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        基于多軸燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組啟停過(guò)程運(yùn)行評(píng)價(jià)系統(tǒng)的研究及應(yīng)用

        2021-08-21 11:48:46呂玥婷陳海文黃月麗童振翔
        儀器儀表用戶 2021年8期
        關(guān)鍵詞:評(píng)價(jià)

        呂玥婷,陳海文,黃月麗,童振翔

        (華電浙江龍游熱電有限公司,浙江 龍游 324400)

        0 引言

        某燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組,配置2 臺(tái)9E級(jí)燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)組、2 臺(tái)余熱鍋爐、1 臺(tái)抽凝式汽輪發(fā)電機(jī)組、1 臺(tái)背壓式汽輪發(fā)電機(jī)組,其中燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組與蒸汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組為2 拖1 分軸布置。

        整套機(jī)組于2015 年底投入商業(yè)運(yùn)行,屬于調(diào)峰機(jī)組,發(fā)電運(yùn)行時(shí)間短、啟停次數(shù)多。

        1 課題研究背景

        1.1 現(xiàn)狀介紹

        近年來(lái),得益于國(guó)家相關(guān)政策的推動(dòng)及燃?xì)獍l(fā)電在環(huán)保、調(diào)峰等方面的優(yōu)勢(shì),燃?xì)獍l(fā)電規(guī)模日益擴(kuò)大,但由于天然氣氣價(jià)較高,國(guó)內(nèi)環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)日趨完善嚴(yán)格,燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組的節(jié)能降耗及污染減排也變得日益重要。

        目前,燃機(jī)電廠對(duì)機(jī)組啟停過(guò)程中的設(shè)備參數(shù)及能耗指標(biāo)缺乏相應(yīng)的評(píng)價(jià)準(zhǔn)則,無(wú)法確定其安全性、經(jīng)濟(jì)性及環(huán)保指標(biāo)是否達(dá)到最優(yōu)值。

        1.2 課題研究意義

        機(jī)組投運(yùn)以來(lái),基本為日開(kāi)夜停的調(diào)峰運(yùn)行方式,連續(xù)發(fā)電運(yùn)行時(shí)間短、啟停次數(shù)多。機(jī)組頻繁啟停,對(duì)聯(lián)合循環(huán)各設(shè)備的耐受力和使用壽命提出挑戰(zhàn)。另外,二拖一分軸機(jī)組運(yùn)行方式較為靈活,對(duì)不同運(yùn)行方式下的數(shù)據(jù)監(jiān)督和統(tǒng)計(jì)提出了新的要求,受制于有限的運(yùn)行小時(shí)數(shù),運(yùn)行人員操作鍛煉機(jī)會(huì)偏少,導(dǎo)致機(jī)組啟停運(yùn)行存在較大差異,標(biāo)準(zhǔn)化管理水平不高,影響機(jī)組運(yùn)行的安全經(jīng)濟(jì)性能。

        通過(guò)建立一套科學(xué)的啟停過(guò)程評(píng)價(jià)準(zhǔn)則,對(duì)啟停過(guò)程進(jìn)行對(duì)比,篩選最為理想的啟停方法,能夠有效指導(dǎo)運(yùn)行人員進(jìn)行合理操作,在確保啟停過(guò)程安全的前提下,實(shí)現(xiàn)機(jī)組的經(jīng)濟(jì)和環(huán)保啟停。

        2 課題研究與實(shí)施

        2.1 評(píng)價(jià)準(zhǔn)則的研究

        統(tǒng)計(jì)分析機(jī)組啟停過(guò)程中的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)(如軸振、脹差、金屬溫度等)以及主要輔機(jī)設(shè)備的能耗參數(shù)(如廠用電量等),建立起機(jī)組啟停過(guò)程參數(shù)評(píng)價(jià)體系,并將各參數(shù)重新歸類劃分為安全指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、環(huán)保指標(biāo),機(jī)組啟停評(píng)價(jià)指標(biāo)得分按得分率統(tǒng)計(jì),其中經(jīng)濟(jì)指標(biāo)在整個(gè)啟停評(píng)價(jià)指標(biāo)中占比50%,環(huán)保指標(biāo)占比20%,安全指標(biāo)占比30%。

        2.1.1 經(jīng)濟(jì)指標(biāo)設(shè)計(jì)

