9E燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣濾網(wǎng)更換周期經(jīng)濟(jì)測算實(shí)例分析

張 果，顏 俊

(廣州協(xié)鑫藍(lán)天燃?xì)鉄犭娪邢薰?，廣州 511356)

機(jī)組運(yùn)行中，進(jìn)氣濾網(wǎng)壓損增高會導(dǎo)致燃?xì)廨啓C(jī)的效率降低，從而使燃?xì)廨啓C(jī)在運(yùn)行過程中多消耗燃料，這是不可忽略的生產(chǎn)成本。在更換濾網(wǎng)成本和燃?xì)廨啓C(jī)效率下降產(chǎn)生多消耗的燃料成本之間需要做經(jīng)濟(jì)測算，得出進(jìn)氣濾網(wǎng)最經(jīng)濟(jì)的更換周期。在測算過程中要解決最重要的一個問題即進(jìn)氣濾網(wǎng)壓損上升趨勢規(guī)律，這個無法用理論計算得出，只能在基于運(yùn)行大數(shù)據(jù)上得出，因此運(yùn)行大數(shù)據(jù)的采集、分析、處理是測算精準(zhǔn)的關(guān)鍵。

1 燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣濾網(wǎng)更換周期的模型研究介紹

1.1 燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣濾網(wǎng)更換周期的模型研究介紹

燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣濾網(wǎng)更換周期經(jīng)濟(jì)測算模型較為成熟，典型模型為：

(1) 計算濾網(wǎng)全生命周期內(nèi)的更換成本(Ctotal)，包括濾網(wǎng)的更換初始成本(Ci)和停機(jī)更換成本(Cs)，運(yùn)行過程中產(chǎn)生的附加成本(C0)。

Ctotal=Ci+C0+Cs

(1)

機(jī)組每發(fā)一度電，包含的濾網(wǎng)更換成本(Clife)為：

Clife=Ctotal/(T(Pr-ΔP))

(2)

式中：T為濾網(wǎng)的更換周期；Pr為機(jī)組運(yùn)行發(fā)電功率(假定機(jī)組運(yùn)行期間發(fā)電功率不變，即考慮該值為定值)；ΔP為周期T內(nèi)機(jī)組少發(fā)的功率(燃?xì)廨啓C(jī)長期無法滿負(fù)荷運(yùn)行時，考慮該值為0)。

(2) 根據(jù)實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)計算出燃?xì)廨啓C(jī)濾網(wǎng)單位發(fā)電量的更換成本隨更換周期的變化關(guān)系，從而得出更換濾網(wǎng)的最佳運(yùn)行時間。

濾網(wǎng)的更換初始成本和停機(jī)更換成本，為一固定值，對于調(diào)峰電廠停機(jī)更換成本可不考慮，濾網(wǎng)更換初始成本只需考慮濾網(wǎng)價格(包含安裝費(fèi)用)。運(yùn)行過程中產(chǎn)生的附加成本，即進(jìn)氣濾網(wǎng)壓差的上升導(dǎo)致燃?xì)廨啓C(jī)功率減小和熱耗率增加，從而增加機(jī)組的運(yùn)行成本。濾網(wǎng)壓差在平時運(yùn)行中隨運(yùn)行時間的變化規(guī)律和對機(jī)組的熱耗率的影響是測算模型的關(guān)鍵。由于濾網(wǎng)壓差受諸多因素影響，變化范圍小，對機(jī)組的熱耗率影響不明顯，因此很難從現(xiàn)場取得的數(shù)據(jù)來準(zhǔn)確分析進(jìn)氣濾網(wǎng)壓差的變化對機(jī)組性能的影響，通常采用仿真建模來研究進(jìn)口濾網(wǎng)壓差變化對機(jī)組功率和熱耗率的影響，如GateCycle軟件[1]。

本研究將經(jīng)過驗證的含promoter-DGAT2-pCAMBIA1304的擬南芥陽性植株培育T2代后，選取幼苗、葉片、莖、花及果莢等組織器官進(jìn)行GUS組織化學(xué)染色，以野生型擬南芥作為陰性對照。通過 GUS染色發(fā)現(xiàn)，野生型擬南芥沒有被染色，而含 DGAT2 基因啟動子的擬南芥葉、莖、花、果莢和種子均呈現(xiàn)藍(lán)色(圖6)，說明克隆的DGAT2基因啟動子能驅(qū)動報告基因GUS的表達(dá)，克隆到的啟動子片段都具備轉(zhuǎn)錄活性，但在擬南芥不同器官中的表達(dá)水平?jīng)]有明顯差異。

