一种基于机理和数理模型的工业锅炉防非停预警方法与流程

本发明属于电站锅炉技术领域，具体涉及一种基于机理和数理模型的工业锅炉防非停预警方法。

背景技术：

机理模型，亦称白箱模型。根据对象、生产过程的内部机制或者物质流的传递机理建立起来的精确数学模型。它是基于质量平衡方程、能量平衡方程、动量平衡方程、相平衡方程以及某些物性方程、化学反应定律、电路基本定律等而获得对象或过程的数学模型。机理模型的优点是参数具有非常明确的物理意义，模型参数易于调整，所得的模型具有很强的适应性。其缺点是对于某些对象，人们还难以写出它的数学表达式，或者表达式中的某些系数还难以确定时，就不能适用。机理模型往往需要大量的参数，这些参数如果不能很好地获取，也会影响到模型的模拟效果。

统计表明，火力发电机组约40％的事故停机是由于锅炉故障引起的，而其中70％的故障是由受热面被破坏造成的。锅炉主要受热面包括汽包、过热器管、再热器管、省煤器管和水冷壁管等，它们除了要承受高温高压作用外，还受到来自工质侧或烟气侧的腐蚀、磨损和疲劳损伤等，工作条件比较恶劣。为了避免锅炉故障造成的非计划停机，电厂只能以保守的方式在日常运行和定期检修之间寻求平衡点。锅炉主要受热面的爆漏等事故始终没有得到有效的控制，锅炉受热面有什么问题、什么时候会达到承受极限、如何预防、解决措施是什么等一系列问题不能得到根本性的解决。

故障诊断技术发展至今，已经出现了大量的故障诊断方法。根据德国学者frank教授的观点，故障诊断的方法可以分为三大类:基于信号处理的方法、基于解析模型的方法和基于知识的方法。电站锅炉内部燃烧环境恶劣，数据监测点缺乏，是一个复杂的工业系统，其故障多性和复杂性，因此不可能仅通过某一类方法就解决锅炉中所有的故障检测与诊断问题，必须充分利用系统所提供的各种信息，结合多种诊断方法，才能对其故障实现有效的诊断。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供一种基于机理和数理模型的工业锅炉防非停预警方法，以解决上述背景技术中提出的目前锅炉主要受热面故障不易诊断和超前预测的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于机理和数理模型的工业锅炉防非停预警方法，包括以下步骤：

步骤一：防止工业锅炉给水流量低；

步骤二：防止工业锅炉超温超压；

步骤三：防止工业锅炉尾部烟道再燃烧；

步骤四：防止锅炉灭火；

步骤五：防止炉膛爆炸；

步骤六：防止制粉系统着火和爆炸；

步骤七：防止锅炉承压部件爆漏事故；

步骤八：防止压力容器爆破事故；

步骤九：防止捞渣机跳闸；

步骤十：根据设置的锅炉实时监测点，建立锅炉受热面主要受损类型(蠕变、腐蚀、疲劳以及磨损量)的数学建模，实现劣损定量计算分析，实时获取锅炉主要受热面的受损情况。

优选的，所述步骤一中，防止防止工业锅炉给水流量低的方式为：在锅炉运行中，当气动给水泵跳闸时且备用给水泵未和气动给水泵相互联动时，立即将给水调节切换成手动给水，尽量保持每台给水泵流量在390t/h以上，保证给水压力与主气压差值在1.8mpa以上，防止压力差过小导致给水量突然异常降低，造成工业锅炉非正常停运。

优选的，所述步骤二中，防止工业锅炉超温超压的方式为：通过在锅炉内部安装工业用温度传感器、压力传感器、温度表和压力表对工业锅炉内部的温度和压力等进行监控，当工业锅炉内部温度和压力超过正常运行值时，可以采取减少燃料与增加给水相结合的方法，且主要手段为减少燃料量，辅助手段为增加给水，也可以改变中间点温度偏差设定，若温度仍持续上升，可手动停止制粉系统的运行，以防止锅炉超温超压。

