锅炉耗差分析和经济运行优化

锅炉耗差分析和经济运行优化 【内容摘要】本文从电站锅炉经济运行动态、全过程监测、调节和控制，论述锅炉运行参数的耗差分析和经济运行方式优化方法、内容及要求。锅炉运行参数的耗差分析的关键与重点，阐述耗差分析和经济运行方式优化的重要作用。 【关键词】耗差 分析 运行 优化 一、前言 节约能源不仅是当前和今后我国的一项基本国策，也是火力发电企业转变生产经营方式、提高经济效益和实现可持续发展的一项重要内容和基本要求。目前国内火力发电机组在经济运行管理过程中，普遍实行锅炉运行经济小指标考核，压红线运行等方法，运行经济小指标考核，压红线运行方法是即将影响供电煤耗的主要因素分解为若干个运行小指标，各小指标的数值规定既作为锅炉运行操作经济性的标准，而将各小指标的计量、统计、考核、奖惩等作为锅炉经济运行管理的重要方法，对推动火力发电厂锅炉节能工作和经济运行曾发挥出重要的作用。 实行锅炉运行经济小指标的计量、统计、考核、奖惩等管理方法在一定条件下对促进锅炉节能和经济运行是有效的，并不意味着此方法是全面、科学和完整的。运行经济小指标的计量、统计、考核、奖惩管理没有权衡锅炉各小指标内部的矛盾关系，如果在锅炉运行中单纯追求某个单值指标的标准要求，可能也会造成锅炉运行整体并不经济。例如单元制机组在调峰运行时，如果一味采用小指标考核的运行模式，锅炉调峰变压运行时的经济性反而降低；锅炉设备经济运行状况改变时，如果一味采用小指标考核的运行模式，锅炉运行时的经济性有时也会降低。因此锅炉运行经济小指标考核本身在锅炉运行经济性管理过程中，存在一定的局限性和片面性，甚至在一定条件下丧失对锅炉经济运行的指导作用。 随着火力发电机组的规模和容量越来越大，权衡锅炉各小指标内部的矛盾关系，充分考虑锅炉机组设备的运行条件变化，综合、全面、科学地分析锅炉运行经济特性，确定经济、合理的锅炉运行方式和指标计量、统计、考核、奖惩管理办法对火力发电厂的节能工作和经济效益也将产生越来越重要的作用和影响。 基于耗差分析建立优化锅炉经济运行方式是比较全面、科学的经济运行优化方法。耗差分析优化锅炉经济运行方法的原理是：通过对锅炉设计数据、运行统计数据、专项试验数据的分析和整理，找出适合于现有锅炉设备状态的各运行参数的基准值。所谓锅炉运行参数基准值是指锅炉在实现最高经济性时所能达到的各运行参数和性能参数的对应值，因此也应当作为锅炉运行操作过程中的目标值。在锅炉工况变动时，尽可能地调整锅炉各参数达到基准值。如果锅炉被调整的参数与基准值发生偏离，就利用计算机实时计算各参数值对火力发电机组供电煤耗率的定量影响，也称耗差，并求出各参数对火力发电机组供电煤耗率的定量影响的代数和，即总耗差，通过恰当地调节各运行参数，可以将锅炉运行的总耗差降至最低，从而实现火力发电机组的优化运行。 二、锅炉运行参数耗差分析原理 耗差分析是火力发电机组实施优化运行的核心。充分考虑锅炉运行参数对火力发电机组供电煤耗率的影响，通过运用耗差分析方法对锅炉运行中各参数偏差产生的机组供电煤耗率影响程度进行定量计算，实时反映火力发电机组当前的运行状况，运行人员就可以对锅炉运行各参数的耗差大小确定优先调节对象，保持火力发电机组在较佳的经济运行工况。 如果以y表示火力发电机组的供电煤耗率，以xi表示影响火力发电机组的供电煤耗率的锅炉各个相关运行参数，则火力发电机组的供电煤耗率与锅炉各个相关运行参数之间可用下列函数关系表示： y＝f(x1，x2，…，xn)