本文通過對廣東某電廠進(jìn)氣濾網(wǎng)運(yùn)行到極限狀態(tài)時實(shí)際運(yùn)行大數(shù)據(jù)分析，通過設(shè)定理想邊界條件，排除其它因素的影響，利用燃?xì)廨啓C(jī)性能曲線中進(jìn)氣壓損與熱耗率的關(guān)系，計算出進(jìn)氣壓損升高對應(yīng)的理論熱耗率的增加量，從而得出進(jìn)氣濾網(wǎng)壓差增加的理論運(yùn)行成本。利用進(jìn)氣壓損實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)和GE公司提供的性能曲線，因此無需使用復(fù)雜的仿真軟件，只需利用常用的Excel表格進(jìn)行簡單的數(shù)據(jù)處理，簡單、實(shí)用，對燃?xì)廨啓C(jī)電廠專業(yè)人員具有一定的借鑒價值。

1.2 燃?xì)廨啓C(jī)性能修正方法介紹

GE公司給出的燃?xì)廨啓C(jī)性能修正方法包括燃?xì)廨啓C(jī)熱力性能(熱耗、熱耗率)修正至額定工況的計算方法。GE公司分別對每個燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行工況，性能計算中需要的修正因子，做成了性能修正曲線。通常，每臺燃?xì)廨啓C(jī)都提供相應(yīng)的性能曲線。很多修正因子都需要從性能修正曲線中交叉對比得出，在進(jìn)行性能計算時，需要仔細(xì)選擇性能修正曲線中的參數(shù)。以燃?xì)廨啓C(jī)熱耗率為例，介紹燃?xì)廨啓C(jī)性能修正方法。

燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)凈熱耗率由實(shí)測熱耗量和發(fā)電機(jī)凈輸出功率計算：

RGNH=HC/GNPO

(3)

式中：RGNH為燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電凈熱耗率,HC為耗熱量，GNPO為發(fā)電機(jī)凈輸出功率。

為排除環(huán)境因素影響，通常需要將燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電凈熱耗率修正至額定工況下進(jìn)行燃?xì)廨啓C(jī)性能對比，燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電凈熱耗率由測試工況修正至額定工況的公式如下：

(4)

式中：F1HR為由實(shí)測壓氣機(jī)進(jìn)氣溫度到額定溫度的修正熱耗率因子；F2HR為由實(shí)測壓氣機(jī)進(jìn)氣濕度到額定濕度的修正熱耗率因子；F3HR為由實(shí)測大氣壓力到額定大氣壓力的修正熱耗率因子；F4HR由實(shí)測轉(zhuǎn)速到額定轉(zhuǎn)速的修正熱耗率因子；F5HR為由實(shí)測功率因素到額定功率因素的修正熱耗率因子；F6HR為由總點(diǎn)火時間到機(jī)組許可點(diǎn)火時間的折舊損耗計算的修正熱耗率因子；F7HR為由實(shí)測進(jìn)氣壓損到額定進(jìn)氣壓損的修正熱耗率因子；F8HR為由實(shí)測排氣壓損到額定排氣壓損的修正熱耗率因子；F9HR和F10HR分別為注蒸汽和注水修正因子，通常情況下不使用，置值為1；F11HR為由實(shí)測燃料成分到額定燃料成分的修正熱耗率因子；F12HR為由實(shí)測燃料溫度到額定燃料溫度的修正熱耗率因子。

性能曲線中進(jìn)氣壓損對燃?xì)廨啓C(jī)熱耗率的影響非常小(詳見圖1廣東某電廠9E燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣壓損-熱耗率修正曲線所示)，因此本文設(shè)定諸多邊界條件，利用燃?xì)廨啓C(jī)額定熱耗率10 590 kJ/(kW·h)和性能計算方法計算出邊界條件下不同進(jìn)氣壓損對應(yīng)的理論熱耗率，從而形成可對比分析的熱耗率數(shù)據(jù)。(1 mm H2O≈9.8 Pa)

