基于數(shù)據(jù)挖掘的汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)效能動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用

李衛(wèi)東,孫偉鵬,江 永

(1華能國(guó)際電力股份有限公司,北京100031;2.華能海門電廠,廣東汕頭515132)

基于數(shù)據(jù)挖掘的汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)效能動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用

李衛(wèi)東1,孫偉鵬2,江 永2

(1華能國(guó)際電力股份有限公司,北京100031;2.華能海門電廠,廣東汕頭515132)

根據(jù)支撐向量集和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及回歸分析算法相結(jié)合的數(shù)據(jù)挖掘理念,對(duì)電站風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行在線測(cè)量和數(shù)據(jù)處理。利用風(fēng)機(jī)性能曲線,實(shí)時(shí)顯示風(fēng)機(jī)運(yùn)行在性能曲線上的位置,避免因風(fēng)機(jī)自身?yè)岋L(fēng)而造成風(fēng)機(jī)失速現(xiàn)象。根據(jù)風(fēng)機(jī)實(shí)時(shí)效率及功率大小,調(diào)整風(fēng)機(jī)的出力,并適度匹配汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。精細(xì)調(diào)整風(fēng)機(jī)變導(dǎo)葉的角度,確保風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)于高效區(qū),降低了機(jī)組煤耗。

汽動(dòng);引風(fēng)機(jī);效能;數(shù)據(jù);動(dòng)態(tài);監(jiān)視;系統(tǒng);應(yīng)用

0 概 述

火電廠鍋爐風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)效率都很高,通常為80%~85%,有時(shí)可高達(dá)90%,但火電廠長(zhǎng)期處于變負(fù)荷調(diào)峰狀態(tài),且風(fēng)機(jī)的選型過(guò)大,風(fēng)機(jī)的實(shí)際運(yùn)行效率并不高。通過(guò)風(fēng)機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng),可即時(shí)掌握風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)[1],對(duì)于提高風(fēng)機(jī)能效和優(yōu)化操作具有重要意義。電廠風(fēng)機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是基于流量監(jiān)測(cè)、壓力監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上,應(yīng)用計(jì)算機(jī)檢測(cè)技術(shù)和獨(dú)特的研究成果,對(duì)電站風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行連續(xù)在線測(cè)量與處理,根據(jù)風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)和各種數(shù)據(jù),保障風(fēng)機(jī)的安全運(yùn)行,并有多種擴(kuò)充功能,為測(cè)試和數(shù)據(jù)處理提供方便。

1 系統(tǒng)改造的思路

通過(guò)改變汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)流量的測(cè)點(diǎn),增加監(jiān)視引風(fēng)機(jī)運(yùn)行的畫面,可隨時(shí)觀測(cè)各風(fēng)機(jī)運(yùn)行在性能曲線上的位置,實(shí)時(shí)呈現(xiàn)風(fēng)機(jī)風(fēng)量、風(fēng)壓和效率等參數(shù)。系統(tǒng)改造后,將直觀地反映風(fēng)機(jī)效能和風(fēng)機(jī)所處的運(yùn)行區(qū)域,為安全運(yùn)行和節(jié)能提供數(shù)據(jù)支持。通過(guò)不斷積累和挖掘運(yùn)行數(shù)據(jù),監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可自動(dòng)地尋找風(fēng)機(jī)的最佳運(yùn)行區(qū)間,為運(yùn)行優(yōu)化和風(fēng)機(jī)改造提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)[2]。系統(tǒng)的在線監(jiān)測(cè),包括風(fēng)機(jī)入口靜壓、風(fēng)速、流量,根據(jù)風(fēng)機(jī)的性能曲線,計(jì)算風(fēng)機(jī)的效能,根據(jù)需要,提供擴(kuò)充監(jiān)測(cè)風(fēng)機(jī)的環(huán)境參數(shù)、振動(dòng)強(qiáng)度等性能參數(shù)。

2 技術(shù)方案

2.1 技術(shù)實(shí)施流程

以風(fēng)機(jī)效能的在線監(jiān)測(cè)為核心功能,增加了功能模塊,安裝了風(fēng)機(jī)效能軟件。加裝了引風(fēng)機(jī)流量測(cè)點(diǎn),測(cè)點(diǎn)由信號(hào)測(cè)量裝置和傳感(變送)器、信號(hào)采集及轉(zhuǎn)換模塊、通訊模塊等組成。風(fēng)機(jī)效能軟件可對(duì)風(fēng)機(jī)效能進(jìn)行在線計(jì)算,并在屏幕上顯示,還具有風(fēng)機(jī)最優(yōu)性能數(shù)據(jù)挖掘、風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視等功能模塊[3]。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的技術(shù)實(shí)施流程,如圖1所示。

