火电机组节能指标在线分析系统开发与应用

李洪泉，赵晴川

（1.华电国际莱州发电有限公司，山东 烟台 261400；2.国网山东省电力公司电力科学研究院，山东 济南 250002）

0 引言

随着国民经济的发展，电力企业节能减排的压力越来越大。在确保机组安全运行的前提下，使机组始终保持在最佳工况运行，提高发电机组的运行和管理水平，最大限度地降低供电煤耗率，已成为电力企业最为关心的问题。通过耗差分析的方法，对机组进行实时性能计算和能耗分析，可以了解运行指标耗差的大小及分布情况，指导运行人员实时调整运行参数和方式，提高操作水平，从而降低煤耗。基于实时性能计算和耗差分析的运行绩效考核系统，能够实现对运行人员的实时考核，保证考核的公平公正，激发运行人员的积极性和主动性。为此开发了火电机组节能指标实时分析系统，在火电厂中的实际应用表明，机组的运行操作水平和经济性得到明显提高［1-3］。

1 系统的软件结构

针对火电企业的设备状况和运行管理特点开发在线节能指标分析系统，采用自主开发的网络计算平台NCE，实现厂级及机组级在线经济指标的计算与分析，其数据接口软件遵循OPC协议，同时适用于不同机组或同一机组的多个数学计算模型，支持C/S和B/S模式。系统同时支持多个国内外主流实 时/历 史 数 据 库 系 统 （PI、eDNA、iHistorian、INSQL等）。机组的经济指标和运行指标能耗分析结果通过Web发布到各终端计算机，实现全企业的生产管理信息共享。各个管理和生产部门都可以及时全面地掌握所需的生产及管理信息，从而做出准确的判断和决策。系统结构如图1所示［4］。

图1 系统结构示意图

2 主要节能指标计算方法和基准值确定

2.1 性能指标

根据DCS实时数据和部分离线数据实时计算机组各项性能指标，主要包括锅炉效率、预热器漏风率、过量空气系数、制粉系统单耗、磨煤单耗、制粉系统总电耗、送引风机总电耗、热耗率、汽耗率、发电煤耗、供电煤耗、汽轮机缸效率、加热器端差、凝汽器过冷度等。

2.2 运行参数的基准值

2.2.1 基准值的概念

机组的运行参数决定了其经济性，运行参数的基准值提供了一个对比的基准，通过实际运行参数和基准运行参数的对比，可得到机组的实际运行参数偏离基准运行参数后引起的经济性的变化。

对于运行中可以控制的参数，其基准值是运行中的追赶的目标，它是维持机组高经济性运行的优化参数，这些参数包括预热器入口氧量、排烟温度、飞灰可燃物、制粉系统总电耗、送引风机总电耗、主汽温度、主汽压力、给水温度、排汽压力、减温水流量等。

对于运行中不可以控制的参数，其基准值只是提供一个对比的基准，其数值不具有优化的意义，这些参数的取值往往是设计参数，这些参数包括空气预热器的漏风率、环境温度等。

优化运行包括运行参数和主辅机运行方式优化，即机组在某一负荷下使供电煤耗最小时的运行参数和运行方式。确认该状态后，可作为运行人员操作的目标值，当运行参数和运行方式接近或达到优化值时，机组的经济性为最佳。

2.2.2 基准值的确定

对于运行中不可以控制的参数如送风温度、预热器漏风率等，其基准值取设计参数。而对于运行中可以控制的参数，其基准值的确定以“实用可达”为基本原则，通过大量的运行参数统计以及有针对性的参数优化试验和运行方式优化试验，确定主机和辅助设备在不同负荷下的最佳运行参数、最佳运行方式和主辅机设备的最佳配合方式。一方面充分发掘设备的运行潜力，另一方面由于优化比较基准“实用可达”，与运行人员的实际操作具有很强的可比性，非常有利于挖掘运行人员的技术潜力。