圖1 廣東某電廠9E燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣壓損-熱耗率修正曲線

2 進(jìn)氣濾網(wǎng)壓差大數(shù)據(jù)分析及更換周期經(jīng)濟(jì)測算

2.1 廣東某9E燃?xì)廨啓C(jī)電廠實(shí)際運(yùn)行情況介紹

在目前國內(nèi)形勢下，上網(wǎng)9E燃?xì)廨啓C(jī)很少滿負(fù)荷運(yùn)行，因此對于進(jìn)氣濾網(wǎng)壓損導(dǎo)致燃?xì)廨啓C(jī)功率下降的成本可以不考慮，只需分析熱耗率的增加導(dǎo)致消耗天然氣增多的成本。廣東某9E燃?xì)廨啓C(jī)電廠共兩套9E燃?xì)廨啓C(jī)，平均每套9E燃?xì)廨啓C(jī)年發(fā)電小時數(shù)約為4 500h，年平均燃?xì)廨啓C(jī)負(fù)荷率為80%～95%，周邊環(huán)境良好、穩(wěn)定，進(jìn)氣濾網(wǎng)使用的濾芯精度等級為F8(濾網(wǎng)測試標(biāo)準(zhǔn)及劃分按照通用規(guī)范EN779-2012)[2]。

2.2 運(yùn)行大數(shù)據(jù)的采集

燃?xì)廨啓C(jī)本身設(shè)計的進(jìn)氣系統(tǒng)測點(diǎn)有：進(jìn)氣總壓損96CS-1，進(jìn)氣總靜壓損96CS-3，進(jìn)氣濾網(wǎng)壓差96TF-1，其中96CS-1/3取樣點(diǎn)為燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣口喉部、室外，96TF-1取樣點(diǎn)為進(jìn)氣濾網(wǎng)前后。采集的數(shù)據(jù)儲存在燃?xì)廨啓C(jī)工程師站數(shù)據(jù)庫內(nèi)，可調(diào)用歷史站數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢，或者導(dǎo)出數(shù)據(jù)，另外廣東某9E燃?xì)廨啓C(jī)電廠有在線性能監(jiān)測系統(tǒng)(簡稱SIS系統(tǒng))，也可利用SIS系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢或?qū)С鰯?shù)據(jù)。

直接使用歷史站數(shù)據(jù)分析，存在數(shù)據(jù)量大、停機(jī)或低負(fù)荷運(yùn)行數(shù)據(jù)難排除、不可用數(shù)據(jù)多等問題，導(dǎo)致在處理、分析數(shù)據(jù)過程中難度大、工作量大，因此廣東某9E燃?xì)廨啓C(jī)電廠采用在SIS系統(tǒng)上自動生成報表的方式采集數(shù)據(jù)。利用SIS系統(tǒng)功能，每兩個小時自動采集相關(guān)運(yùn)行數(shù)據(jù)，生成報表，且設(shè)定條件燃?xì)廨啓C(jī)輸出功率大于90MW時才進(jìn)行采集，這樣可以排除機(jī)組停機(jī)、低負(fù)荷運(yùn)行數(shù)據(jù)，同時在可排除故障數(shù)據(jù)，對于不可用數(shù)據(jù)也極好排除。在廣東某9E燃?xì)廨啓C(jī)電廠長期實(shí)踐下，證明這種方式對于機(jī)組的長期狀態(tài)監(jiān)測和大數(shù)據(jù)分析是存在實(shí)用價值和可行的。

2.3 運(yùn)行大數(shù)據(jù)的分析處理

對比SIS系統(tǒng)自動生成報表數(shù)據(jù)與歷史站數(shù)據(jù)，每天的平均值與每月的平均值基本一致，各數(shù)據(jù)變化趨勢基本一致，因此數(shù)據(jù)實(shí)際可用。以廣東某9E電廠2號燃?xì)廨啓C(jī)為例，2016年更換一套進(jìn)氣濾網(wǎng)，本套濾網(wǎng)使用時間為8 730 h，更換原因為進(jìn)氣濾網(wǎng)壓差高，即到了進(jìn)氣濾網(wǎng)使用壽命的極限，具有分析價值。為了更簡單直觀分析進(jìn)氣濾網(wǎng)隨運(yùn)行時間而增大的規(guī)律，簡化分析模型，取每運(yùn)行500 h左右實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行分析(根據(jù)這些數(shù)據(jù)做出的曲線與所有數(shù)據(jù)曲線基本一致)，具體數(shù)據(jù)見表1所示，運(yùn)行8 500 h時，進(jìn)氣濾網(wǎng)壓差96TF-1上升0.48 kPa，進(jìn)氣總壓損96CS-1上升0.49 kPa，進(jìn)氣總壓損上升趨勢基本與進(jìn)氣濾網(wǎng)壓差上升趨勢一致。

