CN109785187A - 一种发电机组供电煤耗检测数据校正方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发电机组供电煤耗检测数据校正方法。由于在电厂日常煤耗检测中，机组煤耗量和煤发热量等参数的检测准确性较低，单日供电煤耗检测数据误差较大，有时甚至完全偏离了机组合理的煤耗状态，使单日供电煤耗检测失去意义。本方法融合了锅炉和汽轮机等主要设备的设计特性、少量较为准确的煤耗试验数据以及测量参数的精度，提出一种供电煤耗检测数据校正方法，该方法可以将存在显著误差的测量数据校正到最可能的值，校正后供电煤耗的检测精度显著提高，且随负荷变化较为规律，准确地反映了机组的煤耗状态。由于该方法只需对机组进行少量的供电煤耗试验，因而既降低了试验成本，又提高供电煤耗检测精度，满足了电力生产实际需求。

Description

一种发电机组供电煤耗检测数据校正方法

技术领域

本发明涉及火力发电机组运行监测技术领域，具体地说是一种发电机组供电煤耗检测数据校正方法。

背景技术

供电煤耗是电厂每生产1kWh电能所消耗标准煤的质量，是衡量发电机组运行经济性的重要参数，同时也是最难检测的指标之一。机组供电煤耗可以通过热力试验得到，但热力试验需要机组在特定工况和环境下运行，试验结果通常作为设备性能考核的依据，而不是实际生产中供电煤耗的真实水平。目前，机组实际运行供电煤耗一般来自电厂的日常煤耗检测，通过测量机组在一个检测周期内的发电量、用电量、煤耗量和煤发热量，采用正平衡法得到机组供电煤耗；发电量和用电量的测量精度较高，而煤耗量测点和炉膛之间通常设有原煤仓，原煤仓内存煤量的变化难以准确测定，检测周期越短，煤仓内存煤量变化对煤耗量检测数据的影响越大，煤耗量检测精度越低；煤发热量目前还未能实现广泛的在线测量，只能通过现场采集样品煤、在化学实验室进行化验分析得到；大容量发电机组每天的煤耗量多达数千吨，而每天采集的样品中，最终在化验室内用于化验分析的样品煤数量仅为数百克左右，因此，采用少量样品煤的检测数据表示检测周期内的煤发热量，存在较大误差。

为减少煤耗量和煤发热量的测量不确定性，在日常供电煤耗检测中，通常采用较长的检测周期，以降低原煤仓存煤量变化对煤耗量测量的影响，并采用多次采样化验的样品煤平均发热量表示检测周期内的煤发热量；目前，电厂日常煤耗检测周期在1天以上，电力生产实践表明，采用1天作为检测周期，机组供电煤耗检测数据波动很大，存在显著的检测误差，有时甚至完全偏离机组供电煤耗的合理状态，使供电煤耗检测失去意义。为提高煤耗检测的准确性，需要采用更长的检测周期，并根据煤场盘煤所得的煤量盈亏数据，对供电煤耗检测结果进行修正，但检测周期越长，时滞性越大；目前，电厂经济活动分析通常以单日煤耗检测数据为依据，对单日煤耗检测数据有迫切的需求，因此，如何提高单日煤耗检测数据的准确性，是电厂实际生产中非常关注的问题。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供了一种发电机组供电煤耗检测数据校正方法，该方法可以将存在显著误差的测量数据校正到最可能的值，校正后供电煤耗的检测精度显著提高，且随负荷变化较为规律，准确地反映了机组的煤耗状态。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：

一种发电机组供电煤耗检测数据校正方法，包括以下步骤：

(1)根据发电机组不同负荷下设计的汽轮机热耗率、锅炉热效率以及厂用电率数据，计算这些负荷下的供电煤耗，作为机组不同负荷下的设计供电煤耗。

(2)对机组不同负荷下的设计供电煤耗数据进行回归分析，得到机组设计煤耗特性曲线。

(3)在机组典型运行状态下，根据实际运行煤耗试验，得到n个负荷下的供电煤耗值。

(4)在机组负荷和供电煤耗坐标系中，将设计煤耗特性曲线在供电煤耗坐标方向上进行平移，使之能最大程度地概括典型运行状态下的供电煤耗数据，新位置的曲线作为机组实际运行中典型供电煤耗特性曲线。