当调整各xi值使y值最小时，就能够得到火力发电机组的基准供电煤耗率为： y*＝f(x*1，x*2，…，x*n)

式中x*1，x*2，…，x*n------锅炉各个相关运行参数基准值。 根据微积分原理，当锅炉运行参数偏离基准值不大时，火力发电机组实际运行时的供电煤耗率y相对基准供电煤耗率的增量可表示为：

Δy＝y－y*＝Δx1＋Δx2＋…＋Δxn 式中Δxi------锅炉各运行参数与基准值之差，Δxi＝xi－xi*(i＝1,2,…,n)

Δxi------锅炉各参数单独影响时所产生的火力发电机组供电煤耗率偏差

定义锅炉运行各参数xi的火力发电机组供电煤耗率偏差Dxi为：

Dxi＝Δxi(i＝1,2,…,n)

式中------锅炉运行各参数xi单位变化时所产生的火力发电机组供电煤耗率偏差。 因此火力发电机组总的供电煤耗率偏差Δy为：

Δy＝Δxi 即总的供电煤耗率偏差Δy等于各参数xi变化时所产生的供电煤耗率偏差之和。而当锅炉运行参数偏离基准值时，火力发电机组供电煤耗率可以从总的供电煤耗率偏差Δy计算得出，计算式为： y＝y*＋Δy 火力发电机组供电煤耗率耗差Dxi可以分为可控耗差和不可控耗差两类。所谓火力发电机组供电煤耗率可控耗差是指通过调节火力发电机组的运行方式而加以改变的供电煤耗率耗差。例如锅炉运行过程中的主蒸汽温度、主蒸汽压力、排烟温度、烟气中的氧含量、飞灰含碳量、过热蒸汽喷水量、再热蒸汽温度、再热蒸汽喷水量、汽水损失等均是火力发电机组供电煤耗率的可控耗差。所谓火力发电机组供电煤耗率不可控耗差是指无法通过运行调节手段进行控制的供电煤耗率耗差。例如环境温度耗差、再热蒸汽压降耗差等均是火力发电机组供电煤耗率的不可控耗差。火力发电机组在某一时刻的供电煤耗率等于基准耗差y*加上总耗差Δy(不可控耗差和可控耗差之和)。显然，当调整可控耗差之和达到最小值时，火力发电机组各参数值达到基准值，火力发电机组的供电煤耗率就能够降至最低。 火力发电机组运行过程中，锅炉运行参数对火力发电机组的供电煤耗率起着至关重要的影响，如果充分考虑锅炉运行参数对火力发电机组供电煤耗率的影响，并且通过运用耗差分析方法对锅炉运行中各参数偏差产生的机组供电煤耗率影响程度进行定量计算，实时反映火力发电机组当前的运行状况，运行人员就能够对锅炉运行时的各参数的耗差大小确定优先调节对象，确保锅炉运行的最佳效率和保持火力发电机组在较佳的经济运行工况。 由于现代信息技术和计算机技术不断融入到现代火力发电生产工艺设备当中，对锅炉设备运行实时运行参数的耗差监测、调整和控制已成为可能，也为火力发电经济运行与节能降耗提供了一种重要手段。显然，依据锅炉设备运行参数的耗差分析进行运行优化，不仅可以根据锅炉设备实际经济运行工况确定最优的运行方式，而且还充分考虑和兼顾锅炉设备运行各参数之间相互影响难以确定锅炉最优经济工况的矛盾，要比单纯对锅炉设备运行各经济指标参数单独监测、调整和控制更加全面和科学。同时，依据锅炉设备运行参数的耗差分析进行运行优化，是对锅炉运行过程中的所有时刻的全程控制，相比较而言，锅炉设备运行各经济指标参数单独监测、调整和控制主要是强调锅炉运行中的某一时段的控制，明显时刻的运行经济性监测、调节和控制要比时段的运行经济性监测、调节和控制节能降耗的效果要更全面与更科学。 根据耗差分析原理，锅炉运行过程中的参数基准值是可控参数的一组特定取值(称基准参数)，在基准参数条件下运行能够使火力发电机组在最小的供电煤耗率下运行，使火力发电机组获得最大的经济性。