一种实时监测联合循环机组余热锅炉热效率的方法及系统与流程

本发明涉及电力系统实时监测，具体为一种实时监测联合循环机组余热锅炉热效率的方法及系统。

背景技术：

1、目前，国内重型燃机发电领域，仍以进口机组为主，其联合循环机组的性能试验工作，普遍采用asme系列标准作为主要依据，具体包括asme ptc46《电厂整体性能试验标准》、asme ptc22《燃气轮机性能试验规程》以及asme ptc4.4《燃气轮机余热锅炉性能试验规程》。其中，余热锅炉热效率作为衡量联合循环机组余热锅炉运行性能的关键性能指标，其测试工作严格遵循asme ptc4.4规程开展，以此确保测试结果的可靠性。为适配国内行业发展需求，我国也制定了对应的行业标准dl/t1427《联合循环余热锅炉性能试验规程》。该标准与asme ptc4.4基本保持一致，仅在参数单位上进行了统一规范，而测试内容、试验原理及具体操作方法均与国际标准完全接轨。无论是国际asme标准还是国内dl/t行业标准，其核心要求均围绕余热锅炉能量平衡展开，需通过精准测试并计算汽水工质的焓增，迭代求解燃机排气中的过量空气流量，进而完成余热锅炉热效率的计算工作。

2、需重点关注的是，联合循环系统中常用的三压再热余热锅炉，其汽水系统构成极为复杂，涵盖高压、中压、低压三个等级的给水系统与蒸汽系统。复杂的系统结构给试验工作带来了较大难度，一方面需对整个汽水系统进行全面梳理，另一方面需对多处汽水流量、压力、温度进行精准测量与计算，导致测点安装、调试及测量的工作量大幅增加。上述因素共同作用，不仅导致余热锅炉热效率的计算过程更为繁琐、不确定度显著增大，对试验人员的专业素养和操作规范性提出了严苛要求，而且无法实现余热锅炉热效率的在线监测，难以有效为电厂人员开展机组经济性实时分析提供有力支撑。

技术实现思路

1、针对联合循环机组经济性实时分析对于余热锅炉热效率监测实时性与准确性的需求，本发明提出一种实时监测联合循环机组余热锅炉热效率的方法及系统，通过提升数据处理精度、简化计算复杂度，为联合循环机组经济性实时分析提供技术支撑。

2、本发明是通过以下技术方案来实现：

3、一种实时监测联合循环机组余热锅炉热效率的方法，包括以下步骤：

4、步骤1、对联合循环机组各监控系统的多源异构原始运行数据进行异常检测和校正，得到稳态校正数据，并根据联合循环机组运行特性对所述稳态校正数据进行稳态识别，确定稳态工况；

