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)

供熱機組在線監(jiān)測方法的研究及應(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)

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

供熱機組；煤耗計算；發(fā)電調(diào)度；供熱系統(tǒng)；換熱站；在線監(jiān)測

圖1 典型調(diào)節(jié)抽汽式機組機組汽水流程

0 引言

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

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

1 供熱機組系統(tǒng)構(gòu)成

火電機組供熱抽汽位置有所不同，設(shè)計時按多臺機組聯(lián)合抽汽供熱設(shè)計，根據(jù)機組運行工況進(jìn)行抽汽量分配，機組供汽采用機組聯(lián)合母管方式。

機組供熱系統(tǒng)由抽汽、換熱器、供汽、循環(huán)水、疏水、補水等系統(tǒng)構(gòu)成。機組抽汽進(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機組三段抽汽，其他類似；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、補水泵對于供熱管網(wǎng)穩(wěn)定運行具有重要意義。

注：型號，RJBW1400-590-1.6-2；換熱面積，590m2。

2 方法研究

供熱機組在線監(jiān)測[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(以下簡稱煤耗曲線)得到額定功率下的供電煤耗，按照大小進(jìn)行煤耗排序，實現(xiàn)優(yōu)化機組發(fā)電調(diào)度；另一方面從供熱機組安全運行角度出發(fā)，實現(xiàn)供熱系統(tǒng)監(jiān)控及計算分析。

2.1 煤耗排序

2.1.1 煤耗計算

對于純凝機組，根據(jù)相關(guān)規(guī)范[4]計算機組實時供電煤耗；對于供熱機組，根據(jù)相關(guān)規(guī)定[5-6]計算機組熱電比，按照好處歸電法計算供熱機組供電煤耗。

(1)

(2)

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

(3)

式中：bg為供熱機組供電煤耗，g/(kW·h)；q為未考慮供熱時機組熱耗率，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

抽取實時數(shù)據(jù)庫發(fā)電功率和供電煤耗數(shù)據(jù)樣本，擬合煤耗曲線。在對參數(shù)的線性估計中，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[7](這種估計為最小方差估計)，煤耗曲線擬合方法采用最小二乘法，曲線形式為

(5)

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

根據(jù)供熱歷史運行數(shù)據(jù)及計算結(jié)果，確定熱電比劃分層次及范圍大小，對熱電比進(jìn)行分擋。提取滿足某一擋熱電比的實時計算數(shù)據(jù)，擬合生成煤耗曲線。某電廠通過熱電比分擋，生成的煤耗曲線形式見表2。

表2 供熱機組煤耗曲線(額定負(fù)荷)

機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足以下幾種工況下的煤耗曲線生成需求。

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

(2)熱電比范圍相同(偏差可忽略)時，生成某一特定熱電比下的煤耗曲線，對比2臺機組煤耗。

以熱電比為判斷依據(jù)，利用未來熱負(fù)荷預(yù)測，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)測及計算

監(jiān)測機組供熱系統(tǒng)的運行狀況，集中展示供熱抽汽及一級水網(wǎng)運行；對供熱系統(tǒng)各部位熱量[8]進(jìn)行實時計算；在線計算供熱機組標(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)機組供熱流程，在線計算各部分熱量。

(1)針對抽汽系統(tǒng)，以換熱器為計算模型，計算抽汽加熱給換熱器循環(huán)水熱量，見式(2)。

(2)一級水網(wǎng)循環(huán)水凈吸(供二次水網(wǎng)或者用戶)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(計量)測點計算電廠關(guān)口供熱量QGK，QGK計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，一級水網(wǎng)循環(huán)水凈吸熱量QWI，關(guān)口計量熱量QGK流程，直觀監(jiān)測能量變化及相互關(guān)系。根據(jù)各機組形式，收集供熱系統(tǒng)測點。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)口測點：計量關(guān)口壓力(MPa)、溫度(℃)、流量(t/h)，計量關(guān)口熱量(GJ/h)。

