熱電機組供熱模型數據采集研究

王昭鑫，曾潔，孫瑋，吳萌

（1.國網山東省電力公司，山東濟南250001；2.國網山東省電力公司濟南供電公司，山東濟南250001；3.國網山東省電力公司電力科學研究院，山東濟南250002；4.國華能源投資有限公司，山東濟南250002）

熱電機組供熱模型數據采集研究

王昭鑫1，曾潔2，孫瑋3，吳萌4

（1.國網山東省電力公司，山東濟南250001；2.國網山東省電力公司濟南供電公司，山東濟南250001；3.國網山東省電力公司電力科學研究院，山東濟南250002；4.國華能源投資有限公司，山東濟南250002）

介紹山東省熱電機組在線監測系統的功能組成以及供熱數據準確對電網安全運行的意義。針對山東省熱電機組特點，以某個具有代表性的熱電機組供熱系統圖為例，提出了數據采集的解決方案并介紹系統建設中為保證數據準確性和可靠性的關鍵技術。實踐證明，提出的方法和采用的關鍵技術在實際應用中具有較高的實用價值。

熱電機組；監測系統；數據可靠性

0 引言

近年來，山東省熱電機組發展迅速，在節能、環保等方面起到了積極的作用［1］。為了通過統一調度及協調，進一步提高熱電機組的管理水平，2013年山東電網建設了山東省熱電機組在線監測系統，實現了山東省熱電機組的在線監測一體化。該系統具有熱力和電力等數據采集傳輸、數據管理、數據報表、指標計算、網上瀏覽等5部分功能。各個熱電廠根據各自的供熱系統圖，把現場采集的熱電數據傳輸到山東電力調度控制中心的在線監測系統，由系統實時計算出機組的熱電比、熱效率，判斷熱電比是否達標，并根據熱電比的排名確定每年補償發電量。該監測系統作為山東省電力節能調度輔助系統，可以根據機組供熱量的隨機變化，實時調整供熱機組的最小安全發電量，為山東省的節能降耗做出了突出貢獻。該系統的數據匯總后可以生成各種報表，可以按電廠名稱、機組容量、運行參數、熱電比、時間等項目分類檢索。授權用戶可以從Internet網上登陸以瀏覽器方式查詢系統的數據，確保“以熱定電”政策中供熱量和發電量的各種數據的公開、公平和公正。

為了建立節能調度的供熱模型，根據各臺供熱機組的熱力系統圖和電廠的供熱關系圖確定其應該采集的測點信息是山東省熱電機組在線監測系統的關鍵技術。

1 熱電機組數據采集測點選擇

電廠的供熱方式多種多樣，有母管制供熱系統的熱電機組，有背壓式汽輪機供熱系統的熱電機組，還有抽汽凝汽式汽輪機供熱系統的熱電機組［2-4］，其中抽凝式供熱機組中有十幾種結構型式，這些供熱機組的抽汽級數、供熱方式、調節方式各不相同。因此必須根據各臺熱電機組的熱力關系采集相應的數據，否則就無法建立準確的節能調度供熱模型。以華能運河發電有限公司為例，5號機組4抽來的蒸汽進入5號機組的輔汽聯箱，6號機組4抽來的蒸汽進入6號機組的輔汽聯箱，兩個輔汽聯箱用母管相連后對外供熱。這樣在線監測系統收到的供熱數據無法區分是5號機組的還是6號機組的，無法做到單臺機組供熱量判定，從而影響了熱電比、熱效率、節能調度等一系列分析。所以，為保證監測系統數據的可靠性和準確性，需要在統一的采集測點表的基礎上，利用各臺熱電機組的熱力系統圖和電廠詳細的供熱關系圖，確定各機組的采集量測點。

監測系統采集準確、有效的供熱數據是計算每臺機組供熱量、熱電比、熱效率的基礎。采集測點確定原則是每臺機組各個缸單獨的供熱焓和該蒸汽的回水焓［5］。采集基本測點表見表1。

表1 采集和傳送的測點表

注：1）以上各運行參數為單臺機組數據；2）各機組的工業抽汽、采暖抽汽如為多級，則各級抽汽均應監測溫度、壓力、流量；3）如果熱網加熱器為多級，則應監測各加熱器的溫度、壓力、流量；4）不同機組由于其熱力系統的差異，其實際測點要求也會有所不同；5）對于冬季高背壓熱電機組，還需提供凝汽器進水、出水溫度。

2 熱電機組采集測點選擇實例

以章丘電廠為例說明測點確定過程。

2.1 機組熱力系統圖

2號機組在每年的大部分時間采用抽凝方式發電和工業供熱，在冬季居民采暖供熱時，采用背壓方式發電和供熱。這樣在居民采暖供熱前，2號汽輪機低壓缸解體，更換2×4級高背壓轉子及隔板，原末級及次末級隔板安裝位置加裝導流環；將原凝汽器循環水切換為城市熱網循環水。使用新設計的動靜葉片級數相對減少的高背壓低壓轉子，凝汽器運行高背壓（40～45 kPa），對應排汽溫度提高至80℃左右，將凝汽器的循環水系統切換至熱網循環泵建立起來的熱水管網循環水回路，如圖1所示，形成新的“熱—水”交換系統，進行城區循環水供熱，而純凝工況下所需要的冷水塔及循環水泵退出運行。