(5)以步骤(4)中确定的典型供电煤耗特性曲线为中心，上移δ个单位得到的曲线作为上边界，下移δ个单位得到的曲线作为下边界，从而确定机组供电煤耗的变化区间。

(6)通过测量发电量、用电量、煤耗量和煤发热量得到机组单日供电煤耗检测值，并对发电量、用电量、煤耗量和煤发热量的测量值进行校正，使校正值满足最大似然原理，且根据校正值计算得到的供电煤耗落在步骤(5)所给出的变化区间内。

进一步地，步骤(1)中，所述的发电机组不同负荷为汽轮机不同设计工况下的负荷，应包括至少5个负荷。

进一步地，所述的发电机组不同负荷应包含调门全开(VWO)工况、最大连续(TMCR)工况和汽轮机热耗率验收(THA)工况。

进一步地，步骤(1)中，非额定负荷下的厂用电率采用厂用电率随负荷变化的经验关联式计算得到。

进一步地，步骤(2)中，所述的回归分析是以供电煤耗作为函数，机组负荷作为自变量，采样指数递减函数对不同负荷下设计供电煤耗进行的拟合计算，从而确定设计供电煤耗与负荷之间的函数关系式，作为机组设计煤耗特性曲线。

进一步地，步骤(3)中，所述的机组典型运行状态是指入炉煤质稳定，锅炉、汽轮机和发电机等主机及辅助设备不存在明显缺陷，主要运行参数是一贯的运行常态。

进一步地，步骤(3)中，所述的实际运行煤耗试验是指根据国家标准GB/T8117.1-2008、GB/T10184-2015或相应的国际标准而进行的汽轮机热耗率、锅炉效率和厂用电率试验。

进一步地，步骤(5)中，所述的δ取为3～5g/kWh。

本发明的有益效果是：

本发明融合了锅炉和汽轮机等主要设备的设计特性、少量较为准确的煤耗试验数据以及测量参数的精度，提出一种供电煤耗检测数据校正方法，该方法可以将存在显著误差的测量数据校正到最可能的值，校正后供电煤耗的检测精度显著提高，且随负荷变化较为规律，准确地反映了机组的煤耗状态，由于该方法只需对机组进行少量的供电煤耗试验，因而既降低了试验成本，又提高供电煤耗检测精度，满足了电力生产实际需求。

附图说明

图1为利用不同负荷下的设计供电煤耗数据、通过回归分析得到设计煤耗特性曲线；

图2为将实际运行中典型状态下的供电煤耗数据与设计煤耗特性曲线绘于同一坐标系中得到的曲线图；

图3为在图2的基础上得到的实际运行中典型供电煤耗特性曲线；

图4为在图3的基础上得到的日常运行中供电煤耗的变化区间图；

图5为某350MW超临界机组连续2个月内单日供电煤耗的检测值和校正值的对比图；

图6为供电煤耗检测值在典型供电煤耗特性曲线附近的分布图；

图7为供电煤耗校正值在典型供电煤耗特性曲线附近的分布图。

具体实施方式

为了方便理解，下面结合具体实施例对本发明的校正方法进行详细说明。

作为一种具体实施方式，本实施例中的发电机组为一台350MW超临界压力热电联产机组，锅炉为WGZ1150/25.4-1型、超临界参数变压运行螺旋管圈直流炉，汽轮机为C350-24.2/0.343/566/566型超临界、一次中间再热、二缸二排汽、单轴、单背压、抽凝式、八级回热、湿冷、单抽汽凝汽式汽机。在本实施例中，该机组进行日常煤耗检测时，汽轮发电机组处于无抽汽的纯凝工况。

一种发电机组供电煤耗检测数据校正方法，包括以下步骤：

(1)根据发电机组不同负荷下设计的汽轮机热耗率、锅炉热效率以及厂用电率数据，利用公式①计算这些负荷下的供电煤耗，作为机组不同负荷下的设计供电煤耗。

式中：b_g为供电煤耗，g/kWh；

η_b为锅炉效率，％；

η_p为管道效率，％；

ξ_a为厂用电率，％；

HR为汽轮机热耗率，kJ/kWh。

在这里所述的不同负荷是汽轮机不同设计工况下的负荷，应包括至少5个负荷，且这些负荷中应包含调门全开(VWO)工况、最大连续(TMCR)工况和汽轮机热耗率验收(THA)工况。

