基于多軸燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組啟停過程運(yùn)行評(píng)價(jià)系統(tǒng)的研究及應(yīng)用

呂玥婷，陳海文，黃月麗，童振翔

（華電浙江龍游熱電有限公司，浙江 龍游 324400）

0 引言

某燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組，配置2 臺(tái)9E級(jí)燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)組、2 臺(tái)余熱鍋爐、1 臺(tái)抽凝式汽輪發(fā)電機(jī)組、1 臺(tái)背壓式汽輪發(fā)電機(jī)組，其中燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組與蒸汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組為2 拖1 分軸布置。

整套機(jī)組于2015 年底投入商業(yè)運(yùn)行，屬于調(diào)峰機(jī)組，發(fā)電運(yùn)行時(shí)間短、啟停次數(shù)多。

1 課題研究背景

1.1 現(xiàn)狀介紹

近年來，得益于國家相關(guān)政策的推動(dòng)及燃?xì)獍l(fā)電在環(huán)保、調(diào)峰等方面的優(yōu)勢(shì)，燃?xì)獍l(fā)電規(guī)模日益擴(kuò)大，但由于天然氣氣價(jià)較高，國內(nèi)環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)日趨完善嚴(yán)格，燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組的節(jié)能降耗及污染減排也變得日益重要。

目前，燃機(jī)電廠對(duì)機(jī)組啟停過程中的設(shè)備參數(shù)及能耗指標(biāo)缺乏相應(yīng)的評(píng)價(jià)準(zhǔn)則，無法確定其安全性、經(jīng)濟(jì)性及環(huán)保指標(biāo)是否達(dá)到最優(yōu)值。

1.2 課題研究意義

機(jī)組投運(yùn)以來，基本為日開夜停的調(diào)峰運(yùn)行方式，連續(xù)發(fā)電運(yùn)行時(shí)間短、啟停次數(shù)多。機(jī)組頻繁啟停，對(duì)聯(lián)合循環(huán)各設(shè)備的耐受力和使用壽命提出挑戰(zhàn)。另外，二拖一分軸機(jī)組運(yùn)行方式較為靈活，對(duì)不同運(yùn)行方式下的數(shù)據(jù)監(jiān)督和統(tǒng)計(jì)提出了新的要求，受制于有限的運(yùn)行小時(shí)數(shù)，運(yùn)行人員操作鍛煉機(jī)會(huì)偏少，導(dǎo)致機(jī)組啟停運(yùn)行存在較大差異，標(biāo)準(zhǔn)化管理水平不高，影響機(jī)組運(yùn)行的安全經(jīng)濟(jì)性能。

通過建立一套科學(xué)的啟停過程評(píng)價(jià)準(zhǔn)則，對(duì)啟停過程進(jìn)行對(duì)比，篩選最為理想的啟停方法，能夠有效指導(dǎo)運(yùn)行人員進(jìn)行合理操作，在確保啟停過程安全的前提下，實(shí)現(xiàn)機(jī)組的經(jīng)濟(jì)和環(huán)保啟停。

2 課題研究與實(shí)施

2.1 評(píng)價(jià)準(zhǔn)則的研究

統(tǒng)計(jì)分析機(jī)組啟停過程中的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)（如軸振、脹差、金屬溫度等）以及主要輔機(jī)設(shè)備的能耗參數(shù)（如廠用電量等），建立起機(jī)組啟停過程參數(shù)評(píng)價(jià)體系，并將各參數(shù)重新歸類劃分為安全指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、環(huán)保指標(biāo)，機(jī)組啟停評(píng)價(jià)指標(biāo)得分按得分率統(tǒng)計(jì)，其中經(jīng)濟(jì)指標(biāo)在整個(gè)啟停評(píng)價(jià)指標(biāo)中占比50%，環(huán)保指標(biāo)占比20%，安全指標(biāo)占比30%。

2.1.1 經(jīng)濟(jì)指標(biāo)設(shè)計(jì)

經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有5 項(xiàng)，分別為時(shí)間、氣量、氣耗、廠用電、成本，啟機(jī)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)占總經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的80%，停機(jī)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)占總經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的20%。啟機(jī)過程中，時(shí)間指標(biāo)占比10/65，氣量指標(biāo)占比10/65，氣耗指標(biāo)占比10/65，廠用電指標(biāo)占比10/65，成本指標(biāo)占比25/65。停機(jī)過程中，時(shí)間指標(biāo)占比5/35，氣量指標(biāo)占比5/35，氣耗指標(biāo)占比5/35，廠用電指標(biāo)占比5/35，成本指標(biāo)占比15/35。

