夏金玲，宋吉虎

（華電萊州發(fā)電有限公司，山東萊州 261441）

基于SPSS的電廠脫硫系統(tǒng)廠用電率模型

夏金玲，宋吉虎

（華電萊州發(fā)電有限公司，山東萊州 261441）

火力發(fā)電廠是一個(gè)龐大、復(fù)雜的系統(tǒng)，所涉及的相關(guān)變量繁雜，在龐大數(shù)據(jù)庫(kù)中尋找主要控制參數(shù)與相關(guān)變量的關(guān)系，成為火力發(fā)電廠生產(chǎn)中的難點(diǎn)。以脫硫系統(tǒng)為例，利用數(shù)據(jù)分析軟件SPSS研究脫硫系統(tǒng)廠用電率與機(jī)組負(fù)荷、脫硫系統(tǒng)入口SO2質(zhì)量濃度、脫硫系統(tǒng)出口SO2質(zhì)量濃度之間的關(guān)系，建立數(shù)學(xué)模型，用于指導(dǎo)生產(chǎn)。

脫硫系統(tǒng)；廠用電率；SPSS軟件；數(shù)學(xué)模型

0 引言

廠用電率是體現(xiàn)電廠運(yùn)營(yíng)經(jīng)濟(jì)性的一項(xiàng)主要指標(biāo)，而在廠用電率的構(gòu)成中，輔機(jī)耗電率以脫硫系統(tǒng)耗電率最為顯著，占到了廠用電率的13%～15%。在廠用電率的構(gòu)成中，脫硫系統(tǒng)耗電率具有更強(qiáng)的可變性和可操控性。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)脫硫廠用電率的有效控制和科學(xué)判斷分析，在定性的基礎(chǔ)上挖掘定量的數(shù)學(xué)規(guī)律，有效降低脫硫廠用電率，是電廠節(jié)能降耗的一項(xiàng)重要舉措。在火力發(fā)電廠生產(chǎn)實(shí)踐中，依據(jù)傳統(tǒng)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)：當(dāng)發(fā)電機(jī)接近額定出力運(yùn)行時(shí)，廠用電率最低；當(dāng)脫硫系統(tǒng)入口SO2質(zhì)量濃度升高時(shí)，脫硫耗電率及石灰石石子耗量升高；當(dāng)脫硫吸收塔出口SO2質(zhì)量濃度升高時(shí)，脫硫耗電率會(huì)降低。但是，以上認(rèn)識(shí)來(lái)自傳統(tǒng)的感性認(rèn)識(shí)，而相關(guān)變量之間是否存在著一定的數(shù)學(xué)關(guān)系，能否通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型來(lái)預(yù)知這一變化規(guī)律，以指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)。找到指標(biāo)和變量之間的數(shù)學(xué)表達(dá)式，對(duì)發(fā)電企業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)工作起到現(xiàn)實(shí)的指導(dǎo)意義，是本文的主旨。本文利用數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析軟件SPSS對(duì)各相關(guān)生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，引入變量間的相關(guān)性研究，建立發(fā)電企業(yè)入爐煤硫分與脫硫廠用電率、石灰石石子耗量的統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)模型，并通過(guò)實(shí)踐校驗(yàn)該模型的可行性和指導(dǎo)意義。

1 設(shè)備概況

華電萊州發(fā)電有限公司1 000MW機(jī)組鍋爐由東方鍋爐股份有限公司制造，為超超臨界參數(shù)、單爐膛、一次中間再熱、平衡通風(fēng)、運(yùn)轉(zhuǎn)層以上露天布置、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)Π型變壓直流鍋爐。煙氣脫硫（FGD）系統(tǒng)采用石灰石-石膏濕法工藝，采用一爐一塔，不設(shè)煙氣換熱器（GGH）和增壓風(fēng)機(jī)。吸收塔漿液系統(tǒng)布置5層噴淋層，漿液循環(huán)泵將吸收塔漿池中的漿液輸送至噴淋層，漿液呈霧狀噴出。石膏通過(guò)吸收塔石膏排出泵從吸收塔漿液池抽出，輸送至石膏旋流站，再送至脫硫系統(tǒng)的真空皮帶過(guò)濾機(jī)進(jìn)行過(guò)濾脫水。

