供熱機(jī)組在線監(jiān)測(cè)方法的研究及應(yīng)用

馬朋波，賈鵬，王鳳仙，張釗，王波，劉福生，解明明

(1.西安西熱電站信息技術(shù)有限公司，西安 710054； 2.西安西熱電站化學(xué)科技有限公司，西安 710054)

供熱機(jī)組在線監(jiān)測(cè)方法的研究及應(yīng)用

馬朋波1，賈鵬1，王鳳仙2，張釗1，王波1，劉福生1，解明明1

(1.西安西熱電站信息技術(shù)有限公司，西安 710054； 2.西安西熱電站化學(xué)科技有限公司，西安 710054)

介紹了火電供熱機(jī)組的系統(tǒng)構(gòu)成，供熱機(jī)組煤耗在線計(jì)算及供熱機(jī)組監(jiān)測(cè)的方法，分析了火電廠供熱機(jī)組抽汽、換熱站、水網(wǎng)系統(tǒng)及供熱指標(biāo)在線監(jiān)測(cè)計(jì)算方法。對(duì)某電廠工業(yè)熱負(fù)荷超臨界機(jī)組供電煤耗在線計(jì)算的準(zhǔn)確性進(jìn)行驗(yàn)證，并結(jié)合某發(fā)電集團(tuán)對(duì)供熱機(jī)組的在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行討論，認(rèn)為供熱機(jī)組在線監(jiān)測(cè)能夠滿(mǎn)足機(jī)組發(fā)電調(diào)度、經(jīng)濟(jì)性分析以及供熱系統(tǒng)監(jiān)測(cè)要求。

供熱機(jī)組；煤耗計(jì)算；發(fā)電調(diào)度；供熱系統(tǒng)；換熱站；在線監(jiān)測(cè)

圖1 典型調(diào)節(jié)抽汽式機(jī)組機(jī)組汽水流程

0 引言

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為火電廠安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的監(jiān)測(cè)及預(yù)測(cè)提供了一種新的技術(shù)方法[1]，可利用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析工具分析機(jī)組性能指標(biāo)、污染物排放指標(biāo)等。大機(jī)組供熱對(duì)節(jié)約能源、減小污染物對(duì)環(huán)境的影響具有重要意義，目前國(guó)內(nèi)已實(shí)現(xiàn)600 MW以上等級(jí)超臨界純凝機(jī)組改造為調(diào)節(jié)抽汽式機(jī)組[2]，大機(jī)組改供熱成為一種新的趨勢(shì)。

本文研究一種分析方法，實(shí)現(xiàn)供熱機(jī)組與非供熱機(jī)組煤耗對(duì)比，為機(jī)組節(jié)能發(fā)電調(diào)度提供依據(jù)，如某機(jī)組供熱期供電煤耗為295 g/(kW·h)，非供熱季在320 g/(kW·h) 左右，機(jī)組煤耗偏差較大。另外，供熱機(jī)組在線監(jiān)測(cè)對(duì)于火電機(jī)組安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有重要意義。

1 供熱機(jī)組系統(tǒng)構(gòu)成

火電機(jī)組供熱抽汽位置有所不同，設(shè)計(jì)時(shí)按多臺(tái)機(jī)組聯(lián)合抽汽供熱設(shè)計(jì)，根據(jù)機(jī)組運(yùn)行工況進(jìn)行抽汽量分配，機(jī)組供汽采用機(jī)組聯(lián)合母管方式。

機(jī)組供熱系統(tǒng)由抽汽、換熱器、供汽、循環(huán)水、疏水、補(bǔ)水等系統(tǒng)構(gòu)成。機(jī)組抽汽進(jìn)入換熱器(殼側(cè))加熱一次熱網(wǎng)循環(huán)水，抽汽疏水至凝汽器等；供汽經(jīng)減溫、減壓后去工業(yè)用氣母管。典型調(diào)節(jié)抽汽式機(jī)組構(gòu)成如圖1所示，圖中：p為壓力；qm為質(zhì)量流量；#1-3表示#1機(jī)組三段抽汽，其他類(lèi)似；t為溫度；Q為熱量。表1為某電廠換熱器技術(shù)參數(shù)。熱網(wǎng)循環(huán)泵、補(bǔ)水泵對(duì)于供熱管網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。

