熱電機組供熱模型數(shù)據(jù)采集研究

王昭鑫，曾潔，孫瑋，吳萌

（1.國網(wǎng)山東省電力公司，山東濟南250001；2.國網(wǎng)山東省電力公司濟南供電公司，山東濟南250001；3.國網(wǎng)山東省電力公司電力科學(xué)研究院，山東濟南250002；4.國華能源投資有限公司，山東濟南250002）

熱電機組供熱模型數(shù)據(jù)采集研究

王昭鑫1，曾潔2，孫瑋3，吳萌4

（1.國網(wǎng)山東省電力公司，山東濟南250001；2.國網(wǎng)山東省電力公司濟南供電公司，山東濟南250001；3.國網(wǎng)山東省電力公司電力科學(xué)研究院，山東濟南250002；4.國華能源投資有限公司，山東濟南250002）

介紹山東省熱電機組在線監(jiān)測系統(tǒng)的功能組成以及供熱數(shù)據(jù)準(zhǔn)確對電網(wǎng)安全運行的意義。針對山東省熱電機組特點，以某個具有代表性的熱電機組供熱系統(tǒng)圖為例，提出了數(shù)據(jù)采集的解決方案并介紹系統(tǒng)建設(shè)中為保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性和可靠性的關(guān)鍵技術(shù)。實踐證明，提出的方法和采用的關(guān)鍵技術(shù)在實際應(yīng)用中具有較高的實用價值。

熱電機組；監(jiān)測系統(tǒng)；數(shù)據(jù)可靠性

0 引言

近年來，山東省熱電機組發(fā)展迅速，在節(jié)能、環(huán)保等方面起到了積極的作用［1］。為了通過統(tǒng)一調(diào)度及協(xié)調(diào)，進(jìn)一步提高熱電機組的管理水平，2013年山東電網(wǎng)建設(shè)了山東省熱電機組在線監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)了山東省熱電機組的在線監(jiān)測一體化。該系統(tǒng)具有熱力和電力等數(shù)據(jù)采集傳輸、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)報表、指標(biāo)計算、網(wǎng)上瀏覽等5部分功能。各個熱電廠根據(jù)各自的供熱系統(tǒng)圖，把現(xiàn)場采集的熱電數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴綎|電力調(diào)度控制中心的在線監(jiān)測系統(tǒng)，由系統(tǒng)實時計算出機組的熱電比、熱效率，判斷熱電比是否達(dá)標(biāo)，并根據(jù)熱電比的排名確定每年補償發(fā)電量。該監(jiān)測系統(tǒng)作為山東省電力節(jié)能調(diào)度輔助系統(tǒng)，可以根據(jù)機組供熱量的隨機變化，實時調(diào)整供熱機組的最小安全發(fā)電量，為山東省的節(jié)能降耗做出了突出貢獻(xiàn)。該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)匯總后可以生成各種報表，可以按電廠名稱、機組容量、運行參數(shù)、熱電比、時間等項目分類檢索。授權(quán)用戶可以從Internet網(wǎng)上登陸以瀏覽器方式查詢系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，確?！耙詿岫姟闭咧泄崃亢桶l(fā)電量的各種數(shù)據(jù)的公開、公平和公正。

為了建立節(jié)能調(diào)度的供熱模型，根據(jù)各臺供熱機組的熱力系統(tǒng)圖和電廠的供熱關(guān)系圖確定其應(yīng)該采集的測點信息是山東省熱電機組在線監(jiān)測系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。

1 熱電機組數(shù)據(jù)采集測點選擇

電廠的供熱方式多種多樣，有母管制供熱系統(tǒng)的熱電機組，有背壓式汽輪機供熱系統(tǒng)的熱電機組，還有抽汽凝汽式汽輪機供熱系統(tǒng)的熱電機組［2-4］，其中抽凝式供熱機組中有十幾種結(jié)構(gòu)型式，這些供熱機組的抽汽級數(shù)、供熱方式、調(diào)節(jié)方式各不相同。因此必須根據(jù)各臺熱電機組的熱力關(guān)系采集相應(yīng)的數(shù)據(jù)，否則就無法建立準(zhǔn)確的節(jié)能調(diào)度供熱模型。以華能運河發(fā)電有限公司為例，5號機組4抽來的蒸汽進(jìn)入5號機組的輔汽聯(lián)箱，6號機組4抽來的蒸汽進(jìn)入6號機組的輔汽聯(lián)箱，兩個輔汽聯(lián)箱用母管相連后對外供熱。這樣在線監(jiān)測系統(tǒng)收到的供熱數(shù)據(jù)無法區(qū)分是5號機組的還是6號機組的，無法做到單臺機組供熱量判定，從而影響了熱電比、熱效率、節(jié)能調(diào)度等一系列分析。所以，為保證監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)的可靠性和準(zhǔn)確性，需要在統(tǒng)一的采集測點表的基礎(chǔ)上，利用各臺熱電機組的熱力系統(tǒng)圖和電廠詳細(xì)的供熱關(guān)系圖，確定各機組的采集量測點。

