燃?xì)廨啓C(jī)電廠部分負(fù)荷性能優(yōu)化與效果評(píng)估

衛(wèi) 明，曾建軍，崔 豐，計(jì)京津，孫 博

(1.上海電氣燃?xì)廨啓C(jī)有限公司，上海 200240；2.北京上莊燃?xì)鉄犭娪邢薰荆本?100094)

國(guó)內(nèi)的燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組主要作為調(diào)峰機(jī)組使用，大部分時(shí)間都運(yùn)行在部分負(fù)荷工況，并且與燃煤機(jī)組相比，天然氣的價(jià)格相對(duì)較高，燃?xì)廨啓C(jī)電廠對(duì)降低氣耗、提高效率的需求更為迫切。對(duì)于國(guó)內(nèi)燃?xì)廨啓C(jī)電廠來說，由于以上兩方面因素，在部分負(fù)荷運(yùn)行范圍內(nèi)提升機(jī)組效率就成為普遍迫切的需求。

提升燃?xì)廨啓C(jī)電廠部分負(fù)荷工況的效率有許多種手段，本文主要以盡量提升燃?xì)廨啓C(jī)部分負(fù)荷下透平前溫、提升部分負(fù)荷下聯(lián)合循環(huán)機(jī)組效率為指導(dǎo)思想[1]。針對(duì)AE系列燃?xì)廨啓C(jī)及其聯(lián)合循環(huán)機(jī)組，本文將從實(shí)現(xiàn)部分負(fù)荷性能優(yōu)化及實(shí)際電廠工程應(yīng)用為角度進(jìn)行論述。為了形成能夠?qū)嶋H應(yīng)用在燃?xì)廨啓C(jī)電廠的部分負(fù)荷性能優(yōu)化智能產(chǎn)品，本文將此工程問題分解為如下幾項(xiàng)具體技術(shù)問題：

1)以何種軟硬件的形式，實(shí)現(xiàn)提升透平前溫的燃?xì)廨啓C(jī)閉環(huán)控制？

2)部分負(fù)荷性能的提升，對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)、余熱鍋爐、汽輪機(jī)等主設(shè)備有何影響，安全運(yùn)行如何保障？

3)實(shí)施過程中需要在電廠做哪些調(diào)試試驗(yàn)工作？

4)如何評(píng)估性能優(yōu)化的效果？

本文接下來將針對(duì)上述問題逐一解答，旨在提供一套燃?xì)廨啓C(jī)電廠部分負(fù)荷性能優(yōu)化的技術(shù)方案。

1 部分負(fù)荷性能優(yōu)化的實(shí)現(xiàn)方案

從熱力學(xué)布雷頓-朗肯聯(lián)合循環(huán)的角度來看，提升聯(lián)合循環(huán)效率最直接的方法就是提升透平前溫。對(duì)于西門子流派的發(fā)電用重型燃?xì)廨啓C(jī)，在部分負(fù)荷工況運(yùn)行時(shí)，常規(guī)的運(yùn)行控制策略是使燃?xì)廨啓C(jī)排煙溫度與滿負(fù)荷時(shí)保持一致。但由于部分負(fù)荷時(shí)燃?xì)廨啓C(jī)的壓比降低等原因，此時(shí)透平前溫遠(yuǎn)低于可以達(dá)到的最高溫度，這使得這一策略實(shí)際上并沒有在燃?xì)廨啓C(jī)部分負(fù)荷運(yùn)行時(shí)充分利用透平葉片的承溫能力。此時(shí)透平前溫仍存在一定提升裕度。因此部分負(fù)荷工況下，可以提升透平前溫，進(jìn)而提升機(jī)組效率[1]。

對(duì)于AE系列燃?xì)廨啓C(jī)，提高部分負(fù)荷下修正后透平排煙溫度(Turbine Exhaust Temperature Corrected，TETC)設(shè)定參數(shù)，就可以提升部分負(fù)荷下的透平前溫，達(dá)到效率提升的目的。