通常，汽轮机热耗率验收(THA)工况下的负荷是机组额定负荷。

另外，由于机组非额定负荷下的厂用电率通常缺少设计数据，这些负荷下的厂用电率可采用厂用电率随负荷变化的经验关联式②计算。

ξ_a＝ξ_ae(4.24e^-β/0.27+0.89) ②

式中：ξ_a为某一负荷下的厂用电率；

ξ_ae为参考负荷P_e下的厂用电率，来自设计数据或通过试验测定；

β为机组负荷P与参考负荷P_e之比。

参考负荷P_e通常取为汽轮机热耗率验收(THA)工况下的负荷。

作为一种具体实施方式，本实施例中设计参考负荷P_e＝350.252MW，参考负荷下的厂用电率ξ_ae＝6.040％，管道效率取η_p＝99％。

根据公式①和公式②计算得到的不同负荷下的设计供电煤耗如表1所示。

表1设计工况下的热耗、锅炉效率及供电煤耗

(2)对机组不同负荷下的设计供电煤耗数据进行回归分析，得到机组设计煤耗特性曲线。

根据步骤(1)得到的不同负荷下的设计供电煤耗数据，以供电煤耗作为函数，负荷作为自变量，采样指数递减函数③对供电煤耗数据进行拟合计算，从而确定设计供电煤耗与负荷之间的函数关系式，作为机组设计煤耗特性曲线。

b_gd＝ae^-P/t+b ③

式中：b_gd为机组设计供电煤耗，g/kWh；

P为机组负荷，MW；

a、b、t是回归常数。

作为一种具体实施方式，本实施例以表1中的设计供电煤耗作为函数，负荷作为自变量，利用式③的函数关系对表1的数据进行回归分析，确定式③中的回归常数a＝289.91，b＝295.69，t＝80.88，得到机组设计煤耗特性曲线如图1所示。

(3)在机组典型运行状态下，根据实际运行煤耗试验，得到n个负荷下的供电煤耗值。

在这里所述的机组典型运行状态是指入炉煤质稳定，锅炉、汽轮机和发电机等主机及辅助设备不存在明显缺陷，主要运行参数是一贯的运行常态。

所述的实际运行煤耗试验是根据国家标准GB/T8117.1-2008、GB/T10184-2015或相应的国际标准而进行的汽轮机热耗率、锅炉效率和厂用电率试验。

然后根据试验结果，利用公式①计算机组实际运行状态下的典型供电煤耗，得到n个坐标如下：

(P₁，b_g1)，(P₂，b_g2)，…，(P_n，b_gn) ④

式中：P_i为负荷；

b_gi为供电煤耗。

作为一种具体实施方式，本实施例根据国家标准GB/T8117.1-2008、GB/T10184-2015进行供电煤耗试验，试验中测试汽轮机热耗率、锅炉效率和厂用电率，根据试验结果，利用式①计算机组实际运行中典型状态下的供电煤耗：

机组负荷P₁＝262.06MW时，供电煤耗b_g1＝316.61g/kWh。

机组负荷P₂＝293.15MW时，供电煤耗b_g2＝312.32g/kWh。

得到两个坐标如下：

(293.15，312.32)，(262.06，316.61)

(4)在机组负荷和供电煤耗坐标系中，将设计煤耗特性曲线在供电煤耗坐标方向上进行平移，使之能最大程度地概括典型运行状态下的供电煤耗数据，并以新位置的曲线作为机组实际运行中典型供电煤耗特性曲线。

