供熱機組在線監測方法的研究及應用

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有限公司，西安 710054； 2.西安西熱電站化學科技有限公司，西安 710054)

供熱機組在線監測方法的研究及應用

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有限公司，西安 710054； 2.西安西熱電站化學科技有限公司，西安 710054)

介紹了火電供熱機組的系統構成，供熱機組煤耗在線計算及供熱機組監測的方法，分析了火電廠供熱機組抽汽、換熱站、水網系統及供熱指標在線監測計算方法。對某電廠工業熱負荷超臨界機組供電煤耗在線計算的準確性進行驗證，并結合某發電集團對供熱機組的在線監測數據進行討論，認為供熱機組在線監測能夠滿足機組發電調度、經濟性分析以及供熱系統監測要求。

供熱機組；煤耗計算；發電調度；供熱系統；換熱站；在線監測

圖1 典型調節抽汽式機組機組汽水流程

0 引言

隨著信息技術的發展，在線監測系統為火電廠安全、經濟運行的監測及預測提供了一種新的技術方法[1]，可利用實時數據分析工具分析機組性能指標、污染物排放指標等。大機組供熱對節約能源、減小污染物對環境的影響具有重要意義，目前國內已實現600 MW以上等級超臨界純凝機組改造為調節抽汽式機組[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，實現供熱機組與非供熱機組煤耗對比，為機組節能發電調度提供依據，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，供熱機組在線監測對于火電機組安全、經濟運行具有重要意義。

1 供熱機組系統構成

火電機組供熱抽汽位置有所不同，設計時按多臺機組聯合抽汽供熱設計，根據機組運行工況進行抽汽量分配，機組供汽采用機組聯合母管方式。

機組供熱系統由抽汽、換熱器、供汽、循環水、疏水、補水等系統構成。機組抽汽進入換熱器(殼側)加熱一次熱網循環水，抽汽疏水至凝汽器等；供汽經減溫、減壓后去工業用氣母管。典型調節抽汽式機組構成如圖1所示，圖中：p為壓力；qm為質量流量；#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參數。熱網循環泵、補水泵對于供熱管網穩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

供熱機組在線監測[3]從兩方面考慮：一方面從節能減排角度出發，利用發電功率-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，按照大小進行煤耗排序，實現優化機組發電調度；另一方面從供熱機組安全運行角度出發，實現供熱系統監控及計算分析。

2.1 煤耗排序

2.1.1 煤耗計算

對于純凝機組，根據相關規范[4]計算機組實時供電煤耗；對于供熱機組，根據相關規定[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為標準煤熱值，MJ/kg。

煤耗偏差(抽汽供熱引起)與熱電比近似呈線性關系，即

(4)

2.1.2 煤耗曲線擬合

抽取實時數據庫發電功率和供電煤耗數據樣本，擬合煤耗曲線。在對參數的線性估計中，最小二乘法給出的估值最穩定，最能抑制原始數據中的波動[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荷下的供電煤耗，作為煤耗排序依據。

根據供熱歷史運行數據及計算結果，確定熱電比劃分層次及范圍大小，對熱電比進行分擋。提取滿足某一擋熱電比的實時計算數據，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)機組供熱不連續時，提取熱電比為0時段的數據，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，利用未來熱負荷預測，選擇相應煤耗曲線為供電煤耗排序，為熱負荷分配、發電調度提供依據。

2.2 供熱監測及計算

監測機組供熱系統的運行狀況，集中展示供熱抽汽及一級水網運行；對供熱系統各部位熱量[8]進行實時計算；在線計算供熱機組標煤耗，首站換熱器溫升、效率等指標，為分析電廠供熱情況及重要數據預警提供基礎數據。

根據機組供熱流程，在線計算各部分熱量。

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

(2)一級水網循環水凈吸(供二次水網或者用戶)熱量

(6)

