基于SPSS的電廠脫硫系統(tǒng)廠用電率模型

夏金玲，宋吉虎

（華電萊州發(fā)電有限公司，山東萊州 261441）

基于SPSS的電廠脫硫系統(tǒng)廠用電率模型

夏金玲，宋吉虎

（華電萊州發(fā)電有限公司，山東萊州 261441）

火力發(fā)電廠是一個龐大、復雜的系統(tǒng)，所涉及的相關變量繁雜，在龐大數(shù)據(jù)庫中尋找主要控制參數(shù)與相關變量的關系，成為火力發(fā)電廠生產(chǎn)中的難點。以脫硫系統(tǒng)為例，利用數(shù)據(jù)分析軟件SPSS研究脫硫系統(tǒng)廠用電率與機組負荷、脫硫系統(tǒng)入口SO2質(zhì)量濃度、脫硫系統(tǒng)出口SO2質(zhì)量濃度之間的關系，建立數(shù)學模型，用于指導生產(chǎn)。

脫硫系統(tǒng)；廠用電率；SPSS軟件；數(shù)學模型

0 引言

廠用電率是體現(xiàn)電廠運營經(jīng)濟性的一項主要指標，而在廠用電率的構成中，輔機耗電率以脫硫系統(tǒng)耗電率最為顯著，占到了廠用電率的13%～15%。在廠用電率的構成中，脫硫系統(tǒng)耗電率具有更強的可變性和可操控性。為了實現(xiàn)對脫硫廠用電率的有效控制和科學判斷分析，在定性的基礎上挖掘定量的數(shù)學規(guī)律，有效降低脫硫廠用電率，是電廠節(jié)能降耗的一項重要舉措。在火力發(fā)電廠生產(chǎn)實踐中，依據(jù)傳統(tǒng)生產(chǎn)經(jīng)驗：當發(fā)電機接近額定出力運行時，廠用電率最低；當脫硫系統(tǒng)入口SO2質(zhì)量濃度升高時，脫硫耗電率及石灰石石子耗量升高；當脫硫吸收塔出口SO2質(zhì)量濃度升高時，脫硫耗電率會降低。但是，以上認識來自傳統(tǒng)的感性認識，而相關變量之間是否存在著一定的數(shù)學關系，能否通過建立數(shù)學模型來預知這一變化規(guī)律，以指導實際生產(chǎn)經(jīng)營。找到指標和變量之間的數(shù)學表達式，對發(fā)電企業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)營工作起到現(xiàn)實的指導意義，是本文的主旨。本文利用數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析軟件SPSS對各相關生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，引入變量間的相關性研究，建立發(fā)電企業(yè)入爐煤硫分與脫硫廠用電率、石灰石石子耗量的統(tǒng)計預測模型，并通過實踐校驗該模型的可行性和指導意義。

1 設備概況

華電萊州發(fā)電有限公司1 000MW機組鍋爐由東方鍋爐股份有限公司制造，為超超臨界參數(shù)、單爐膛、一次中間再熱、平衡通風、運轉(zhuǎn)層以上露天布置、固態(tài)排渣、全鋼構架、全懸吊結構Π型變壓直流鍋爐。煙氣脫硫（FGD）系統(tǒng)采用石灰石-石膏濕法工藝，采用一爐一塔，不設煙氣換熱器（GGH）和增壓風機。吸收塔漿液系統(tǒng)布置5層噴淋層，漿液循環(huán)泵將吸收塔漿池中的漿液輸送至噴淋層，漿液呈霧狀噴出。石膏通過吸收塔石膏排出泵從吸收塔漿液池抽出，輸送至石膏旋流站，再送至脫硫系統(tǒng)的真空皮帶過濾機進行過濾脫水。