監(jiān)測系統(tǒng)采集準(zhǔn)確、有效的供熱數(shù)據(jù)是計算每臺機組供熱量、熱電比、熱效率的基礎(chǔ)。采集測點確定原則是每臺機組各個缸單獨的供熱焓和該蒸汽的回水焓［5］。采集基本測點表見表1。

表1 采集和傳送的測點表

注：1）以上各運行參數(shù)為單臺機組數(shù)據(jù)；2）各機組的工業(yè)抽汽、采暖抽汽如為多級，則各級抽汽均應(yīng)監(jiān)測溫度、壓力、流量；3）如果熱網(wǎng)加熱器為多級，則應(yīng)監(jiān)測各加熱器的溫度、壓力、流量；4）不同機組由于其熱力系統(tǒng)的差異，其實際測點要求也會有所不同；5）對于冬季高背壓熱電機組，還需提供凝汽器進(jìn)水、出水溫度。

2 熱電機組采集測點選擇實例

以章丘電廠為例說明測點確定過程。

2.1 機組熱力系統(tǒng)圖

2號機組在每年的大部分時間采用抽凝方式發(fā)電和工業(yè)供熱，在冬季居民采暖供熱時，采用背壓方式發(fā)電和供熱。這樣在居民采暖供熱前，2號汽輪機低壓缸解體，更換2×4級高背壓轉(zhuǎn)子及隔板，原末級及次末級隔板安裝位置加裝導(dǎo)流環(huán)；將原凝汽器循環(huán)水切換為城市熱網(wǎng)循環(huán)水。使用新設(shè)計的動靜葉片級數(shù)相對減少的高背壓低壓轉(zhuǎn)子，凝汽器運行高背壓（40～45 kPa），對應(yīng)排汽溫度提高至80℃左右，將凝汽器的循環(huán)水系統(tǒng)切換至熱網(wǎng)循環(huán)泵建立起來的熱水管網(wǎng)循環(huán)水回路，如圖1所示，形成新的“熱—水”交換系統(tǒng)，進(jìn)行城區(qū)循環(huán)水供熱，而純凝工況下所需要的冷水塔及循環(huán)水泵退出運行。

圖1 高背壓供熱系統(tǒng)簡圖

2.2 電廠供熱關(guān)系圖

該電廠除城區(qū)循環(huán)水供熱以外，采用抽汽供熱的方式進(jìn)行工業(yè)供熱。高壓供汽和城區(qū)供熱抽汽系統(tǒng)如圖2所示。為滿足城區(qū)供熱一級熱網(wǎng)與二級熱網(wǎng)的換熱要求，低真空循環(huán)水供熱采用串聯(lián)式三級加熱系統(tǒng)，熱網(wǎng)循環(huán)水首先經(jīng)過凝汽器進(jìn)行第一次加熱，吸收低壓缸排汽余熱，將循環(huán)水溫度加熱至75℃左右，然后再經(jīng)過2號機組供熱首站蒸汽加熱器完成第二次加熱，循環(huán)水溫度達(dá)到90℃，最后由二期供熱首站，經(jīng)過3號、4號機組的抽汽加熱器進(jìn)一步加熱至100℃以上，送至熱水管網(wǎng)通過二級換熱站與二級熱網(wǎng)循環(huán)水進(jìn)行換熱，高溫?zé)崴鋮s后再回到機組凝汽器，構(gòu)成一個完整的循環(huán)水路。

表2 采集測點表

2號、3號和4號機組是抽凝機組，2號機組冬季供熱時換轉(zhuǎn)子變成背壓機組，根據(jù)其機組的供熱系統(tǒng)圖和供熱關(guān)系圖確定其采集的測點信息，見表2。

2.3 測點確定過程說明

位置B、C和F都是熱網(wǎng)循環(huán)水（城區(qū)回水），所以這3個位置中流量處處相等，因此只需要采集任一處的流量和壓力即可，其余兩個位置可以只采集溫度。H、I和J分別為2號、3號和4號機組高壓缸對外供熱的信息，這些蒸汽不回收，所以沒有回水焓的問題。D和E分別是3號和4號機組中壓缸對外供熱的信息，它們的回水到G，構(gòu)成1個回路。所以G的流量是D和E流量之和，因此G只需要采集溫度和壓力。A是2號機組中壓缸對外供熱的信息，它的回水到K，即K的流量與A相同，所以這兩個位置中只需要采集其中1個的流量即可。B和C可以用來計算2號機組背壓運行時供熱信息。

