1 050 MW超超臨界機(jī)組循環(huán)水泵運(yùn)行方式及節(jié)能效益分析

夏金玲，宋吉虎，吳魯東

(華電萊州發(fā)電有限公司，山東 萊州 261441)

1 050 MW超超臨界機(jī)組循環(huán)水泵運(yùn)行方式及節(jié)能效益分析

夏金玲，宋吉虎，吳魯東

(華電萊州發(fā)電有限公司，山東 萊州 261441)

以循環(huán)水泵運(yùn)行方式為研究對(duì)象，應(yīng)用數(shù)據(jù)分析軟件SPSS建立機(jī)組供電煤耗變化量和收益變化量的數(shù)學(xué)模型，分析第3臺(tái)循環(huán)水泵啟動(dòng)前后機(jī)組供電煤耗變化并尋找機(jī)組收益變化的臨界點(diǎn)，以確定循環(huán)水泵最佳運(yùn)行方式，用于指導(dǎo)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)。

循環(huán)水系統(tǒng)；SPSS軟件；供電煤耗；收益

0 引言

優(yōu)化循環(huán)水系統(tǒng)的運(yùn)行方式，一直是發(fā)電廠節(jié)能研究的重點(diǎn)。隨著環(huán)境溫度和機(jī)組負(fù)荷的升高，機(jī)組的真空度降低，導(dǎo)致機(jī)組熱耗升高、效益降低，此時(shí)增開循環(huán)水泵能夠提高機(jī)組真空度，但循環(huán)水泵電耗增加，勢(shì)必降低機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性。本文采用數(shù)據(jù)分析軟件SPSS，以機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性為立足點(diǎn)，對(duì)機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析挖掘，分別按機(jī)組能耗最低和收益最大建立不同邊際條件下的能耗模型和收益模型，尋找循環(huán)水泵的最佳運(yùn)行方式。

1 設(shè)備概況

華電萊州發(fā)電有限公司一期2×1 050 MW機(jī)組汽輪機(jī)組由東方汽輪機(jī)廠制造，為超超臨界、一次中間再熱、單軸四缸四排汽、凝汽式汽輪機(jī)，凝汽器為雙殼體、雙背壓、單流程。循環(huán)水系統(tǒng)采用以海水為水源的直流冷卻水系統(tǒng)，采用單元制，配置3臺(tái)循環(huán)水泵。

2 數(shù)學(xué)模型的建立

機(jī)組配備了3臺(tái)循環(huán)水泵，2臺(tái)機(jī)組間無循環(huán)水聯(lián)絡(luò)管道。正常運(yùn)行中2臺(tái)循環(huán)水泵運(yùn)行，1臺(tái)備用，本文以第3臺(tái)循環(huán)水泵啟停為臨界條件，分析第3臺(tái)循環(huán)水泵啟停前后的供電煤耗和收益變化[1]。

2.1 供電煤耗變化公式

建立供電煤耗變化公式

式中：下標(biāo)1的參數(shù)為2臺(tái)循環(huán)水泵運(yùn)行時(shí)機(jī)組參數(shù)，下標(biāo)2的參數(shù)為第3臺(tái)循環(huán)水泵啟動(dòng)后的機(jī)組參數(shù)(下同)；b為供電煤耗；Δb為供電煤耗變化量；B為發(fā)電用標(biāo)煤量；ΔB為發(fā)電用標(biāo)煤變化量；W為供電量；ΔW為供電變化量。

2.2 收益變化公式

假定發(fā)電量W0不變，各收益指標(biāo)計(jì)算公式如下

R1=G1Pg-W0B1Pc，

R2=G2Pg-W0B2Pc=

式中：R為收益；ΔR為收益變化量；W0為發(fā)電量；G為上網(wǎng)電量；ΔG為上網(wǎng)電量變化量；Pg為上網(wǎng)電價(jià)；Pc為標(biāo)煤?jiǎn)蝺r(jià)。

經(jīng)推導(dǎo)簡(jiǎn)化后為ΔR=W0ΔBPc-ΔGPg。ΔR為負(fù)值表示3臺(tái)循環(huán)水泵運(yùn)行時(shí)的收益低于2臺(tái)循環(huán)水泵運(yùn)行時(shí)的收益。

2.3 建立背壓的數(shù)學(xué)模型[2]

Δb以及ΔR公式中，供電煤耗和收益是因變量，供電變化量以及燃煤變化量是自變量，在發(fā)電量一定的前提下，循環(huán)水泵運(yùn)行方式改變時(shí)，凝汽器背壓變化直接影響煤耗，以下將重點(diǎn)針對(duì)供電變化量、背壓變化量進(jìn)行分析，測(cè)算機(jī)組的凈收益或機(jī)組供電煤耗。