機(jī)組各啟停工況的標(biāo)準(zhǔn)值，見表1。

表1 經(jīng)濟(jì)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值Table 1 Standard values of economic indicators

冷爐熱機(jī)啟動(dòng)指標(biāo)修正說明：整套機(jī)組啟動(dòng)階段，汽機(jī)為熱態(tài)啟動(dòng)時(shí)，對(duì)余熱鍋爐冷熱態(tài)進(jìn)行判斷。若高壓汽包上壁溫度小于80℃，則判斷為冷爐熱機(jī)啟動(dòng)。相關(guān)指標(biāo)修正如下：啟動(dòng)時(shí)間+4 min；氣量+0.2 萬Nm3；氣耗+10 Nm3/MWh。

時(shí)間指標(biāo)：若時(shí)間≤標(biāo)準(zhǔn)值，該項(xiàng)滿分；若超過標(biāo)準(zhǔn)值，啟機(jī)階段每增加1min 則扣除時(shí)間指標(biāo)占比1/10，停機(jī)階段每增加1min 則扣除時(shí)間指標(biāo)占比1/5，扣完為止。

氣量指標(biāo)：若氣量≤標(biāo)準(zhǔn)值，該項(xiàng)滿分；若超過標(biāo)準(zhǔn)值，啟機(jī)階段每增加0.1 萬Nm3則扣除氣量指標(biāo)占比1/10，停機(jī)階段每增加0.1 萬Nm3則扣除氣量指標(biāo)占比1/5，扣完為止。

氣耗指標(biāo)：若氣耗≤標(biāo)準(zhǔn)值，該項(xiàng)滿分；若超過標(biāo)準(zhǔn)值，啟機(jī)階段每增加30Nm3/MWh 則扣除氣耗指標(biāo)占比1/10，停機(jī)階段每增加30Nm3/MWh 則扣除氣耗指標(biāo)占比1/5，扣完為止。

廠用電指標(biāo)：若廠用電≤標(biāo)準(zhǔn)值，該項(xiàng)滿分；若超過標(biāo)準(zhǔn)值，啟機(jī)階段每增加1MWh 則扣除廠用電指標(biāo)占比1/10，停機(jī)階段每增加1MWh 則扣除廠用電指標(biāo)占比1/5，扣完為止。

成本指標(biāo)：若成本≤標(biāo)準(zhǔn)值，該項(xiàng)滿分；若超過標(biāo)準(zhǔn)值，啟機(jī)階段每增加0.05 萬元?jiǎng)t扣除成本指標(biāo)占比1/50，停機(jī)階段每增加0.05 萬元?jiǎng)t扣除成本指標(biāo)占比1/30，扣完為止。

2.1.2 環(huán)保指標(biāo)設(shè)計(jì)

環(huán)保指標(biāo)有3 項(xiàng)，分別為NOx、SO2和煙塵，啟機(jī)的環(huán)保指標(biāo)占總環(huán)保指標(biāo)的50%，停機(jī)的環(huán)保指標(biāo)占總環(huán)保指標(biāo)的50%。啟機(jī)與停機(jī)過程中，各指標(biāo)占比相同，NOx占比10/30，SO2占比10/30，煙塵占比10/30。

將各指標(biāo)建立不同啟停情況下的標(biāo)準(zhǔn)值見表2。冷爐熱機(jī)啟動(dòng)指標(biāo)修正說明：整套機(jī)組啟動(dòng)階段，汽機(jī)為熱態(tài)啟動(dòng)時(shí)，對(duì)余熱鍋爐冷熱態(tài)進(jìn)行判斷。若高壓汽包上壁溫度小于80℃，則判斷為冷爐熱機(jī)啟動(dòng)，相關(guān)指標(biāo)修正如下：NOx 超標(biāo)時(shí)間+5 min。

表2 環(huán)保指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值Table 2 Standard values of environmental protection indicators

NOx 指標(biāo)：將NOx 濃度超過50mg/Nm3的累計(jì)時(shí)間T1進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，時(shí)間單位為min。若T1 ≤標(biāo)準(zhǔn)值，則該項(xiàng)滿分；若T1 ＞標(biāo)準(zhǔn)值，則該項(xiàng)不得分。