為了準(zhǔn)確計算進(jìn)氣壓損對燃?xì)廨啓C(jī)熱耗率影響的具體數(shù)據(jù)，排除其余因素對燃?xì)廨啓C(jī)性能的影響，因此對邊界條件做以下處理：

(1) 進(jìn)氣溫度取年平均溫度25 ℃，初始進(jìn)氣壓損0.49 kPa，排氣壓損1.96 kPa，燃料溫度43 ℃，環(huán)境相對濕度60%，環(huán)境壓力1 013.53 kPa，其余影響系數(shù)均取值為1，在此工況下，計算由額定熱耗率10 590 kJ/(kW·h)經(jīng)過不同進(jìn)氣壓損性能修正的理論熱耗率，最終得出進(jìn)氣壓損在此工況下對燃?xì)廨啓C(jī)熱耗率的影響數(shù)據(jù)。

(2) 濾網(wǎng)更換周期以每上升0.049 kPa(5 mm H2O)壓損對應(yīng)的運(yùn)行小時數(shù)，并取500 h為整數(shù)，以表1中數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，計算出運(yùn)行過程中產(chǎn)生的附加成本即多耗天然氣量的價值，詳細(xì)數(shù)據(jù)見表2所示(本文只列出每上升0.098 kPa(10 mm H2O)數(shù)據(jù))，其中理論熱耗率根據(jù)GE性能曲線修正計算得來，燃?xì)廨啓C(jī)熱耗率增量為每上升0.098 kPa進(jìn)氣壓損對應(yīng)理論熱耗率的差值。

(3) 為了更直觀體現(xiàn)出更換進(jìn)氣濾網(wǎng)最佳周期，按運(yùn)行40 000 h期間不同更換濾網(wǎng)間隔產(chǎn)生的固定成本即生產(chǎn)附加成本總和對比分析經(jīng)濟(jì)性，燃?xì)廨啓C(jī)平均輸出功率為105 MW，天然氣低熱值為35 MJ/m3(標(biāo)準(zhǔn)狀況下，下同)，可得表2中每小時消耗天然氣增量數(shù)值：燃?xì)廨啓C(jī)熱耗率增量與燃?xì)廨啓C(jī)平均輸出功率相乘，再除以天然氣低熱值。

2.4 運(yùn)行40 000 h進(jìn)氣濾網(wǎng)更換周期經(jīng)濟(jì)性分析

以天然氣為燃料設(shè)定邊界條件：天然氣價格2.6元/m3，進(jìn)氣濾網(wǎng)30萬元/套(包含安裝等費(fèi)用)。根據(jù)以上步驟進(jìn)行優(yōu)化計算，可得出表3中數(shù)據(jù)，從表3數(shù)據(jù)中可以得出，運(yùn)行5 500 h更換進(jìn)氣濾網(wǎng)最為經(jīng)濟(jì)，運(yùn)行6 500 h后費(fèi)用開始大幅上升，對應(yīng)5 500 h進(jìn)氣壓損為0.74 kPa，對應(yīng)5 500 h至6 500 h，總成本價值差值不大，可根據(jù)實(shí)際情況，考慮實(shí)際更換周期。邊界條件變動時，需要重新測算，得出相應(yīng)的結(jié)論。

表3中每套濾網(wǎng)多耗天然氣量，按表3中進(jìn)氣濾網(wǎng)更換周期運(yùn)行壽命，進(jìn)氣壓損上升導(dǎo)致多消耗的天然氣量(相對于初始進(jìn)氣壓損0.49 kPa)，通過邊界條件與實(shí)際運(yùn)行情況疊加計算得來；多耗天然氣量價值，運(yùn)行40 000 h更換濾網(wǎng)總套數(shù)取整數(shù)部分與每套濾網(wǎng)多耗天然氣量相乘，再乘以邊界條件天然氣價格(2.6元/ m3)，小數(shù)點(diǎn)后數(shù)值需通過邊界條件與實(shí)際運(yùn)行情況疊加計算；更換濾網(wǎng)總套數(shù)，40 000 h除以進(jìn)氣濾網(wǎng)更換周期；更換濾網(wǎng)總價值，更換濾網(wǎng)總套數(shù)乘以濾網(wǎng)單價(30萬元)；濾網(wǎng)和多耗天然氣總價值，表中多耗天然氣量價值與更換濾網(wǎng)總價值之和。運(yùn)行3 500 h跟4 000 h進(jìn)氣壓損相同，是因為經(jīng)濟(jì)測算模型精度為0.049 kPa，以0.49 kPa為初始壓損計算，同時計算這段時間進(jìn)氣壓損平均值，取最接近模型精度值做為經(jīng)濟(jì)測算值。