（1）煙氣脫硫系統(tǒng)生產(chǎn)過程：石灰石溶解→與SO2反應→產(chǎn)物氧化→生成石膏。

（2）煙氣脫硫化學反應過程。

石灰石的溶解：CaCO3+CO2+H2→O Ca（HCO3）2；

與SO2反應：Ca（HCO3）2+2SO2→Ca（HSO3）2+2CO2；

氧化：Ca（HSO3）2+CaCO3+O2→2CaSO4+ CO2+H2O；

石膏生成：CaSO4+2H2→O CaSO4·2H2O；

去除SO2：CaCO3+SO2+O2+2H2→O CaSO4·2H2O+CO2。

2 數(shù)學模型的建立

2.1 變量的選取

由化學反應式可知，CaCO3的消耗量與煙氣中去除的SO2量成正比，而SO2的總量主要取決于鍋爐燃燒煤種中硫的含量以及燃煤總量。

電廠生產(chǎn)中，煤質(zhì)化驗采用抽檢方式，無法準確計量實際入爐煤種硫的含量，并且入爐煤量與鍋爐燃燒煤量存在一定的統(tǒng)計偏差。在電廠脫硫系統(tǒng)實際生產(chǎn)中，為消除統(tǒng)計偏差，準確體現(xiàn)各變量之間的關系，建模變量可以采用脫硫系統(tǒng)入口SO2質(zhì)量濃度、脫硫系統(tǒng)出口SO2質(zhì)量濃度、機組負荷以及現(xiàn)場環(huán)境溫度。其中，脫硫系統(tǒng)入口SO2質(zhì)量濃度為輸入量，脫硫系統(tǒng)出口SO2質(zhì)量濃度為反饋量，機組負荷和現(xiàn)場環(huán)境溫度直接影響煙氣量，因此也作為輸入量。

表1 相關性分析數(shù)據(jù)

2.2 數(shù)據(jù)整理

通過廠級實時監(jiān)控信息系統(tǒng)（SIS）調(diào)取機組2014年度脫硫系統(tǒng)的相關運行參數(shù)和指標，剔除部分明顯異常的數(shù)據(jù)，篩選得到195組有效數(shù)據(jù)。利用SPSS的相關性分析工具，分析單機脫硫耗電率、機組平均負荷、脫硫系統(tǒng)入口SO2質(zhì)量濃度、脫硫系統(tǒng)出口SO2質(zhì)量濃度以及環(huán)境溫度的相關性，分析結果見表1。

分析表1中的數(shù)據(jù)可以得出如下結論：與脫硫系統(tǒng)耗電率相關性較高的為機組平均負荷和脫硫系統(tǒng)入口SO2質(zhì)量濃度；脫硫系統(tǒng)耗電率與機組平均負荷相關系數(shù)為-0.526，成負相關性；與脫硫系統(tǒng)入口SO2質(zhì)量濃度成正相關，相關系數(shù)為0.510。這一結論表明：隨著機組負荷的升高，脫硫系統(tǒng)耗電率降低；隨著脫硫系統(tǒng)入口SO2質(zhì)量濃度的升高，脫硫系統(tǒng)的耗電率升高。從數(shù)學模型上證明了脫硫系統(tǒng)耗電率的相關性影響因素主要是機組平均負荷和脫硫系統(tǒng)入口SO2質(zhì)量濃度，而脫硫系統(tǒng)耗電率與脫硫系統(tǒng)出口SO2質(zhì)量濃度、環(huán)境溫度的相關性系數(shù)分別為-0.095和0.049。

2.3 數(shù)學模型的建立

2.3.1 數(shù)學建模的變量選取及模型建立

為了準確整合數(shù)學建模的變量，建立科學的數(shù)學模型，利用SPSS軟件中的線性回歸分析工具，分別建立脫硫系統(tǒng)耗電率與機組負荷、脫硫系統(tǒng)入口SO2質(zhì)量濃度、脫硫系統(tǒng)出口SO2質(zhì)量濃度及環(huán)境溫度的數(shù)學模型。根據(jù)選擇變量的不同，建立4種模型，加以比較，選擇最優(yōu)模型。各模型統(tǒng)計校驗值見表2。

