超臨界機(jī)組DCS改造對機(jī)組經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的影響

高瑞斌，許堯

（國電泰州發(fā)電有限公司，江蘇泰州 225327）

超臨界機(jī)組DCS改造對機(jī)組經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的影響

高瑞斌，許堯

（國電泰州發(fā)電有限公司，江蘇泰州 225327）

為提高機(jī)組運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性，某電廠超臨界機(jī)組鍋爐分散控制系統(tǒng)（DCS）進(jìn)行了優(yōu)化改造。通過對比、分析DCS改造前后1年內(nèi)的運(yùn)行數(shù)據(jù)及入爐煤質(zhì)、飛灰、爐渣化驗(yàn)數(shù)據(jù)，運(yùn)用耗差分析法計(jì)算、分析主要運(yùn)行參數(shù)變化對機(jī)組發(fā)電煤耗的影響，在不同入爐煤質(zhì)、不同運(yùn)行負(fù)荷下綜合評估鍋爐DCS改造對機(jī)組經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的影響，為評估控制系統(tǒng)改造對機(jī)組經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的定量影響提供了一種經(jīng)濟(jì)、可行的方法。

超臨界機(jī)組；分散控制系統(tǒng)；改造；耗差分析；經(jīng)濟(jì)運(yùn)行

0 引言

某電廠超臨界機(jī)組投產(chǎn)運(yùn)行以來，鍋爐過熱、再熱蒸汽段溫度偏差較大，管壁超溫超壓現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，對機(jī)組安全運(yùn)行帶來一定影響。該廠對鍋爐分散控制系統(tǒng)（DCS）進(jìn)行優(yōu)化改造后，超溫超壓現(xiàn)象明顯減少，機(jī)組穩(wěn)定狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)主要參數(shù)得到改善，改造后的控制系統(tǒng)不僅增強(qiáng)了機(jī)組運(yùn)行的安全性，而且提高了機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性。

為深入了解機(jī)組經(jīng)濟(jì)性能改善狀況，定量細(xì)化分析DCS改造產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益，本文通過采集、分析、對比改造前后1年內(nèi)的機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)及相關(guān)化驗(yàn)數(shù)據(jù)，采用耗差分析的方法分析、計(jì)算系統(tǒng)改造前后機(jī)組重要參數(shù)的變化對機(jī)組發(fā)電煤耗（或供電煤耗）的影響，以考察控制系統(tǒng)改造在機(jī)組節(jié)能降耗方面的實(shí)際成效。

1 評估方法

通過分析該機(jī)組運(yùn)行及采樣化驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，鍋爐控制系統(tǒng)改造后機(jī)組主蒸汽及再熱蒸汽溫度、壓力，過、再熱器減溫水流量，運(yùn)行氧量，排煙溫度，飛灰、爐渣含碳量等參數(shù)發(fā)生一定變化，這些參數(shù)的變化將改變機(jī)組發(fā)、供電煤耗，對機(jī)組經(jīng)濟(jì)性能產(chǎn)生一定影響。

為了定量考察控制系統(tǒng)改造引起的參數(shù)變化對機(jī)組煤耗的影響，本文將采用耗差分析的方法對改造前后不同煤質(zhì)、不同負(fù)荷下的機(jī)組運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行對比分析，計(jì)算汽輪機(jī)側(cè)主蒸汽溫度及壓力、再熱蒸汽溫度及壓損、過熱器及再熱器減溫水流量、排煙溫度等參數(shù)變化對機(jī)組發(fā)電煤耗（或供電煤耗）的影響。

2 耗差分析法的具體應(yīng)用

耗差分析方法主要有基本公式法、熱力學(xué)方法、等效焓降法和小偏差法等［1］，本文根據(jù)不同的分析對象采用不同的分析方法進(jìn)行能耗影響分析。

耗差分析法中分析對象參數(shù)的基準(zhǔn)值采用相應(yīng)工況下的設(shè)計(jì)值或運(yùn)行最佳值［2］。

一般而言，主蒸汽、再熱蒸汽的溫度及壓力對機(jī)組能耗的影響可以通過查詢汽輪機(jī)制造廠提供的特性曲線來確定。對過、再熱器減溫水流量的耗差分析，既可以采取查詢特性曲線的方法，也可以采取等效焓降法，但由于等效焓降法只適用于局部分析，引入計(jì)算的參數(shù)較多，對本次評估結(jié)果的準(zhǔn)確性影響較大，因此本次評估優(yōu)先采用查詢特性曲線的方法。特性曲線采用熱耗修正曲線，根據(jù)修正曲線計(jì)算出參數(shù)變化對機(jī)組熱耗的影響，然后通過公式（1）轉(zhuǎn)化成對煤耗的影響，本文利用該式計(jì)算時(shí)，鍋爐效率及管道效率應(yīng)取該工況下的設(shè)計(jì)值。