优选的，所述步骤三中，防止工业锅炉尾部烟道再燃烧的方式为：锅炉正常运行前保证空预器水冲洗系统和消防系统的完善，启动制粉系统后实时注意燃烧情况，根据燃烧情况调整燃料数量，当发现锅炉内灭火时，迅速切除制粉系统和燃油，随后对锅炉内部进行充分通风，再重新点火，在正常运行时，随时调整风量，防止风量过大导致煤粉过粗或风量过小造成燃料燃烧不充分。

优选的，所述步骤四中，防止锅炉灭火的方式为：监管人员坚持每班看火，随时查看燃料燃烧的火焰颜色，正常火焰颜色应为金黄色，不正常的火焰颜色为暗红色或火焰中有较多的浑浊物，且观察烟囱是否冒黑烟，根据情况随时调整风量大小，且对锅炉的风量调整应遵循以下原则：锅炉负荷越大风量越小，锅炉负荷越小风量越大。

优选的，所述步骤五中，防止炉膛爆炸的方式为：加强运行岗位责任制和技术培训，提高人员的技术素质和应变能力，避免误操作或误判断，加强对锅炉启动前的检查，及时发现情况，及时处理，锅炉大小修后进行动态、静态联锁试验及事故按钮停机试验，锅炉点火前应对炉膛进行通风吹扫，以排除炉膛和烟道内的可燃物，在点火过程中，应监视燃烧情况，若发现熄火，应立即切断燃料，全面检查燃烧系统，待熄火原因消除后，对炉膛进行吹扫，方可重新点火，合理调整锅炉燃烧，如调整风量，防止风量过大或过小，煤质恶劣导致燃烧不稳及负荷过低时应投油助燃，加强炉膛负压的监视和调整，燃烧器投入时应注意其燃烧良好等，保证锅炉燃烧状况良好，防止因燃烧不良而导致锅炉熄火，是防止锅炉爆炸的主要措施。

优选的，所述步骤六中，防止制粉系统着火和爆炸的方式为：磨煤机运行期间尽可能避免双进单出运行方式，以确分离器煤中粉的流动性，防止出现死角造成煤粉自燃发生，当给煤机跳、堵、卡不下煤或原煤仓蓬煤等异常现象时，应立即降低磨煤机入口温度，控制磨煤机出口温度不超限；准备长时间停运备用的制粉系统，在停运前24小时值长通知燃料运行停止该制粉系统高挥发份煤种的掺烧，如果临时确定需要长时间停运掺烧高挥发份煤种的制粉系统，在停运磨煤机前1小时首先停止高挥发份煤种给煤机；磨煤机紧急停运时，应投入慢传装置不少于6小时，直至筒体温度降至常温，停磨后，及时关闭磨煤机热风门、冷风门、混合风门、密封风门。

优选的，所述步骤七中，防止锅炉承压部件爆漏事故的方式为：确定锅炉的安全等级；提高监控水位的精准度；进行锅炉性能试验；认真检修和校验安全门；严防受热面腐蚀；防止锅炉外侧管道爆破和泄漏；培训监督工程师对锅炉进行实时监控。