2.3.1 不同循環(huán)水泵運(yùn)行方式的耗電量

3臺(tái)循環(huán)水泵運(yùn)行期間耗電156 279 kW·h，2臺(tái)循環(huán)水泵運(yùn)行期間耗電97 289 kW·h，差值為58 990 kW·h。循環(huán)水泵耗電量的增加量，即為供電量的減少量。

2.3.2 機(jī)組背壓數(shù)學(xué)模型建立

抽取2015年4—6月機(jī)組第3臺(tái)循環(huán)水泵啟動(dòng)前后的54組數(shù)據(jù)，得到不同循環(huán)水溫度、不同機(jī)組負(fù)荷下的機(jī)組背壓數(shù)據(jù)。

2.3.2.1 建立2臺(tái)循環(huán)水泵運(yùn)行方式下背壓的數(shù)學(xué)模型

在2臺(tái)循環(huán)水泵運(yùn)行方式下，利用SPSS的相關(guān)性分析工具，分析機(jī)組平均負(fù)荷、循環(huán)水溫度、背壓之間的相關(guān)性，見表1。

表1 相關(guān)性分析數(shù)據(jù)

分析表1中的數(shù)據(jù)可以得出如下結(jié)論：背壓與機(jī)組平均負(fù)荷、循環(huán)水溫度的相關(guān)系數(shù)為0.289，0.836，正相關(guān)性。

利用SPSS分析工具中的回歸分析，建立2臺(tái)循環(huán)水泵運(yùn)行方式下背壓與機(jī)組負(fù)荷、循環(huán)水溫度的數(shù)學(xué)模型。根據(jù)選擇變量的種類不同，建立2種模型加以比較，選擇最優(yōu)模型。各模型統(tǒng)計(jì)校驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 各模型統(tǒng)計(jì)校驗(yàn)結(jié)果

注：模型a預(yù)測(cè)變量為循環(huán)水溫度；模型b預(yù)測(cè)變量為機(jī)組平均負(fù)荷、循環(huán)水溫度。

由表2可知，模型b的R、R方以及調(diào)整R方明顯優(yōu)于模型a，因此選用模型b建立數(shù)學(xué)模型。

為得到該模型的顯著性水平，利用SPSS軟件對(duì)模型b進(jìn)行方差分析，結(jié)果見表3。

表3 b模型方差分析

該模型的顯著性P值(即Sig.)為0，遠(yuǎn)低于顯著水平0.05，因此判斷該模型整體非常顯著。模型b的線性回歸系數(shù)及統(tǒng)計(jì)量見表4。

表4 b模型線性回歸系數(shù)及統(tǒng)計(jì)量

由表4可見，回歸方程各參數(shù)的系數(shù)非常顯著。2臺(tái)循環(huán)水泵運(yùn)行時(shí)機(jī)組背壓值的多元線性回歸方程

p=-6.316+0.337t+0.006P，

式中：p為機(jī)組背壓；t為循環(huán)水溫度；P為機(jī)組負(fù)荷。

應(yīng)用該數(shù)學(xué)模型得到2臺(tái)循環(huán)水泵運(yùn)行時(shí)背壓值的最小標(biāo)準(zhǔn)殘差為-2.069%，最大標(biāo)準(zhǔn)殘差為2.804%，標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.981%，見表5。

表5 殘差統(tǒng)計(jì)量

2.3.2.2 建立3臺(tái)循環(huán)水泵運(yùn)行方式下背壓的數(shù)學(xué)模型

建立第3臺(tái)循環(huán)水泵啟動(dòng)前后背壓變化值數(shù)學(xué)模型，模型的線性回歸系數(shù)及統(tǒng)計(jì)量見表6。

表6 線性回歸系數(shù)及統(tǒng)計(jì)量

由表6可以看出，回歸方程各參數(shù)的系數(shù)非常顯著。 根據(jù)表6中的系數(shù)，可以得到第3臺(tái)循環(huán)水泵啟動(dòng)后機(jī)組背壓變化值的多元線性回歸方程

Δp=-1.257+0.001P+0.038t。

2.3.3 煤耗的數(shù)學(xué)模型建立

根據(jù)廠家提供的機(jī)組背壓變化影響機(jī)組熱耗曲線(如圖1所示)，應(yīng)用SPSS數(shù)據(jù)回歸分析建立背壓影響熱耗變化率數(shù)學(xué)模型，模型匯總和參數(shù)估計(jì)值見表7，根據(jù)表7可以得到熱耗變化率的多元線性回歸方程式中：η為熱耗變化率。