2.3 耗差

某一运行参数偏离基准值后引起的供电煤耗的变化即为该参数的耗差。某一运行参数的耗差有正、负两种可能，当耗差为正数时，说明该参数的运行值劣于基准值，当某一运行参数的耗差为负数时，说明该参数的运行值优于基准值。本系统中计算分析的耗差包括空气预热器入口氧量的耗差、排烟温度的耗差、飞灰可燃物的耗差、制粉系统总电耗的耗差、送引风机总电耗的耗差、空气预热器的漏风率的耗差、环境温度的耗差、主汽温度的耗差、主汽压力的耗差、给水温度的耗差、排汽压力的耗差、减温水流量的耗差、加热器端差的耗差、排污流量的耗差、凝汽器过冷度的耗差等。

耗差分为可控耗差与不可控耗差，可控耗差是通过参数调整和运行方式的改变可以减小的耗差，不可控耗差是由于设计、制造偏差、设备运行中出现的改变所引起的耗差。

2.4 耗差分析计算方法

汽机侧的耗差分析采用等效焓降法［5］，详细的内容可参照有关文献，在此不做详述。

锅炉侧分析方法采用偏差分析方法，通过推导，可得到某一运行参数单位耗差（某一运行参数变化单位数值后引起的供电煤耗的变化），如对于炉膛出口氧量的单位耗差

式中：bg为供电煤耗，g/kWh；η为锅炉效率，%；O′2为炉膛出口氧量，%；Hrt为汽轮发电机组的热耗，kJ/kWh；η0为管道保温效率，%；ξ为厂用电率，%；K为空气预热器的漏风率，%；b2为烟气比热有关的常数；tG为排烟温度，℃；tA为环境温度，℃。

对于某一运行参数偏离基准值的耗差等于该参数单位耗差乘以该参数偏离基准值的距离，该参数偏离基准值的距离等于该参数的运行值减去该参数的基准值，若该参数是运行可控参数，其基准值由优化试验确定，若该参数为运行不可控参数，则其基准值为选取的设计数据。例如，对于炉膛出口氧量，运行中的耗差为

式中：bg-O2′为运行中的氧量耗差，g/kWh；O2_opt′为氧量基准值，%。

3 系统主要功能模块

3.1 机组运行状态

实时显示各机组系统工况实时值和优化值，包括机组主要参数、流量平衡、抽汽回热系统、物质能量平衡、锅炉性能、锅炉辅机电耗等，以系统图的形式表现。

3.2 耗差分布

通过该项可以实时了解机组中主要可控耗差和不可控耗差分布情况。以可控耗差图为例，可以随时了解机组主要可控耗差的实时值、优化值、节能值、耗能值，所占总耗差的节耗能份额，趋势分析等。并能将各个可控参数的优化值与实时值以实时曲线显示，指导操作人员在线了解运行参数与优化值的差距，努力追赶优化值，提高运行操作水平。

3.3 生产管理和绩效考核

3.3.1 机组级和厂级生产报表

系统提供大量各职能部门需要的机组级、厂级生产和经济指标统计报表。满足相关部门快速、高效地对过程数据进行查询和处理的要求。报表以浏览器方式显示，可自动导入EXCEL电子表格中进行编辑、存档。

以全厂所有机组的实时数据库数据（包括性能分析数据）为基础，实现全厂锅炉、汽轮机、主要辅机及厂用电等主要经济性能指标和能损分析数据的动态计算和可视化；实现不同机组主要的可比经济性能和重要参数变化趋势的可视化。技术管理人员、运行人员可随时掌握全厂及各台机组当前、日报、月报和年报指标情况，对各台机组的热经济性及重要热力参数进行比较，发现机组之间的差异。为电厂运行设备的合理调整、电厂的节能及竞价上网决策提供重要依据。

3.3.2 运行绩效考核

由耗差分析的概念可知：实际煤耗=基准煤耗+非运行因素耗差（不可控耗差）+运行因素耗差（可控耗差）。

定义机组性能系数C=（基准煤耗 +非运行因素耗差）/实际煤耗。

一般情况下，C小于1。运行因素耗差越小，性能系数C越接近于1，甚至大于1，说明此时运行参数越接近基准值好，运行水平越高。可见，性能系数不但可以实时地反映机组当前的运行水平，而且具有不受负荷、外界条件变化等非运行因素影响的优点。因此系统以其为机组实行动态运行管理的有效考核标准。电厂根据C值评判各值运行水平的高低，进行绩效考核。