在燃?xì)廨啓C(jī)側(cè)，TETC的計(jì)算會(huì)受到機(jī)組運(yùn)行邊界工況(環(huán)境的溫度、壓力、濕度，進(jìn)排氣壓損，燃料成分等)、負(fù)荷率、老化狀態(tài)等因素的影響，透平氣動(dòng)特性及透平葉片溫度也會(huì)受到影響。聯(lián)合循環(huán)汽水側(cè)，燃?xì)廨啓C(jī)排煙溫度受到鍋爐入口處換熱面材料和汽輪機(jī)葉片材料的限制，燃?xì)廨啓C(jī)排煙溫度、汽輪機(jī)主蒸汽和熱再熱蒸汽溫度不能無限制地提高。在進(jìn)行TETC控制策略優(yōu)化設(shè)計(jì)的過程中需將上述燃?xì)廨啓C(jī)側(cè)和汽水側(cè)影響因素考慮在內(nèi)，并將影響TETC控制的環(huán)境溫度、燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)速等關(guān)鍵參數(shù)放入TETC提升量計(jì)算的控制邏輯中，經(jīng)過熱力、二次空氣系統(tǒng)、透平傳熱、透平氣動(dòng)、壓氣機(jī)氣動(dòng)、控制等多方面的分析迭代和評(píng)估后，給出TETC提升量的安全邊界，形成能夠有效提升聯(lián)合循環(huán)效率并兼顧熱部件壽命的技術(shù)方案。

由于TETC提升量需要考慮的因素較多，且其與環(huán)境溫度和負(fù)荷強(qiáng)相關(guān)，因此為了減少對(duì)原有控制系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的干擾，從保持控制邏輯相對(duì)獨(dú)立的角度，設(shè)計(jì)如下TETC控制策略實(shí)現(xiàn)方案：將TETC提升量控制策略封裝進(jìn)單獨(dú)的可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller，PLC)中，將此PLC安裝到原有燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)，PLC輸入量為燃?xì)廨啓C(jī)功率和壓氣機(jī)進(jìn)口溫度，輸出為TETC提升量，輸出量疊加到原控制系統(tǒng)TETC設(shè)定值，以此來對(duì)透平排煙溫度進(jìn)行控制。

該方案的實(shí)現(xiàn)需要在控制系統(tǒng)機(jī)柜內(nèi)裝設(shè)新的PLC控制器、通信模塊、IO板卡等硬件設(shè)備。PLC的控制邏輯中引入了環(huán)境溫度、燃?xì)廨啓C(jī)負(fù)荷率等對(duì)透平排煙溫度有影響的因素，能夠在機(jī)組部分負(fù)荷時(shí)根據(jù)燃?xì)廨啓C(jī)負(fù)荷率和環(huán)境工況自動(dòng)計(jì)算TETC提升量，并將排煙溫度的提升信號(hào)傳遞至原燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)的TETC控制器，實(shí)現(xiàn)部分負(fù)荷排煙溫度的靈活控制。PLC只會(huì)對(duì)原控制系統(tǒng)中的TETC設(shè)定信號(hào)產(chǎn)生影響，相關(guān)的修正計(jì)算均在PLC內(nèi)部完成。

加裝PLC主要有以下優(yōu)點(diǎn)：

1)所有涉及部分負(fù)荷性能優(yōu)化的控制邏輯均集成在PLC中，與原控制系統(tǒng)交互參數(shù)少，便于維護(hù)和調(diào)試；

2)PLC控制器獨(dú)立于原控制系統(tǒng)，運(yùn)行人員可通過集控畫面操作，實(shí)現(xiàn)新增PLC優(yōu)化模塊的無擾投退，確保機(jī)組運(yùn)行可靠可控。

2 方案安全性評(píng)估與試驗(yàn)

2.1 燃?xì)廨啓C(jī)耐受評(píng)估

提高燃?xì)廨啓C(jī)透平排煙溫度，會(huì)造成燃?xì)廨啓C(jī)和汽水側(cè)運(yùn)行狀態(tài)與原機(jī)組不同，需要對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)、余熱鍋爐、汽輪機(jī)分別進(jìn)行評(píng)估，并使三大主設(shè)備聯(lián)動(dòng)匹配，保障機(jī)組運(yùn)行安全穩(wěn)定，進(jìn)而共同提升部分負(fù)荷下的性能，使聯(lián)合循環(huán)機(jī)組達(dá)到更高的部分負(fù)荷性能水平。

