基于SIS數(shù)據(jù)的變煤種運(yùn)行指導(dǎo)軟件在漕涇電廠的研究與應(yīng)用

蔣歡春，馬建華，李曉云

（1. 上海明華電力技術(shù)工程有限公司，上海，200090；2. 上海上電漕涇發(fā)電有限公司，上海，201507）

基于SIS數(shù)據(jù)的變煤種運(yùn)行指導(dǎo)軟件在漕涇電廠的研究與應(yīng)用

蔣歡春1，馬建華2，李曉云2

（1. 上海明華電力技術(shù)工程有限公司，上海，200090；2. 上海上電漕涇發(fā)電有限公司，上海，201507）

本文介紹了基于SIS數(shù)據(jù)的變煤種運(yùn)行指導(dǎo)軟件在燃煤電廠1000 MW機(jī)組中的研究與應(yīng)用情況。通過(guò)對(duì)1000 MW超超臨界機(jī)組煤質(zhì)評(píng)價(jià)系統(tǒng)和相關(guān)超超臨界機(jī)組的性能計(jì)算及預(yù)測(cè)模型的研究，建立了適應(yīng)煤種、負(fù)荷、運(yùn)行方式等變化的1000 MW超超臨界機(jī)組穩(wěn)態(tài)熱力計(jì)算模型，并在此基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)了變煤種運(yùn)行指導(dǎo)專家系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過(guò)對(duì)運(yùn)行變量進(jìn)行實(shí)時(shí)、定量的分析，計(jì)算得到機(jī)組運(yùn)行在最佳狀態(tài)（煤耗最低）情況下的相關(guān)參數(shù)，指導(dǎo)運(yùn)行人員進(jìn)行調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)火電廠節(jié)能減排。

SIS數(shù)據(jù)；變煤種；熱力校核計(jì)算；運(yùn)行指導(dǎo)；超超臨界機(jī)組；節(jié)能減排

引言

上電漕涇發(fā)電有限公司為了落實(shí)集團(tuán)公司工作部署，拓展并穩(wěn)定發(fā)電企業(yè)的燃料供應(yīng)，在電廠現(xiàn)有設(shè)備狀況和運(yùn)行條件以及摻配煤相關(guān)性能試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選擇性地開(kāi)展實(shí)施摻燒煤運(yùn)行的工作，并且取得了可觀的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。然而另一方面，采取了此項(xiàng)工作后，由于電廠鍋爐實(shí)際燃用煤種與設(shè)計(jì)煤種往往存在很大不同，如不按當(dāng)前工況下的煤質(zhì)特性及時(shí)調(diào)整運(yùn)行手段，將會(huì)直接影響機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，嚴(yán)重的甚至影響機(jī)組運(yùn)行的安全性。

因此，如何通過(guò)電廠日常的煤質(zhì)化學(xué)分析數(shù)據(jù)以及SIS系統(tǒng)中的煤量數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)時(shí)計(jì)算入爐煤的相關(guān)煤質(zhì)信息，采用變化機(jī)組運(yùn)行方式的方法，同時(shí)結(jié)合1000 MW機(jī)組參數(shù)熱力校核計(jì)算模型，得到各組方式下供電煤耗最低的那一組運(yùn)行參數(shù)，并將結(jié)果進(jìn)行輸出和展示，便是基于電廠SIS數(shù)據(jù)的變煤種運(yùn)行指導(dǎo)軟件所要解決的相關(guān)重點(diǎn)［1-2］。