（1）煙氣脫硫系統(tǒng)生產(chǎn)過(guò)程：石灰石溶解→與SO2反應(yīng)→產(chǎn)物氧化→生成石膏。

（2）煙氣脫硫化學(xué)反應(yīng)過(guò)程。

石灰石的溶解：CaCO3+CO2+H2→O Ca（HCO3）2；

與SO2反應(yīng)：Ca（HCO3）2+2SO2→Ca（HSO3）2+2CO2；

氧化：Ca（HSO3）2+CaCO3+O2→2CaSO4+ CO2+H2O；

石膏生成：CaSO4+2H2→O CaSO4·2H2O；

去除SO2：CaCO3+SO2+O2+2H2→O CaSO4·2H2O+CO2。

2 數(shù)學(xué)模型的建立

2.1 變量的選取

由化學(xué)反應(yīng)式可知，CaCO3的消耗量與煙氣中去除的SO2量成正比，而SO2的總量主要取決于鍋爐燃燒煤種中硫的含量以及燃煤總量。

電廠生產(chǎn)中，煤質(zhì)化驗(yàn)采用抽檢方式，無(wú)法準(zhǔn)確計(jì)量實(shí)際入爐煤種硫的含量，并且入爐煤量與鍋爐燃燒煤量存在一定的統(tǒng)計(jì)偏差。在電廠脫硫系統(tǒng)實(shí)際生產(chǎn)中，為消除統(tǒng)計(jì)偏差，準(zhǔn)確體現(xiàn)各變量之間的關(guān)系，建模變量可以采用脫硫系統(tǒng)入口SO2質(zhì)量濃度、脫硫系統(tǒng)出口SO2質(zhì)量濃度、機(jī)組負(fù)荷以及現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度。其中，脫硫系統(tǒng)入口SO2質(zhì)量濃度為輸入量，脫硫系統(tǒng)出口SO2質(zhì)量濃度為反饋量，機(jī)組負(fù)荷和現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度直接影響煙氣量，因此也作為輸入量。

表1 相關(guān)性分析數(shù)據(jù)

2.2 數(shù)據(jù)整理

通過(guò)廠級(jí)實(shí)時(shí)監(jiān)控信息系統(tǒng)（SIS）調(diào)取機(jī)組2014年度脫硫系統(tǒng)的相關(guān)運(yùn)行參數(shù)和指標(biāo)，剔除部分明顯異常的數(shù)據(jù)，篩選得到195組有效數(shù)據(jù)。利用SPSS的相關(guān)性分析工具，分析單機(jī)脫硫耗電率、機(jī)組平均負(fù)荷、脫硫系統(tǒng)入口SO2質(zhì)量濃度、脫硫系統(tǒng)出口SO2質(zhì)量濃度以及環(huán)境溫度的相關(guān)性，分析結(jié)果見(jiàn)表1。

分析表1中的數(shù)據(jù)可以得出如下結(jié)論：與脫硫系統(tǒng)耗電率相關(guān)性較高的為機(jī)組平均負(fù)荷和脫硫系統(tǒng)入口SO2質(zhì)量濃度；脫硫系統(tǒng)耗電率與機(jī)組平均負(fù)荷相關(guān)系數(shù)為-0.526，成負(fù)相關(guān)性；與脫硫系統(tǒng)入口SO2質(zhì)量濃度成正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.510。這一結(jié)論表明：隨著機(jī)組負(fù)荷的升高，脫硫系統(tǒng)耗電率降低；隨著脫硫系統(tǒng)入口SO2質(zhì)量濃度的升高，脫硫系統(tǒng)的耗電率升高。從數(shù)學(xué)模型上證明了脫硫系統(tǒng)耗電率的相關(guān)性影響因素主要是機(jī)組平均負(fù)荷和脫硫系統(tǒng)入口SO2質(zhì)量濃度，而脫硫系統(tǒng)耗電率與脫硫系統(tǒng)出口SO2質(zhì)量濃度、環(huán)境溫度的相關(guān)性系數(shù)分別為-0.095和0.049。

