錢立軍，周 強(qiáng)，代家元

（江蘇方天電力技術(shù)有限公司，江蘇 南京 211102）

火力發(fā)電機(jī)組能耗計(jì)算，長(zhǎng)期由于煤量計(jì)量、煤質(zhì)分析等過程環(huán)節(jié)的滯后，導(dǎo)致無法在線、實(shí)時(shí)計(jì)算，對(duì)于機(jī)組實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)仍然較多地停留在安全性角度。近年來，許多發(fā)電廠也從經(jīng)濟(jì)性角度，對(duì)在役機(jī)組進(jìn)行了改善，如泵與風(fēng)機(jī)的變頻改造、加熱器端差改造等等，但是這些都只是對(duì)局部系統(tǒng)的改善進(jìn)而來改善機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)，并沒有從經(jīng)濟(jì)性最直接的反映指標(biāo)，即機(jī)組實(shí)時(shí)能耗的角度來分析機(jī)組的實(shí)時(shí)運(yùn)行方式的改善[1]。

1 系統(tǒng)模型簡(jiǎn)介

火力發(fā)電機(jī)組能耗實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)模型最關(guān)鍵的計(jì)算指標(biāo)為供電煤耗率，它是反映機(jī)組經(jīng)濟(jì)性水平的最直接技術(shù)指標(biāo)。根據(jù)熱力學(xué)原理，供電煤耗率的計(jì)算公式為

式中：qr為汽輪機(jī)熱耗率；ηgl為鍋爐熱效率；ηp為系統(tǒng)管道效率；e為單臺(tái)機(jī)組的廠用電率。

1.1 鍋爐效率計(jì)算方法

本計(jì)算模型鍋爐效率采用反平衡方法，其計(jì)算公式為

式中：化學(xué)未燃燒熱損失q3、散熱損失q5及其他熱損失q6均可取定值或根據(jù)相關(guān)參數(shù)計(jì)算出來。

排煙熱損失q2的計(jì)算方法：通過測(cè)量排煙中各煙氣組分體積份額，可以計(jì)算出單位體積煙氣排煙焓。同時(shí)，根據(jù)排煙中各煙氣組分體積份額，可計(jì)算出入爐燃料中各元素對(duì)應(yīng)摩爾數(shù)及生成單位體積煙氣所需放出的熱量，從而計(jì)算出排煙熱損失q2。

機(jī)械未完全燃燒熱損失q4的計(jì)算方法：在多次性能試驗(yàn)基礎(chǔ)上，擬合出q4隨燃料特性系數(shù)β及煤種變化的曲線，根據(jù)排煙中CO2和O2體積份額計(jì)算出β，根據(jù)單位負(fù)荷下燃料消耗量判斷煤種變化狀況，從而近似計(jì)算出q4。

q2和q4的計(jì)算避免了煤質(zhì)分析過程，q2的計(jì)算從對(duì)排煙組份分析的角度，避免了煤質(zhì)測(cè)量計(jì)算煤的低位發(fā)熱量。q4通過經(jīng)驗(yàn)公式修正的方法來計(jì)算得到，以單位負(fù)荷給煤量來反映入爐煤低位發(fā)熱量的變化，進(jìn)而反映煤質(zhì)分析中C元素含量的變化；以按實(shí)際燒掉碳含量計(jì)算的燃料特性系數(shù)的變化，反映灰渣中未燃盡碳的變化，從而對(duì)基準(zhǔn)的q4加以修正，雖然會(huì)產(chǎn)生一定的誤差，但由于目前300 MW以上火力發(fā)電機(jī)組相對(duì)來說煤質(zhì)較為平穩(wěn)，煤質(zhì)分析中的C/H比、C/Q比波動(dòng)很小，因而此模型在鍋爐效率計(jì)算上的誤差尚屬可接受范圍之內(nèi)。例如2008年江蘇省內(nèi)各大火力發(fā)電機(jī)組煤質(zhì)分析數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)分析得到其C/H比、C/Q比波動(dòng)就很小，如圖1所示。

圖1 2008年江蘇省內(nèi)火力發(fā)電機(jī)組煤質(zhì)分析C/H比和C/Q比

從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以看出，江蘇省內(nèi)300 MW以上機(jī)組所使用的煤種其C/H比平均值為16.6888，均方差為0.7012；C/Q比平均值為0.002651，均方差為4.79×10-5；以燃煤低位發(fā)熱量來反映燃煤中C元素含量可能產(chǎn)生的誤差僅為1.8%，造成機(jī)械未完全燃燒熱損失與實(shí)際值的偏差率約為0.27%，由此引起供電煤耗的偏差率約為0.256%。