圖1 高背壓供熱系統簡圖

2.2 電廠供熱關系圖

該電廠除城區循環水供熱以外，采用抽汽供熱的方式進行工業供熱。高壓供汽和城區供熱抽汽系統如圖2所示。為滿足城區供熱一級熱網與二級熱網的換熱要求，低真空循環水供熱采用串聯式三級加熱系統，熱網循環水首先經過凝汽器進行第一次加熱，吸收低壓缸排汽余熱，將循環水溫度加熱至75℃左右，然后再經過2號機組供熱首站蒸汽加熱器完成第二次加熱，循環水溫度達到90℃，最后由二期供熱首站，經過3號、4號機組的抽汽加熱器進一步加熱至100℃以上，送至熱水管網通過二級換熱站與二級熱網循環水進行換熱，高溫熱水冷卻后再回到機組凝汽器，構成一個完整的循環水路。

表2 采集測點表

2號、3號和4號機組是抽凝機組，2號機組冬季供熱時換轉子變成背壓機組，根據其機組的供熱系統圖和供熱關系圖確定其采集的測點信息，見表2。

2.3 測點確定過程說明

位置B、C和F都是熱網循環水（城區回水），所以這3個位置中流量處處相等，因此只需要采集任一處的流量和壓力即可，其余兩個位置可以只采集溫度。H、I和J分別為2號、3號和4號機組高壓缸對外供熱的信息，這些蒸汽不回收，所以沒有回水焓的問題。D和E分別是3號和4號機組中壓缸對外供熱的信息，它們的回水到G，構成1個回路。所以G的流量是D和E流量之和，因此G只需要采集溫度和壓力。A是2號機組中壓缸對外供熱的信息，它的回水到K，即K的流量與A相同，所以這兩個位置中只需要采集其中1個的流量即可。B和C可以用來計算2號機組背壓運行時供熱信息。

上述2號、3號和4號機組還需要提供每臺機組的主蒸汽流量、壓力和溫度；每臺機組的發電有功功率和上網發電量和開關狀態；每臺機組補水溫度；每臺機組對外供熱的調節閥門的開度信息，對該電廠而言，即中壓缸到低壓缸連通管上的調節閥的開度信息和H、I及J處的調節閥的開度信息。所以該電廠3臺熱電機組3種供熱方式，總共需要采集54個點信息。

3 供熱數據校核方法

供熱數據是否正確直接影響到對機組調度方式的判斷，關系到機組、電網生產安全，為了判定供熱數據的準確性，排除不良量測點對系統的影響，系統采用如下方法進行判斷。

3.1 利用熱效率計算方法判定

其中：Q=∑［m×（i抽汽焓－i回水焓）］

式中：η為總熱效率，%；Q為供熱量，kJ；P為發電量，kWh；B為燃料總消耗量，kg；Qar，net為燃料單位低位發熱量，kJ／kg；m為抽汽量，kg；i抽汽焓為抽汽焓，kJ／kg；i回水焓為回水焓，kJ／kg。

對于供熱數據的采集最終體現在對熱效率和熱電比的計算，熱效率每臺機組有相對固定的區間，且不會經常變化，對于熱效率異常高、異常低、經常變化的機組發出報警提示。

3.2 利用抽凝式熱電機組的供熱經驗公式判定

抽凝式熱電機組所承擔的電負荷與熱負荷并沒有確定的一一對應關系，在一定供熱流量及供熱壓力下，電負荷可以在一定的范圍內進行調整，該負荷調整范圍就是熱電機組的電負荷調度區間。根據供熱經驗公式，汽輪機的進汽熱量應該等于用于發電功率的蒸汽熱量和用于供熱的蒸汽熱量之和。利用上述原理，特性關系式可以近似為

式中：D0為進汽流量，t／h；D1為一次抽汽流量，t／h；P為機組功率，MW；K0、K1為對應上述負荷和蒸汽流量的系數。

4 結語

山東省熱電機組在線監測系統中各臺熱電機組準確的數據采集，為建立精確的機組供熱模型奠定良好的基礎。根據各機組供熱模型和各機組準確的熱電數據，2014年已經成功地處理了多個電廠供熱量和發電負荷之間的分配關系，而這些分配關系在2013年沒有上述數據時，幾乎是很難圓滿解決的。該系統為山東省的節能降耗做出了貢獻。

［1］胡玉清，馬先才.我國熱電聯產領域現狀及發展方向［J］.黑龍江電力，2008，30（1）：79-80.

［2］祝平.熱電聯產熱電機組的選型［J］.應用能源技術，2003（4）：1-4.

［3］戈志華，楊佳霖，何堅忍，等.大型純凝汽輪機供熱改造節能研究［J］.中國電機工程學報，2012，32（17）：23-25.

［4］王景和.350 MW純凝機組改供熱機組設計優化與項目實施［J］.電力技術，2009（11）：42-45.

［5］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，2013（12）：34-37.

Data Acquisition for the Model of Thermo-electric Generator Unit

The function of the on-line monitoring system of Shandong thermo-electric generator units and the significance of accurate heating data for the power grid are introduced.According to the characteristics of Shandong thermo-electric generator unit，with a representative heating system map as an example，we put forward the data collection programs and introduce the key technologies for accurate and reliable data on the construction of the system.The practice has proved that the proposed methods and the key technologies have high value in the practical application.

thermo-electric generator unit；monitoring system；data reliability

TP273

：B

：1007－9904（2014）05－0069－04

2014-07-05

王昭鑫（1983—），男，工程師，從事電力調度自動化工作；

曾潔（1983—），女，助理工程師，從事電力調度自動化管理工作；

孫瑋（1953—），男，教授，從事熱電機組控制技術研究等方面工作；

吳萌（1988—），男，助理工程師，從事自動化工作。