630MW超臨界火力發(fā)電機(jī)組煤耗在線監(jiān)測系統(tǒng)的構(gòu)建及應(yīng)用
（國投欽州發(fā)電有限公司，廣西 欽州 535008）
[摘 要]本文介紹了煤耗在線監(jiān)測系統(tǒng)的基本原理，并以廣西電網(wǎng)節(jié)能發(fā)電調(diào)度煤耗監(jiān)測系統(tǒng)為研究對象，結(jié)合國投欽州發(fā)電有限公司煤耗在線監(jiān)測系統(tǒng)的實(shí)施，詳細(xì)分析了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與具體功能，重點(diǎn)探討系統(tǒng)構(gòu)建過程中涉及的關(guān)鍵技術(shù)，總結(jié)系統(tǒng)當(dāng)前的應(yīng)用情況。
[關(guān)鍵詞]煤耗 性能計(jì)算 在線監(jiān)測
1 引言
根據(jù)國家能源局等三部委聯(lián)合印發(fā)的《煤電節(jié)能減排升級與改造行動(dòng)計(jì)劃 （2014-2020年）》的要求，到2020年，全國煤炭占一次能源消費(fèi)比重下降到62%以內(nèi)，電煤占煤炭消費(fèi)比重提高到60%以上，全國新建燃煤發(fā)電機(jī)組平均供電煤耗將低于300g/kWh。所以在“十三五”期間，節(jié)能減排工作仍然是電力行業(yè)長期的重點(diǎn)任務(wù)。
傳統(tǒng)的發(fā)電生產(chǎn)管理模式與電網(wǎng)調(diào)度方式，由于沒有應(yīng)用實(shí)時(shí)能耗數(shù)據(jù)監(jiān)測，而存在一定的局限性。國家發(fā)改委辦公廳下發(fā)的《節(jié)能發(fā)電調(diào)度辦法（試行）》確定了節(jié)能調(diào)度的基本原則，即以確保電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行和連續(xù)供電為前提，以節(jié)能、環(huán)保為目標(biāo)，通過對各類發(fā)電機(jī)組按能耗和污染物排放水平排序，以分省排序、區(qū)域內(nèi)優(yōu)化、區(qū)域間協(xié)調(diào)的方式，實(shí)施優(yōu)化調(diào)度，并與電力市場建設(shè)工作相結(jié)合，充分發(fā)揮電力市場的作用，努力做到單位電能生產(chǎn)中能耗和污染物排放最少。因此，改變原有的發(fā)電調(diào)度模式，開展節(jié)能發(fā)電調(diào)度，對減少能源消耗和污染物排放，推動(dòng)節(jié)能減排具有重要的意義。同時(shí)煤耗在線監(jiān)測系統(tǒng)的構(gòu)建是節(jié)能調(diào)度工作的必然保障。
2 煤耗在線監(jiān)測的基本原理
基于現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和熱力學(xué)理論發(fā)展起來的大型火力發(fā)電機(jī)組性能計(jì)算與耗差分析方法，能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)組能耗數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)計(jì)算與分析，從而指導(dǎo)運(yùn)行人員調(diào)控參數(shù)，及時(shí)消除能耗偏差，提高機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，這是火力發(fā)電機(jī)組節(jié)能精細(xì)化管理的根本要素。針對電網(wǎng)企業(yè)來說，及時(shí)了解統(tǒng)調(diào)各發(fā)電機(jī)組能耗數(shù)據(jù)，進(jìn)行機(jī)組能耗在線計(jì)算與比較分析，是節(jié)能發(fā)電調(diào)度的前提。
3 國投欽州發(fā)電有限公司煤耗在線監(jiān)測系統(tǒng)的構(gòu)建
國投欽州發(fā)電有限公司煤耗在線監(jiān)測系統(tǒng)，由廠級子站與中調(diào)主站兩部分組成：子站與主站通過調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，子站在提供原始數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上側(cè)重于廠級機(jī)組能耗的監(jiān)測與能耗偏差分析，指導(dǎo)廠級生產(chǎn)管理人員如何降低機(jī)組能耗，提升機(jī)組節(jié)能調(diào)度的競爭力；主站則側(cè)重于電網(wǎng)調(diào)度區(qū)域范圍內(nèi)各廠以及各機(jī)組不同周期內(nèi)能耗排名與分析，關(guān)注各電廠能耗計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一性、手工數(shù)據(jù)的合理性等一系列節(jié)能發(fā)電調(diào)度全局性問題，同時(shí)監(jiān)視各機(jī)組能耗數(shù)據(jù)在節(jié)能發(fā)電調(diào)度中的實(shí)際應(yīng)用。
3.1 子站主要功能
原始數(shù)據(jù)采集。將子站DCS、PLC等實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)和手工輸入數(shù)據(jù)采集到子站數(shù)據(jù)庫中，以便進(jìn)行實(shí)時(shí)能耗計(jì)算，數(shù)據(jù)采集模塊應(yīng)保證采集過來的數(shù)據(jù)為原始未加工數(shù)據(jù)。