2.3 數(shù)學(xué)模型的建立

2.3.1 數(shù)學(xué)建模的變量選取及模型建立

為了準(zhǔn)確整合數(shù)學(xué)建模的變量，建立科學(xué)的數(shù)學(xué)模型，利用SPSS軟件中的線性回歸分析工具，分別建立脫硫系統(tǒng)耗電率與機(jī)組負(fù)荷、脫硫系統(tǒng)入口SO2質(zhì)量濃度、脫硫系統(tǒng)出口SO2質(zhì)量濃度及環(huán)境溫度的數(shù)學(xué)模型。根據(jù)選擇變量的不同，建立4種模型，加以比較，選擇最優(yōu)模型。各模型統(tǒng)計(jì)校驗(yàn)值見(jiàn)表2。

模型1預(yù)測(cè)變量：機(jī)組平均負(fù)荷。

表2 各模型的統(tǒng)計(jì)校驗(yàn)值

模型2預(yù)測(cè)變量：機(jī)組平均負(fù)荷、脫硫系統(tǒng)入口SO2質(zhì)量濃度。

模型3預(yù)測(cè)變量：機(jī)組平均負(fù)荷、脫硫系統(tǒng)入口SO2質(zhì)量濃度、環(huán)境溫度。

模型4預(yù)測(cè)變量：機(jī)組平均負(fù)荷、脫硫系統(tǒng)入口SO2質(zhì)量濃度、環(huán)境溫度、脫硫系統(tǒng)出口SO2質(zhì)量濃度。

由表2可知，以上4種模型中，模型4的R，R方以及調(diào)整R方明顯優(yōu)于其他3種模型，因此選用模型4建立數(shù)學(xué)模型。

2.3.2 數(shù)學(xué)模型的顯著性分析

為得到該模型的顯著性水平，利用SPSS軟件對(duì)模型4進(jìn)行分析，結(jié)果見(jiàn)表3。

汪！汪！汪……車外右側(cè)，突然躥出一只狼狗來(lái)，足有半個(gè)牛犢那么大。輕靈的耳朵、黑黑的背，躥起來(lái)有一米多高，爪子拍打過(guò)車窗玻璃，又有些不甘心地滑下。要不是鐵鏈子拴著，狼狗敢上到車頂去。跟著狼狗，從右側(cè)小區(qū)傳達(dá)室里，竟然走出了一個(gè)身著僧人衣裳、身材魁梧、相貌兇惡的老男人。他好像瞎了一只眼，禿禿的腦殼，眉毛濃黑。走近了，才看清，是他的右眼皮耷拉得太低了，脖子上還掛著一串佛珠。狼狗看見(jiàn)主人，真是“心有靈犀一點(diǎn)通”?。★w快地跑到墻角，蹲下身子，前爪蹬地，吐著舌頭，嗚嗚！嗚嗚……地低吠著。

表3 方差分析

該模型的顯著性P值（即Sig.＝1.453E-54）趨于0，遠(yuǎn)低于顯著水平0.05，因此判斷該模型整體非常顯著。模型4的線性回歸系數(shù)及統(tǒng)計(jì)量見(jiàn)表4。

由表4可以看出，回歸方程各參數(shù)的系數(shù)非常顯著。根據(jù)表4中的系數(shù)，可以得到脫硫耗電率的多元線性回歸方程。

表4 線性回歸系數(shù)及統(tǒng)計(jì)量

脫硫耗電率＝0.5948-0.00393×負(fù)荷+0.137×脫硫系統(tǒng)入口SO2質(zhì)量濃度÷1000-0.00073×脫硫系統(tǒng)出口SO2質(zhì)量濃度+0.00215×環(huán)境溫度。

應(yīng)用該數(shù)學(xué)模型，建立脫硫系統(tǒng)耗電率的計(jì)算（預(yù)測(cè)）曲線，并將2014年度脫硫系統(tǒng)篩選得到的195組實(shí)際數(shù)據(jù)繪圖，對(duì)預(yù)測(cè)耗電率與實(shí)際耗電率做差值分析，可以得到脫硫系統(tǒng)耗電率的預(yù)測(cè)值（計(jì)算值）、脫硫系統(tǒng)耗電率的實(shí)際值、計(jì)算值與實(shí)際值的差值3組曲線，如圖1所示。