4.1将步骤(3)中得到的典型状态下的供电煤耗数据添加到机组设计煤耗特性曲线所在的坐标系中。

作为一种具体实施方式，本实施例将步骤(3)种得到的坐标(293.15，312.32)，(262.06，316.61)添加到图1中，并得到图2。

4.2将设计煤耗特性曲线沿着供电煤耗坐标方向平移，使之能最大程度地概括典型运行状态下的供电煤耗数据，并以新位置的曲线作为机组实际运行中典型供电煤耗特性曲线。

在机组负荷和供电煤耗坐标系中，将设计煤耗特性曲线，即式③，沿供电煤耗坐标方向向上平移b₀个单位，得到新位置上供电煤耗曲线的函数关系式为：

b_g＝ae^-P/t+b+b₀ ⑤

要使式⑤最大程度地概括式④给出的供电煤耗数据，就是求解使式⑥达到最小时的b₀的值。

式⑥中b_gi由式④中的数据给出，是在式④给出的负荷P_i下，根据式⑤预测的煤耗值，即

利用式④给出的数据，求解式⑥所示的最优化模型，得到b₀值。

将求得的b₀代入式⑤，得到实际运行中典型的供电煤耗特性曲线，该曲线是通过对设计煤耗特性曲线即式③的平移得到。

采用上述方法，本实施例所得到的最佳供电煤耗坐标平移量b₀＝9.23g/kWh，代入式⑤，得到实际运行中典型的供电煤耗特性曲线如图3所示。

本发明从机组设计煤耗特性曲线出发，采用少量的煤耗试验数据，获得实际运行中典型的供电煤耗特性曲线，减少了试验工作量，节约了试验成本。

(5)确定机组日常运行中供电煤耗的变化区间。

在日常运行中，机组供电煤耗的变化区间以典型供电煤耗特性曲线为中心，典型供电煤耗特性曲线上移δ个单位得到的曲线作为上边界，即式⑧，下移δ个单位得到的曲线作为下边界，即式⑨。

b_g-up＝Oe^-P/t+b+b₀+δ ⑧

b_g-do＝ae^-P/t+b+b_O-δ ⑨

机组日常运行中，供电煤耗在上边界线b_g-up和下边界线b_g-do之间变化。

优选的，所述的δ取为3～5g/kWh。

作为一种具体实施方式，本实施例中所述的δ＝3g/kWh，然后将步骤(2)确定的a、b、t值，以及步骤(4)确定的b₀值，代入式⑧和式⑨，得到机组日常运行中机组供电煤耗的上边界线b_g-up和下边界线b_g-do，如图4所示。这两条边界线是负荷P的函数。

(6)机组单日供电煤耗检测值通过测量发电量、用电量、煤耗量和煤发热量而得到，考虑这些参数的测量标准差，对测量值进行校正，使参数校正值满足最大似然原理，且根据这些校正值计算的供电煤耗在步骤(5)所给出的变化区间内。

6.1测量一天内的发电量W_u(万kWh)、用电量W_a(万kWh)、煤耗量M(t)和煤发热量Q_ar,net(MJ/kg)，在纯凝工况下，机组单日检测供电煤耗b_g采用式⑩计算

6.2为消除检测参数的显著测量误差，将发电量、用电量、煤耗量和煤发热量等参数的测量值W_u、W_a、M和Q_ar,net分别校正到和具体方法如下：

根据最大似然原理，要使参数校正值是真实值的最大似然估计，应满足测量值与校正值的相对偏差的平方和达到最小，即

式中，σ_Wu、σ_Wa、σ_M和σ_Q分别是发电量W_u、用电量W_a、煤耗量M和煤发热量Q_ar,net等参数的测量标准差，这些测量标准差由参数测量方法和测量仪表决定。

参数校正值还要使校正供电煤耗处于步骤(5)给出的供电煤耗变化范围内，即在上边界线b_g-up和下边界线b_g-do之间

式中校正供电煤耗按式计算

式中的b_g-do、b_g-up分别采用式⑧和式⑨计算，计算时，式⑧和式⑨中的P为当日平均负荷，根据发电量的测量值W_u(万kWh)，利用式计算。

式中：T为检测周期，T＝24h。

求解式和式组成的约束条件下的最优化模型，得到参数校正值 和完成对发电量、用电量、煤耗量和煤发热量的测量值W_u、W_a、M和Q_ar,net的校正。

作为一种具体实施方式，本实施例以2016年3月5日为例，该机组全天发电量W_u＝664.2万kWh，用电量W_a＝29.2万kWh，煤耗量M＝2961t，煤发热量Q_ar,net＝24.22MJ/kg，根据式⑩计算的供电煤耗b_g＝350.21g/kWh，根据经验，该供电煤耗检测数据误差较大，明显偏离合理的供电煤耗值。

需利用式和式组成的最优化模型对发电量W_u、用电量W_a、煤耗量M和煤发热量Q_ar,net的测量值进行校正。

在该实施例中，发电量W_u电能表的测量精度等级为0.05级，用电量W_a电能表的测量精度等级为0.2级，由此得到它们的测量标准差分别为σ_Wu＝0.1017万kWh，σ_Wa＝0.0179万kWh；煤发热量Q_ar,net标准差σ_Q考虑了由少量采样样品表示检测周期内煤发热量的不确定性，煤耗量M的标准差σ_M考虑了原煤仓存煤量变化对煤耗量测量的影响，这两个测量参数标准差分别为σ_Q＝1.191MJ/kg，σ_M＝76.53t。