圖1 機(jī)組背壓變化對(duì)機(jī)組熱耗的影響曲線

自變量為背壓，因變量為熱耗變化率。對(duì)熱耗變化率進(jìn)行求導(dǎo)，得到：dη/dp=-0.188+0.104p，由于設(shè)計(jì)發(fā)電煤耗為268 g/(kW·h)，根據(jù)熱耗與煤耗的線性關(guān)系，背壓每變化1 kPa，Δb=2.68×(-0.188+0.104p)。

3 模型的應(yīng)用

3.1 第3臺(tái)循環(huán)啟動(dòng)后供電煤耗變化情況

按照不同負(fù)荷、不同循環(huán)水進(jìn)水溫度啟動(dòng)第3臺(tái)循環(huán)水泵，供電煤耗變化情況見表8。

如表8所示，在一定的機(jī)組負(fù)荷、循環(huán)水溫度下，啟動(dòng)第3臺(tái)循環(huán)水泵時(shí)，Δb為正值表示供電煤耗升高，負(fù)值表示供電煤耗降低。Δb由正值變?yōu)樨?fù)值的工況，為供電煤耗變化的臨界點(diǎn)，在臨界點(diǎn)啟動(dòng)第3臺(tái)循環(huán)水泵，能實(shí)現(xiàn)機(jī)組供電煤耗最優(yōu)。

3.2 第3臺(tái)循環(huán)水泵啟動(dòng)后收益變化情況

按照不同負(fù)荷、不同循環(huán)水進(jìn)水溫度啟動(dòng)第3臺(tái)循環(huán)水泵，在上網(wǎng)電價(jià)恒定的情況下，抽取標(biāo)煤?jiǎn)蝺r(jià)最低值和最高值，分別分析機(jī)組收益的變化情況。抽取標(biāo)煤?jiǎn)蝺r(jià)最低值568元/t，收益分析結(jié)果見表9。抽取標(biāo)煤?jiǎn)蝺r(jià)最高值850元/t，收益分析結(jié)果見表10。

表7 煤耗數(shù)學(xué)模型匯總和參數(shù)估計(jì)值

表8 第3臺(tái)循環(huán)水泵啟動(dòng)后供電煤耗變化情況 g/(kW·h)

表9 標(biāo)煤?jiǎn)蝺r(jià)最低時(shí)的收益分析 萬元

表10 標(biāo)煤?jiǎn)蝺r(jià)最高時(shí)的收益分析 萬元

表9、表10中：ΔR為正值，表示啟動(dòng)第3臺(tái)循環(huán)水泵的收益高于2臺(tái)循環(huán)水泵運(yùn)行的收益；ΔR為負(fù)值，表示啟動(dòng)第3臺(tái)循環(huán)水泵低于2臺(tái)循環(huán)水泵運(yùn)行的收益。因此，ΔR由負(fù)值變?yōu)檎档墓r為收益變化的臨界點(diǎn)，即為第3臺(tái)循環(huán)水泵啟動(dòng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行點(diǎn)。按照經(jīng)濟(jì)運(yùn)行點(diǎn)進(jìn)行第3臺(tái)循環(huán)水泵的啟停，能實(shí)現(xiàn)機(jī)組收益的最大化。

4 結(jié)論

以供電煤耗為研究方向，受機(jī)組負(fù)荷和環(huán)境溫度的影響，第3臺(tái)循環(huán)水泵啟動(dòng)的臨界點(diǎn)相對(duì)穩(wěn)定。以機(jī)組收益為研究方向，受機(jī)組負(fù)荷、環(huán)境溫度以及標(biāo)煤?jiǎn)蝺r(jià)的影響，機(jī)組整體收益變化的臨界點(diǎn)因標(biāo)煤?jiǎn)蝺r(jià)的變化而出現(xiàn)較大的波動(dòng)。實(shí)際運(yùn)行中，可以根據(jù)供電煤耗最優(yōu)或機(jī)組整體收益最優(yōu)來選擇循環(huán)水泵的最佳運(yùn)行方式。

[1]樓可煒.600 MW機(jī)組循環(huán)水泵最佳運(yùn)行方式的確定方法[J].浙江電力，2011(9)：47-50.

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

(本文責(zé)編：劉芳)

2015-11-20；

2017-01-17

TM 621

B

1674-1951(2017)02-0041-04

夏金玲(1975—)，女，山東濟(jì)南人，工程師，從事電廠統(tǒng)計(jì)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(jí)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)。

吳魯東(1978—)，男，山東煙臺(tái)人，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:945280832@qq.com)。