基于大數(shù)據(jù)分析的燃煤發(fā)電機組回?zé)嵯到y(tǒng)故障遠(yuǎn)程診斷

崔傳濤，秦 攀，劉 利，劉 巖

(中電華創(chuàng)電力技術(shù)研究有限公司，江蘇 蘇州 215123)

隨著科技的進(jìn)步及數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，在國家政策的積極引導(dǎo)下，各燃煤發(fā)電企業(yè)正在加快智能化、數(shù)字化建設(shè)，依托先進(jìn)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，推進(jìn)大數(shù)據(jù)、人工智能等新興技術(shù)與燃煤發(fā)電企業(yè)的深度融合，提高發(fā)電設(shè)備自動化、數(shù)字化程度。燃煤發(fā)電機組數(shù)字化水平的提升為遠(yuǎn)程診斷機組故障提供了便利條件，提供了解決機組實際問題的新思路。利用數(shù)字化技術(shù)開展機組故障診斷成為國內(nèi)外廣泛研究的課題。數(shù)字化發(fā)展與遠(yuǎn)程診斷技術(shù)緊密結(jié)合，可及時發(fā)現(xiàn)回?zé)嵯到y(tǒng)故障，提升機組運行經(jīng)濟(jì)性及安全性，具有廣闊應(yīng)用空間。

1 回?zé)嵯到y(tǒng)計算理論

在電力行業(yè)新形勢下，燃煤發(fā)電機組低負(fù)荷運行時間增加、啟停頻繁，對機組運行安全性產(chǎn)生不利影響。與此同時，對燃煤發(fā)電機組運行安全性的要求不斷提高，運用新技術(shù)提升機組安全水平成為迫切需求。

加熱器作為一種熱量交換裝置，廣泛應(yīng)用于大型火電機組回?zé)嵯到y(tǒng)[1-2]。抽汽回?zé)嵯到y(tǒng)是指從汽輪機抽出高溫蒸汽，加熱機組給水，提升工質(zhì)在鍋爐內(nèi)吸熱過程的平均溫度，以提高機組循環(huán)熱效率[3-6]。抽汽回?zé)嵯到y(tǒng)的正常投運對機組的熱經(jīng)濟(jì)性有重要影響，如果加熱器換熱性能下降，會引起加熱器出水溫度降低、疏水溫度升高等現(xiàn)象，造成機組給水溫度偏低，降低機組運行經(jīng)濟(jì)性[7-8]。

在熱力學(xué)第二定律理論基礎(chǔ)上，建立機組回?zé)岢槠到y(tǒng)計算程序，加熱器能量平衡公式為

Gjq(hjq-hss)+Gsss(hsss-hss)+Gqt(hqt-hss)=Gjs(hcs-hjs)

(1)

式中：Gjq為抽汽流量，kg/h；hjq為加熱器進(jìn)汽焓，kJ/kg；hss為加熱器疏水焓，kJ/kg；Gsss為上級加熱器疏水流量，kg/h；hsss為上級加熱器疏水焓，kJ/kg；Gqt為加熱器其他進(jìn)汽流量，kg/h；hqt為加熱器其他進(jìn)汽焓，kJ/kg；Gjs為加熱器進(jìn)水流量，kg/h；hcs為加熱器出水焓，kJ/kg；hjs為加熱器進(jìn)水焓，kJ/kg。

2 給水溫度偏低原因分析

2.1 給水溫度偏低現(xiàn)象描述

燃煤發(fā)電機組銘牌功率為660 MW，汽輪機類型為超超臨界、一次中間再熱、單軸、凝汽式汽輪機，額定工況下設(shè)計主汽壓力為25 MPa、主汽溫度為580 ℃、再熱汽溫為580 ℃、設(shè)計給水溫度為291.1 ℃。給水回?zé)嵯到y(tǒng)配置3臺高壓加熱器、1臺除氧器及5臺低壓加熱器。

