摘要：在熱電廠中溫中壓鍋爐DCS與企業管理MIS之間實施SIS代價昂貴，中小熱電廠無力承擔，現行運行效率在線計算方法繁復，針對這些情況本文采用適于熱電廠的實用算法，并與神經網絡等先進算法結合，提出了新的中溫中壓鍋爐運行效率在線智能監測方案，應用于某熱電廠75t/h CFBB取得了良好效果。
　　關鍵詞：鍋爐，運行效率，在線監測與管理
　　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，發電廠"廠網分開"、"競價上網"已經是必然趨勢。面對電力工業的這種發展趨勢，如何監測發電機組運行性能、提高機組運行經濟性、延長機組運行壽命已成為我國電力工業中急待解決的重要問題。鍋爐運行經濟性是電廠整體經濟效益的基礎，運行的經濟性直接反映著熱電廠的經濟效益，對鍋爐進行實時監測與分析是提高熱電廠運行水平的有效方法。如何設法監測鍋爐運行性能、科學改進鍋爐運行方式，進一步提高機組的安全性和經濟性，充分發揮現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的安全性和經濟性并重，優化生產過程，降低生產成本和設備損耗，提高電廠的現代化管理水平，以適應電力市場發展的需求。
　　如何能迅速、準確的了解鍋爐運行效率，使運行人員能及時調整運行狀態、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數據，有些DCS也提供性能分析模塊，但由于其強調的是運行準確，以穩定和安全性為首要目標，生產數據的加工和保存都有一定的限制；②DCS提供商的數據庫各異，在DCS上開發需要對每種DCS都進行二次開發，不便于推廣；③要求DCS提供商開放數據庫的代價很高；④在DCS 上二次開發，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。
　　現有的火電廠監控信息系統（SIS）正處于發展階段，尚未形成統一的、成熟的設計理論和實施方法；SIS的建設成功與否取決于與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軟件編制需要專業的軟件編程、通訊和數據庫人員組成相當規模的團隊，需要在軟件調試投入大量的精力，使得研制周期和費用急劇上升。
　　組態軟件在國內經過上世紀末的快速發展，不乏成功的案例，從石油化工、建材到智能化樓宇，從發電廠、變電站到工廠車間都可以看到組態軟件的成功應用，正是在這樣的大背景下，結合濟南市高新區項目把力控組態軟件應用于中溫中壓鍋爐運行效率的在線智能監測與管理系統中，并通過了專家組的鑒定，達到了國內領先水平。
　　2  技術方案
　　本系統在電廠現行系統所處的位置如下圖：

　　2.1軟件
　　按功能分為監測系統和管理系統兩部分，數據流向如下所示：

　　2.1.1監控系統分為：
　　(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換部件進行了監測；按燃燒系統和汽水系統，分別對煤、水、汽以黑、綠、紅三色標示，清晰直觀；給出鍋爐運行重要參數，便于管理人員監視；設有轉往各功能模塊的接口。

　　(2) 參數列表
　　便于運行及管理人員進行數據分析，設有打印功能；詳細列出了參數名稱、代表含義、所在區域及瞬時值。

　　(3) 數據輸入
　　滿足運行中煤粉數據、氣體成分、每班的實際煤耗等的在線輸入；按管理權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值進行報警，可通過確認后忽略。
　　2.1.2管理系統分為：
　　(1) 實時趨勢
　　實時趨勢直觀的將各個參數變化表示在坐標上；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
　　方便相關人員翻查參數在不同時間段的運行情況，設有時間控件，可追查數據存儲范圍內的所有記錄；

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

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

　　2.2硬件
　　(1) 先進性：系統硬件在結構上和功能上達到國內同類系統中的領先水平，以保證設計的系統在相當的一個時期內不落后。
　　(2) 可靠性：充分利用IPC的構成特點，采用冗余等先進技術及多種抗干擾措施，確保系統能在現場惡劣環境下長期運行穩定可靠。
　　(3) 適應性：系統充分利用原有測點的一次元件和電纜，根據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技術難點
　　2.3.1監測系統
　　(1) 硬件上：DCS的安全關乎鍋爐的安全運行，因此要求獨立運行盡量減少可能的不安全因素；監控系統要求真實反映當前鍋爐的運行工況，保持與DCS的數據一致。
　　(2) 軟件上：監測主畫面根據工藝把介質水、汽、煤流經管道分別用綠、紅、黑三色予以區別，清晰直觀；對于涉及鍋爐經濟運行及安全運行的工藝參數實行實時監測，對關鍵運行參數設置超限報警，對超量程的工藝參數提示運行人員及時調整鍋爐的運行參數，并詳細記錄；參數列表和趨勢圖等可實現即時打印供相關人員分析。
　　2.3.2管理系統
　　(1) 對吸熱部件的熱效率計算是本項目的一個難點，鍋爐系統是個多變量、強耦合、非線性的系統，必須采用先進的算法才能做到準確地分析。
　　(2) 正平衡計算中給煤系數的計算是關鍵，由于維修和機械磨損帶來的偏差對于對給煤系數的計算帶來了相當的誤差，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字濾波技術減少了給煤系數的累積誤差和異常波動。
　　(3) 適應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，建立了恰當的經濟運行指標體系，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，適應不同品種、質量的燃料，處于不同的鍋爐負荷要求下，各有其自身的特點，因此對其運行經濟性的要求應當是有區別的，本項目所建立的經濟運行指標體系，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、縱向對比，對于提高熱電廠運行效率意義重大。
　　(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，分析的基礎一方面要借鑒文獻教材中的經驗，另一方面也要注重吸收熱電廠自身在運行中總結的規律。分析的結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結構，利用組態軟件的動態網頁發布功能，使得企業局域網內部管理者及相關人員通過瀏覽器看到現場實時的運行參數及管理報表，并可以實現在線的煤種變化參數及其他參數的輸入；組態軟件的海量數據管理使3個月內的數據在不超過兩秒的時間正確讀出，經過函數關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測和管理系統的成功實施，為下一步的工作奠定了堅實的基礎，總結在系統實現過程中積累的經驗和教訓，作者認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，先期采用的數字濾波得出的結果仍然不夠準確，應對螺旋給煤器的磨損函數進行測算，因此要對螺旋給煤裝置應做實驗分析取得更多的數據來分析，可以應用神經網絡來逼近函數；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對優化建議的給出做進一步的分析，包括建模、分析結果。當主要吸熱部件效率低時，應能從采集來到的數據分析出準確率超過90%的原因，并能分析出對熱效率降低的貢獻率；要能進行自學習，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，對于監控系統要能識別鍋爐異常情況下與管理系統的交互；對管理系統要對啟停鍋爐過程中的數據與穩態運行的數據予以區別。對鍋爐在啟、停過程中表現出來的各種動特性加以分析對比，可以獲得穩態下難以獲得的系統品質。
　　附錄： 
　　表1測試集數據
　　Ay 入爐煤的灰份 % Vy入爐煤的揮發份%  爐膛出口空氣系數  爐膛出口排煙溫度℃ 測量值% 系統輸出值% 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
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　　作者簡介：趙學良(1976-)，男，助教，泰山醫學院信息工程學院計算機結構教研室