式中：qmWO為一次熱網循環水流量；hWO為一次熱網出口循環水比焓；qmWI為一次熱網進口循環水流量；hWI為一次熱網進口循環水比焓。

(3)采集關口(計量)測點計算電廠關口供熱量QGK，QGK計算采用水和水蒸氣熱力性質方程(IAPWS-IF97)。

圖2 汽水流程

根據抽汽熱量Qgr，一級水網循環水凈吸熱量QWI，關口計量熱量QGK流程，直觀監測能量變化及相互關系。根據各機組形式，收集供熱系統測點。抽汽系統：抽汽壓力(MPa)、溫度(℃)、流量(t/h)，疏水壓力(MPa)、溫度(℃)；一次熱網循環水系統：一次熱網循環出口壓力(MPa)、溫度(℃)、流量(t/h)，一次熱網循環進口壓力(MPa)、溫度(℃)、流量(t/h)；關口測點：計量關口壓力(MPa)、溫度(℃)、流量(t/h)，計量關口熱量(GJ/h)。

3 在線監測應用

3.1 發電調度

某電網公司利用轄屬機組煤耗排序結果，優化發電調度。在新機組納入排序前，通過現場性能試驗與在線計算結果進行對比[8-9]，對在線計算結果進行驗證。某660 MW超臨界機組具有常年穩定工業負荷，抽汽位置為熱再熱器出口，滿負荷試驗期間數據見表3，煤耗對比結果見表4，對比結果滿足規定要求，在線計算結果準確。

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，將發電功率代入煤耗曲線，得到統計期內機組煤耗，為機組發電調度提供參考。

3.2 在線監測

某發電集團公司供熱系統在線監測項目如下。

(1)供熱系統基本流程展示。根據汽水流程(如圖2所示)設定在線監測過程參數和性能參數。

表3 某供熱機組試驗期間數據對比

表4 煤耗對比結果( #2機組)

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

(3)供熱報表。自動采集實時數據生成供熱報表，可以有效節約人力成本。表7為供熱供汽關口日報表，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 關口參數匯總

注：累計熱量按自然年統計，本表數據為當年1月統計數據。

表6 一次熱網參數匯總

表7 供熱供汽關口日報表

4 結論

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

(2)通過抽汽系統、換熱系統、熱網系統全面監測，為供熱機組系統經濟、安全運行提供分析基礎。

(3)隨著信息技術發展，供熱機組在線監測系統在機組小指標考核、耗差分析系統、熱網系統安全運行、熱網管道經濟性分析中將發揮重要作用。

[1]王智微,楊東,褚貴宏,等.面向公司級的電廠運行信息系統的研究開發[J].中國電機工程學報,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].能源與節能,2015(3):170-172.

[3]解春林，薛永鋒，王松嶺，等.供熱機組在線監測系統以熱定電模型研究[J].東北電力技術,2012(7):9-11.

[4]火力發電機組煤耗在線計算導則: DL/T 262—2012[S].

[5]國家計委，國家經貿委，建設部，國家環保總局. 關于發展熱電聯產的規定(急計基礎〔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,2013,35(12):7-10.

[7]宗殿瑞,宋文臣.最小二乘法應用探討[J].青島科技大學學報(自然科學版),1998(3):296-301.

[8]馬朋波.山東實時監管二期供熱及污染物技術開發報告[R].西安:西安熱工研究院有限公司,2013.

[9]貴州省節能發電調度煤耗在線監測系統比對試驗導則:DB52/T 726—2011[S].

(本文責編：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，使用時應注意以下幾條。(1)不是字母符號，須置于右上標，表示量值時數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省略，如10°～15°不應寫為10～15°。(5)不應將“′”“″”用于表示時間，如35 min 28 s不得寫為35′28″。(6) GB/T 1.1—2009《標準化工作導則 第1部分：標準的結構和編寫》建議：“平面角宜用單位(°)表示，例如，寫作17.25°不寫作17°15′。”即“度”最好按十進制細分。

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控研究工作(E-mail:mapengbo@tpri.com.cn)。