上述2號、3號和4號機組還需要提供每臺機組的主蒸汽流量、壓力和溫度；每臺機組的發(fā)電有功功率和上網(wǎng)發(fā)電量和開關(guān)狀態(tài)；每臺機組補水溫度；每臺機組對外供熱的調(diào)節(jié)閥門的開度信息，對該電廠而言，即中壓缸到低壓缸連通管上的調(diào)節(jié)閥的開度信息和H、I及J處的調(diào)節(jié)閥的開度信息。所以該電廠3臺熱電機組3種供熱方式，總共需要采集54個點信息。

3 供熱數(shù)據(jù)校核方法

供熱數(shù)據(jù)是否正確直接影響到對機組調(diào)度方式的判斷，關(guān)系到機組、電網(wǎng)生產(chǎn)安全，為了判定供熱數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，排除不良量測點對系統(tǒng)的影響，系統(tǒng)采用如下方法進(jìn)行判斷。

3.1 利用熱效率計算方法判定

其中：Q=∑［m×（i抽汽焓－i回水焓）］

式中：η為總熱效率，%；Q為供熱量，kJ；P為發(fā)電量，kWh；B為燃料總消耗量，kg；Qar，net為燃料單位低位發(fā)熱量，kJ／kg；m為抽汽量，kg；i抽汽焓為抽汽焓，kJ／kg；i回水焓為回水焓，kJ／kg。

對于供熱數(shù)據(jù)的采集最終體現(xiàn)在對熱效率和熱電比的計算，熱效率每臺機組有相對固定的區(qū)間，且不會經(jīng)常變化，對于熱效率異常高、異常低、經(jīng)常變化的機組發(fā)出報警提示。

3.2 利用抽凝式熱電機組的供熱經(jīng)驗公式判定

抽凝式熱電機組所承擔(dān)的電負(fù)荷與熱負(fù)荷并沒有確定的一一對應(yīng)關(guān)系，在一定供熱流量及供熱壓力下，電負(fù)荷可以在一定的范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整，該負(fù)荷調(diào)整范圍就是熱電機組的電負(fù)荷調(diào)度區(qū)間。根據(jù)供熱經(jīng)驗公式，汽輪機的進(jìn)汽熱量應(yīng)該等于用于發(fā)電功率的蒸汽熱量和用于供熱的蒸汽熱量之和。利用上述原理，特性關(guān)系式可以近似為

式中：D0為進(jìn)汽流量，t／h；D1為一次抽汽流量，t／h；P為機組功率，MW；K0、K1為對應(yīng)上述負(fù)荷和蒸汽流量的系數(shù)。

4 結(jié)語

山東省熱電機組在線監(jiān)測系統(tǒng)中各臺熱電機組準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)采集，為建立精確的機組供熱模型奠定良好的基礎(chǔ)。根據(jù)各機組供熱模型和各機組準(zhǔn)確的熱電數(shù)據(jù)，2014年已經(jīng)成功地處理了多個電廠供熱量和發(fā)電負(fù)荷之間的分配關(guān)系，而這些分配關(guān)系在2013年沒有上述數(shù)據(jù)時，幾乎是很難圓滿解決的。該系統(tǒng)為山東省的節(jié)能降耗做出了貢獻(xiàn)。

［1］胡玉清，馬先才.我國熱電聯(lián)產(chǎn)領(lǐng)域現(xiàn)狀及發(fā)展方向［J］.黑龍江電力，2008，30（1）：79-80.

［2］祝平.熱電聯(lián)產(chǎn)熱電機組的選型［J］.應(yīng)用能源技術(shù)，2003（4）：1-4.

［3］戈志華，楊佳霖，何堅忍，等.大型純凝汽輪機供熱改造節(jié)能研究［J］.中國電機工程學(xué)報，2012，32（17）：23-25.

［4］王景和.350 MW純凝機組改供熱機組設(shè)計優(yōu)化與項目實施［J］.電力技術(shù)，2009（11）：42-45.

［5］戴軍，劉光耀，徐婷婷，等.供熱機組熱電比影響因素研究［J］.華電技術(shù)，2013（12）：34-37.

Data Acquisition for the Model of Thermo-electric Generator Unit

The function of the on-line monitoring system of Shandong thermo-electric generator units and the significance of accurate heating data for the power grid are introduced.According to the characteristics of Shandong thermo-electric generator unit，with a representative heating system map as an example，we put forward the data collection programs and introduce the key technologies for accurate and reliable data on the construction of the system.The practice has proved that the proposed methods and the key technologies have high value in the practical application.

thermo-electric generator unit；monitoring system；data reliability

TP273

：B

：1007－9904（2014）05－0069－04

2014-07-05

王昭鑫（1983—），男，工程師，從事電力調(diào)度自動化工作；

曾潔（1983—），女，助理工程師，從事電力調(diào)度自動化管理工作；

孫瑋（1953—），男，教授，從事熱電機組控制技術(shù)研究等方面工作；

吳萌（1988—），男，助理工程師，從事自動化工作。