1 數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)分析

系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)由SQL Server關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)、Oracle關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)、eDNA實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)所組成。其中SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)為系統(tǒng)自帶的主數(shù)據(jù)庫(kù)，主要保存系統(tǒng)的相關(guān)配置以及保存實(shí)時(shí)計(jì)算和離線計(jì)算結(jié)果；Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)為電廠MIS的專用數(shù)據(jù)庫(kù)，系統(tǒng)主要通過(guò)該數(shù)據(jù)庫(kù)采集并處理入爐煤、入廠煤等相關(guān)信息，同時(shí)結(jié)合SIS實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)得出當(dāng)前機(jī)組運(yùn)行的混煤的各類成分；eDNA數(shù)據(jù)庫(kù)為電廠SIS系統(tǒng)的主數(shù)據(jù)庫(kù)，本系統(tǒng)通過(guò)數(shù)據(jù)接口采集當(dāng)前機(jī)組運(yùn)行的各類數(shù)據(jù)（如氧量、燃燒器擺角、分離器出口焓值等），然后進(jìn)行計(jì)算分析。

1.1SQL Server關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)

SQL Server關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)主要含有原始測(cè)點(diǎn)配置表、機(jī)組設(shè)計(jì)參數(shù)配置表、擬合參數(shù)（函數(shù)）關(guān)系表、運(yùn)行方式分水平表、耗差系數(shù)表、實(shí)時(shí)尋優(yōu)計(jì)算結(jié)果保存表（分磨煤機(jī)運(yùn)行方式變化和磨煤機(jī)運(yùn)行方式不變2種）、系統(tǒng)用戶權(quán)限管理信息表等。后臺(tái)計(jì)算程序通過(guò)讀取SQL Server中的相關(guān)配置信息實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的讀取和處理，并將計(jì)算結(jié)果保存，前臺(tái)WEB頁(yè)面則對(duì)SQL Server中的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行展示。

1.2Oracle關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)

軟件通過(guò)與Oracle關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)采集接口程序的開(kāi)發(fā)，讀取MIS中電廠日常管理所記錄的入爐煤、入廠煤、累計(jì)電量、累計(jì)供熱量等相關(guān)信息，為計(jì)算變煤種情況下機(jī)組當(dāng)前煤質(zhì)特性提供重要參考依據(jù)。

1.3eDNA實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)為電廠SIS系統(tǒng)所自帶，系統(tǒng)后臺(tái)計(jì)算程序通過(guò)數(shù)據(jù)采集接口程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)電廠運(yùn)行數(shù)據(jù)的管理，當(dāng)前的采集頻率為2分鐘/次，程序取2分鐘內(nèi)數(shù)據(jù)的平均值進(jìn)行計(jì)算分析。

2 軟件開(kāi)發(fā)內(nèi)容

變煤種運(yùn)行指導(dǎo)軟件的主要理論基礎(chǔ)是：鍋爐變工況熱力校核計(jì)算。

在軟件功能設(shè)計(jì)中，采取主要依據(jù)或原則有：參考超臨界機(jī)組典型爐型的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和運(yùn)行數(shù)據(jù)，采用數(shù)值模擬結(jié)合傳統(tǒng)計(jì)算的方法［3］，開(kāi)發(fā)鍋爐變工況熱力校核計(jì)算模型，實(shí)現(xiàn)邊界條件或可調(diào)參數(shù)變化下的鍋爐熱力計(jì)算，形成一套典型熱力校核計(jì)算調(diào)試程序。

2.1技術(shù)開(kāi)發(fā)路線

1）鍋爐結(jié)構(gòu)計(jì)算是整個(gè)熱力校核計(jì)算的基礎(chǔ)。根據(jù)鍋爐的結(jié)構(gòu)圖紙，查取鍋爐各受熱面的結(jié)構(gòu)參數(shù)，如管徑、管厚、橫向排數(shù)、縱向排數(shù)、單片受熱面連接管子數(shù)、橫向節(jié)距、縱向節(jié)距等，并完成結(jié)構(gòu)計(jì)算數(shù)據(jù)表。