注：型號(hào)，RJBW1400-590-1.6-2；換熱面積，590m2。

2 方法研究

供熱機(jī)組在線監(jiān)測(cè)[3]從兩方面考慮：一方面從節(jié)能減排角度出發(fā)，利用發(fā)電功率-供電煤耗曲線(以下簡(jiǎn)稱(chēng)煤耗曲線)得到額定功率下的供電煤耗，按照大小進(jìn)行煤耗排序，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化機(jī)組發(fā)電調(diào)度；另一方面從供熱機(jī)組安全運(yùn)行角度出發(fā)，實(shí)現(xiàn)供熱系統(tǒng)監(jiān)控及計(jì)算分析。

2.1 煤耗排序

2.1.1 煤耗計(jì)算

對(duì)于純凝機(jī)組，根據(jù)相關(guān)規(guī)范[4]計(jì)算機(jī)組實(shí)時(shí)供電煤耗；對(duì)于供熱機(jī)組，根據(jù)相關(guān)規(guī)定[5-6]計(jì)算機(jī)組熱電比，按照好處歸電法計(jì)算供熱機(jī)組供電煤耗。

(1)

(2)

式中：ε為熱電比；Ps為供電功率；Qgr為供熱抽汽熱量；qmsteami為機(jī)組第i段抽汽質(zhì)量流量；hsteami為機(jī)組第i段抽汽比焓；hhsi為機(jī)組第i段回水(疏水)比焓。

(3)

式中：bg為供熱機(jī)組供電煤耗，g/(kW·h)；q為未考慮供熱時(shí)機(jī)組熱耗率，kJ/(kW·h)；Pe為發(fā)電功率，MW；ηb，ηp，ηu分別為鍋爐效率、管道效率、廠用電率，%；29.308為標(biāo)準(zhǔn)煤熱值，MJ/kg。

煤耗偏差(抽汽供熱引起)與熱電比近似呈線性關(guān)系，即

(4)

2.1.2 煤耗曲線擬合

抽取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)電功率和供電煤耗數(shù)據(jù)樣本，擬合煤耗曲線。在對(duì)參數(shù)的線性估計(jì)中，最小二乘法給出的估值最穩(wěn)定，最能抑制原始數(shù)據(jù)中的波動(dòng)[7](這種估計(jì)為最小方差估計(jì))，煤耗曲線擬合方法采用最小二乘法，曲線形式為

(5)

將機(jī)組額定功率代入煤耗曲線，得到該機(jī)組在額定負(fù)荷下的供電煤耗，作為煤耗排序依據(jù)。

根據(jù)供熱歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)及計(jì)算結(jié)果，確定熱電比劃分層次及范圍大小，對(duì)熱電比進(jìn)行分擋。提取滿(mǎn)足某一擋熱電比的實(shí)時(shí)計(jì)算數(shù)據(jù)，擬合生成煤耗曲線。某電廠通過(guò)熱電比分擋，生成的煤耗曲線形式見(jiàn)表2。

表2 供熱機(jī)組煤耗曲線(額定負(fù)荷)

機(jī)組純凝工況是熱電比為0的特殊情況，利用熱電比分擋法可以滿(mǎn)足以下幾種工況下的煤耗曲線生成需求。

(1)機(jī)組供熱不連續(xù)時(shí)，提取熱電比為0時(shí)段的數(shù)據(jù)，得到機(jī)組純凝工況的煤耗曲線。

(2)熱電比范圍相同(偏差可忽略)時(shí)，生成某一特定熱電比下的煤耗曲線，對(duì)比2臺(tái)機(jī)組煤耗。

以熱電比為判斷依據(jù)，利用未來(lái)熱負(fù)荷預(yù)測(cè)，選擇相應(yīng)煤耗曲線為供電煤耗排序，為熱負(fù)荷分配、發(fā)電調(diào)度提供依據(jù)。

2.2 供熱監(jiān)測(cè)及計(jì)算

監(jiān)測(cè)機(jī)組供熱系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，集中展示供熱抽汽及一級(jí)水網(wǎng)運(yùn)行；對(duì)供熱系統(tǒng)各部位熱量[8]進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算；在線計(jì)算供熱機(jī)組標(biāo)煤耗，首站換熱器溫升、效率等指標(biāo)，為分析電廠供熱情況及重要數(shù)據(jù)預(yù)警提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

根據(jù)機(jī)組供熱流程，在線計(jì)算各部分熱量。

(1)針對(duì)抽汽系統(tǒng)，以換熱器為計(jì)算模型，計(jì)算抽汽加熱給換熱器循環(huán)水熱量，見(jiàn)式(2)。

(2)一級(jí)水網(wǎng)循環(huán)水凈吸(供二次水網(wǎng)或者用戶(hù))熱量

(6)