SO2指標(biāo)：將SO2濃度超過35mg/Nm3的累計(jì)時(shí)間T2進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，時(shí)間單位為min。若T2 ≤標(biāo)準(zhǔn)值，則該項(xiàng)滿分；若T2 ＞標(biāo)準(zhǔn)值，則該項(xiàng)不得分。

煙塵指標(biāo)：將煙塵濃度超過5mg/Nm3的累計(jì)時(shí)間T3進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，時(shí)間單位為min。若T3 ≤標(biāo)準(zhǔn)值，則該項(xiàng)滿分；若T3 ＞標(biāo)準(zhǔn)值，則該項(xiàng)不得分。

2.1.3 安全指標(biāo)設(shè)計(jì)

安全指標(biāo)的評(píng)價(jià)是在建立各個(gè)基準(zhǔn)值的基礎(chǔ)上，將超過基準(zhǔn)值以外非安全區(qū)域的累計(jì)時(shí)間（時(shí)間單位均為min）進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，1、2 號(hào)機(jī)組安全指標(biāo)各有15 項(xiàng)，3 號(hào)機(jī)組安全指標(biāo)22 項(xiàng)，每一項(xiàng)的占比相同，則一拖一整套機(jī)組安全指標(biāo)有37 項(xiàng)，每項(xiàng)滿分占比為1/37；二拖一整套機(jī)組安全指標(biāo)有52 項(xiàng)，每項(xiàng)滿分占比為1/52。詳細(xì)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)如下：

每項(xiàng)指標(biāo)劃分為A、B、C 3 個(gè)等級(jí)進(jìn)行評(píng)分，其中A級(jí)占比滿分，B 級(jí)占比3/5，C 級(jí)不得分。

1 號(hào)和2 號(hào)機(jī)組安全指標(biāo)分別有15 項(xiàng)，3 號(hào)機(jī)組的安全指標(biāo)22 項(xiàng)。以1 號(hào)機(jī)組的安全指標(biāo)為例，進(jìn)行說明如下：

T1 表示高壓汽包水位大于100mm 的累計(jì)時(shí)間，若0 ≤T1 ≤1min，判定為A 級(jí)；若1 ＜T1 ≤5min，判定為B 級(jí)；若T1 ＞5min，判定為C 級(jí)。

T2 表示高壓汽包水位小于-150mm 的累計(jì)時(shí)間，若0 ≤T2 ≤1min，判定為A 級(jí)；若1 ＜T2 ≤5min，判定為B 級(jí)；若T2 ＞5min，判定為C 級(jí)。

T3 表示低壓汽包水位大于100mm 的累計(jì)時(shí)間，若0 ≤T3 ≤1min，判定為A 級(jí)；若1 ＜T3 ≤5min，判定為B 級(jí)；若T3 ＞5min，判定為C 級(jí)。

T4 表示低壓汽包水位小于-150mm 的累計(jì)時(shí)間，若0 ≤T4 ≤1min，判定為A 級(jí)；若1 ＜T4 ≤5min，判定為B 級(jí)；若T4 ＞5min，判定為C 級(jí)。

T5 表示高壓汽包壓力大于7.2MPa 的累計(jì)時(shí)間，若T5＝0min，判定為A 級(jí)；若T1 ＞0min，判定為C 級(jí)。

T6 表示低壓汽包壓力大于1.0MPa 的累計(jì)時(shí)間，若T6＝0min，判定為A 級(jí)；若T6 ＞0min，判定為C 級(jí)。

T7 表示出口煙溫大于對(duì)應(yīng)除氧器壓力下的飽和溫度的累計(jì)時(shí)間，若T7=0min，判定為A 級(jí)；若1 ＜T7 ≤3min，判定為B 級(jí)；若T7 ＞3min，判定為C 級(jí)。

T8 表示高壓汽包溫升速率大于5.76℃/min 的累計(jì)時(shí)間，若0 ≤T8 ≤5min，判定為A 級(jí)；若5 ＜T8 ≤10min，判定為B 級(jí)；若T8 ＞10min，判定為C 級(jí)。