圖1 技術(shù)實(shí)施流程

在技術(shù)實(shí)施流程中,由行業(yè)風(fēng)機(jī)專家和電廠運(yùn)行專家提供優(yōu)化知識(shí)和規(guī)則,建立了風(fēng)機(jī)運(yùn)行優(yōu)化知識(shí)庫(kù)和風(fēng)機(jī)狀態(tài)診斷知識(shí)庫(kù),并集成到監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中,構(gòu)成在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。

2.2 計(jì)算汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)性能的方法

2.2.1 引風(fēng)機(jī)流量

引風(fēng)機(jī)的流量q,由在線流量的測(cè)點(diǎn)獲得,直接通過(guò)數(shù)據(jù)接口,在SIS系統(tǒng)中讀取。

2.2.2 引風(fēng)機(jī)比壓能計(jì)算公式

引風(fēng)機(jī)的比壓能計(jì)算公式為:

式(1)中:pF—引風(fēng)機(jī)的壓升,pF=p2-p1,Pa;p 2和p1—測(cè)得的風(fēng)機(jī)進(jìn)、出口壓力,Pa;

ρ1—風(fēng)機(jī)進(jìn)口空氣密度;計(jì)算式為:

kp:—壓縮修正系數(shù)。

2.2.3 計(jì)算引風(fēng)機(jī)的輸出功率

計(jì)算引風(fēng)機(jī)的輸出功率(全壓功率)。

qv—風(fēng)機(jī)入口處的體積流量,m3/s。

2.2.4 計(jì)算驅(qū)動(dòng)引風(fēng)機(jī)的汽機(jī)輸出功率

式(5)中:r—汽機(jī)的轉(zhuǎn)速,r/min;

φ—引風(fēng)機(jī)的靜葉開(kāi)度,%。根據(jù)汽機(jī)轉(zhuǎn)速和引風(fēng)機(jī)靜葉的開(kāi)度,采用與試驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合,得到風(fēng)機(jī)的輸出功率。Pq=0.001 r2-4.984 7 r+6 359.4,R2=0.998 4。

2.2.5 計(jì)算引風(fēng)機(jī)的效率

式(6)中:ηc—汽機(jī)減速箱的效率,取定值0.985。

3 軟件平臺(tái)的構(gòu)成

軟件平臺(tái)是系統(tǒng)集成的體現(xiàn),包括了實(shí)時(shí)效能監(jiān)視和狀態(tài)監(jiān)視的應(yīng)用模塊。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu),如圖2所示。

圖2 軟件平臺(tái)的結(jié)構(gòu)

3.1 在線運(yùn)行效能點(diǎn)的標(biāo)記

軟件系統(tǒng)能實(shí)時(shí)顯示風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的相關(guān)參數(shù),可按風(fēng)機(jī)廠家提供的性能曲線,計(jì)算所需的流量和壓力值,由此可得出當(dāng)前工況下的風(fēng)機(jī)效率[4],實(shí)時(shí)顯示在用戶終端上圖形,如圖3所示。

圖3 風(fēng)機(jī)的實(shí)時(shí)效能

3.2 歷史工況軌跡

為方便用戶查詢風(fēng)機(jī)歷史運(yùn)行的狀況,系統(tǒng)還提供了歷史效能軌跡重現(xiàn)的功能,用戶可根據(jù)歷史的運(yùn)行狀況,提取有用的運(yùn)行信息。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)顯示的歷史工況軌跡,如圖4所示。

圖4 歷史工況軌跡

3.3 風(fēng)機(jī)的在線試驗(yàn)

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可在線記錄風(fēng)機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)和狀態(tài)數(shù)據(jù),并據(jù)此進(jìn)行性能計(jì)算。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的顯示界面,如圖5所示。

圖5 在線監(jiān)測(cè)風(fēng)機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)

3.4 最優(yōu)運(yùn)行曲線的數(shù)據(jù)挖掘

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可啟動(dòng)后臺(tái)數(shù)據(jù)挖掘模塊的功能,自動(dòng)尋找汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)最優(yōu)性能曲線,如圖6所示,并將最優(yōu)運(yùn)行曲線疊加在當(dāng)前運(yùn)行風(fēng)機(jī)的效能曲線上,可實(shí)時(shí)發(fā)現(xiàn)當(dāng)前運(yùn)行工況點(diǎn)與歷史最優(yōu)工況點(diǎn)的差距。同時(shí),系統(tǒng)將給出歷史最優(yōu)工況點(diǎn)時(shí)的風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、靜葉開(kāi)度等參數(shù)[5],即可按最佳運(yùn)行曲線數(shù)據(jù),調(diào)整風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。