對(duì)于燃?xì)廨啓C(jī)，由于透平排煙溫度的提升，透平前溫會(huì)提升，壓氣機(jī)及透平氣動(dòng)性能隨之發(fā)生改變，導(dǎo)致葉片的進(jìn)出口壓力發(fā)生改變，進(jìn)而導(dǎo)致葉片冷卻空氣量可能會(huì)出現(xiàn)不足的情況。同時(shí)主流燃?xì)鉄彷d荷增加，可能導(dǎo)致透平葉片金屬溫度或涂層溫度過高，從而破壞葉片結(jié)構(gòu)完整性，增加涂層剝落和出現(xiàn)裂紋等風(fēng)險(xiǎn)。因此對(duì)于部分負(fù)荷工況，需要開展如下燃?xì)廨啓C(jī)評(píng)估校核工作，確定安全可行的TETC提升量邊界：

1)根據(jù)熱力性能計(jì)算，確定可行的TETC提升負(fù)荷和運(yùn)行邊界條件，并確定經(jīng)濟(jì)可行的TETC提升裕度；

2)確定燃?xì)廨啓C(jī)內(nèi)部系統(tǒng)參數(shù)，根據(jù)確定的負(fù)荷邊界，計(jì)算出較為準(zhǔn)確的燃?xì)廨啓C(jī)部件級(jí)系統(tǒng)參數(shù)；

3)進(jìn)行燃?xì)廨啓C(jī)葉片耐受評(píng)估，根據(jù)部件級(jí)參數(shù)，分析各級(jí)動(dòng)靜葉片的運(yùn)行狀況，保證透平葉片在透平排煙溫度優(yōu)化后的耐受性和完整性；

4)進(jìn)行排氣擴(kuò)散器與透平軸承座耐受評(píng)估，對(duì)排氣擴(kuò)散器和透平軸承座進(jìn)行詳細(xì)的評(píng)估，確保TETC提升后機(jī)組能夠安全運(yùn)行且滿足密封要求。

2.2 汽水側(cè)耐受評(píng)估

燃?xì)廨啓C(jī)排煙溫度的提升會(huì)增強(qiáng)余熱鍋爐換熱，供給汽輪機(jī)更高品質(zhì)的蒸汽。但余熱鍋爐入口處換熱面材料和汽輪機(jī)葉片材料存在最高溫度限制，因此燃?xì)廨啓C(jī)排煙溫度、主蒸汽和熱再熱蒸汽的溫度不能無限制地提高。

對(duì)于AE系列燃?xì)廨啓C(jī)的余熱鍋爐，燃?xì)廨啓C(jī)排煙溫度提升后，其不會(huì)超過夏季高溫工況滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的燃?xì)廨啓C(jī)排煙溫度，也就是余熱鍋爐仍能夠正常運(yùn)行。并且在機(jī)組部分負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，余熱鍋爐也存在提升排煙溫度上限的空間。

汽輪機(jī)熱部件校核的分析流程與燃?xì)廨啓C(jī)相似，汽輪機(jī)葉片在部分負(fù)荷下也有溫度上限的提升空間。針對(duì)汽輪機(jī)蒸汽溫度限值的提升，汽輪機(jī)技術(shù)人員也進(jìn)行了系統(tǒng)全面的分析，可以在保證汽輪機(jī)葉片的耐受性和完整性的前提下，提升汽輪機(jī)部分負(fù)荷下主汽溫度和熱再熱蒸汽溫度的上限值，提高蒸汽的做功品質(zhì)，這對(duì)聯(lián)合循環(huán)效率的提升有顯著影響[2]。

2.3 控制邏輯仿真測(cè)試

由于TETC提升的控制策略牽涉的參數(shù)很多，且其需要直接作用于參與燃?xì)廨啓C(jī)閉環(huán)控制的TETC控制器，那么就需要對(duì)優(yōu)化后的控制策略和控制邏輯進(jìn)行詳盡評(píng)估，確保其安全穩(wěn)定性。

上海電氣自主開發(fā)的燃?xì)廨啓C(jī)控制仿真平臺(tái)的操作組態(tài)環(huán)境與真實(shí)電廠的控制系統(tǒng)完全一致，能夠真實(shí)模擬現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)的情況，可對(duì)控制邏輯的準(zhǔn)確性進(jìn)行功能驗(yàn)證和分析。將TETC提升優(yōu)化的控制邏輯帶入到燃?xì)廨啓C(jī)控制仿真平臺(tái)，能夠模擬真實(shí)機(jī)組運(yùn)行時(shí)控制系統(tǒng)的情況，排除潛在的控制邏輯故障和問題，同時(shí)進(jìn)一步優(yōu)化控制邏輯，保證最終控制邏輯的可靠性。