2）設(shè)計(jì)校核計(jì)算流程圖。

3）對(duì)煤質(zhì)進(jìn)行元素分析數(shù)據(jù)校核和判別，計(jì)算該煤種的理論空氣量、水蒸氣容積、三原子氣體容積。分析鍋爐主要受熱段的漏風(fēng)情況，根據(jù)理論燃燒產(chǎn)物的計(jì)算結(jié)果校核各受熱段的理論煙氣容積和實(shí)際煙氣容積，建立煙氣特性表，并根據(jù)單種氣體溫度焓值對(duì)應(yīng)關(guān)系建立各受熱段的煙氣焓溫表。

4）鍋爐變化運(yùn)行方式作為熱力校核計(jì)算的輸入條件，同時(shí)根據(jù)爐內(nèi)紊流燃燒的特點(diǎn)，結(jié)合煤粉顆粒的燃燼模型計(jì)算爐內(nèi)換熱，求出爐膛出口溫度，再用迭代計(jì)算法計(jì)算各受熱面的出口煙溫和出口工質(zhì)溫度，誤差小于設(shè)定值迭代結(jié)束，按照煙氣流動(dòng)方向計(jì)算。

5）比較煤低位發(fā)熱量與鍋爐各受熱面吸熱量之和的誤差，相對(duì)誤差不超過(guò)0.5 %，全過(guò)程計(jì)算結(jié)束。

2.2計(jì)算流程

計(jì)算流程如圖1所示。

圖1　計(jì)算流程圖

3 軟件主要功能

軟件要實(shí)現(xiàn)兩大功能：在線與離線尋優(yōu)功能。

3.1在線尋優(yōu)功能

在線尋優(yōu)功能的實(shí)現(xiàn)思路如下：

（1） 在線尋優(yōu)過(guò)程計(jì)算的由定時(shí)器觸發(fā)，每2分鐘觸發(fā)1次，觸發(fā)后根據(jù)機(jī)組當(dāng)前功率與鍋爐主要受熱面工質(zhì)壓力及溫度之間的擬合關(guān)系來(lái)計(jì)算得到結(jié)果［4］；

（2） 確定完煤質(zhì)分析數(shù)據(jù)、鍋爐結(jié)構(gòu)參數(shù)、磨煤機(jī)出入口參數(shù)及鍋爐受熱面進(jìn)出口工質(zhì)參數(shù)后利用熱力參數(shù)校核計(jì)算方法進(jìn)行迭代計(jì)算，預(yù)測(cè)機(jī)組運(yùn)行的相關(guān)參數(shù)；

（3） 通過(guò)改變機(jī)組運(yùn)行方式所對(duì)應(yīng)的各個(gè)因素的不同水平特征值來(lái)求得不同操作水平下的預(yù)測(cè)參數(shù)，并計(jì)算在該預(yù)測(cè)參數(shù)下的各項(xiàng)耗差值，取總耗差最小的一組運(yùn)行方式的水平值及預(yù)測(cè)值進(jìn)行保存，并提供給運(yùn)行人員進(jìn)行參考［5］。

3.2離線尋優(yōu)功能

離線尋優(yōu)過(guò)程與在線尋優(yōu)過(guò)程的整體設(shè)計(jì)思路基本相同，主要不同之處在于：

（1） 在線尋優(yōu)過(guò)程中的發(fā)電機(jī)功率、各臺(tái)磨煤機(jī)的煤量和入爐煤的低位發(fā)熱量等參數(shù)都通過(guò)數(shù)據(jù)接口來(lái)自電廠SIS數(shù)據(jù)庫(kù)，而離線參數(shù)通過(guò)系統(tǒng)的WEB頁(yè)面由用戶輸入，輸入完成后調(diào)用后臺(tái)計(jì)算程序；

（2） 在線尋優(yōu)結(jié)果寫(xiě)入SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)后在WEB展示，而離線尋優(yōu)則將尋優(yōu)結(jié)果直接返回至WEB頁(yè)面，用戶確認(rèn)后保存；