3 在線監(jiān)測應(yīng)用

3.1 發(fā)電調(diào)度

某電網(wǎng)公司利用轄屬機組煤耗排序結(jié)果，優(yōu)化發(fā)電調(diào)度。在新機組納入排序前，通過現(xiàn)場性能試驗與在線計算結(jié)果進(jìn)行對比[8-9]，對在線計算結(jié)果進(jìn)行驗證。某660 MW超臨界機組具有常年穩(wěn)定工業(yè)負(fù)荷，抽汽位置為熱再熱器出口，滿負(fù)荷試驗期間數(shù)據(jù)見表3，煤耗對比結(jié)果見表4，對比結(jié)果滿足規(guī)定要求，在線計算結(jié)果準(zhǔn)確。

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

3.2 在線監(jiān)測

某發(fā)電集團(tuán)公司供熱系統(tǒng)在線監(jiān)測項目如下。

(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)測過程參數(shù)和性能參數(shù)。

表3 某供熱機組試驗期間數(shù)據(jù)對比

表4 煤耗對比結(jié)果( #2機組)

(2)熱量傳遞變化流程。對供熱關(guān)口計量參數(shù)進(jìn)行匯總計算，展示各供熱計量分支熱量，見表5；對供熱首站(一次熱網(wǎng))參數(shù)進(jìn)行匯總計算，便于比較關(guān)口計量、首站進(jìn)出口參數(shù)變化趨勢，見表6。

(3)供熱報表。自動采集實時數(shù)據(jù)生成供熱報表，可以有效節(jié)約人力成本。表7為供熱供汽關(guān)口日報表，表中公司在編號列以0表示，電廠在編號列以1～3表示。

表5 關(guān)口參數(shù)匯總

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

表6 一次熱網(wǎng)參數(shù)匯總

表7 供熱供汽關(guān)口日報表

4 結(jié)論

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

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

(3)隨著信息技術(shù)發(fā)展，供熱機組在線監(jiān)測系統(tǒng)在機組小指標(biāo)考核、耗差分析系統(tǒng)、熱網(wǎng)系統(tǒng)安全運行、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.面向公司級的電廠運行信息系統(tǒng)的研究開發(fā)[J].中國電機工程學(xué)報,2007,27(z1):21-26.

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

[3]解春林，薛永鋒，王松嶺，等.供熱機組在線監(jiān)測系統(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)電機組煤耗在線計算導(dǎo)則: DL/T 262—2012[S].

[5]國家計委，國家經(jīng)貿(mào)委，建設(shè)部，國家環(huán)?？偩? 關(guān)于發(fā)展熱電聯(lián)產(chǎn)的規(guī)定(急計基礎(chǔ)〔2000〕1268號) [Z].

[6]戴軍,劉光耀,徐婷婷,等.供熱機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(自然科學(xué)版),1998(3):296-301.

[8]馬朋波.山東實時監(jiān)管二期供熱及污染物技術(shù)開發(fā)報告[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)測系統(tǒng)比對試驗導(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“°”“′”“″”

平面角的非SI單位度、[角]分、[角]秒是我國的法定計量單位，其符號“°”“′”“″”是法定符號。由于它們的特殊性，使用時應(yīng)注意以下幾條。(1)不是字母符號，須置于右上標(biāo)，表示量值時數(shù)值與符號間不留間隙，如30°。(2)表示一個平面角的量值時，可同時使用2或3個單位，例如α=25°20′，β=18°15′30″。(3)與其他單位構(gòu)成組合單位時，符號上需加圓括號，如10 (°)/min。(4)書寫平面角的量值范圍時，第1個量的單位符號不應(yīng)省略，如10°～15°不應(yīng)寫為10～15°。(5)不應(yīng)將“′”“″”用于表示時間，如35 min 28 s不得寫為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》建議：“平面角宜用單位(°)表示，例如，寫作17.25°不寫作17°15′?！奔础岸取弊詈冒词M(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)。