供热机组在线监测方法的研究及应用

马朋波，贾鹏，王凤仙，张钊，王波，刘福生，解明明

(1.西安西热电站信息技术有限公司，西安 710054； 2.西安西热电站化学科技有限公司，西安 710054)

供热机组在线监测方法的研究及应用

马朋波1，贾鹏1，王凤仙2，张钊1，王波1，刘福生1，解明明1

(1.西安西热电站信息技术有限公司，西安 710054； 2.西安西热电站化学科技有限公司，西安 710054)

介绍了火电供热机组的系统构成，供热机组煤耗在线计算及供热机组监测的方法，分析了火电厂供热机组抽汽、换热站、水网系统及供热指标在线监测计算方法。对某电厂工业热负荷超临界机组供电煤耗在线计算的准确性进行验证，并结合某发电集团对供热机组的在线监测数据进行讨论，认为供热机组在线监测能够满足机组发电调度、经济性分析以及供热系统监测要求。

供热机组；煤耗计算；发电调度；供热系统；换热站；在线监测

图1 典型调节抽汽式机组机组汽水流程

0 引言

随着信息技术的发展，在线监测系统为火电厂安全、经济运行的监测及预测提供了一种新的技术方法[1]，可利用实时数据分析工具分析机组性能指标、污染物排放指标等。大机组供热对节约能源、减小污染物对环境的影响具有重要意义，目前国内已实现600 MW以上等级超临界纯凝机组改造为调节抽汽式机组[2]，大机组改供热成为一种新的趋势。

本文研究一种分析方法，实现供热机组与非供热机组煤耗对比，为机组节能发电调度提供依据，如某机组供热期供电煤耗为295 g/(kW·h)，非供热季在320 g/(kW·h) 左右，机组煤耗偏差较大。另外，供热机组在线监测对于火电机组安全、经济运行具有重要意义。

1 供热机组系统构成

火电机组供热抽汽位置有所不同，设计时按多台机组联合抽汽供热设计，根据机组运行工况进行抽汽量分配，机组供汽采用机组联合母管方式。

机组供热系统由抽汽、换热器、供汽、循环水、疏水、补水等系统构成。机组抽汽进入换热器(壳侧)加热一次热网循环水，抽汽疏水至凝汽器等；供汽经减温、减压后去工业用气母管。典型调节抽汽式机组构成如图1所示，图中：p为压力；qm为质量流量；#1-3表示#1机组三段抽汽，其他类似；t为温度；Q为热量。表1为某电厂换热器技术参数。热网循环泵、补水泵对于供热管网稳定运行具有重要意义。

注：型号，RJBW1400-590-1.6-2；换热面积，590m2。

2 方法研究

供热机组在线监测[3]从两方面考虑：一方面从节能减排角度出发，利用发电功率-供电煤耗曲线(以下简称煤耗曲线)得到额定功率下的供电煤耗，按照大小进行煤耗排序，实现优化机组发电调度；另一方面从供热机组安全运行角度出发，实现供热系统监控及计算分析。

2.1 煤耗排序

2.1.1 煤耗计算

对于纯凝机组，根据相关规范[4]计算机组实时供电煤耗；对于供热机组，根据相关规定[5-6]计算机组热电比，按照好处归电法计算供热机组供电煤耗。

(1)

(2)

式中：ε为热电比；Ps为供电功率；Qgr为供热抽汽热量；qmsteami为机组第i段抽汽质量流量；hsteami为机组第i段抽汽比焓；hhsi为机组第i段回水(疏水)比焓。

(3)

式中：bg为供热机组供电煤耗，g/(kW·h)；q为未考虑供热时机组热耗率，kJ/(kW·h)；Pe为发电功率，MW；ηb，ηp，ηu分别为锅炉效率、管道效率、厂用电率，%；29.308为标准煤热值，MJ/kg。

煤耗偏差(抽汽供热引起)与热电比近似呈线性关系，即

(4)

2.1.2 煤耗曲线拟合

抽取实时数据库发电功率和供电煤耗数据样本，拟合煤耗曲线。在对参数的线性估计中，最小二乘法给出的估值最稳定，最能抑制原始数据中的波动[7](这种估计为最小方差估计)，煤耗曲线拟合方法采用最小二乘法，曲线形式为

(5)

将机组额定功率代入煤耗曲线，得到该机组在额定负荷下的供电煤耗，作为煤耗排序依据。

根据供热历史运行数据及计算结果，确定热电比划分层次及范围大小，对热电比进行分挡。提取满足某一挡热电比的实时计算数据，拟合生成煤耗曲线。某电厂通过热电比分挡，生成的煤耗曲线形式见表2。

表2 供热机组煤耗曲线(额定负荷)

机组纯凝工况是热电比为0的特殊情况，利用热电比分挡法可以满足以下几种工况下的煤耗曲线生成需求。

(1)机组供热不连续时，提取热电比为0时段的数据，得到机组纯凝工况的煤耗曲线。

(2)热电比范围相同(偏差可忽略)时，生成某一特定热电比下的煤耗曲线，对比2台机组煤耗。

以热电比为判断依据，利用未来热负荷预测，选择相应煤耗曲线为供电煤耗排序，为热负荷分配、发电调度提供依据。

2.2 供热监测及计算

监测机组供热系统的运行状况，集中展示供热抽汽及一级水网运行；对供热系统各部位热量[8]进行实时计算；在线计算供热机组标煤耗，首站换热器温升、效率等指标，为分析电厂供热情况及重要数据预警提供基础数据。