1.2 汽輪機(jī)熱耗率計(jì)算方法

汽輪機(jī)熱耗率的計(jì)算公式為

式中：D0為主蒸汽流量；H0為主蒸汽焓值；DRH為再熱蒸汽流量；HRH為再熱蒸汽焓值；Dfw為主給水流量；Hfw為主給水焓值；DCR為冷再蒸汽流量；HCR為冷再蒸汽焓值；DSHS為過熱減溫水流量；HSHS為過熱減溫水焓值；DRHS為再熱減溫水流量；HRHS為再熱減溫水焓值；Pel為發(fā)電機(jī)功率。在汽輪機(jī)計(jì)算模型中，將進(jìn)入汽輪機(jī)的總熱量主要分為主蒸汽攜帶的和再熱蒸汽攜帶的2部分，各焓值通過溫度、壓力求取，流量用能量平衡的方法獲取。

1.3 廠用電率和管道效率的計(jì)算方法

通常，系統(tǒng)的管道效率變化不大，在此取定值作常數(shù)處理?；鹆Πl(fā)電機(jī)組的廠用電率采用機(jī)組的上網(wǎng)功率、發(fā)電機(jī)功率進(jìn)行計(jì)算。

2 能耗實(shí)時(shí)計(jì)算模型應(yīng)用前提——數(shù)據(jù)處理技術(shù)[2]

熱工過程是一個(gè)大滯后、大慣性的過程，同一時(shí)標(biāo)采集過來的一批實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)并不代表彼此就能匹配起來，只有在工況穩(wěn)定的情況下，各數(shù)據(jù)才能真正反映機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行情況，此時(shí)計(jì)算出來的能耗才是比較準(zhǔn)確的。因此，上述火力發(fā)電機(jī)組能耗實(shí)時(shí)計(jì)算模型成功應(yīng)用的關(guān)鍵就是必須是在工況穩(wěn)定的情況下計(jì)算，才能得出正確的結(jié)果。如果工況不穩(wěn)定，各參數(shù)的不匹配程度很大，極有可能導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果錯(cuò)誤。下面將從數(shù)據(jù)調(diào)和技術(shù)、規(guī)則性判斷2方面介紹此計(jì)算模型必須的數(shù)據(jù)處理技術(shù)。

2.1 數(shù)據(jù)調(diào)和技術(shù)[3]

數(shù)據(jù)調(diào)和技術(shù)，即為在滿足質(zhì)量、能量平衡的基礎(chǔ)上，對(duì)計(jì)算模型的測(cè)量輸入進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，以使得調(diào)和后的計(jì)算結(jié)果和測(cè)量數(shù)據(jù)最大程度地匹配。比如，在本計(jì)算模型中，影響計(jì)算結(jié)果最大的是給水流量，因?yàn)榱髁繙y(cè)量不準(zhǔn)一直是熱工測(cè)量的難題。為了盡量減小它對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響，可在大量歷史數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，先擬合功率與給水流量之間的關(guān)系，再判斷測(cè)量的給水流量和擬合出來的給水流量之間的誤差，進(jìn)而決定是否用其他流量進(jìn)行反算給水流量，替代直接測(cè)量的給水流量。

數(shù)據(jù)調(diào)和技術(shù)的應(yīng)用對(duì)流量問題的解決具有很大作用，為計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性奠定了基礎(chǔ)。

2.2 數(shù)據(jù)規(guī)則性判斷技術(shù)

數(shù)據(jù)規(guī)則性判斷主要包括以下幾個(gè)方面：

（1）數(shù)據(jù)的光滑與濾波，去除高頻噪聲。系統(tǒng)的預(yù)處理模型相當(dāng)于一個(gè)低通濾波器，將測(cè)量數(shù)據(jù)中的噪聲去除，以獲取穩(wěn)定工況。

（2）數(shù)據(jù)的有效性判斷。對(duì)測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行上下限、斜率等判斷，以保證計(jì)算數(shù)據(jù)的合理性、穩(wěn)定性。