其最小供电煤耗率也称基准供电煤耗率。因此基准供电煤耗率是由一组运行参数的基准值决定的。每一组运行参数的基准值应都是最优值，不论该参数从什么方向偏离基准值，对火力发电机组供电煤耗率的影响均是不利的。其中有些基准值对总的供电煤耗率的影响是单向的，例如锅炉主蒸汽温度，在其上限不超过金属材料的设计值，温度越高越好。。而有些基准值对总的供电煤耗率的影响则是多向的，例如排烟中的氧含量，排烟中的氧含量高将会导致锅炉排烟热损失增加，使火力发电机组供电煤耗率增大，但是排烟中的氧含量过低又会使燃料的未完全燃烧热损失增大，同样会使火力发电机组供电煤耗率增大。 选择的锅炉运行过程中的基准参数值应都具有可操作调节性，即所有的基准参数由锅炉运行人员经过调整均可以达到目标值。在确定基准参数项时，只需要将对火力发电机组供电煤耗率影响较大的那些关键参数选择为基准参数，而不必也不可能考虑火力发电机组运行的所有可调参数。同时要求各基准参数必须彼此独立，不能互相导出。否则有可能导致火力发电机组运行时供电煤耗率耗差的重叠计算而使总耗差高于实际总耗差值，从而失去对锅炉运行最优运行方式的指导作用。例如：在选定排烟温度、飞灰含碳量和排烟氧含量作为耗差分析的基准值后，就不能再以锅炉效率作为基准参数，因为排烟温度、飞灰含碳量和排烟氧含量的耗差之和就是锅炉效率的耗差值。 所有基准值都应是火力发电机组负荷的函数。而锅炉运行的基准值有些同时是煤质和环境温度的函数。例如：以锅炉排烟温度为例，白天与夜间的环境温度差别较大，夜晚气温低时，空气预热器进风温度下降，会导致排烟温度降低。如果此时的排烟温度基准值不相应降低，则会导致在不进行任何操作的情况下排烟温度耗差以及总耗差自动减少的现象。这样不仅会使总的耗差平衡产生问题，也会对运行操作人员进一步降低排烟温度的努力产生误导。 锅炉运行的各组基准值通过对设计数据、运行统计数据、历次试验数据的分析和整理取得。其准确性和完整性直接影响优化操作的可信度和广度。进行锅炉运行的各组基准值试验时，必须消除设备缺陷，使所有运行设备在较佳的状态下运行。应保证各运行表计和在线监测装置的准确性。通过对不同负荷、各小指标变化情况下的机组煤耗率试验，获得不同负荷时的最佳指标(即基准值)和各小指标对机组煤耗率的影响曲线。同时，有些小指标的影响曲线也可以借助计算方法得到。当机组一旦进行检修以后，应根据机组的试验结果对机组的各运行参数的基准曲线进行必要的修正。 三、锅炉运行参数的耗差计算方法 锅炉运行参数耗差计算的目的是确定参数xi单位变化所产生的供电煤耗率偏差。就锅炉而言，运行参数主要包括排烟温度、飞灰含碳量、排烟氧含量、主蒸汽压力、主蒸汽温度、再热蒸汽温度、过热器减温水、再热器减温水、汽水损失等。 (1)锅炉效率耗差 锅炉效率耗差是指当锅炉实际运行效率与锅炉基准效率之差为Δη时，机组供电煤耗率的变化量Δbs、锅炉排烟温度、排烟氧含量、飞灰含碳量等基准参数变化对机组供电煤耗率

的影响都是通过锅炉效率耗差的计算而得到的。锅炉效率的耗差可按下式计算： Δbs＝—bs/η×Δη

式中η------锅炉效率(取变化前的值，即基准效率)，％； Δη------锅炉效率的变化量，％； bs------供电标准煤耗率(取变化前的值，即基准供电煤耗率)，g/KWh； Δbs------供电标准煤耗变化量，g/KWh。 机组供电煤耗率基准耗差按下式计算： bs＝1.299/ηηpηe(1－ε)×105 式中ηp、ε------管道效率、厂用电率；

ηe------装置效率，ηe＝3600/q