        經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有5 項(xiàng),分別為時(shí)間、氣量、氣耗、廠用電、成本,啟機(jī)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)占總經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的80%,停機(jī)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)占總經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的20%。啟機(jī)過(guò)程中,時(shí)間指標(biāo)占比10/65,氣量指標(biāo)占比10/65,氣耗指標(biāo)占比10/65,廠用電指標(biāo)占比10/65,成本指標(biāo)占比25/65。停機(jī)過(guò)程中,時(shí)間指標(biāo)占比5/35,氣量指標(biāo)占比5/35,氣耗指標(biāo)占比5/35,廠用電指標(biāo)占比5/35,成本指標(biāo)占比15/35。

        機(jī)組各啟停工況的標(biāo)準(zhǔn)值,見(jiàn)表1。

        表1 經(jīng)濟(jì)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值Table 1 Standard values of economic indicators

        冷爐熱機(jī)啟動(dòng)指標(biāo)修正說(shuō)明:整套機(jī)組啟動(dòng)階段,汽機(jī)為熱態(tài)啟動(dòng)時(shí),對(duì)余熱鍋爐冷熱態(tài)進(jìn)行判斷。若高壓汽包上壁溫度小于80℃,則判斷為冷爐熱機(jī)啟動(dòng)。相關(guān)指標(biāo)修正如下:?jiǎn)?dòng)時(shí)間+4 min;氣量+0.2 萬(wàn)Nm3;氣耗+10 Nm3/MWh。

        時(shí)間指標(biāo):若時(shí)間≤標(biāo)準(zhǔn)值,該項(xiàng)滿分;若超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)值,啟機(jī)階段每增加1min 則扣除時(shí)間指標(biāo)占比1/10,停機(jī)階段每增加1min 則扣除時(shí)間指標(biāo)占比1/5,扣完為止。

        氣量指標(biāo):若氣量≤標(biāo)準(zhǔn)值,該項(xiàng)滿分;若超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)值,啟機(jī)階段每增加0.1 萬(wàn)Nm3則扣除氣量指標(biāo)占比1/10,停機(jī)階段每增加0.1 萬(wàn)Nm3則扣除氣量指標(biāo)占比1/5,扣完為止。

        氣耗指標(biāo):若氣耗≤標(biāo)準(zhǔn)值,該項(xiàng)滿分;若超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)值,啟機(jī)階段每增加30Nm3/MWh 則扣除氣耗指標(biāo)占比1/10,停機(jī)階段每增加30Nm3/MWh 則扣除氣耗指標(biāo)占比1/5,扣完為止。

        廠用電指標(biāo):若廠用電≤標(biāo)準(zhǔn)值,該項(xiàng)滿分;若超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)值,啟機(jī)階段每增加1MWh 則扣除廠用電指標(biāo)占比1/10,停機(jī)階段每增加1MWh 則扣除廠用電指標(biāo)占比1/5,扣完為止。

        成本指標(biāo):若成本≤標(biāo)準(zhǔn)值,該項(xiàng)滿分;若超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)值,啟機(jī)階段每增加0.05 萬(wàn)元?jiǎng)t扣除成本指標(biāo)占比1/50,停機(jī)階段每增加0.05 萬(wàn)元?jiǎng)t扣除成本指標(biāo)占比1/30,扣完為止。

        2.1.2 環(huán)保指標(biāo)設(shè)計(jì)

        環(huán)保指標(biāo)有3 項(xiàng),分別為NOx、SO2和煙塵,啟機(jī)的環(huán)保指標(biāo)占總環(huán)保指標(biāo)的50%,停機(jī)的環(huán)保指標(biāo)占總環(huán)保指標(biāo)的50%。啟機(jī)與停機(jī)過(guò)程中,各指標(biāo)占比相同,NOx占比10/30,SO2占比10/30,煙塵占比10/30。

        將各指標(biāo)建立不同啟停情況下的標(biāo)準(zhǔn)值見(jiàn)表2。冷爐熱機(jī)啟動(dòng)指標(biāo)修正說(shuō)明:整套機(jī)組啟動(dòng)階段,汽機(jī)為熱態(tài)啟動(dòng)時(shí),對(duì)余熱鍋爐冷熱態(tài)進(jìn)行判斷。若高壓汽包上壁溫度小于80℃,則判斷為冷爐熱機(jī)啟動(dòng),相關(guān)指標(biāo)修正如下:NOx 超標(biāo)時(shí)間+5 min。

        表2 環(huán)保指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值Table 2 Standard values of environmental protection indicators

