉的烟气端总测点以及工质端总测点；根据烟气端总测点选取烟气端监测策略，基于选择的监测策略对余热锅炉的烟气端进行监测；以及根据工质端总测点选取工质端监测策略，基于选择的监测策略对余热锅炉的工质端进行监测；以及获取烟气端监测结果，根据烟气端监测结果判断余热锅炉烟气端的故障状态；获取工质端监测结果，根据工质端监测结果判断余热锅炉工质端的故障状态。本发明将余热锅炉的烟气端以及工质端划分，分别监测烟气端以及工质端的故障，能够实现全方面监测，不易发生漏测。漏测。漏测。


技术研发人员：闾城 张涛 严志远 殷戈 王鹏程 李玉刚 曹炼博 周浩 伍仁杰 张斌 于强 纪祥音
受保护的技术使用者：国能南京电力试验研究有限公司
技术研发日：2023.04.13
技术公布日：2023/8/21