能耗計(jì)算與性能分析。通過對電廠設(shè)備及系統(tǒng)參數(shù)的采集，應(yīng)用等效熱降原理結(jié)合能耗計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)時(shí)計(jì)算機(jī)組的各性能指標(biāo)，最終得出機(jī)組供電煤耗；根據(jù)建立的指標(biāo)目標(biāo)值計(jì)算模型實(shí)時(shí)計(jì)算出各運(yùn)行指標(biāo)參數(shù)的目標(biāo)值，分析各指標(biāo)參數(shù)的偏差對機(jī)組能耗的影響大??；從鍋爐效率、汽機(jī)熱耗兩個(gè)方面分析機(jī)組的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀況，指導(dǎo)運(yùn)行人員合理調(diào)控運(yùn)行參數(shù)，最終實(shí)現(xiàn)機(jī)組經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。
告警管理。系統(tǒng)根據(jù)定義的告警項(xiàng)以及機(jī)組安全運(yùn)行要求、各軟件組建與模塊的運(yùn)行狀態(tài)等配置信息進(jìn)行實(shí)時(shí)告警計(jì)算，記錄告警日志，并以不同的形式顯示告警信息，以便生產(chǎn)管理人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)影響機(jī)組安全運(yùn)行的因素以及軟件系統(tǒng)故障等。
實(shí)時(shí)/歷史/統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理。系統(tǒng)利用實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)庫、關(guān)系數(shù)據(jù)庫分別對生產(chǎn)實(shí)時(shí)信息與管理統(tǒng)計(jì)信息進(jìn)行統(tǒng)一存儲(chǔ)與管理。目前支持主流實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)庫，如PI、Edna、Abb、Insql、Agilor、Openplant、Ptime等，支持Oracle、Sql Server、Sybase等關(guān)系數(shù)據(jù)庫。
系統(tǒng)管理與配置。系統(tǒng)管理與配置完成應(yīng)用系統(tǒng)的各種基礎(chǔ)管理功能，包括各種數(shù)據(jù)字典的管理，用戶使用風(fēng)格的配置和應(yīng)用系統(tǒng)的維護(hù)，組織機(jī)構(gòu)、用戶、角色權(quán)限等系統(tǒng)管理功能，同時(shí)提供廠級各機(jī)組能耗計(jì)算必須的測點(diǎn)，能耗指標(biāo)以及相應(yīng)的算法模型，公式等配置功能。
3.2 子站與主站數(shù)據(jù)流圖
子站與主站數(shù)據(jù)流向和轉(zhuǎn)換如圖1所示。實(shí)時(shí)測點(diǎn)數(shù)據(jù)通過子站控制系統(tǒng)發(fā)送，由部署在子站的煤耗數(shù)據(jù)采集服務(wù)器的接口平臺(tái)數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)發(fā)模塊接收并轉(zhuǎn)發(fā)，然后實(shí)時(shí)測點(diǎn)數(shù)據(jù)通過正向隔離裝置傳輸，由部署在子站應(yīng)用服務(wù)器的數(shù)據(jù)接收模塊接收并將數(shù)據(jù)分別寫入子站實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫和關(guān)系數(shù)據(jù)庫。接著部署在子站應(yīng)用服務(wù)器的實(shí)時(shí)計(jì)算模塊從子站關(guān)系數(shù)據(jù)庫取得D/H/M點(diǎn)數(shù)據(jù)，通過計(jì)算后將計(jì)算結(jié)果存入子站關(guān)系數(shù)據(jù)庫并將計(jì)算結(jié)果M/H/D點(diǎn)數(shù)據(jù)保存到關(guān)系數(shù)據(jù)庫中（其中D點(diǎn)表示實(shí)時(shí)測點(diǎn)，H點(diǎn)表示手工測點(diǎn)，M點(diǎn)表示性能指標(biāo)測點(diǎn)），部署在子站應(yīng)用服務(wù)器的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)回寫模塊從關(guān)系數(shù)據(jù)庫中獲取M/H/D點(diǎn)數(shù)據(jù)，將M點(diǎn)數(shù)據(jù)回寫保存到子站實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，同時(shí)將手工點(diǎn)數(shù)據(jù)以文件的形式保存在應(yīng)用服務(wù)器中的文件夾里。從圖1所示可知在子站應(yīng)用服務(wù)器和子站通信服務(wù)器之間有反向隔離裝置，利用隔離裝置提供的文件傳輸模塊將H點(diǎn)數(shù)據(jù)文件從子站應(yīng)用服務(wù)器傳送到子站通信服務(wù)器指定目錄下。