        NOx 指標(biāo):將NOx 濃度超過(guò)50mg/Nm3的累計(jì)時(shí)間T1進(jìn)行統(tǒng)計(jì),時(shí)間單位為min。若T1 ≤標(biāo)準(zhǔn)值,則該項(xiàng)滿分;若T1 >標(biāo)準(zhǔn)值,則該項(xiàng)不得分。

        SO2指標(biāo):將SO2濃度超過(guò)35mg/Nm3的累計(jì)時(shí)間T2進(jìn)行統(tǒng)計(jì),時(shí)間單位為min。若T2 ≤標(biāo)準(zhǔn)值,則該項(xiàng)滿分;若T2 >標(biāo)準(zhǔn)值,則該項(xiàng)不得分。

        煙塵指標(biāo):將煙塵濃度超過(guò)5mg/Nm3的累計(jì)時(shí)間T3進(jìn)行統(tǒng)計(jì),時(shí)間單位為min。若T3 ≤標(biāo)準(zhǔn)值,則該項(xiàng)滿分;若T3 >標(biāo)準(zhǔn)值,則該項(xiàng)不得分。

        2.1.3 安全指標(biāo)設(shè)計(jì)

        安全指標(biāo)的評(píng)價(jià)是在建立各個(gè)基準(zhǔn)值的基礎(chǔ)上,將超過(guò)基準(zhǔn)值以外非安全區(qū)域的累計(jì)時(shí)間(時(shí)間單位均為min)進(jìn)行統(tǒng)計(jì),1、2 號(hào)機(jī)組安全指標(biāo)各有15 項(xiàng),3 號(hào)機(jī)組安全指標(biāo)22 項(xiàng),每一項(xiàng)的占比相同,則一拖一整套機(jī)組安全指標(biāo)有37 項(xiàng),每項(xiàng)滿分占比為1/37;二拖一整套機(jī)組安全指標(biāo)有52 項(xiàng),每項(xiàng)滿分占比為1/52。詳細(xì)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)如下:

        每項(xiàng)指標(biāo)劃分為A、B、C 3 個(gè)等級(jí)進(jìn)行評(píng)分,其中A級(jí)占比滿分,B 級(jí)占比3/5,C 級(jí)不得分。

        1 號(hào)和2 號(hào)機(jī)組安全指標(biāo)分別有15 項(xiàng),3 號(hào)機(jī)組的安全指標(biāo)22 項(xiàng)。以1 號(hào)機(jī)組的安全指標(biāo)為例,進(jìn)行說(shuō)明如下:

        T1 表示高壓汽包水位大于100mm 的累計(jì)時(shí)間,若0 ≤T1 ≤1min,判定為A 級(jí);若1 <T1 ≤5min,判定為B 級(jí);若T1 >5min,判定為C 級(jí)。

        T2 表示高壓汽包水位小于-150mm 的累計(jì)時(shí)間,若0 ≤T2 ≤1min,判定為A 級(jí);若1 <T2 ≤5min,判定為B 級(jí);若T2 >5min,判定為C 級(jí)。

        T3 表示低壓汽包水位大于100mm 的累計(jì)時(shí)間,若0 ≤T3 ≤1min,判定為A 級(jí);若1 <T3 ≤5min,判定為B 級(jí);若T3 >5min,判定為C 級(jí)。

        T4 表示低壓汽包水位小于-150mm 的累計(jì)時(shí)間,若0 ≤T4 ≤1min,判定為A 級(jí);若1 <T4 ≤5min,判定為B 級(jí);若T4 >5min,判定為C 級(jí)。

        T5 表示高壓汽包壓力大于7.2MPa 的累計(jì)時(shí)間,若T5=0min,判定為A 級(jí);若T1 >0min,判定為C 級(jí)。

        T6 表示低壓汽包壓力大于1.0MPa 的累計(jì)時(shí)間,若T6=0min,判定為A 級(jí);若T6 >0min,判定為C 級(jí)。

        T7 表示出口煙溫大于對(duì)應(yīng)除氧器壓力下的飽和溫度的累計(jì)時(shí)間,若T7=0min,判定為A 級(jí);若1 <T7 ≤3min,判定為B 級(jí);若T7 >3min,判定為C 級(jí)。

        T8 表示高壓汽包溫升速率大于5.76℃/min 的累計(jì)時(shí)間,若0 ≤T8 ≤5min,判定為A 級(jí);若5 <T8 ≤10min,判定為B 級(jí);若T8 >10min,判定為C 級(jí)。