2.5 廣東某電廠進(jìn)氣濾網(wǎng)經(jīng)濟(jì)測算模型的局限性

本文進(jìn)氣濾網(wǎng)壓差大數(shù)據(jù)基于廣東某9E燃?xì)廨啓C(jī)電廠環(huán)境進(jìn)行采集，因此只針對廣東某9E燃?xì)廨啓C(jī)電廠環(huán)境具有實(shí)際分析意義，該電廠2016年至2018年共更換四套進(jìn)氣濾網(wǎng)，其余三套進(jìn)氣濾網(wǎng)運(yùn)行情況基本與本文分析結(jié)果一致，通過事實(shí)論證了數(shù)據(jù)的可用性，對后續(xù)進(jìn)氣濾網(wǎng)運(yùn)行及更換周期具備參考意義。在實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)周邊環(huán)境發(fā)生變化時，比如周邊有工地施工，產(chǎn)生大量粉塵，導(dǎo)致環(huán)境惡化因素出現(xiàn)時，應(yīng)考慮適當(dāng)縮短進(jìn)氣濾網(wǎng)使用時間。

表1 廣東某電廠2號燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣濾網(wǎng)壓差上升情況數(shù)據(jù)

注：表1中數(shù)據(jù)均為實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，受實(shí)際運(yùn)行情況影響(調(diào)峰燃?xì)廨啓C(jī)電廠)，數(shù)據(jù)并非運(yùn)行小時數(shù)整點(diǎn)取值，按最接近表中運(yùn)行小時數(shù)燃?xì)廨啓C(jī)滿負(fù)荷運(yùn)行工況取值，如進(jìn)氣濾網(wǎng)運(yùn)行0 h，實(shí)際取點(diǎn)為運(yùn)行10.3 h；由于受環(huán)境因素和實(shí)際運(yùn)行情況影響，進(jìn)氣壓損數(shù)據(jù)并非全為隨運(yùn)行時間升高而升高。

表2 廣東某電廠進(jìn)氣壓損每上升0.098kPa對應(yīng)理論熱耗率增量數(shù)據(jù)

表3 按運(yùn)行40 000 h期間進(jìn)氣濾網(wǎng)更換周期經(jīng)濟(jì)測算數(shù)據(jù)表

3 結(jié)語

工業(yè)大數(shù)據(jù)是以工業(yè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)收集、特征分析為基礎(chǔ)，對設(shè)備、裝備的質(zhì)量和生產(chǎn)效率以及產(chǎn)業(yè)鏈進(jìn)行更有效的優(yōu)化管理，并為未來的制造系統(tǒng)搭建無憂的環(huán)境。

現(xiàn)在越來越重視燃?xì)廨啓C(jī)電廠的精細(xì)化管理，對于機(jī)組運(yùn)行方式的調(diào)整，需要做精準(zhǔn)測算，大數(shù)據(jù)分析對類似與進(jìn)氣濾網(wǎng)更換周期經(jīng)濟(jì)測算、水洗周期優(yōu)化等精細(xì)化工作起到重要的作用，同時歷史數(shù)據(jù)還可以被用作進(jìn)一步的數(shù)據(jù)挖掘，形成面向不同目標(biāo)的經(jīng)驗和分析模型。有大數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，還可以利用數(shù)學(xué)軟件如Matlab、GateCycle等，進(jìn)行數(shù)值模擬和推算，更可以建立專門的分析程序，如此可以利用更多的數(shù)據(jù)，獲得更精準(zhǔn)的數(shù)學(xué)模型，也可獲得更優(yōu)化的機(jī)組運(yùn)行方式，但需要人力物力資源的投入，需每個電廠根據(jù)具體情況做經(jīng)濟(jì)評估。