优选的，所述步骤八中，防止压力容器爆破事故的方式为：完善现有压力容器设备台账，对压力容器进行定期检验和检修。

优选的，所述步骤十中，输入锅炉实时监测点以及锅炉受热面管的主要信息：压力、温度、运行时间、管子材质、厚度、管理氧化性能等，建立锅炉受热面主要受损类型(蠕变、腐蚀、疲劳以及磨损量)的数学建模，计算管道高温蠕断时间、低温腐蚀量、管壁减薄率、疲劳寿命、磨损量等，实现劣损定量计算分析，实时获取锅炉主要受热面的受损情况，模型建立计算公式依次为：lgτ＝-c const/t，其中，t为钢材的使用温度，k；c为钢材常数；τ为钢材的蠕断时间，h，其中，φr为材料的蠕变寿命损耗量；δτr为在i参数下部件的运行时间；τri为在i参数下部件的蠕变断裂时间，应力计算公式为：其中，σp为管子计算应力，mpa；p为管子中工质的压力，mpa；dn为管子的平均直径，单位为mm；s为管子的壁厚，单位为mm，计算管子的实际薄厚公式为：s＝sb-sw-sn其中，s为管子实际计算的壁厚，单位为mm；sb为最初管子的壁厚，单位为mm；sw为由于外部腐蚀管子减少的壁厚，单位为mm；sn为由于内部腐蚀管子减少的壁厚，单位为mm，其中，q1为由于内部腐蚀管子内表面的单位面积失重，g/cm2；q2为由于外部腐蚀管子外表面的单位面积失重，g/cm2；ρ为金属的密度，δmax＝αηmkkμω³kν³t其中，δmax为磨损量；α为飞灰磨损性系数；η为飞灰的管壁撞击率；m为金属抗磨性系数；k为飞灰浓度(g/m3)；kμ为飞灰浓度场分布不均匀系数；kv烟气速度场分布不均匀系数；t为时间(h)；ω为飞灰速度(m/s)。

与现有技术相比，本发明提供了一种基于机理和数理模型的工业锅炉防非停预警方法，具备以下有益效果：

本发明通过设置的机理和数理模型算法对锅炉的管道的高温蠕断时间、低温腐蚀量、管壁减薄率、疲劳寿命、磨损量进行精准的计算，从而有效的防止锅炉由于长时间使用造成锅炉管道和其他器件等由于老化造成的锅炉非停情况，避免了目前锅炉主要受热面故障不易诊断和超前预测的问题。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种技术方案：一种基于机理和数理模型的工业锅炉防非停预警方法，包括以下步骤：

步骤一：防止工业锅炉给水流量低；

步骤二：防止工业锅炉超温超压；

步骤三：防止工业锅炉尾部烟道再燃烧；

步骤四：防止锅炉灭火；

步骤五：防止炉膛爆炸；

步骤六：防止制粉系统着火和爆炸；

步骤七：防止锅炉承压部件爆漏事故；

步骤八：防止压力容器爆破事故；

步骤九：防止捞渣机跳闸；

步骤十：根据设置的锅炉实时监测点，建立锅炉受热面主要受损类型(蠕变、腐蚀、疲劳以及磨损量)的数学建模，实现劣损定量计算分析，实时获取锅炉主要受热面的受损情况。

步骤一中，防止防止工业锅炉给水流量低的方式为：在锅炉运行中，当气动给水泵跳闸时且备用给水泵未和气动给水泵相互联动时，立即将给水调节切换成手动给水，尽量保持每台给水泵流量在390t/h以上，保证给水压力与主气压差值在1.8mpa以上，防止压力差过小导致给水量突然异常降低，造成工业锅炉非正常停运。

步骤二中，防止工业锅炉超温超压的方式为：通过在锅炉内部安装工业用温度传感器、压力传感器、温度表和压力表对工业锅炉内部的温度和压力等进行监控，当工业锅炉内部温度和压力超过正常运行值时，可以采取减少燃料与增加给水相结合的方法，且主要手段为减少燃料量，辅助手段为增加给水，也可以改变中间点温度偏差设定，若温度仍持续上升，可手动停止制粉系统的运行，以防止锅炉超温超压。

步骤三中，防止工业锅炉尾部烟道再燃烧的方式为：锅炉正常运行前保证空预器水冲洗系统和消防系统的完善，启动制粉系统后实时注意燃烧情况，根据燃烧情况调整燃料数量，当发现锅炉内灭火时，迅速切除制粉系统和燃油，随后对锅炉内部进行充分通风，再重新点火，在正常运行时，随时调整风量，防止风量过大导致煤粉过粗或风量过小造成燃料燃烧不充分。

步骤四中，防止锅炉灭火的方式为：监管人员坚持每班看火，随时查看燃料燃烧的火焰颜色，正常火焰颜色应为金黄色，不正常的火焰颜色为暗红色或火焰中有较多的浑浊物，且观察烟囱是否冒黑烟，根据情况随时调整风量大小，且对锅炉的风量调整应遵循以下原则：锅炉负荷越大风量越小，锅炉负荷越小风量越大。