運行中發(fā)現(xiàn)機組給水溫度達(dá)不到設(shè)計值，給水溫度比設(shè)計值低2.20%，因給水溫度偏低影響機組煤耗0.50 g/(kW·h)，且給水溫度有持續(xù)降低趨勢，迫切需要查明原因，提升機組運行經(jīng)濟(jì)性，防止給水溫度進(jìn)一步降低。受制于疫情防控及負(fù)荷計劃等因素，不具備開展現(xiàn)場診斷試驗條件，決定以大數(shù)據(jù)為依托，采用遠(yuǎn)程診斷的方式對給水溫度偏低問題進(jìn)行分析。

2.2 回?zé)嵯到y(tǒng)換熱性能分析

機組試驗期間，機組發(fā)電功率為655.96 MW、主蒸汽壓力為25.30 MPa，主蒸汽溫度為576.50 ℃，再熱汽溫為578.07 ℃，給水溫度為288.06 ℃。

機組抽汽回?zé)嵯到y(tǒng)性能分析宜在額定負(fù)荷工況下進(jìn)行，為選取穩(wěn)定可靠的運行參數(shù)，確定機組歷史數(shù)據(jù)的選取原則：①機組功率為660±3 MW；②機組功率穩(wěn)定運行超過10 min；③選取機組穩(wěn)定運行5 min后的數(shù)據(jù)，以功率660 MW工況時間段平均值為準(zhǔn)。選取額定負(fù)荷工況下設(shè)計值、考核試驗值和當(dāng)前運行值進(jìn)行對比分析。

在線選取2021年1月8日機組運行參數(shù)，機組功率為660.78 MW、主汽壓力為24.91 MPa、主汽溫度為577.52 ℃、再熱汽溫為579.63 ℃、給水溫度為284.71 ℃，主要運行數(shù)據(jù)見表1。

表1 1～9號回?zé)嵯到y(tǒng)參數(shù)統(tǒng)計

由表1可以看出：①在主蒸汽壓力接近設(shè)計值情況下，高、中壓缸抽汽壓力低于設(shè)計值，隨著運行時間增加，偏差值有增大趨勢；②在主蒸汽溫度比設(shè)計值低2.5 ℃的情況下，各段抽汽溫度均低于設(shè)計值0.23%～12.50%，其中，2、5、7號抽汽溫度比設(shè)計值低10 ℃以上，4、6號抽汽溫度比設(shè)計值低20 ℃以上；③多臺換熱器溫升低于設(shè)計值，其中，2號高壓加熱器溫升比設(shè)計值低11.19%，除氧器溫升比設(shè)計值低7.75%，9號低壓加熱器溫升比設(shè)計值低12.82%；④機組抽汽參數(shù)與加熱器匹配性不佳，2號高加、除氧器及6、7、9號低加溫升偏低，需要下級加熱器進(jìn)行熱補償，5號低壓加熱器可以完成補償，使除氧器進(jìn)水溫度達(dá)到設(shè)計值；1、3號高壓加熱器進(jìn)行了熱補償，但不能彌補2號高壓加熱器及除氧器溫升偏低的問題；⑤1號高壓加熱器上端差設(shè)計值為-1.70 ℃，考核試驗期間上端差為-1.60 ℃，運行上端差為0.15 ℃，雖然1號高壓加熱器溫升高于設(shè)計值，但其熱補償能力下降9.09%。

2.3 2號高加溫升低原因分析

機組投產(chǎn)后存在2號高壓加熱器及除氧器溫升偏低的問題，結(jié)合機組運行參數(shù)，2號高壓加熱器溫升有明顯降低，因此將2號高壓加熱器作為重點分析對象。對機組驗收試驗后額定工況下2號高壓加熱器運行參數(shù)進(jìn)行匯總，篩選出2020年8月25日至9月29運行數(shù)據(jù)見表2。

由表2可以看出：①同負(fù)荷工況下2號高壓加熱器正常疏水調(diào)門開度、加熱器水位及下端差未發(fā)生明顯波動，加熱器溫升下降與正常疏水調(diào)門開度、水位及下端差沒有規(guī)律性變化，可以排除加熱器水側(cè)泄漏至汽側(cè)、汽側(cè)短路至疏水側(cè)的可能性；②2020年8月25日至9月29日期間，2號高壓加熱器溫升呈明顯下降趨勢，期間機組處于深度調(diào)峰狀態(tài)，低負(fù)荷降至35%額定負(fù)荷，機組負(fù)荷頻繁、大幅度波動易對設(shè)備安全性產(chǎn)生不利影響；③加熱器換熱管束結(jié)垢會造成換熱效果變差，加熱器出水溫度降低；④加熱器進(jìn)水側(cè)泄漏至出水側(cè)會造成出水溫度降低。