3.2 數(shù)學(xué)模型在指標(biāo)分析中的應(yīng)用

在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，指標(biāo)參數(shù)出現(xiàn)明顯變化時(shí)，可以借助數(shù)學(xué)模型分析指標(biāo)產(chǎn)生變化的原因。如在該模型中，當(dāng)脫硫系統(tǒng)耗電率變化時(shí)，可以分析是受負(fù)荷波動(dòng)還是硫分波動(dòng)影響，在排除客觀影響因素之后，再檢查人員操作因素。

數(shù)學(xué)模型在生產(chǎn)中的應(yīng)用實(shí)例見(jiàn)表5。

表5 數(shù)學(xué)模型在生產(chǎn)中的應(yīng)用

圖1 脫硫系統(tǒng)耗電率預(yù)測(cè)值、實(shí)際值及差值

3 模型的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

3.1 數(shù)學(xué)模型在生產(chǎn)指標(biāo)計(jì)劃及管理中的應(yīng)用

計(jì)劃部門每月可根據(jù)下月的電量計(jì)劃情況、來(lái)煤結(jié)構(gòu)以及預(yù)計(jì)的環(huán)境溫度等情況制訂月度指標(biāo)計(jì)劃，使計(jì)劃的制訂更加科學(xué)。

實(shí)際生產(chǎn)操作中，每月根據(jù)指標(biāo)完成情況對(duì)各責(zé)任部門進(jìn)行獎(jiǎng)懲。由于現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)與預(yù)計(jì)情況會(huì)出現(xiàn)偏差，如負(fù)荷、燃煤硫分、環(huán)境溫度變化，均會(huì)導(dǎo)致實(shí)際的指標(biāo)完成值偏離計(jì)劃值，如何更加科學(xué)、合理地管控生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)指標(biāo)是生產(chǎn)管控的難點(diǎn)。在實(shí)際操作中，數(shù)學(xué)模型建立后，可以根據(jù)一些客觀參數(shù)的變化適當(dāng)調(diào)整月初的指標(biāo)計(jì)劃，以保證計(jì)劃值與完成值具有較好的吻合度，能夠更加合理地管控責(zé)任部門，充分發(fā)揮人員的積極性。

由表5可以看出：將月度的計(jì)劃平均負(fù)荷、預(yù)計(jì)的環(huán)境溫度、預(yù)計(jì)的脫硫系統(tǒng)入口SO2質(zhì)量濃度代入數(shù)學(xué)模型進(jìn)行計(jì)算，確定當(dāng)月計(jì)劃脫硫耗電率為0.45%。在生產(chǎn)實(shí)際中，由于實(shí)際機(jī)組負(fù)荷、入爐煤質(zhì)、環(huán)境溫度與計(jì)劃值存在偏差，根據(jù)以上偏差進(jìn)行修正，確定計(jì)劃承包值為0.44%，跟蹤當(dāng)月脫硫系統(tǒng)耗電率，實(shí)際完成值為0.43%，與計(jì)劃承包值0.44%偏差0.01個(gè)百分點(diǎn)。這一實(shí)例說(shuō)明：SPSS分析數(shù)學(xué)模型在脫硫系統(tǒng)廠用電率計(jì)劃值制訂、跟蹤、偏差分析及目標(biāo)值再修訂中，能夠科學(xué)研判指標(biāo)變化規(guī)律，緊密跟蹤完成過(guò)程，及時(shí)糾偏，達(dá)到指標(biāo)過(guò)程有效管控的目的，最終實(shí)現(xiàn)完成值與計(jì)劃值的高度吻合。

3.3 數(shù)學(xué)模型在脫硫成本控制中的應(yīng)用

數(shù)學(xué)模型建好后，可以分析燃煤硫分變化對(duì)廠用電率、石灰石用量的影響。

按照上述方法，同樣可以建立石灰石石子耗量數(shù)學(xué)模型為：石灰石石子耗量＝-16.5+0.047 2×負(fù)荷+0.085×入口SO2質(zhì)量濃度。

