CN105956370B - 一种用于燃煤电厂实时计算煤耗等经济指标的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于燃煤电厂实时计算煤耗等经济指标的方法，对采集的数据形成标准数据库；再对燃煤电厂汽轮机热耗率、管道效率和锅炉效率进行同时计算，流量参数只用到除氧器入口给水流量，用热平衡计算的方式避开众多汽水参数的流量测量值，尤其在锅炉效率的计算过程中，建立了核心方程组，仅飞灰、大渣含碳量是手动输入数据，其余全部是采集的运行数据和热平衡计算得出的中间参数，从而得出锅炉效率的实时计算值，结合汽轮机热耗率和管道效率，最终得出燃煤电厂实时煤耗等指标。本发明方法使得燃煤电厂经济性指标可以实时计算得到，为后续的耗差分析、不确定度分析等也提供了实时计算的可能，使得燃煤电厂深度节能降耗得到了极大的便利。

Description

一种用于燃煤电厂实时计算煤耗等经济指标的方法

技术领域

本发明涉及一种燃煤电厂煤耗等经济指标的计算方法，用于日常机组运行实时的经济性指标计算与统计，采用该方法后，更将为燃煤电厂设备运行性能监测、节能减排等工作的开展带来极大的便利性和实时性，本发明提供的方法属于火力发电厂燃煤机组经济指标领域。

背景技术

我国目前火电占据所有发电规模的70％左右，根据电力工业中长期发展新的预测，到2020年，我国装机总容量将达到13.4亿千瓦，其中煤电装机总容量为9.1亿千瓦。以2005年3.8亿千瓦煤电装机量为基准，到2020年煤电装机新增容量为5.3亿千瓦。预计到2050年，我国火电机组发电方式仍高居所有发电量的55％～60％。

燃煤电厂实时经济性指标与性能监测在当前遇到两个方面的难题：

第一方面(真实性)：

燃煤电厂对日常煤耗、设备效率等一些重要的经济性指标计算方法掌握不够全面，对于煤耗涉及到的锅炉效率主要采用正平衡或者简化后的反平衡进行计算。由于正平衡计算需要精确测量较多重要参数的流量，如主蒸汽流量、给煤流量、给水流量等，而关于流量测量的误差对最终结果的影响较大，使得煤耗计算等经济性指标实际上并不准确，就导致了数据参考性不强的结果。为了知道设备性能，燃煤电厂一般会在机组大、小修后，委托电力科学研究院或其他具有相关资质的单位进行机组设备的效率、性能考核试验，从而得出试验条件下的机组煤耗、锅炉效率、汽轮机热耗率等重要指标数据。这些试验均根据相关标准进行，如：美国机械工程师ASME标准、我国电站锅炉、汽轮机性能试验的国标等。而且根据不同的标准，在性能试验过程要求系统一些参数隔离，如：锅炉试验过程中不吹灰、汽机试验过程中除氧器不补水等。但是在机组日常运行过程中，这些参数的隔离是不可能的，也即，机组大、小修后的设备性能试验没有给出机组的实际运行经济性，得到的机组指标性数据的参考性也不强，本质就是试验条件下的机组性能与实际日常运行下的是不同的。

第二方面(实时性)：

火电厂希望知道机组真实、实时的能耗和排放水平，煤炭供应市场变化频繁，电厂每个月甚至每周燃用的煤来源并不相同，而且入炉煤煤样的元素分析化验是当日取样、送检，结果出来后已经是次日后了，而次日后有可能入炉煤煤样已经改变。目前大多是电厂日常能耗统计是通过简易的反平衡计算(入炉煤元素分析大多是假设、修正得出)，再结合正平衡对比得出一个报表结果，由于性能试验不可能每天进行，故更为准确的、快速的日常运行中的经济性指标的获得就显得日益重要。