表2 2020年8月25日至9月29日2號高壓加熱器運行參數(shù)

2.4 回?zé)嵯到y(tǒng)問題分析

通過上述數(shù)據(jù)分析可以看出：機組抽汽參數(shù)與加熱器匹配性不佳，多級抽汽參數(shù)低于設(shè)計值；6、7、9號低壓加熱器溫升偏低，需要下一級加熱器進(jìn)行熱補償，5號低壓加熱器可以完成溫度補償，使除氧器進(jìn)水溫度接近設(shè)計值；2號高壓加熱器及除氧器溫升偏低，1、3號高壓加熱器雖然進(jìn)行熱補償，但不能彌補2號高壓加熱器及除氧器溫升偏低的問題，未能使機組給水溫度達(dá)到設(shè)計值。

機組考核試驗期間，給水溫度比設(shè)計值低1.04%，主要原因為2號高壓加熱器及除氧器溫升偏低，高壓段抽汽壓力低于設(shè)計值在一定程度上限制了加熱器出水溫度的提升。隨著運行時間的增加，機組給水溫度比設(shè)計值低2.20%，2號高壓加熱器溫升偏差由3.57%升高至11.19%，1號高壓加熱器熱補償能力下降9.09%，是造成機組給水溫度進(jìn)一步降低的主要原因。

針對2號高壓加熱器溫升降低的問題，遠(yuǎn)程診斷發(fā)現(xiàn)2020年8月25日至9月29日，2號高壓加熱器溫升呈明顯下降趨勢，期間機組處于深度調(diào)峰狀態(tài)；結(jié)合其他運行參數(shù)的變化情況，初步判斷為加熱器結(jié)垢或進(jìn)出水隔板泄漏所致，機組檢修期間重點對2號高壓加熱器結(jié)垢情況及進(jìn)出水隔板進(jìn)行檢查。

3 設(shè)備解體情況

機組C修期間，對1、2號高壓加熱器進(jìn)行了解體檢修，發(fā)現(xiàn)兩臺高壓加熱器存在換熱管結(jié)垢現(xiàn)象、2號高壓加熱器進(jìn)出水隔板焊縫處有漏點，驗證了遠(yuǎn)程診斷分析的準(zhǔn)確性。采取漏點補焊處理，并對高壓加熱器換熱管進(jìn)行除垢。機組啟動后，相比于機組檢修前同負(fù)荷工況下2號高壓加熱器溫升提高2.6 ℃，機組給水溫度提升3.2 ℃，機組運行經(jīng)濟(jì)性明顯提升。高壓加熱器解體檢修情況如圖1所示。

圖1 高壓加熱器解體檢修情況

4 結(jié)論

通過遠(yuǎn)程診斷的方式對機組給水溫度偏低問題進(jìn)行分析，得到以下結(jié)論：

1)通過建立抽汽回?zé)嵯到y(tǒng)計算模型，采集同負(fù)荷工況下歷史運行參數(shù)，對各級加熱器參數(shù)進(jìn)行綜合分析。通過遠(yuǎn)程診斷，分析出機組回?zé)嵯到y(tǒng)存在2號高加及除氧器溫升偏低、1號高加熱補償能力下降、抽汽段參數(shù)偏低等問題。

2)結(jié)合遠(yuǎn)程診斷結(jié)果提出合理化建議，機組檢修期間對1、2號高加進(jìn)行解體檢修，發(fā)現(xiàn)換熱管結(jié)垢及2號高加進(jìn)出水隔板漏點問題，通過檢修提效使機組給水溫度比檢修前提升3.2 ℃，降低機組煤耗0.23 g/(kW·h)。

隨著數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，以大數(shù)據(jù)為依托對機組故障進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷分析，會得到廣泛的應(yīng)用。