按照入爐煤硫分1%對(duì)應(yīng)脫硫系統(tǒng)入口SO2質(zhì)量濃度2200mg／m3計(jì)算，應(yīng)用數(shù)學(xué)模型，綜合考慮脫硫成本中石灰石石子耗量、脫硫系統(tǒng)廠用電量的因素，分析入爐煤硫分變化0.1%對(duì)電廠脫硫成本的影響情況，分析結(jié)果見(jiàn)表6（當(dāng)天平均負(fù)荷為900 MW）。

表6 數(shù)學(xué)模型在脫硫成本分析中的應(yīng)用

通過(guò)計(jì)算分析，在日平均負(fù)荷900MW的情況下，入爐煤硫分升高0.1%，導(dǎo)致脫硫成本升高0.2元／（MW·h）。

4 結(jié)論

本文以華電萊州發(fā)電有限公司1 000MW機(jī)組脫硫系統(tǒng)為研究對(duì)象，利用SPSS分析軟件，建立了脫硫系統(tǒng)廠用電率的數(shù)學(xué)模型，并將數(shù)學(xué)模型應(yīng)用于脫硫系統(tǒng)生產(chǎn)指標(biāo)管理與脫硫生產(chǎn)的成本控制。經(jīng)過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn)，該模型具有較強(qiáng)的指導(dǎo)性，與生產(chǎn)實(shí)際高度吻合。該數(shù)學(xué)模型建立后，應(yīng)隨著設(shè)備的改造、運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)定期進(jìn)行校驗(yàn)和修正，使數(shù)學(xué)模型與生產(chǎn)實(shí)際相符。

［1］夏恒嚴(yán)，王靈梅，孫林旺.基于SPSS建立電站鍋爐效率模型的研究［J］.電力學(xué)報(bào)，2010（5）：309-401.

［2］吳廣.SPSS統(tǒng)計(jì)分析與應(yīng)用［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2013.

［3］陳超，鄒瀅.SPSS15.0中文版常用功能與應(yīng)用實(shí)例精講［M］.西安：電子工業(yè)出版社，2009.

［4］王子杰，李健，孫萬(wàn)云.基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和遺傳算法的鍋爐燃燒優(yōu)化方法［J］.華北電力大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2008，35（1）：14-17.

（本文責(zé)編：劉芳）

）。主蒸汽溫度難以調(diào)節(jié)是因?yàn)閼T性時(shí)間比較長(zhǎng)，若能降低慣性時(shí)間則調(diào)節(jié)就相對(duì)容易，空間狀態(tài)預(yù)估就是利用這個(gè)原理，根據(jù)受熱面的入口溫度、出口溫度、蒸汽流速（通過(guò)蒸汽量的函數(shù)得出）預(yù)估中間4個(gè)點(diǎn)的溫度，根據(jù)設(shè)定值計(jì)算出這4個(gè)中間點(diǎn)溫度應(yīng)該控制在哪個(gè)設(shè)定值上，并和實(shí)際的估算值進(jìn)行比較，用差值進(jìn)行加權(quán)，預(yù)估出噴水量，相當(dāng)于將慣性時(shí)間降為原來(lái)的1／4，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)主蒸汽的預(yù)估前饋控制。

1.3 再熱器溫度控制優(yōu)化

再熱器噴水配一級(jí)噴水減溫，為事故噴水，正常情況下不噴水。再熱器溫度調(diào)節(jié)是由調(diào)節(jié)燃燒器傾角實(shí)現(xiàn)的，其事故噴水調(diào)節(jié)閥控制思路和過(guò)熱器一致，只是設(shè)定值比燃燒器傾角的設(shè)定值高些，優(yōu)先由燃燒器傾角進(jìn)行調(diào)節(jié)。

X 701.3

：B

：1674-1951（2015）05-0066-04

夏金玲（1975—），女，山東濟(jì)南人，工程師，從事電廠統(tǒng)計(jì)管理與分析等方面的工作（E-mail：517263860＠qq.com）。

宋吉虎（1974—），男，山東聊城人，高級(jí)工程師，從事電廠生產(chǎn)管理與節(jié)能管理等方面的工作（E-mail：2663215720＠qq.com

2014-11-19；

2015-03-05