3 燃燒調(diào)整試驗(yàn)

由于透平排煙溫度的提升會(huì)導(dǎo)致燃燒室燃空比的改變，由此可能會(huì)影響燃燒穩(wěn)定性和NOx排放，而這些燃燒相關(guān)的問題無法通過模型計(jì)算或?qū)＜医?jīng)驗(yàn)給出確切的結(jié)論，只能針對(duì)每臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)行燃燒調(diào)整試驗(yàn)，從而評(píng)估排煙溫度優(yōu)化后燃?xì)廨啓C(jī)在不同工況下的燃燒穩(wěn)定性，同時(shí)調(diào)整NOx排放，滿足環(huán)保要求。

在燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)加裝具有TETC提升功能的PLC后，需要根據(jù)不同的環(huán)境溫度進(jìn)行多次熱態(tài)燃燒調(diào)試，主要包括冬季熱態(tài)調(diào)試、春/秋季熱態(tài)調(diào)試、夏季熱態(tài)調(diào)試等，目的是覆蓋部分負(fù)荷性能優(yōu)化工作的不同環(huán)境溫度。在每次調(diào)試中，從進(jìn)口可調(diào)導(dǎo)葉(Inlet Guiding Vane，IGV)打開時(shí)對(duì)應(yīng)的負(fù)荷一直測(cè)試到約90%負(fù)荷工況，確保在各種環(huán)境溫度、不同負(fù)荷率下機(jī)組燃燒都穩(wěn)定，且NOx排放達(dá)標(biāo)。

每次熱態(tài)調(diào)試時(shí)間需要大約7天，電廠需根據(jù)燃燒調(diào)整計(jì)劃，事先與所對(duì)應(yīng)的電網(wǎng)負(fù)荷調(diào)度申請(qǐng)調(diào)試期間所需負(fù)荷。在不同負(fù)荷段(40%、50%、60%、70%、80%、90%)進(jìn)行排煙溫度裕度測(cè)試，具體溫度范圍以設(shè)計(jì)溫度和其他系統(tǒng)保護(hù)限值為準(zhǔn)，每個(gè)負(fù)荷段測(cè)試依次在白天(最高環(huán)境溫度)和晚上(最低環(huán)境溫度)進(jìn)行，各負(fù)荷段測(cè)試完成后進(jìn)行40%～90%負(fù)荷段的變負(fù)荷測(cè)試。試驗(yàn)時(shí)將燃?xì)廨啓C(jī)負(fù)荷調(diào)整至目標(biāo)功率，對(duì)比新增PLC模塊計(jì)算得到的TETC設(shè)定值溫度與預(yù)期值，同時(shí)觀察余熱鍋爐、汽輪機(jī)等的工作情況，必要時(shí)進(jìn)行額外調(diào)整。

對(duì)于NOx排放已經(jīng)接近限值或需要更優(yōu)排放指標(biāo)的電廠，在實(shí)施部分負(fù)荷性能優(yōu)化項(xiàng)目前，還需根據(jù)電廠當(dāng)前排放情況和后續(xù)需要，對(duì)機(jī)組進(jìn)行額外的燃燒調(diào)整，甚至進(jìn)行燃燒器升級(jí)優(yōu)化，使得NOx排放量降低，這樣才能使部分負(fù)荷性能優(yōu)化的效果不至于受到NOx排放的限制。

4 全廠在線性能評(píng)價(jià)系統(tǒng)

4.1 性能評(píng)價(jià)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

對(duì)于燃?xì)廨啓C(jī)電廠而言，燃?xì)廨啓C(jī)和聯(lián)合循環(huán)的性能在設(shè)計(jì)之初已經(jīng)達(dá)到了非常高的水平，進(jìn)一步提升聯(lián)合循環(huán)性能的潛力并不大。對(duì)于幾百萬元的中小規(guī)模優(yōu)化改造項(xiàng)目，如果采用本文的部分負(fù)荷性能優(yōu)化方案，燃?xì)廨啓C(jī)電廠效率提升絕對(duì)量?jī)H為0.2%～0.3%，如何評(píng)估這類項(xiàng)目的性能提升效果，就成為驗(yàn)收的難題。