圖6 風(fēng)機(jī)最優(yōu)性能曲線挖掘

3.5 引風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的評(píng)估

根據(jù)監(jiān)測(cè)得到的引風(fēng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)和振動(dòng)數(shù)據(jù),實(shí)時(shí)對(duì)引風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估。在監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的評(píng)估界面,如圖7所示。該界面中的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估圖,給出了風(fēng)機(jī)的整體風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和檢修策略。

圖7 風(fēng)機(jī)狀態(tài)的評(píng)估圖

3.6 最優(yōu)性能曲線參數(shù)的統(tǒng)計(jì)和導(dǎo)出

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的軟件功能,可在線挖掘最優(yōu)性能下風(fēng)機(jī)的運(yùn)行參數(shù),并統(tǒng)計(jì)出不同負(fù)荷段下的典型運(yùn)行參數(shù)。同時(shí),監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還具有在線導(dǎo)出運(yùn)行報(bào)告的功能。導(dǎo)出運(yùn)行報(bào)告的界面,如圖8所示。

4 結(jié) 語(yǔ)

根據(jù)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù),可實(shí)時(shí)在線顯示風(fēng)機(jī)的運(yùn)行參數(shù)。通過(guò)監(jiān)測(cè)當(dāng)前風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài),以及所處能效曲線上的位置,有效地防止了風(fēng)機(jī)失速現(xiàn)象的產(chǎn)生。利用歷史運(yùn)行數(shù)據(jù),匹配了風(fēng)機(jī)導(dǎo)葉的開(kāi)度及最佳運(yùn)行轉(zhuǎn)速,找到了風(fēng)機(jī)的最佳運(yùn)行方式。在同等負(fù)荷率下,機(jī)組平均供電煤耗下降約0.35 g/k W·h。但是,在線計(jì)算所得的數(shù)據(jù),還需與后期的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)和修正,逐步減小誤差,不斷完善運(yùn)行參數(shù)與故障征兆之間關(guān)聯(lián)的規(guī)則。

圖8 最優(yōu)性能曲線參數(shù)的統(tǒng)計(jì)與導(dǎo)出

參開(kāi)文獻(xiàn):

[1]王松嶺,袁雄俊,侯軍虎.基于偏最小二乘法的通風(fēng)機(jī)性能仿真模型[J].流體機(jī)械,2001,29(12):19-23.

[2]周克毅,邵愛(ài)菊.國(guó)外電站性能監(jiān)測(cè)與診斷概況[J].動(dòng)力工程, 1999,19(1):58-63.

[3]胡亞非.礦井主通風(fēng)機(jī)風(fēng)量在線監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)研究[J].中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),1996(3):106-110.

[4]胡亞非.礦井主通風(fēng)機(jī)風(fēng)量在線監(jiān)測(cè)新方法[J].煤礦機(jī)電, 1995(4):40-42.

[5]蘇杭.機(jī)械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005.

Application of Dynamic Monitoring System for Efficiency of Steam Induced Draft Fan Based on Data Mining

LI Wei-dong1,SUN Wei-peng2,JIANG Yong2
(1.Huaneng Power International,INC.,Xicheng District,Beijing 100031,China; 2.Huaneng Haimen Power Plant,Shantou 515132,Guangdong,China)

According to the concept of data mining combining support vector set and neural network and regression analysis algorithm,on-line measurement and data processing of power station fan's running state are carried out.The fan performance curve is used to display the position of the fan on the performance curve in real time,so as to avoid fan stall.According to the fan real-time efficiency and power size,adjust the fan output,and match the speed of the steam fan.Finely adjust the angle of the fan to change the guide vane,ensure the fan run in the high efficiency area, and reduce the coal consumption of the unit.

steam induced,draft fan;efficiency;data;dynamic;monitor;system;application

TK284.8

A

1672-0210(2017)02-0036-03

2017-01-11

李衛(wèi)東(1968-),男,工學(xué)博士,高級(jí)工程師,畢業(yè)于清華大學(xué),從事動(dòng)力工程多相流動(dòng)及傳熱方面的研究。