对于上述困难，已经有一些学者、工程师开展了研究。他们利用燃煤电厂自身SIS系统数据进行经济性指标计算的案例已有很多，也有成熟的商业软件，但是这些案例中或多或少存在一些缺陷，比如：湿蒸汽湿度的测量，如汽轮机末端1～2级抽汽、低压缸排汽。湿蒸汽湿度的准确测量现在较难，就算利用先进设备测量准确，而将其设置在汽机设备上进行长时间测量的成本会很高。又比如：实时煤耗计算涉及的锅炉效率计算，需要实时的知道入炉煤元素分析，燃煤电厂通常只进行入炉煤工业分析化验，故这方面的难题难以克服。

发明内容

本发明的目的是：使得燃煤电厂获得实时煤耗等经济性指标，为电厂节能降耗带来更大的空间。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种用于燃煤电厂实时计算煤耗等经济指标的方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步、利用燃煤电厂自身的SIS系统或DCS系统将数据实时采集进入就地服务器后，整理成标准数据库；

第二步、在标准数据库基础上，对汽轮机回热系统进行热平衡计算，同时将锅炉侧减温水流量的热平衡纳入回热系统一起进行热平衡计算，从而计算出包括全水分M_ar在内的涉及的汽水流量，全硫分S_ar根据烟气进出口SO₂含量的测量值估算得到；

第三步、在第二步已知各汽水流量参数的基础上，计算锅炉输出热量；

第四步、至少计算全厂管道效率、厂用电率、汽轮机热耗率；

第五步、脱硫单元运行参数估算入炉煤全硫分；制粉系统单元运行参数计算入炉煤全水分；

第六步、将第三步及第四步整理完善后，建立主方程组，主方程组包括：理论空气容积计算公式；理论烟气容积计算公式；C_ar、H_ar、O_ar、N_ar、S_ar、M_ar、A_ar组份和等式；组分元素拟合发热量公式；锅炉效率正、反平均计算模块；组分元素计算烟气焓模块；C_ar、H_ar、O_ar、N_ar、A_ar分别为收到基的全碳分、全氢分、全氧分、全氮分、全灰分；

第七步、通过主方程组计算得到锅炉效率，再结合上述第四步的结果，根据标准计算汽机热耗率、供电煤耗；

第八步、至少将供电煤耗、中间结果锅炉效率和重要流量参数、汽轮机热耗率通过就地服务器返回SIS系统或DCS系统。

本发明将机组性能试验标准、燃煤电厂SIS数据系统这两部分作为基础，提出燃煤机组实际运行条件下的实时煤耗等经济性指标计算方法。其中，仅依靠凝汽器排汽后的凝结水流量作为唯一流量测量基准值，依次建立汽轮机热耗率、锅炉效率与管道效率的实时计算模型，使得燃煤电厂获得实时煤耗等经济性指标，为电厂节能降耗带来更大的空间。

附图说明

图1为本发明的流程图，图中：Err为精度，定义为：

Abs[Q′_net，ar ^(k+1)-Q′_net，ar ^(k)]＜0.00001&Abs[η′_net，ar ^(k+1)-η′_net，ar ^(k)]＜0.00001，式中，Abs是求本次计算和上一次计算之间的差的绝对值，k为迭代次数。

具体实施方式

为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。

本发明利用燃煤电厂自身已有的SIS数据系统中锅炉、汽轮机等相关测点的数据，进行煤耗、设备效率等经济性指标参数的计算。汽机热耗率、管道效率的计算根据美国机械工程师标准(ASME标准)所载公式进行。

锅炉效率的计算是利用正平衡、反平衡建立两个方程模块，再结合上述汽轮机热耗率计算过程中涉及到的参数和公式，建立方程组，寻找其余方程，一起求解入炉煤元素分析和锅炉效率。除了飞灰、大渣含碳量必须需要手动输入以外，锅炉效率就能通过方程组求解。