一般而言，電廠方面首先想到的是對(duì)比性能試驗(yàn)評(píng)估優(yōu)化效果。然而，ASME PTC22性能試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)建議對(duì)比性能試驗(yàn)的不確定度需要小于性能收益的10%[3]，對(duì)于本文而言，修正后的效率不確定度要達(dá)到0.03%～0.05%。對(duì)于燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)的性能對(duì)比試驗(yàn)，在不考慮使用超高精度儀表等手段的條件下，雖然系統(tǒng)誤差接近于零，但修正后的出力和效率不確定度仍然有0.1%～0.2%，不滿足試驗(yàn)要求，造成對(duì)比性能試驗(yàn)無法分辨中小型優(yōu)化升級(jí)項(xiàng)目的性能提升效果。從技術(shù)角度，使用性能試驗(yàn)評(píng)估中小體量?jī)?yōu)化改造項(xiàng)目對(duì)電廠的性能提升，是不可行的。

從經(jīng)濟(jì)性角度，一次性能試驗(yàn)需要投入整個(gè)性能試驗(yàn)團(tuán)隊(duì)，工作時(shí)間前后至少一個(gè)月，并且直接耗資十幾萬至幾十萬元，成本占整個(gè)升級(jí)改造項(xiàng)目費(fèi)用的20%以上。并且性能試驗(yàn)僅僅是一次性的性能評(píng)價(jià)，對(duì)電廠后續(xù)工作無法留下任何有價(jià)值的成果。從經(jīng)濟(jì)性角度，使用性能試驗(yàn)評(píng)估也得不償失。

因此，針對(duì)中小型燃?xì)廨啓C(jī)電廠的性能優(yōu)化和升級(jí)改造，本文認(rèn)為使用高精度的全廠性能評(píng)估系統(tǒng)來捕捉這類優(yōu)化的效果，才是可行、有效的。全廠性能評(píng)估系統(tǒng)需要具有足夠高的熱力模型精度，能夠?qū)θ細(xì)廨啓C(jī)電廠進(jìn)行全廠范圍的熱力仿真，且在變邊界、變負(fù)荷的條件下，仍然能夠準(zhǔn)確地對(duì)全廠的性能變化進(jìn)行仿真。

為了評(píng)估部分負(fù)荷性能的優(yōu)化效果，本文建立了一套全廠在線性能評(píng)價(jià)系統(tǒng)，這套系統(tǒng)融合了電廠設(shè)備精細(xì)化機(jī)理模型與統(tǒng)計(jì)學(xué)模型，可根據(jù)不同的升級(jí)優(yōu)化方案和機(jī)組情況進(jìn)行配置，定制化建立聯(lián)合循環(huán)熱力性能模型，包括燃?xì)廨啓C(jī)、汽輪機(jī)、余熱鍋爐、發(fā)電機(jī)等主設(shè)備部件級(jí)模型，以及性能相關(guān)的各大管道和輔機(jī)模型等。該系統(tǒng)能夠在線監(jiān)測(cè)上述主設(shè)備大部件的性能，并在線評(píng)估分析燃?xì)廨啓C(jī)及聯(lián)合循環(huán)整機(jī)的性能，根據(jù)全廠燃?xì)廨啓C(jī)、汽水側(cè)等幾百個(gè)性能相關(guān)測(cè)點(diǎn)，對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)和汽輪機(jī)的性能進(jìn)行在線修正，使熱力模型能夠準(zhǔn)確匹配當(dāng)前機(jī)組的運(yùn)行性能。并且該系統(tǒng)能夠根據(jù)電廠的不同需求，定制設(shè)計(jì)系統(tǒng)界面，可視化顯示評(píng)估結(jié)果。

本套系統(tǒng)是針對(duì)全廠范圍的部件級(jí)、高精度性能評(píng)價(jià)系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)分析性能數(shù)據(jù)并對(duì)在線數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，具有明晰直觀等優(yōu)勢(shì)。