        T9 表示高壓汽包溫降速率大于1.13℃/min 的累計(jì)時(shí)間,若0 ≤T9 ≤5min,判定為A 級(jí);若5 <T9 ≤10min,判定為B 級(jí);若T9 >10min,判定為C 級(jí)。

        T10 表示高壓主蒸汽溫升速率大于11.14℃/min 的累計(jì)時(shí)間,若0 ≤T10 ≤5min,判定為A 級(jí);若5<T10 ≤10min,判定為B 級(jí);若T10 >10min,判定為C級(jí)。

        T11 表示高壓主蒸汽溫降速率大于11.66℃/min 的累計(jì)時(shí)間,若0 ≤T11 ≤5min,判定為A 級(jí);若5<T11 ≤10min,判定為B 級(jí);若T11 >10min,判定為C級(jí)。

        T12 表示高壓汽包壁的溫差在啟機(jī)階段大于50℃的累計(jì)時(shí)間,若0 ≤T12 ≤5min,判定為A 級(jí);若5<T12 ≤10min,判定為B 級(jí);若T12 >10min,判定為C級(jí)。

        T13 表示高壓汽包壁的溫差在停機(jī)階段大于50℃的累計(jì)時(shí)間,若0 ≤T12 ≤5min,判定為A 級(jí);若5<T12 ≤10min,判定為B 級(jí);若T12 >10min,判定為C級(jí)。

        T14 表示鍋爐側(cè)主蒸汽溫度大于535℃的累計(jì)時(shí)間,若T14=0min,判定為A 級(jí);若0 <T14 ≤2min,判定為B級(jí);若T14 >2min,判定為C 級(jí)。

        T15 表示鍋爐側(cè)主蒸汽溫度大于540℃的累計(jì)時(shí)間,若T15=0min,判定為A 級(jí);若T15 >0min,判定為C 級(jí)。

        2.2 評(píng)價(jià)系統(tǒng)的研發(fā)

        以DCS 系統(tǒng)為基礎(chǔ),應(yīng)用系統(tǒng)強(qiáng)大豐富的自主化邏輯編輯功能,建立機(jī)組能耗指標(biāo)與運(yùn)行參數(shù)監(jiān)督統(tǒng)計(jì)平臺(tái)?;跈C(jī)組多工況啟停全過(guò)程的安全、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保指標(biāo)的評(píng)價(jià)準(zhǔn)則,研發(fā)了啟停過(guò)程運(yùn)行操作評(píng)價(jià)系統(tǒng),如圖1~圖3 所示。

        圖1 標(biāo)準(zhǔn)值設(shè)置Fig.1 Standard value setting

        圖2 安全指標(biāo)得分Fig.2 Safety index score

        圖3 啟停評(píng)價(jià)匯總得分Fig.3 Start-stop evaluation summary score

        2.3 應(yīng)用效果

        通過(guò)啟停評(píng)價(jià)系統(tǒng)的實(shí)施,對(duì)啟停過(guò)程進(jìn)行了科學(xué)的評(píng)價(jià)分析,為進(jìn)一步優(yōu)化機(jī)組啟停過(guò)程的節(jié)能降耗提供指導(dǎo)。同時(shí),運(yùn)行評(píng)價(jià)的得分直接反應(yīng)了運(yùn)行各值之間操作差異,為提升運(yùn)行操作的標(biāo)準(zhǔn)化提供了依據(jù),對(duì)不同值的運(yùn)行人員啟停操作進(jìn)行對(duì)比、區(qū)分和評(píng)價(jià),強(qiáng)化對(duì)標(biāo)意識(shí),提升運(yùn)行人員操作水平。通過(guò)運(yùn)行操作的優(yōu)化,總評(píng)價(jià)得分由73%提升至97%,提高了機(jī)組運(yùn)行的安全性、環(huán)保性和經(jīng)濟(jì)性。

        3 結(jié)束語(yǔ)

        隨著新能源裝機(jī)容量的增長(zhǎng),燃機(jī)作為調(diào)峰的重要方式,機(jī)組啟停的次數(shù)將顯著增加。建立啟停過(guò)程設(shè)備參數(shù)及能耗指標(biāo)的評(píng)價(jià)準(zhǔn)則,將生產(chǎn)過(guò)程和運(yùn)行操作進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化,可提升大環(huán)境趨勢(shì)下發(fā)電企業(yè)的生產(chǎn)競(jìng)爭(zhēng)力。涉及啟停評(píng)價(jià)軟件,可以在DCS 應(yīng)用的調(diào)峰燃機(jī)電廠中廣泛推廣。

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