式中：qmWO為一次熱網(wǎng)循環(huán)水流量；hWO為一次熱網(wǎng)出口循環(huán)水比焓；qmWI為一次熱網(wǎng)進(jìn)口循環(huán)水流量；hWI為一次熱網(wǎng)進(jìn)口循環(huán)水比焓。

(3)采集關(guān)口(計(jì)量)測(cè)點(diǎn)計(jì)算電廠關(guān)口供熱量QGK，QGK計(jì)算采用水和水蒸氣熱力性質(zhì)方程(IAPWS-IF97)。

圖2 汽水流程

根據(jù)抽汽熱量Qgr，一級(jí)水網(wǎng)循環(huán)水凈吸熱量QWI，關(guān)口計(jì)量熱量QGK流程，直觀監(jiān)測(cè)能量變化及相互關(guān)系。根據(jù)各機(jī)組形式，收集供熱系統(tǒng)測(cè)點(diǎn)。抽汽系統(tǒng)：抽汽壓力(MPa)、溫度(℃)、流量(t/h)，疏水壓力(MPa)、溫度(℃)；一次熱網(wǎng)循環(huán)水系統(tǒng)：一次熱網(wǎng)循環(huán)出口壓力(MPa)、溫度(℃)、流量(t/h)，一次熱網(wǎng)循環(huán)進(jìn)口壓力(MPa)、溫度(℃)、流量(t/h)；關(guān)口測(cè)點(diǎn)：計(jì)量關(guān)口壓力(MPa)、溫度(℃)、流量(t/h)，計(jì)量關(guān)口熱量(GJ/h)。

3 在線監(jiān)測(cè)應(yīng)用

3.1 發(fā)電調(diào)度

某電網(wǎng)公司利用轄屬機(jī)組煤耗排序結(jié)果，優(yōu)化發(fā)電調(diào)度。在新機(jī)組納入排序前，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)性能試驗(yàn)與在線計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比[8-9]，對(duì)在線計(jì)算結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。某660 MW超臨界機(jī)組具有常年穩(wěn)定工業(yè)負(fù)荷，抽汽位置為熱再熱器出口，滿(mǎn)負(fù)荷試驗(yàn)期間數(shù)據(jù)見(jiàn)表3，煤耗對(duì)比結(jié)果見(jiàn)表4，對(duì)比結(jié)果滿(mǎn)足規(guī)定要求，在線計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確。

在煤耗曲線擬合時(shí)，對(duì)于多臺(tái)供熱機(jī)組，采用具有同一擋熱電比的煤耗曲線；對(duì)于不同范圍熱電比，機(jī)組采用熱電比最集中的煤耗曲線；對(duì)于非供熱期機(jī)組，按照純凝時(shí)煤耗曲線，將發(fā)電功率代入煤耗曲線，得到統(tǒng)計(jì)期內(nèi)機(jī)組煤耗，為機(jī)組發(fā)電調(diào)度提供參考。

3.2 在線監(jiān)測(cè)

某發(fā)電集團(tuán)公司供熱系統(tǒng)在線監(jiān)測(cè)項(xiàng)目如下。

(1)供熱系統(tǒng)基本流程展示。根據(jù)汽水流程(如圖2所示)設(shè)定在線監(jiān)測(cè)過(guò)程參數(shù)和性能參數(shù)。

表3 某供熱機(jī)組試驗(yàn)期間數(shù)據(jù)對(duì)比

表4 煤耗對(duì)比結(jié)果( #2機(jī)組)

(2)熱量傳遞變化流程。對(duì)供熱關(guān)口計(jì)量參數(shù)進(jìn)行匯總計(jì)算，展示各供熱計(jì)量分支熱量，見(jiàn)表5；對(duì)供熱首站(一次熱網(wǎng))參數(shù)進(jìn)行匯總計(jì)算，便于比較關(guān)口計(jì)量、首站進(jìn)出口參數(shù)變化趨勢(shì)，見(jiàn)表6。

(3)供熱報(bào)表。自動(dòng)采集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)生成供熱報(bào)表，可以有效節(jié)約人力成本。表7為供熱供汽關(guān)口日?qǐng)?bào)表，表中公司在編號(hào)列以0表示，電廠在編號(hào)列以1～3表示。