4.2 性能評(píng)價(jià)系統(tǒng)的應(yīng)用方案

性能評(píng)價(jià)系統(tǒng)的核心是聯(lián)合循環(huán)性能計(jì)算模型，本文所述性能計(jì)算模型經(jīng)過了西門子、AE系列燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)群數(shù)據(jù)驗(yàn)證，能夠在模型內(nèi)加載燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)計(jì)特性，并經(jīng)過燃?xì)廨啓C(jī)、汽輪機(jī)、余熱鍋爐等技術(shù)方面的校核，具有很高的聯(lián)合循環(huán)變工況性能計(jì)算評(píng)估精度，多年來在新機(jī)投標(biāo)時(shí)得到使用。

為了讓模型進(jìn)一步匹配電廠運(yùn)行性能，將燃?xì)廨啓C(jī)電廠性能優(yōu)化評(píng)價(jià)分為兩個(gè)步驟。第一步為標(biāo)定模型，以電廠現(xiàn)場(chǎng)性能相關(guān)測(cè)點(diǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)，使模型計(jì)算結(jié)果匹配當(dāng)前機(jī)組性能。第二步為性能計(jì)算，改變某些變量以計(jì)算不同條件下的機(jī)組性能，例如在部分負(fù)荷性能優(yōu)化中，以優(yōu)化前后排煙溫度為變量，輸入熱力模型得到性能的提升量。熱力模型本身具有較高的精度，并以運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)定，這保證了其在進(jìn)行變負(fù)荷、變工況的性能優(yōu)化評(píng)價(jià)時(shí)具有較高的準(zhǔn)確性和可靠性，能夠有效評(píng)價(jià)電廠實(shí)際機(jī)組的運(yùn)行性能和改造升級(jí)性能收益。

需要注意的是，對(duì)于不同電廠的熱力機(jī)理模型，需要根據(jù)電廠的實(shí)際配置、測(cè)點(diǎn)可信度等因素調(diào)整熱力模型。如某E級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)電廠，由于尚未安裝色譜儀，僅使用固定的燃料成分進(jìn)行燃料物性計(jì)算，且燃料流量計(jì)的數(shù)據(jù)顯著異常，這造成了燃料流量的測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)在性能計(jì)算時(shí)被舍棄，使得燃料成分波動(dòng)對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)性能的影響以燃料流量的方式體現(xiàn)，燃?xì)廨啓C(jī)熱力模型的修正數(shù)據(jù)源也減少了。

本文所述的燃?xì)廨啓C(jī)全廠性能評(píng)價(jià)系統(tǒng)一般以瀏覽器/服務(wù)器(Browser/Server，BS)架構(gòu)部署在電廠側(cè)，其從電廠安全儀表系統(tǒng)(Safety Interlocking System，SIS)的數(shù)據(jù)庫實(shí)時(shí)提取所需性能相關(guān)測(cè)點(diǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)，存入自帶的開源數(shù)據(jù)庫，熱力模型按給定時(shí)間間隔自動(dòng)獲取數(shù)據(jù)進(jìn)行性能評(píng)價(jià)計(jì)算，并將評(píng)價(jià)結(jié)果存入自身數(shù)據(jù)庫，最終呈現(xiàn)在系統(tǒng)界面中。

5 部分負(fù)荷性能優(yōu)化實(shí)施案例

本文提出的部分負(fù)荷性能優(yōu)化及全廠在線性能評(píng)價(jià)系統(tǒng)已經(jīng)在某電廠的AE94.2型燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組中實(shí)施。

部分負(fù)荷性能優(yōu)化的控制策略通過控制系統(tǒng)機(jī)柜內(nèi)裝設(shè)新的PLC控制器實(shí)現(xiàn)，圖1為在此電廠已安裝的PLC硬件。對(duì)于其他電廠，機(jī)柜的具體安裝位置需要綜合考慮控制機(jī)柜中當(dāng)前空間和接線是否便利。

圖1 某E級(jí)電廠安裝的PLC硬件

某燃?xì)廨啓C(jī)電廠汽水側(cè)經(jīng)評(píng)估優(yōu)化后，透平排煙溫度仍然處于余熱鍋爐的承溫范圍內(nèi)。技術(shù)評(píng)估認(rèn)為汽輪機(jī)方面可適當(dāng)提高主蒸汽溫度限值，從原有機(jī)組的520 ℃提升至530 ℃。