5、步骤2、基于所述稳态工况下的环境参数，结合标准干空气组分基准，确定当前环境条件下湿空气的热物理属性；

6、步骤3、基于燃料组分信息和所述湿空气的热物理属性，进行燃烧烟气计算，确定燃烧烟气的组分构成与质量流量；

7、步骤4、基于所述湿空气的热物理属性和所述燃烧烟气的组分构成，结合所述稳态工况下的温度参数，进行气体焓值计算，确定余热锅炉进、出口处气体的比焓；

8、步骤5、基于所述燃烧烟气的质量流量和所述余热锅炉进、出口处气体的比焓，通过能量平衡计算，确定余热锅炉热效率。

9、优选的，所述对联合循环机组各监控系统的多源异构原始运行数据进行异常检测和校正，得到稳态校正数据，包括：

10、基于数据时间对齐的规则，对所述多源异构原始运行数据进行插值匹配整合，得到预处理基础数据；

11、采用改进的格拉布斯准则对所述预处理基础数据逐点开展动态异常检测，对识别出的异常值采用窗口中位数进行替换校正，得到全时段无异常跳变的所述稳态校正数据。

12、优选的，所述采用改进的格拉布斯准则对所述预处理基础数据逐点开展动态异常检测，对识别出的异常值采用窗口中位数进行替换校正，包括：

13、对动态滑动检测窗口内数据按数值大小排序，计算窗口数据中位数；

14、计算每个数据点与中位数的残差绝对值，以及所有残差的中位差；

15、计算每个数据点的格拉布斯统计量，与对应窗口长度下的格拉布斯临界值比较，若统计量大于等于临界值则判定该数据点为异常值；

16、采用窗口中位数替换异常值，迭代检测直至当前窗口内无异常值，滑动窗口遍历全部时段数据，完成所有参数的异常校正。

17、优选的，所述确定稳态工况，包括：

18、选取多项对热效率影响显著的运行参数作为稳态判定指标，对稳态校正数据进行多参数协同稳态辨识，确定机组稳态工况。

19、优选的，所述确定当前环境条件下湿空气的热物理属性，包括：

20、基于所述稳态工况下的环境参数，通过热力学关联式计算干空气的质量分数及湿度比；

21、基于所述干空气质量分数和干空气各组分摩尔分数，计算实际湿空气各组分的摩尔分数；

22、基于所述实际湿空气各组分的摩尔分数以及相对分子质量，计算湿空气的相对分子质量，进而确定湿空气各组分的质量分数。

23、优选的，步骤3所述计算燃烧烟气总质量流量与各组分质量分数，包括：

24、基于燃料气组分摩尔分数与实时质量流量，计算燃料气摩尔流量，结合各组分的氧化燃烧反应系数，计算燃料燃烧引起的烟气各组分摩尔流量变化量；

25、基于氧气摩尔流量消耗量，结合干空气中氧气的摩尔分数计算理论干空气流量，通过湿度比换算为燃烧用湿空气总流量及各组分摩尔流量；

26、将燃烧产物的组分摩尔流量变化量与燃烧用湿空气的组分摩尔流量叠加，得到燃烧烟气各组分摩尔流量，进而计算燃烧烟气总质量流量与各组分质量分数。

27、优选的，步骤4中，所述确定余热锅炉进、出口处气体的比焓，包括：

28、基于所述稳态工况下的余热锅炉进口温度和出口温度，结合所述湿空气的各组分质量分数，计算余热锅炉进口处和出口处的湿空气比焓；

29、基于所述稳态工况下的余热锅炉进口温度和出口温度，结合所述燃烧烟气的各组分质量分数，计算余热锅炉进口处和出口处的燃烧烟气比焓。

30、优选的，步骤5中，所述确定余热锅炉热效率，包括：

31、基于所述稳态工况下的燃料气质量流量、燃料气低位热值和燃机发电功率，结合所述燃烧烟气的质量流量、所述余热锅炉进口处的湿空气比焓和燃烧烟气比焓，依据燃机能量平衡方程，计算燃烧过量空气流量；

32、基于所述燃烧过量空气流量和所述燃烧烟气的质量流量，结合所述余热锅炉进、出口处的湿空气比焓和燃烧烟气比焓，依据余热锅炉能量反平衡原理，计算得到余热锅炉热效率。

33、一种实时监测联合循环机组余热锅炉热效率的系统，包括：

34、数据处理单元，用于对联合循环机组各监控系统的多源异构原始运行数据进行异常检测和校正，得到稳态校正数据，并根据联合循环机组运行特性对所述稳态校正数据进行稳态识别，确定稳态工况；

35、空气组分计算单元，用于基于所述稳态工况下的环境参数，结合标准干空气组分基准，确定当前环境条件下湿空气的热物理属性；

36、燃烧烟气计算单元，用于基于燃料组分信息和所述湿空气的热物理属性，进行燃烧烟气计算，确定燃烧烟气的组分构成与质量流量；

37、气体焓值计算单元，用于基于所述湿空气的热物理属性和所述燃烧烟气的组分构成，结合所述稳态工况下的温度参数，进行气体焓值计算，确定余热锅炉进、出口处气体的比焓；

38、能量平衡计算单元，用于基于所述燃烧烟气的质量流量和所述余热锅炉进、出口处气体的比焓，通过能量平衡计算，确定余热锅炉热效率。

39、一种电子设备，包括：存储器，用于存储计算机程序；处理器，与所述存储器连接，用于执行所述计算机程序，以实现所述实时监测联合循环机组余热锅炉热效率的的步骤。

40、与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

41、本技术还提出了一种实时监测联合循环机组余热锅炉热效率的方法，首先对燃机控制系统、燃烧监测系统、分散控制系统等多源异构数据进行时序对齐和异常校正，再通过多参数协同判定筛选稳态工况；接着从环境参数出发，依据标准干空气组分基准计算湿空气各组分质量分数，避免干空气近似带来的误差；继而以燃料组分和流量为源头，通过化学反应计量关系由耗氧量反推参与燃烧的湿空气量，与燃烧产物叠加得到烟气组分和流量，规避了直接测量或迭代求解过量空气系数的复杂过程；随后采用nasa标准多项式将混合烟气解耦为燃烧烟气与过量湿空气两股独立气流，分别计算其在余热锅炉进、出口的比焓，实现能量的精确量化；最终利用燃机能量平衡方程，以可测的发电功率和燃料输入能量反推无法直接测量的过量空气流量，再通过反平衡方法从输入总能量中扣除排烟损失，求得热效率。该方法无需增设烟气流量计等昂贵测点，仅依赖机组现有监控系统即可获取全部输入参数，计算逻辑清晰、物理意义明确，实现了余热锅炉性能的在线实时评估，为电厂经济性分析提供了可靠的技术手段。

42、本技术还提出了一种实时监测联合循环机组余热锅炉热效率的系统、一种电子设备和一种计算机存储介质，具备上述实时监测联合循环机组余热锅炉热效率的方法的全部优势。