系统实现按值（班）运行经济性考核，运行管理人员只要键入统计起止时间和异常剔除时间 （例如非运行人员责任造成的运行异常时间），自动统计当值（或班）的能耗指标。并能够随意选择参与统计的耗差项目。电厂根据各值C值的大小，对各值进行排名考核，保证考核的公正性和客观性，能够提高运行操作人员节能降耗的积极性和主动性。

3.3.3 安全性考核

对影响机组安全性的主要运行参数（汽温等）设定最高限值，超出限值系统自动记录越限时间，可随时查询统计各值、各参数的越限历史记录，以此为依据对运行操作人员进行考核，促使操作人员在尽力保证机组经济运行的同时，保证机组运行的安全性。

3.4 系统维护

系统中嵌入了使用方便的人工离线录入功能模块，与机组性能有关的考核标准、化学数据（如入炉煤工业分析和元素分析数据、炉渣含碳量等）、能损分析基准参数和其他数据（如空气预热器漏风率、氧量修正系数、排烟温度修正系数、大气压力等）可定期人工录入，录入功能具有权限设置功能。

4 应用实践

火电机组在线性能计算和耗差分析能够及时了解机组运行过程中的热经济性和运行状况，对关键可控参数连续进行监督分析，将参数实际值与基准值进行比较，由两者差计算出对机组能耗率的影响。由于每个可控参数的影响都能反映到能耗率变化上，因此有利于运行人员进行综合调整，同时由于耗差分析的可控参数基准值还随负荷、环境温度而变化，因而这种方法更切合实际，成为指导机组优化运行，节能减排的一种有力工具。

该系统在某厂2台330 MW亚临界火电机组，330MW机组的实际供电煤耗率平均下降了1.75 g/kWh，以每台机组年运行5 500 h计算，则每年可以节约标准煤3 185 t。应用于某厂2台600 MW亚临界机组，实际供电煤耗率平均下降了1.9 g/kWh，以每台机组年运行5 500 h计算，则每年可以节约标准煤4 620 t，经济效益显著。

5 结语

火电机组在线性能计算和耗差分析系统是一个面向生产的过程的实时监控和管理系统，具有处理生产实时数据、完成性能优化分析、指导运行优化操作和运行绩效考核等功能。系统的实施和应用涉及了计算机、热工、热机、运行等多个专业的人员，需要多专业的配合。因此要求生产管理到位，技术人员重视，将系统应用融入到日常工作流程中，才能发挥其节能降耗、提高管理水平的作用。基础数据全面、准确是关键。现场实时采集数据的全面性和准确性是性能计算和分析数据准确、可靠的关键，因此应重点解决现场测点和表计的准确、可靠性问题。同时应尽量减少人工离线录入数据的数量。生产单位只有提高重视程度、严格组织，进行全方位、多层次的技术培训，充分调动各生产人员的积极性，把系统应用到各自的日常工作中，才能使用好该系统，充分发挥其在电厂的安全、经济生产中的作用，提高和促进火电企业的生产管理水平［5］。

［1］ 杨勇平，刘彤，郭民臣，等.关于火电机组性能评价指标的探讨［J］.中国电机工程学报，2000，20（2）：56-57.

［2］ 晏水平，黄树红，韩守木.一种火电站运行指标考核系统［J］.热能动力工程，2000，15（9）：541-542.

［3］ 李蔚，任浩仁，盛德仁，等.300 MW火电机组在线能耗分析系统的研制［J］.中国电机工程学报，2002，22（11）：153-154.

［4］ 王守恩，潘亚利，叶明，等.基于实时数据库的火电机组性能诊断与优化管理系统［J］.中国电力，2005，38（7）：64-65.

［5］ 许振宇，陈鸿伟，高建强.火电厂锅炉主要运行参数的耗差分析［J］.热力发电，2007（2）：16-18.