根據(jù)冬季、春季的不同條件，對(duì)此燃?xì)廨啓C(jī)電廠透平排溫進(jìn)行了提升，覆蓋了5～20 ℃的環(huán)境溫度下50%～90%負(fù)荷工況，在調(diào)整過程中優(yōu)化了燃?xì)廨啓C(jī)排放和燃燒穩(wěn)定性，最高TETC提升量可達(dá)到20 ℃，NOx排放仍然低于50 mg/m3。

此電廠機(jī)組實(shí)施了部分負(fù)荷性能優(yōu)化后，將全廠在線性能評(píng)價(jià)系統(tǒng)部署在電廠數(shù)據(jù)中心，進(jìn)行優(yōu)化收益的評(píng)價(jià)。采用實(shí)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)熱力模型進(jìn)行校準(zhǔn)，在模型邊界條件相同的基礎(chǔ)上，以優(yōu)化前后排煙溫度提升量為唯一輸入變量，計(jì)算優(yōu)化前后的機(jī)組性能差異，以此評(píng)估部分負(fù)荷性能優(yōu)化的效果。

對(duì)于此電廠的性能評(píng)價(jià)和升級(jí)改造性能分析需求，定制化設(shè)計(jì)性能評(píng)價(jià)的展示界面，并形成如圖2所示的軟硬件結(jié)合的全廠性能評(píng)價(jià)系統(tǒng)產(chǎn)品包，部署在電廠就地側(cè)，電廠工程師可登錄電廠內(nèi)網(wǎng)訪問瀏覽。

圖2 燃?xì)廨啓C(jī)全廠在線性能評(píng)價(jià)系統(tǒng)主界面

在實(shí)施部分負(fù)荷性能優(yōu)化方案后，隨著環(huán)境溫度和機(jī)組負(fù)荷變化，TETC提升量會(huì)同步智能調(diào)控，提升范圍在0～20 ℃。在-10～15 ℃的環(huán)境工況條件、70%負(fù)荷率下，該優(yōu)化方案能夠使此聯(lián)

圖3 某E級(jí)電廠不同工況下效率提升量對(duì)比

在對(duì)電廠進(jìn)行部分負(fù)荷性能優(yōu)化升級(jí)前，需要對(duì)電廠的部分負(fù)荷性能、燃燒穩(wěn)定性、NOx排放、汽水側(cè)余熱鍋爐、汽輪機(jī)主汽溫度限制等一系列狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估，以得出部分負(fù)荷性能優(yōu)化的預(yù)期效果。

6 結(jié) 論

本文利用部分負(fù)荷下透平葉片承溫能力未能充分發(fā)揮的特性，通過優(yōu)化排煙溫度控制策略，實(shí)現(xiàn)燃?xì)廨啓C(jī)及聯(lián)合循環(huán)的部分負(fù)荷工況效率提升，使燃?xì)廨啓C(jī)在部分負(fù)荷下能夠根據(jù)不同的負(fù)荷和環(huán)境溫度，智能提升TETC設(shè)定值。

本文通過燃?xì)廨啓C(jī)的熱力、傳熱、二次空氣、燃燒等方面的分析評(píng)估，得出TETC的安全運(yùn)行區(qū)間，并根據(jù)余熱鍋爐、汽輪機(jī)等方面的因素得出TETC提升的限制值，形成優(yōu)化的TETC控制策略。在PLC中實(shí)現(xiàn)提升TETC的控制策略，在控制仿真平臺(tái)中測(cè)試無誤后，將該策略加裝在電廠控制系統(tǒng)中，形成對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)TETC控制值的直接疊加，經(jīng)過多次燃燒熱態(tài)調(diào)試，確定最終的TETC提升量。

通過部署在電廠側(cè)的燃?xì)廨啓C(jī)全廠在線性能評(píng)價(jià)系統(tǒng)，進(jìn)行部分負(fù)荷性能優(yōu)化的性能提升效果評(píng)估。某AE94.2燃?xì)廨啓C(jī)電廠實(shí)施了本文的優(yōu)化方案，最高TETC提升量可達(dá)到20 ℃，NOx排放低于50 mg/m3，聯(lián)合循環(huán)機(jī)組效率提升的絕對(duì)值在0.15%～0.26%。