式中：bf為標(biāo)準(zhǔn)發(fā)電煤耗，g/（kW·h）；q為該負(fù)荷工況下的機(jī)組熱耗設(shè)計(jì)值，kJ/（kW·h）；η1為該負(fù)荷工況下的鍋爐設(shè)計(jì)效率，%；ηp為該負(fù)荷下的管道設(shè)計(jì)效率，%。

分析排煙溫度、氧量、飛灰及爐渣含碳量對機(jī)組能耗的影響時(shí)，本方案采用基本公式法，即通過分析這些參數(shù)與鍋爐熱效率之間的計(jì)算關(guān)系得出。

上述是機(jī)組參數(shù)對機(jī)組發(fā)電煤耗的影響，最終要折合計(jì)算這些參數(shù)對供電煤耗的影響，因此在式（1）的基礎(chǔ)上，采用式（2）計(jì)算發(fā)電煤耗變化對供電煤耗的影響。

式中：bg為標(biāo)準(zhǔn)供電煤耗，g/（kW·h）；εap為廠用電率，計(jì)算時(shí)采用該工況下的設(shè)計(jì)值或最佳值，%。

3 對比工況選取

本評估采用的分析數(shù)據(jù)分別來自電廠廠級(jí)實(shí)時(shí)監(jiān)控信息系統(tǒng)（SIS）歷史數(shù)據(jù)庫及電廠有關(guān)歷史化驗(yàn)數(shù)據(jù)。SIS數(shù)據(jù)按時(shí)間段獲取，一般采集改造前后1年的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采集頻率為1組數(shù)據(jù)/min。改造前后1年的入爐煤工業(yè)分析及發(fā)熱量分析、飛灰及爐渣含碳量分析數(shù)據(jù)將采用電廠提供的化驗(yàn)數(shù)據(jù)。

本評估選取的SIS數(shù)據(jù)前后具有對比性，即這些參數(shù)應(yīng)在機(jī)組負(fù)荷、入爐煤質(zhì)、運(yùn)行工況基本相同的前提下才具有評估價(jià)值；同時(shí)，處理數(shù)據(jù)時(shí)保證了同工況下運(yùn)行時(shí)間的連續(xù)性，每個(gè)對比工況下的運(yùn)行數(shù)據(jù)持續(xù)1 h以上。工況及參數(shù)穩(wěn)定是計(jì)算參數(shù)變化對能耗影響的基礎(chǔ)，因此本文選取的數(shù)據(jù)既保證了工況的連續(xù)性，又保證了工況的穩(wěn)定性。

本文對所取機(jī)組SIS運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行工況類比，得出控制系統(tǒng)改造前后幾種近似對比工況：改造前與改造后入爐煤發(fā)熱量為18.00MJ時(shí)540MW負(fù)荷下運(yùn)行工況；改造前與改造后入爐煤發(fā)熱量為19.25MJ時(shí)470，600MW負(fù)荷下運(yùn)行工況。

4 評估結(jié)果及分析

從＃1機(jī)組大修后的SIS運(yùn)行數(shù)據(jù)中共獲取3組對比工況，各組工況及能耗對比情況如下。

情況 2 v4不染1,那么它只能染2,則可用上述的方法將窮點(diǎn)v3,v7由顏色3改染為顏色1, 并用3來染v。

4.1 對比工況1

對比工況1的入爐煤發(fā)熱量為19.25MJ，改造前機(jī)組平均負(fù)荷為470.45MW，改造后平均負(fù)荷為470.62MW，負(fù)荷基本相同。改造前、后的環(huán)境溫度分別為21.58，25.66℃，環(huán)境溫度相差不大。改造前、后的主要運(yùn)行參數(shù)及能耗對比情況見表1。

改造后機(jī)組發(fā)電煤耗較改造前降低約2.225 1 g/（kW·h），廠用電率上升0.38百分點(diǎn)，綜合計(jì)算改造后供電煤耗下降了1.196 g/（kW·h）。

4.2 對比工況2

對比工況2的入爐煤發(fā)熱量為18.00MJ，改造前機(jī)組平均負(fù)荷為542.42MW，改造后平均負(fù)荷為542.79MW，負(fù)荷基本相同。改造前、后的環(huán)境溫度分別為19.24，19.11℃，環(huán)境溫度基本一致。對比工況2改造前、后主要運(yùn)行參數(shù)及能耗見表2。