（3） 在線尋優(yōu)受實(shí)時(shí)計(jì)算頻率的限制，因素水平的組合數(shù)必須控制在一定的范圍內(nèi)，而離線尋優(yōu)則沒(méi)有這一限制，用戶可以根據(jù)需求增加或者減少尋優(yōu)因素水平的組合數(shù)，當(dāng)尋優(yōu)過(guò)程的因素水平組合數(shù)增加時(shí)，計(jì)算時(shí)間也隨之增加但尋優(yōu)的計(jì)算精度更高，計(jì)算結(jié)果也更接近最經(jīng)濟(jì)工況。

4 總結(jié)

通過(guò)實(shí)時(shí)分析入爐煤并通過(guò)熱力參數(shù)預(yù)測(cè)進(jìn)行尋優(yōu)［6］，建立了一套完整的基于SIS數(shù)據(jù)的變煤種運(yùn)行指導(dǎo)軟件，有助于在鍋爐某些運(yùn)行方式發(fā)生變化后及時(shí)預(yù)見(jiàn)主要參數(shù)的變化大小和趨勢(shì)，同時(shí)對(duì)熱工調(diào)試人員修改控制參數(shù)的靜態(tài)定值也有很好的輔助指導(dǎo)作用。

［1］馮俊凱，沈幼庭. 鍋爐原理及計(jì)算［M］. 科學(xué)技術(shù)出版社，1995

［2］［作者不詳］. 鍋爐機(jī)組熱力計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)方法［M］. 機(jī)械工業(yè)出版社，1975.

［3］董凡，洪梅，秦裕琨. 大型煤粉鍋爐爐膛傳熱工程化三維數(shù)值計(jì)算方法及其應(yīng)用［J］. 動(dòng)力工程， 2000， 20（2）: 606-610.

［4］方麗，張海，蘭吉勇，等. 火電機(jī)組運(yùn)行指導(dǎo)專家系統(tǒng)的工程應(yīng)用［M］.清華大學(xué)，2013.

［5］李振全，尹艷山等. 我國(guó)電站鍋爐熱力計(jì)算方法應(yīng)用的現(xiàn)狀［J］. 鍋爐技術(shù)，2006，37（3）: 41-44.

［6］黃新等.火電機(jī)組節(jié)能對(duì)標(biāo)優(yōu)化系統(tǒng)［C］. 電力行業(yè)信息化優(yōu)秀成果集，2013， 11

蔣歡春（1983-），男，上海奉賢人，碩士研究生，工程師，主要從事電廠SIS實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)高級(jí)軟件應(yīng)用功能開(kāi)發(fā)。

Research and Application of Variable Coal Operation Guidance Software based on SIS data in Caojing Power Plant

Huanchun Jiang1， Jianhua Ma2， Xiaoyun Li2（1. Shanghai MingHua Power Technology Engineering Co.， Ltd.， Shanghai， 200090， China；2. Shanghai ShangDian CaoJing Power Generation Co.， Ltd.， Shanghai， 201507， China）

This paper introduces the investigation and application of SIS data based variable coal operation guidance software in coal-fired power plant of 1000 MW unit. Through the performance of 1000MW ultra supercritical unit coal quality evaluation system and ultra super critical unit calculation and prediction model of research， to coal， load， operation mode of 1000MW ultra supercritical unit state heat calculation model， and based on the development of the coal operation guiding expert system is established. Through the system real-time and quantitative analysis of the operational variables， calculate the best condition（the relevant parameters of minimum coal） of the running unit. This system is a guidance for the operating personnel for adjustment aiming to achieve thermal power plant of the "energy-saving emission reduction". Key words： SIS Data； Variable Coal Species； Thermal Checking Calculation； Operation Guidance； Ultra Supercritical Unit； Energy Saving and Emission Reduction

TM712

A

2095-8412 （2016） 04-802-03

工業(yè)技術(shù)創(chuàng)新 URL： http://www.china-iti.com 10.14103/j.issn.2095-8412.2016.04.060