表5 關(guān)口參數(shù)匯總

注：累計(jì)熱量按自然年統(tǒng)計(jì)，本表數(shù)據(jù)為當(dāng)年1月統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。

表6 一次熱網(wǎng)參數(shù)匯總

表7 供熱供汽關(guān)口日?qǐng)?bào)表

4 結(jié)論

(1)通過(guò)在線計(jì)算供熱機(jī)組煤耗，為火電機(jī)組煤耗排序、電負(fù)荷分配、供熱機(jī)組間熱負(fù)荷分配提供依據(jù)。

(2)通過(guò)抽汽系統(tǒng)、換熱系統(tǒng)、熱網(wǎng)系統(tǒng)全面監(jiān)測(cè)，為供熱機(jī)組系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)、安全運(yùn)行提供分析基礎(chǔ)。

(3)隨著信息技術(shù)發(fā)展，供熱機(jī)組在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在機(jī)組小指標(biāo)考核、耗差分析系統(tǒng)、熱網(wǎng)系統(tǒng)安全運(yùn)行、熱網(wǎng)管道經(jīng)濟(jì)性分析中將發(fā)揮重要作用。

[1]王智微,楊東,褚貴宏,等.面向公司級(jí)的電廠運(yùn)行信息系統(tǒng)的研究開(kāi)發(fā)[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào),2007,27(z1):21-26.

[2]張金生.淺析亞臨界600 MW凝汽機(jī)組供熱改造[J].能源與節(jié)能,2015(3):170-172.

[3]解春林，薛永鋒，王松嶺，等.供熱機(jī)組在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以熱定電模型研究[J].東北電力技術(shù),2012(7):9-11.

[4]火力發(fā)電機(jī)組煤耗在線計(jì)算導(dǎo)則: DL/T 262—2012[S].

[5]國(guó)家計(jì)委，國(guó)家經(jīng)貿(mào)委，建設(shè)部，國(guó)家環(huán)保總局. 關(guān)于發(fā)展熱電聯(lián)產(chǎn)的規(guī)定(急計(jì)基礎(chǔ)〔2000〕1268號(hào)) [Z].

[6]戴軍,劉光耀,徐婷婷,等.供熱機(jī)組熱電比影響因素研究[J].華電技術(shù),2013,35(12):7-10.

[7]宗殿瑞,宋文臣.最小二乘法應(yīng)用探討[J].青島科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),1998(3):296-301.

[8]馬朋波.山東實(shí)時(shí)監(jiān)管二期供熱及污染物技術(shù)開(kāi)發(fā)報(bào)告[R].西安:西安熱工研究院有限公司,2013.

[9]貴州省節(jié)能發(fā)電調(diào)度煤耗在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)比對(duì)試驗(yàn)導(dǎo)則:DB52/T 726—2011[S].

(本文責(zé)編：白銀雷)

如何使用平面角單位符號(hào)“°”“′”“″”

平面角的非SI單位度、[角]分、[角]秒是我國(guó)的法定計(jì)量單位，其符號(hào)“°”“′”“″”是法定符號(hào)。由于它們的特殊性，使用時(shí)應(yīng)注意以下幾條。(1)不是字母符號(hào)，須置于右上標(biāo)，表示量值時(shí)數(shù)值與符號(hào)間不留間隙，如30°。(2)表示一個(gè)平面角的量值時(shí)，可同時(shí)使用2或3個(gè)單位，例如α=25°20′，β=18°15′30″。(3)與其他單位構(gòu)成組合單位時(shí)，符號(hào)上需加圓括號(hào)，如10 (°)/min。(4)書(shū)寫(xiě)平面角的量值范圍時(shí)，第1個(gè)量的單位符號(hào)不應(yīng)省略，如10°～15°不應(yīng)寫(xiě)為10～15°。(5)不應(yīng)將“′”“″”用于表示時(shí)間，如35 min 28 s不得寫(xiě)為35′28″。(6) GB/T 1.1—2009《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則 第1部分：標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)和編寫(xiě)》建議：“平面角宜用單位(°)表示，例如，寫(xiě)作17.25°不寫(xiě)作17°15′。”即“度”最好按十進(jìn)制細(xì)分。

2015-11-20；

2017-04-05

TK 730

B

1674-1951(2017)04-0019-05

馬朋波(1982—)，男，陜西咸陽(yáng)人，工程師，從事火電廠性能分析及監(jiān)控研究工作(E-mail:mapengbo@tpri.com.cn)。