（3）交叉判斷技術(shù)。熱工模型，各參數(shù)之間必然存在很多聯(lián)系，可以通過彼此之間的紐帶橋梁判斷數(shù)據(jù)的質(zhì)量。

3 能耗實(shí)時(shí)計(jì)算模型的應(yīng)用

應(yīng)用上面介紹的實(shí)時(shí)火力發(fā)電機(jī)組能耗實(shí)時(shí)計(jì)算模型，采用數(shù)據(jù)調(diào)和、數(shù)據(jù)規(guī)則性判斷技術(shù)，可開發(fā)出較為準(zhǔn)確的在線能耗實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。采集某630 MW機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)，再開啟實(shí)時(shí)計(jì)算模塊，根據(jù)一段時(shí)間計(jì)算結(jié)果擬合出來的功率—能耗曲線[4]，如圖2所示。

圖2 某630 MW機(jī)組在線擬合的功率—能耗曲線

4 能耗實(shí)時(shí)計(jì)算模型的延伸——智能診斷分析功能[5]

根據(jù)此能耗實(shí)時(shí)計(jì)算模型，可以開發(fā)出能耗實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，在此系統(tǒng)搭建的基礎(chǔ)平臺(tái)上，可以開發(fā)遠(yuǎn)程智能診斷、專家分析系統(tǒng)。實(shí)時(shí)計(jì)算模型最關(guān)鍵計(jì)算指標(biāo)為供電煤耗率，它主要包含以下幾個(gè)部分：鍋爐效率、汽輪機(jī)熱耗率、廠用電率。3個(gè)分計(jì)算指標(biāo)又由其他各計(jì)算子指標(biāo)計(jì)算得到，因此可以“樹”型結(jié)構(gòu)表達(dá)這種關(guān)系，如圖3所示。

圖3 計(jì)算指標(biāo)的樹形模型

系統(tǒng)計(jì)算通道為“自下而上”數(shù)據(jù)流結(jié)構(gòu)，通過采集數(shù)據(jù)逐層計(jì)算相關(guān)指標(biāo)最終得到機(jī)組的供電煤耗率。系統(tǒng)分析通道為“自下而上”+“自上而下”數(shù)據(jù)流結(jié)構(gòu)，一方面通過與標(biāo)準(zhǔn)源進(jìn)行比較，逐層向下遞推，分析導(dǎo)致機(jī)組能耗變化的主要原因；另一方面通過與標(biāo)準(zhǔn)源進(jìn)行采集數(shù)據(jù)層比較，通過影響因子疊加方法將這種差別折算到對(duì)各層計(jì)算指標(biāo)的影響，并最終反映到對(duì)機(jī)組供電煤耗率的影響上。對(duì)某1000 MW機(jī)組進(jìn)行逐層分析，得到的關(guān)鍵影響因子樹形結(jié)構(gòu)圖，如圖4所示。

圖4 某1000 MW影響因子樹型結(jié)構(gòu)圖

圖4中，以900.236 MW工況為基準(zhǔn)工況，將同負(fù)荷段的2條計(jì)算結(jié)果（負(fù)荷分別為900.236 MW，898.502 MW）進(jìn)行了對(duì)比剖析，雖負(fù)荷非常接近，但供電煤耗率卻相差達(dá)9.35 g/（kW·h）。通過對(duì)影響供電煤耗率因子分解，可發(fā)現(xiàn)汽機(jī)熱耗率的差值折算到對(duì)供電煤耗率影響最大，達(dá)到 8.48 g/（kW·h）（鍋爐效率偏差對(duì)供電煤耗率的影響是0.995g/（kW·h），廠用電率偏差對(duì)供電煤耗率的影響是0.147 g/（kW·h），然后再對(duì)汽機(jī)熱耗率進(jìn)行分解，可以發(fā)現(xiàn)主給水流量的偏差折算到對(duì)汽機(jī)熱耗率的影響最大，達(dá)到了 316.928 kJ/（kW·h）。 因此，可以看出，主給水流量的偏差是導(dǎo)致這2個(gè)工況下供電煤耗率偏差如此之大的關(guān)鍵因素。圖4中每行最右邊的數(shù)據(jù)，代表該行因子的變化對(duì)其上層因子的影響程度。

5 結(jié)束語

通過鍋爐效率算法的修改，避免了煤質(zhì)分析等滯后環(huán)節(jié)影響能耗的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。通過數(shù)據(jù)調(diào)和、數(shù)據(jù)規(guī)則性判斷技術(shù)判斷機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)的穩(wěn)定性，保證本能耗計(jì)算模型的應(yīng)用環(huán)境，避免計(jì)算結(jié)果的誤差性。最后結(jié)合上述能耗實(shí)時(shí)計(jì)算模型，分析了建立在此基礎(chǔ)上的智能診斷分析模型。

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