模型1預測變量：機組平均負荷。

表2 各模型的統(tǒng)計校驗值

模型2預測變量：機組平均負荷、脫硫系統(tǒng)入口SO2質(zhì)量濃度。

模型3預測變量：機組平均負荷、脫硫系統(tǒng)入口SO2質(zhì)量濃度、環(huán)境溫度。

模型4預測變量：機組平均負荷、脫硫系統(tǒng)入口SO2質(zhì)量濃度、環(huán)境溫度、脫硫系統(tǒng)出口SO2質(zhì)量濃度。

由表2可知，以上4種模型中，模型4的R，R方以及調(diào)整R方明顯優(yōu)于其他3種模型，因此選用模型4建立數(shù)學模型。

2.3.2 數(shù)學模型的顯著性分析

為得到該模型的顯著性水平，利用SPSS軟件對模型4進行分析，結果見表3。

汪！汪！汪……車外右側，突然躥出一只狼狗來，足有半個牛犢那么大。輕靈的耳朵、黑黑的背，躥起來有一米多高，爪子拍打過車窗玻璃，又有些不甘心地滑下。要不是鐵鏈子拴著，狼狗敢上到車頂去。跟著狼狗，從右側小區(qū)傳達室里，竟然走出了一個身著僧人衣裳、身材魁梧、相貌兇惡的老男人。他好像瞎了一只眼，禿禿的腦殼，眉毛濃黑。走近了，才看清，是他的右眼皮耷拉得太低了，脖子上還掛著一串佛珠。狼狗看見主人，真是“心有靈犀一點通”??！飛快地跑到墻角，蹲下身子，前爪蹬地，吐著舌頭，嗚嗚！嗚嗚……地低吠著。

表3 方差分析

該模型的顯著性P值（即Sig.＝1.453E-54）趨于0，遠低于顯著水平0.05，因此判斷該模型整體非常顯著。模型4的線性回歸系數(shù)及統(tǒng)計量見表4。

由表4可以看出，回歸方程各參數(shù)的系數(shù)非常顯著。根據(jù)表4中的系數(shù)，可以得到脫硫耗電率的多元線性回歸方程。

表4 線性回歸系數(shù)及統(tǒng)計量

脫硫耗電率＝0.5948-0.00393×負荷+0.137×脫硫系統(tǒng)入口SO2質(zhì)量濃度÷1000-0.00073×脫硫系統(tǒng)出口SO2質(zhì)量濃度+0.00215×環(huán)境溫度。

應用該數(shù)學模型，建立脫硫系統(tǒng)耗電率的計算（預測）曲線，并將2014年度脫硫系統(tǒng)篩選得到的195組實際數(shù)據(jù)繪圖，對預測耗電率與實際耗電率做差值分析，可以得到脫硫系統(tǒng)耗電率的預測值（計算值）、脫硫系統(tǒng)耗電率的實際值、計算值與實際值的差值3組曲線，如圖1所示。

3.2 數(shù)學模型在指標分析中的應用

在生產(chǎn)現(xiàn)場，指標參數(shù)出現(xiàn)明顯變化時，可以借助數(shù)學模型分析指標產(chǎn)生變化的原因。如在該模型中，當脫硫系統(tǒng)耗電率變化時，可以分析是受負荷波動還是硫分波動影響，在排除客觀影響因素之后，再檢查人員操作因素。

數(shù)學模型在生產(chǎn)中的應用實例見表5。

表5 數(shù)學模型在生產(chǎn)中的應用

圖1 脫硫系統(tǒng)耗電率預測值、實際值及差值

3 模型的現(xiàn)場應用

3.1 數(shù)學模型在生產(chǎn)指標計劃及管理中的應用

計劃部門每月可根據(jù)下月的電量計劃情況、來煤結構以及預計的環(huán)境溫度等情況制訂月度指標計劃，使計劃的制訂更加科學。

實際生產(chǎn)操作中，每月根據(jù)指標完成情況對各責任部門進行獎懲。由于現(xiàn)場生產(chǎn)與預計情況會出現(xiàn)偏差，如負荷、燃煤硫分、環(huán)境溫度變化，均會導致實際的指標完成值偏離計劃值，如何更加科學、合理地管控生產(chǎn)經(jīng)營指標是生產(chǎn)管控的難點。在實際操作中，數(shù)學模型建立后，可以根據(jù)一些客觀參數(shù)的變化適當調(diào)整月初的指標計劃，以保證計劃值與完成值具有較好的吻合度，能夠更加合理地管控責任部門，充分發(fā)揮人員的積極性。