T9 表示高壓汽包溫降速率大于1.13℃/min 的累計(jì)時(shí)間，若0 ≤T9 ≤5min，判定為A 級(jí)；若5 ＜T9 ≤10min，判定為B 級(jí)；若T9 ＞10min，判定為C 級(jí)。

T10 表示高壓主蒸汽溫升速率大于11.14℃/min 的累計(jì)時(shí)間，若0 ≤T10 ≤5min，判定為A 級(jí)；若5＜T10 ≤10min，判定為B 級(jí)；若T10 ＞10min，判定為C級(jí)。

T11 表示高壓主蒸汽溫降速率大于11.66℃/min 的累計(jì)時(shí)間，若0 ≤T11 ≤5min，判定為A 級(jí)；若5＜T11 ≤10min，判定為B 級(jí)；若T11 ＞10min，判定為C級(jí)。

T12 表示高壓汽包壁的溫差在啟機(jī)階段大于50℃的累計(jì)時(shí)間，若0 ≤T12 ≤5min，判定為A 級(jí)；若5＜T12 ≤10min，判定為B 級(jí)；若T12 ＞10min，判定為C級(jí)。

T13 表示高壓汽包壁的溫差在停機(jī)階段大于50℃的累計(jì)時(shí)間，若0 ≤T12 ≤5min，判定為A 級(jí)；若5＜T12 ≤10min，判定為B 級(jí)；若T12 ＞10min，判定為C級(jí)。

T14 表示鍋爐側(cè)主蒸汽溫度大于535℃的累計(jì)時(shí)間，若T14=0min，判定為A 級(jí)；若0 ＜T14 ≤2min，判定為B級(jí)；若T14 ＞2min，判定為C 級(jí)。

T15 表示鍋爐側(cè)主蒸汽溫度大于540℃的累計(jì)時(shí)間，若T15=0min，判定為A 級(jí)；若T15 ＞0min，判定為C 級(jí)。

2.2 評(píng)價(jià)系統(tǒng)的研發(fā)

以DCS 系統(tǒng)為基礎(chǔ)，應(yīng)用系統(tǒng)強(qiáng)大豐富的自主化邏輯編輯功能，建立機(jī)組能耗指標(biāo)與運(yùn)行參數(shù)監(jiān)督統(tǒng)計(jì)平臺(tái)?；跈C(jī)組多工況啟停全過程的安全、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保指標(biāo)的評(píng)價(jià)準(zhǔn)則，研發(fā)了啟停過程運(yùn)行操作評(píng)價(jià)系統(tǒng)，如圖1～圖3 所示。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)值設(shè)置Fig.1 Standard value setting

圖2 安全指標(biāo)得分Fig.2 Safety index score

圖3 啟停評(píng)價(jià)匯總得分Fig.3 Start-stop evaluation summary score

2.3 應(yīng)用效果

通過啟停評(píng)價(jià)系統(tǒng)的實(shí)施，對(duì)啟停過程進(jìn)行了科學(xué)的評(píng)價(jià)分析，為進(jìn)一步優(yōu)化機(jī)組啟停過程的節(jié)能降耗提供指導(dǎo)。同時(shí)，運(yùn)行評(píng)價(jià)的得分直接反應(yīng)了運(yùn)行各值之間操作差異，為提升運(yùn)行操作的標(biāo)準(zhǔn)化提供了依據(jù)，對(duì)不同值的運(yùn)行人員啟停操作進(jìn)行對(duì)比、區(qū)分和評(píng)價(jià)，強(qiáng)化對(duì)標(biāo)意識(shí)，提升運(yùn)行人員操作水平。通過運(yùn)行操作的優(yōu)化，總評(píng)價(jià)得分由73%提升至97%，提高了機(jī)組運(yùn)行的安全性、環(huán)保性和經(jīng)濟(jì)性。

3 結(jié)束語

隨著新能源裝機(jī)容量的增長，燃機(jī)作為調(diào)峰的重要方式，機(jī)組啟停的次數(shù)將顯著增加。建立啟停過程設(shè)備參數(shù)及能耗指標(biāo)的評(píng)價(jià)準(zhǔn)則，將生產(chǎn)過程和運(yùn)行操作進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化，可提升大環(huán)境趨勢(shì)下發(fā)電企業(yè)的生產(chǎn)競爭力。涉及啟停評(píng)價(jià)軟件，可以在DCS 應(yīng)用的調(diào)峰燃機(jī)電廠中廣泛推廣。