根据机组供热流程，在线计算各部分热量。

(1)针对抽汽系统，以换热器为计算模型，计算抽汽加热给换热器循环水热量，见式(2)。

(2)一级水网循环水净吸(供二次水网或者用户)热量

(6)

式中：qmWO为一次热网循环水流量；hWO为一次热网出口循环水比焓；qmWI为一次热网进口循环水流量；hWI为一次热网进口循环水比焓。

(3)采集关口(计量)测点计算电厂关口供热量QGK，QGK计算采用水和水蒸气热力性质方程(IAPWS-IF97)。

图2 汽水流程

根据抽汽热量Qgr，一级水网循环水净吸热量QWI，关口计量热量QGK流程，直观监测能量变化及相互关系。根据各机组形式，收集供热系统测点。抽汽系统：抽汽压力(MPa)、温度(℃)、流量(t/h)，疏水压力(MPa)、温度(℃)；一次热网循环水系统：一次热网循环出口压力(MPa)、温度(℃)、流量(t/h)，一次热网循环进口压力(MPa)、温度(℃)、流量(t/h)；关口测点：计量关口压力(MPa)、温度(℃)、流量(t/h)，计量关口热量(GJ/h)。

3 在线监测应用

3.1 发电调度

某电网公司利用辖属机组煤耗排序结果，优化发电调度。在新机组纳入排序前，通过现场性能试验与在线计算结果进行对比[8-9]，对在线计算结果进行验证。某660 MW超临界机组具有常年稳定工业负荷，抽汽位置为热再热器出口，满负荷试验期间数据见表3，煤耗对比结果见表4，对比结果满足规定要求，在线计算结果准确。

在煤耗曲线拟合时，对于多台供热机组，采用具有同一挡热电比的煤耗曲线；对于不同范围热电比，机组采用热电比最集中的煤耗曲线；对于非供热期机组，按照纯凝时煤耗曲线，将发电功率代入煤耗曲线，得到统计期内机组煤耗，为机组发电调度提供参考。

3.2 在线监测

某发电集团公司供热系统在线监测项目如下。

(1)供热系统基本流程展示。根据汽水流程(如图2所示)设定在线监测过程参数和性能参数。

表3 某供热机组试验期间数据对比

表4 煤耗对比结果( #2机组)

(2)热量传递变化流程。对供热关口计量参数进行汇总计算，展示各供热计量分支热量，见表5；对供热首站(一次热网)参数进行汇总计算，便于比较关口计量、首站进出口参数变化趋势，见表6。

(3)供热报表。自动采集实时数据生成供热报表，可以有效节约人力成本。表7为供热供汽关口日报表，表中公司在编号列以0表示，电厂在编号列以1～3表示。

表5 关口参数汇总

注：累计热量按自然年统计，本表数据为当年1月统计数据。

表6 一次热网参数汇总

表7 供热供汽关口日报表

4 结论

(1)通过在线计算供热机组煤耗，为火电机组煤耗排序、电负荷分配、供热机组间热负荷分配提供依据。

(2)通过抽汽系统、换热系统、热网系统全面监测，为供热机组系统经济、安全运行提供分析基础。

(3)随着信息技术发展，供热机组在线监测系统在机组小指标考核、耗差分析系统、热网系统安全运行、热网管道经济性分析中将发挥重要作用。

[1]王智微,杨东,褚贵宏,等.面向公司级的电厂运行信息系统的研究开发[J].中国电机工程学报,2007,27(z1):21-26.

[2]张金生.浅析亚临界600 MW凝汽机组供热改造[J].能源与节能,2015(3):170-172.

[3]解春林，薛永锋，王松岭，等.供热机组在线监测系统以热定电模型研究[J].东北电力技术,2012(7):9-11.

[4]火力发电机组煤耗在线计算导则: DL/T 262—2012[S].

[5]国家计委，国家经贸委，建设部，国家环保总局. 关于发展热电联产的规定(急计基础〔2000〕1268号) [Z].

[6]戴军,刘光耀,徐婷婷,等.供热机组热电比影响因素研究[J].华电技术,2013,35(12):7-10.

[7]宗殿瑞,宋文臣.最小二乘法应用探讨[J].青岛科技大学学报(自然科学版),1998(3):296-301.

[8]马朋波.山东实时监管二期供热及污染物技术开发报告[R].西安:西安热工研究院有限公司,2013.

[9]贵州省节能发电调度煤耗在线监测系统比对试验导则:DB52/T 726—2011[S].

(本文责编：白银雷)

如何使用平面角单位符号“°”“′”“″”

平面角的非SI单位度、[角]分、[角]秒是我国的法定计量单位，其符号“°”“′”“″”是法定符号。由于它们的特殊性，使用时应注意以下几条。(1)不是字母符号，须置于右上标，表示量值时数值与符号间不留间隙，如30°。(2)表示一个平面角的量值时，可同时使用2或3个单位，例如α=25°20′，β=18°15′30″。(3)与其他单位构成组合单位时，符号上需加圆括号，如10 (°)/min。(4)书写平面角的量值范围时，第1个量的单位符号不应省略，如10°～15°不应写为10～15°。(5)不应将“′”“″”用于表示时间，如35 min 28 s不得写为35′28″。(6) GB/T 1.1—2009《标准化工作导则 第1部分：标准的结构和编写》建议：“平面角宜用单位(°)表示，例如，写作17.25°不写作17°15′。”即“度”最好按十进制细分。

2015-11-20；

2017-04-05

TK 730

B

1674-1951(2017)04-0019-05

马朋波(1982—)，男，陕西咸阳人，工程师，从事火电厂性能分析及监控研究工作(E-mail:mapengbo@tpri.com.cn)。