步骤五中，防止炉膛爆炸的方式为：加强运行岗位责任制和技术培训，提高人员的技术素质和应变能力，避免误操作或误判断，加强对锅炉启动前的检查，及时发现情况，及时处理，锅炉大小修后进行动态、静态联锁试验及事故按钮停机试验，锅炉点火前应对炉膛进行通风吹扫，以排除炉膛和烟道内的可燃物，在点火过程中，应监视燃烧情况，若发现熄火，应立即切断燃料，全面检查燃烧系统，待熄火原因消除后，对炉膛进行吹扫，方可重新点火，合理调整锅炉燃烧，如调整风量，防止风量过大或过小，煤质恶劣导致燃烧不稳及负荷过低时应投油助燃，加强炉膛负压的监视和调整，燃烧器投入时应注意其燃烧良好等，保证锅炉燃烧状况良好，防止因燃烧不良而导致锅炉熄火，是防止锅炉爆炸的主要措施。

步骤六中，防止制粉系统着火和爆炸的方式为：磨煤机运行期间尽可能避免双进单出运行方式，以确分离器煤中粉的流动性，防止出现死角造成煤粉自燃发生，当给煤机跳、堵、卡不下煤或原煤仓蓬煤等异常现象时，应立即降低磨煤机入口温度，控制磨煤机出口温度不超限；准备长时间停运备用的制粉系统，在停运前24小时值长通知燃料运行停止该制粉系统高挥发份煤种的掺烧，如果临时确定需要长时间停运掺烧高挥发份煤种的制粉系统，在停运磨煤机前1小时首先停止高挥发份煤种给煤机；磨煤机紧急停运时，应投入慢传装置不少于6小时，直至筒体温度降至常温，停磨后，及时关闭磨煤机热风门、冷风门、混合风门、密封风门。

步骤七中，防止锅炉承压部件爆漏事故的方式为：确定锅炉的安全等级；提高监控水位的精准度；进行锅炉性能试验；认真检修和校验安全门；严防受热面腐蚀；防止锅炉外侧管道爆破和泄漏；培训监督工程师对锅炉进行实时监控。

步骤八中，防止压力容器爆破事故的方式为：完善现有压力容器设备台账，对压力容器进行定期检验和检修。

步骤十中，输入锅炉实时监测点以及锅炉受热面管的主要信息：压力、温度、运行时间、管子材质、厚度、管理氧化性能等，建立锅炉受热面主要受损类型(蠕变、腐蚀、疲劳以及磨损量)的数学建模，计算管道高温蠕断时间、低温腐蚀量、管壁减薄率、疲劳寿命、磨损量等，实现劣损定量计算分析，实时获取锅炉主要受热面的受损情况，模型建立计算公式依次为：lgτ＝-c const/t，其中，t为钢材的使用温度，k；c为钢材常数；τ为钢材的蠕断时间，h，其中，φr为材料的蠕变寿命损耗量；δτr为在i参数下部件的运行时间；τri为在i参数下部件的蠕变断裂时间，应力计算公式为：其中，σp为管子计算应力，mpa；p为管子中工质的压力，mpa；dn为管子的平均直径，单位为mm；s为管子的壁厚，单位为mm，计算管子的实际薄厚公式为：s＝sb-sw-sn其中，s为管子实际计算的壁厚，单位为mm；sb为最初管子的壁厚，单位为mm；sw为由于外部腐蚀管子减少的壁厚，单位为mm；sn为由于内部腐蚀管子减少的壁厚，单位为mm，其中，q1为由于内部腐蚀管子内表面的单位面积失重，g/cm2；q2为由于外部腐蚀管子外表面的单位面积失重，g/cm2；ρ为金属的密度，δmax＝αηmkkμω³kν³t其中，δmax为磨损量；α为飞灰磨损性系数；η为飞灰的管壁撞击率；m为金属抗磨性系数；k为飞灰浓度(g/m3)；kμ为飞灰浓度场分布不均匀系数；kv烟气速度场分布不均匀系数；t为时间(h)；ω为飞灰速度(m/s)。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。