通信服務(wù)器將兩條數(shù)據(jù)鏈路中的數(shù)據(jù)文件進(jìn)行整合（整合D/H點(diǎn)數(shù)據(jù)），由部署在子站通信服務(wù)器的數(shù)據(jù)上傳模塊讀取文件組成符合制定格式的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包發(fā)送，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包通過調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)傳輸，由部署在主站接收數(shù)據(jù)服務(wù)器的轉(zhuǎn)接模塊接收數(shù)據(jù)包并發(fā)送，數(shù)據(jù)包傳輸經(jīng)過正向隔離裝置，由部署在主站應(yīng)用服務(wù)器的接收模塊存入主站關(guān)系數(shù)據(jù)庫和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫,并將子站的D/H/M點(diǎn)數(shù)據(jù)以文件形式保存，接下來由部署在主站應(yīng)用服務(wù)器的主站性能從數(shù)據(jù)文件中取出D/H/M點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算后將計(jì)算結(jié)果M點(diǎn)寫入主站關(guān)系數(shù)據(jù)庫，最后由部署在主站應(yīng)用服務(wù)器的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)回寫模塊從關(guān)系數(shù)據(jù)庫中取出M點(diǎn)，回寫保存到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中。
圖1 子站與主站數(shù)據(jù)流圖
4 系統(tǒng)應(yīng)用情況分析
4.1 能耗計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確性分析
為了檢驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，以國投欽州發(fā)電有限公司的熱力試驗(yàn)報(bào)告中的數(shù)據(jù)為依據(jù)，煤耗在線監(jiān)測系統(tǒng)調(diào)用試驗(yàn)中的同期歷史數(shù)據(jù)對比試驗(yàn)。通過對比分析試驗(yàn)結(jié)果，計(jì)算結(jié)果在允許的誤差范圍之內(nèi)，可以滿足數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的要求。
主要試驗(yàn)數(shù)據(jù)對比分析。汽輪機(jī)熱耗率試驗(yàn)分析如表1所示，對比以上列表數(shù)據(jù)，熱耗率絕對偏差量最小值為0.88kJ/kWh，相對偏差率最小值為0.0112%；熱耗率絕對偏差量最大值為7.56kJ/kWh，相對偏差率最大值為0.0978%。鍋爐效率試驗(yàn)分析如表2所示，鍋爐效率絕對偏差量最小為0.0296%，相對偏差量最小值為0.0316%；鍋爐效率絕對偏差量最大為-0.1047%，相對偏差量最大值為-0.1123%。
表1 汽輪機(jī)熱耗率試驗(yàn)對比
表2 鍋爐效率試驗(yàn)對比
數(shù)據(jù)分析結(jié)論：根據(jù)汽機(jī)熱耗率和鍋爐效率的數(shù)據(jù)對比，以及發(fā)電煤耗率之間的關(guān)系。偏差都在工程允許的范圍之內(nèi)，可以滿足節(jié)能調(diào)度煤耗在線監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控需要。
4.2 手工數(shù)據(jù)對能耗的影響分析
通過手工數(shù)據(jù)單一變更計(jì)算分析，可以發(fā)現(xiàn)在接近機(jī)組額定負(fù)荷的工況下，收到基低位發(fā)熱量每變化1000kJ/kg，鍋爐效率平均變化量為0.00578%，發(fā)電煤耗率平均變化量為0.018g/kWh，供電煤耗率平均變化量為0.01888 g/kWh；收到基水分每變化1%，鍋爐效率平均變化量為0.00294%，發(fā)電煤耗率平均變化量為0.00916g/kWh，供電煤耗率平均變化量為0.00962g/kWh；空氣干燥基每變化1%，鍋爐效率平均變化量為0.00164%，發(fā)電煤耗率平均變化量為0.03624 g/kWh，供電煤耗率平均變化量為0.03802 g/kWh；飛灰含碳量每變化1%，鍋爐效率平均變化量為0.1062%，發(fā)電煤耗率平均變化量為0.331g/kWh，供電煤耗率平均變化量為0.3472g/kWh；爐渣含碳量每變化1%，鍋爐效率平均變化量為0.01352%，發(fā)電煤耗率平均變化量為0.0421g/kWh，供電煤耗率平均變化量0.044g/kWh。
5 結(jié)束語
煤耗在線監(jiān)測系統(tǒng)的構(gòu)建與應(yīng)用，將進(jìn)一步提高節(jié)能減排工作的效果和力度，使節(jié)能減排工作真正落到實(shí)處，通過長期的日常維護(hù)和數(shù)據(jù)分析，不斷積累經(jīng)驗(yàn)，將進(jìn)一步優(yōu)化各級指標(biāo)的計(jì)算公式，提高故障處理能力，為煤耗在線監(jiān)測系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運(yùn)行打下良好的基礎(chǔ)，也為節(jié)能調(diào)度提供了基礎(chǔ)平臺(tái)，為發(fā)電企業(yè)節(jié)能減排工作奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
[參考文獻(xiàn)]
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[2]朱斌帥.燃煤發(fā)電機(jī)組耗差分析系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用[J].華電技術(shù),2010,(10).
[作者簡介]1.張旭（1982-），男，遼寧沈陽人，研究生學(xué)歷，工程師，高級能源管理師，從事火力發(fā)電廠節(jié)能管理工作。2.楊廷志(1975-)，男，廣西柳州人，本科學(xué)歷，工程師，從事火電廠熱力自動(dòng)化管理工作。3.岳冬錦（1982-），女，遼寧錦州人，本科學(xué)歷，經(jīng)濟(jì)師，從事火力發(fā)電廠燃料管理工作。廣西欽州535008。