由表5可以看出：將月度的計劃平均負荷、預計的環(huán)境溫度、預計的脫硫系統(tǒng)入口SO2質(zhì)量濃度代入數(shù)學模型進行計算，確定當月計劃脫硫耗電率為0.45%。在生產(chǎn)實際中，由于實際機組負荷、入爐煤質(zhì)、環(huán)境溫度與計劃值存在偏差，根據(jù)以上偏差進行修正，確定計劃承包值為0.44%，跟蹤當月脫硫系統(tǒng)耗電率，實際完成值為0.43%，與計劃承包值0.44%偏差0.01個百分點。這一實例說明：SPSS分析數(shù)學模型在脫硫系統(tǒng)廠用電率計劃值制訂、跟蹤、偏差分析及目標值再修訂中，能夠科學研判指標變化規(guī)律，緊密跟蹤完成過程，及時糾偏，達到指標過程有效管控的目的，最終實現(xiàn)完成值與計劃值的高度吻合。

3.3 數(shù)學模型在脫硫成本控制中的應用

數(shù)學模型建好后，可以分析燃煤硫分變化對廠用電率、石灰石用量的影響。

按照上述方法，同樣可以建立石灰石石子耗量數(shù)學模型為：石灰石石子耗量＝-16.5+0.047 2×負荷+0.085×入口SO2質(zhì)量濃度。

按照入爐煤硫分1%對應脫硫系統(tǒng)入口SO2質(zhì)量濃度2200mg／m3計算，應用數(shù)學模型，綜合考慮脫硫成本中石灰石石子耗量、脫硫系統(tǒng)廠用電量的因素，分析入爐煤硫分變化0.1%對電廠脫硫成本的影響情況，分析結果見表6（當天平均負荷為900 MW）。

表6 數(shù)學模型在脫硫成本分析中的應用

通過計算分析，在日平均負荷900MW的情況下，入爐煤硫分升高0.1%，導致脫硫成本升高0.2元／（MW·h）。

4 結論

本文以華電萊州發(fā)電有限公司1 000MW機組脫硫系統(tǒng)為研究對象，利用SPSS分析軟件，建立了脫硫系統(tǒng)廠用電率的數(shù)學模型，并將數(shù)學模型應用于脫硫系統(tǒng)生產(chǎn)指標管理與脫硫生產(chǎn)的成本控制。經(jīng)過實踐檢驗，該模型具有較強的指導性，與生產(chǎn)實際高度吻合。該數(shù)學模型建立后，應隨著設備的改造、運行時間的延長定期進行校驗和修正，使數(shù)學模型與生產(chǎn)實際相符。

［1］夏恒嚴，王靈梅，孫林旺.基于SPSS建立電站鍋爐效率模型的研究［J］.電力學報，2010（5）：309-401.

［2］吳廣.SPSS統(tǒng)計分析與應用［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2013.

［3］陳超，鄒瀅.SPSS15.0中文版常用功能與應用實例精講［M］.西安：電子工業(yè)出版社，2009.

［4］王子杰，李健，孫萬云.基于神經(jīng)網(wǎng)絡和遺傳算法的鍋爐燃燒優(yōu)化方法［J］.華北電力大學學報：自然科學版，2008，35（1）：14-17.

（本文責編：劉芳）

）。主蒸汽溫度難以調(diào)節(jié)是因為慣性時間比較長，若能降低慣性時間則調(diào)節(jié)就相對容易，空間狀態(tài)預估就是利用這個原理，根據(jù)受熱面的入口溫度、出口溫度、蒸汽流速（通過蒸汽量的函數(shù)得出）預估中間4個點的溫度，根據(jù)設定值計算出這4個中間點溫度應該控制在哪個設定值上，并和實際的估算值進行比較，用差值進行加權，預估出噴水量，相當于將慣性時間降為原來的1／4，從而實現(xiàn)對主蒸汽的預估前饋控制。

1.3 再熱器溫度控制優(yōu)化

再熱器噴水配一級噴水減溫，為事故噴水，正常情況下不噴水。再熱器溫度調(diào)節(jié)是由調(diào)節(jié)燃燒器傾角實現(xiàn)的，其事故噴水調(diào)節(jié)閥控制思路和過熱器一致，只是設定值比燃燒器傾角的設定值高些，優(yōu)先由燃燒器傾角進行調(diào)節(jié)。

X 701.3

：B

：1674-1951（2015）05-0066-04

夏金玲（1975—），女，山東濟南人，工程師，從事電廠統(tǒng)計管理與分析等方面的工作（E-mail：517263860＠qq.com）。

宋吉虎（1974—），男，山東聊城人，高級工程師，從事電廠生產(chǎn)管理與節(jié)能管理等方面的工作（E-mail：2663215720＠qq.com

2014-11-19；

2015-03-05