改造后機(jī)組發(fā)電煤耗較改造前降低約2.539 4 g/（kW·h），廠用電率上升0.06百分點(diǎn)，綜合計(jì)算投后供電煤耗下降2.464 g/（kW·h）。

4.3 對比工況3

對比工況3的入爐煤發(fā)熱量為19.25MJ，改造前機(jī)組平均負(fù)荷為599.91MW，改造后平均負(fù)荷為600.23 MW，負(fù)荷基本一致。環(huán)境溫度分別為22.46，18.74℃，兩者相差不大。對比工況3改造前、后主要運(yùn)行參數(shù)及能耗見表3。

改造后機(jī)組發(fā)電煤耗較改造前降低約3.451 1 g/（kW·h），廠用電率上升0.23百分點(diǎn)，綜合計(jì)算改造供電煤耗下降了2.912 g/（kW·h）。

4.4 對比工況匯總

分析SIS歷史數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)：在本文對比工況范圍內(nèi)，控制系統(tǒng)改造前后主蒸汽溫度、運(yùn)行氧量、排煙溫度、飛灰含碳量均有較大的變化，這些參數(shù)的變化導(dǎo)致機(jī)組發(fā)電煤耗降低。

本文對比工況下主蒸汽溫度、運(yùn)行氧量、排煙溫度均采用SIS數(shù)據(jù)，其中主蒸汽溫度變化導(dǎo)致發(fā)電煤耗降低0.29～0.37 g/（kW·h），運(yùn)行氧量變化導(dǎo)致發(fā)電煤耗降低0.81～1.03 g/（kW·h），排煙溫度變化導(dǎo)致發(fā)電煤耗降低0.82～1.93 g/（kW·h）；飛灰含碳量采用電廠飛灰化驗(yàn)?zāi)杲y(tǒng)計(jì)表中的數(shù)據(jù)，從結(jié)果來看，除對比工況3中飛灰含碳量變化較大引起供電發(fā)電煤耗降低0.8825 g/（kW·h）外，其余對比工況降低均為0.1～0.2 g/（kW·h）。

表1 對比工況1改造前、后主要運(yùn)行參數(shù)及能耗

表2 對比工況2改造前、后主要運(yùn)行參數(shù)及能耗

表3 對比工況3改造前、后主要運(yùn)行參數(shù)及能耗

分析發(fā)現(xiàn)，優(yōu)化系統(tǒng)投運(yùn)后供電煤耗降低的主要原因之一是鍋爐運(yùn)行氧量較低。低氧量運(yùn)行能夠減小鍋爐排煙熱損失、提高鍋爐熱效率，但爐膛氧量過低容易使?fàn)t膛還原性氣氛增強(qiáng)，降低燃料的灰熔點(diǎn)，增大爐膛結(jié)焦的可能性。

5 結(jié)論

（1）SIS數(shù)據(jù)分析及能耗計(jì)算對比表明：在本文對比工況內(nèi)，機(jī)組主要運(yùn)行參數(shù)變化導(dǎo)致機(jī)組供電煤耗較改造前降低1.196～2.912 g/（kW·h）。

（2）本文對比工況內(nèi)，優(yōu)化控制系統(tǒng)投運(yùn)前后SIS數(shù)據(jù)對比表明：主蒸汽溫度、鍋爐氧量、排煙溫度變化較大，再熱器減溫水流量也有一定幅度變化，這些是導(dǎo)致機(jī)組供電煤耗降低的主要因素。

（3）基于不同負(fù)荷、不同煤質(zhì)計(jì)算分析控制系統(tǒng)改造對機(jī)組經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的細(xì)化影響，全面分析了機(jī)組運(yùn)行參數(shù)變化對經(jīng)濟(jì)性的影響程度，有利于電廠綜合了解機(jī)組經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀況、深化機(jī)組節(jié)能管理。

［1］李青，公維平.火力發(fā)電廠節(jié)能和指標(biāo)管理技術(shù)［M］.北京：中國電力出版社，2006.

［2］王志斌.運(yùn)用耗差分析法實(shí)現(xiàn)機(jī)組優(yōu)化管理［C］//安徽省電機(jī)工程學(xué)會(huì).安徽省電機(jī)工程學(xué)會(huì)熱動(dòng)專委會(huì)第十屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文集.

［3］王俊有.火電廠生產(chǎn)過程的優(yōu)化管理模型及控制策略［D］.保定：華北電力大學(xué)，2007.

（本文責(zé)編：劉芳）

TK 229.2；TM 762

B

1674-1951（2016）11-0045-03

高瑞斌（1974—），男，江蘇鎮(zhèn)江人，工程師，從事火電機(jī)組發(fā)電技術(shù)管理工作（E-mail：349655897＠qq.com）。

2016-10-26；

2016-11-02