首先确定所求的未知数及其个数，C_ar、H_ar、O_ar、N_ar、S_ar、M_ar、A_ar、Q_net，ar、η，未知数为9个，分别是收到基C、H、O、N、S、全水、灰、低位发热量和锅炉效率；其次简化未知数。对于全水分M_ar，根据权威教科书上通过制粉系统热平衡计算，即可求出原煤全水分。对于全硫分S_ar，目前300MW及以上的电站含脱硫设备投入运行，而且烟气进出口SO₂的含量都有测量值，尽管Sar包含有机硫、无机硫，不是全部的S元素转化为SO₂，但是由于Sar在整个煤元素分析中所占分量较小(一般1％以下)，所以可以根据SO₂含量进行估算；最后确定所需求解的未知数是：C_ar、H_ar、O_ar、N_ar、A_ar、Q_net，ar、η，共计7个。

本发明提供了一种用于燃煤电厂实时计算煤耗等经济指标的方法，包括以下步骤：

第一步、利用燃煤电厂运行数据库(SIS系统)进行数据(上百个压力、温度等)实时采集进入就地服务器(可以1分钟1个点甚至30秒1个点的采集频率)，整理成标准数据库。

第二步、根据标准，在标准数据库基础上，对汽轮机回热系统进行热平衡计算，同时将锅炉侧减温水流量的热平衡纳入回热系统一起进行热平衡计算，也即，锅炉减温水流量是计算值而不是测量值。这一步就将涉及的汽水流量都计算出来，比如抽汽流量、主蒸汽流量、减温水流量、给水流量等。作为所需的已知汽水流量参数只有一个就是除氧器入口给水流量，这就提升了整体参数的准确性。

第三步、在第二步已知各汽水参数的基础上，计算锅炉输出热量，为主方程组计算做准备。

第四步、计算全厂管道效率、厂用电率、汽轮机热耗率等参数。

第五步、脱硫单元运行参数估算入炉煤全硫分；制粉系统单元运行参数计算入炉煤全水分(结合美国机械工程师标准——ASME标准)。

第六步、将第三、四步整理完善后，进行主方程组的计算，主方程组见下表。

表1构建主方程组

表1中，I_y是烟焓；α是过量空气系数；ε_a是各级受热面处的过量空气系数不同而对上述公式的修正系数；C_y ^rθ_y是通用烟气焓，即1m³通用烟气焓由0℃-θ℃的平均定压容积热容与烟气温度的乘积。上述7个方程7个未知数构成的方程线性无关，该线性方程组可求得唯一解。

第七步、通过主方程组计算得到锅炉效率，再结合第上述第四步的结果，根据标准计算供电煤耗。

第八步、将最终结果供电煤耗、中间结果锅炉效率、汽轮机热耗率等重要指标参数通过就地服务器返回SIS数据库系统，接入DCS，实现实时对接。

Claims (1)

1.一种用于燃煤电厂实时计算煤耗等经济指标的方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步、利用燃煤电厂自身的SIS系统或DCS系统将数据实时采集进入就地服务器后，整理成标准数据库；

第二步、在标准数据库基础上，对汽轮机回热系统进行热平衡计算，同时将锅炉侧减温水流量的热平衡纳入回热系统一起进行热平衡计算，从而计算出包括全水分M_ar在内的涉及的汽水流量，全硫分S_ar根据烟气进出口SO₂含量的测量值估算得到；

第三步、在第二步已知各汽水流量参数的基础上，计算锅炉输出热量；

第四步、至少计算全厂管道效率、厂用电率、汽轮机热耗率；

第五步、脱硫单元运行参数估算入炉煤全硫分；制粉系统单元运行参数计算入炉煤全水分；

第六步、将第三步及第四步整理完善后，建立主方程组，主方程组包括：理论空气容积计算公式；理论烟气容积计算公式；C_ar、H_ar、O_ar、N_ar、S_ar、M_ar、A_ar组份和等式；组分元素拟合发热量公式；锅炉效率正、反平均计算模块；组分元素计算烟气焓模块；C_ar、H_ar、O_ar、N_ar、A_ar分别为收到基的全碳分、全氢分、全氧分、全氮分、全灰分；

第七步、通过主方程组计算得到锅炉效率，再结合上述第四步的结果，根据标准计算汽机热耗率、供电煤耗；

第八步、至少将供电煤耗、中间结果锅炉效率和重要流量参数、汽轮机热耗率通过就地服务器返回SIS系统或DCS系统。