求解式和得到测量值W_u、W_a、M和Q_ar,net的校正值分别为：

校正供电煤耗

从经验判断，该煤耗校正值作为全天平均负荷下的煤耗，结果是合理的。

另外，参数校正值和测量值相比，可以看出，对于测量精度较高的发电量W_u和用电量W_a，最优化模型未对这两个参数进行校正，而对于可能存在较大测量误差的煤耗量M和煤发热量Q_ar,net，模型进行了明显的校正，校正量的大小与参数测量精度有关，这是合理的。

(7)校正方法准确性检测

7.1重复步骤(6)对该机组连续2个月(从2016年3月1日到2016年4月27日)的单日煤耗检测数据进行校正，得到的参数测量值和校正值见表2。

表2机组2个月单日检测煤耗的数据校正

7.2根据表2中的数据，绘制供电煤耗检测值和校正值的对比图，如图5所示。

7.3绘制供电煤耗检测值在典型供电煤耗特性曲线及上下边界线中的分布图，如图6所示。

7.4绘制供电煤耗校正值在典型供电煤耗特性曲线及上下边界线中的分布图，如图7所示。

从这些图5、图6和图7中可以看出，供电煤耗检测值分布范围很宽，一些检测结果误差较大，已明显偏离合理的煤耗值，而供电煤耗校正值随负荷的分布较为规律，且数据合理，较为准确地反映了机组的煤耗状态。因此该校正方法是合理准确的，可以用于生产指导。

虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但上述实施方式是本发明较佳的实施方式，并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (8)

1.一种发电机组供电煤耗检测数据校正方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)根据发电机组不同负荷下设计的汽轮机热耗率、锅炉热效率以及厂用电率数据，计算这些负荷下的供电煤耗，作为机组不同负荷下的设计供电煤耗；

(2)对机组不同负荷下的设计供电煤耗数据进行回归分析，得到机组设计煤耗特性曲线；

(3)在机组典型运行状态下，根据实际运行煤耗试验，得到n个负荷下的供电煤耗值；

(4)在机组负荷和供电煤耗坐标系中，将设计煤耗特性曲线在供电煤耗坐标方向上进行平移，使之能最大程度地概括典型运行状态下的供电煤耗数据，新位置的曲线作为机组实际运行中典型供电煤耗特性曲线；

(5)以步骤(4)中确定的典型供电煤耗特性曲线为中心，上移δ个单位得到的曲线作为上边界，下移δ个单位得到的曲线作为下边界，从而确定机组供电煤耗的变化区间；

(6)通过测量发电量、用电量、煤耗量和煤发热量得到机组单日供电煤耗检测值，并对发电量、用电量、煤耗量和煤发热量的测量值进行校正，使校正值满足最大似然原理，且根据校正值计算得到的供电煤耗落在步骤(5)所给出的变化区间内。

2.根据权利要求1所述的一种发电机组供电煤耗检测数据校正方法，其特征在于：步骤(1)中，所述的发电机组不同负荷为汽轮机不同设计工况下的负荷，应包括至少5个负荷。

3.根据权利要求2所述的一种发电机组供电煤耗检测数据校正方法，其特征在于：所述的发电机组不同负荷应包含调门全开(VWO)工况、最大连续(TMCR)工况和汽轮机热耗率验收(THA)工况。

4.根据权利要求1所述的一种发电机组供电煤耗检测数据校正方法，其特征在于：步骤(1)中，非额定负荷下的厂用电率采用厂用电率随负荷变化的经验关联式计算得到。

5.根据权利要求1所述的一种发电机组供电煤耗检测数据校正方法，其特征在于：步骤(2)中，所述的回归分析是以供电煤耗作为函数，机组负荷作为自变量，采样指数递减函数对不同负荷下设计供电煤耗进行的拟合计算，从而确定设计供电煤耗与负荷之间的函数关系式，作为机组设计煤耗特性曲线。

6.根据权利要求1所述的一种发电机组供电煤耗检测数据校正方法，其特征在于：步骤(3)中，所述的机组典型运行状态是指入炉煤质稳定，锅炉、汽轮机和发电机等主机及辅助设备不存在明显缺陷，主要运行参数是一贯的运行常态。

7.根据权利要求1所述的一种发电机组供电煤耗检测数据校正方法，其特征在于：步骤(3)中，所述的实际运行煤耗试验是指根据国家标准GB/T8117.1-2008、GB/T10184-2015或相应的国际标准而进行的汽轮机热耗率、锅炉效率和厂用电率试验。

8.根据权利要求1所述的一种发电机组供电煤耗检测数据校正方法，其特征在于：步骤(5)中，所述的δ取为3～5g/kWh。