电厂优化运行6大问题

电厂机组的综合优化运行是一个涉及到多个学科领域的复杂 问题，应用到动态规划、过程建模、控制与监测、人工智能、数 据挖掘等多方面的理论成果，优化运行的范围除了涉及到机组设 备与系统的完善与更新方面外，在热力系统定量分析、机炉主设 备以及主要辅机运行方式优化调整、先进控制策略等多个方面都 有大量工作可以做，而管理体制整合和优化在现有电力企业运营 模式下尤显重要。以下六大问题尤其非常重要：问题一：运行优化的功能与范围科学界定火电厂是一个大型复杂系统，这也决定了电厂优化技术是一 个复杂问题，可以有各种不同的范畴与目标，一般可分为设计优 化、设备改造优化、检修优化和运行优化等。而运行优化的目的 是在机组安全运行的前提下，通过对机组进行监测、调整、给出 运行指导并参与管理，使机组运行在最优的工况，这种最优体现 在机组的安全、经济和环保等多个方面，因此，运行优化功能也 包括多个方面，而这些功能又大致可以分为两大类，一类是侧重 监测、指导与运行管理，属开环系统；另一类侧重对机组控制策 略的调整，属闭环系统。在第一类系统中，随着机组自动化信息化水平的提高，机组 可以利 用的实时信息量 越来越大 ， DCS 系 统、 MIS 系统、辅 机程 控系统以及电量抄表系统等，都能为机组运行优化提供大量实时 数据，这些数据的采集密度高，保存时间长，在此基础上可以实 现许多运行优化功能，如机组在线性能监测、耗差分析、生产流 程图显示、辅机管理、参数超限管理、运行日志、性能测试等， 这些也是国内外运行优化系统的基本功能。此外，针对不同的子 系统可以开展优化工作，如：吹灰系统、机组调峰、回热系统、 厂用电、凝汽器真空系统、循环水系统等等。除了进行优化计算 外，还可以对运行状况进行诊断分析，进而提供实际可行的运行 操作指导。对于后者，目前还有比较大的难度，一方面机组运行 情况非常复杂，系统间耦合性强，相互影响比较大，另外一方面 专家知识库的积累比较少，还难以起到实质性的效果。值得注意的是，在国外优化软件中都包含了吹灰系统优化与 指导功能，根据资料显示，国外锅炉运行中比较多地采用了该类 系统，我国国内的主要研发单位也开发了优化吹灰系统，由于前 一阶段煤质变化比较大，机组负荷率高，我国电站燃煤锅炉的“四 管泄漏”问题相对加重，因此，吹灰优化系统会有比较大的应用前 景。但是，由于锅炉侧烟气和工质测点的缺乏，吹灰优化系统的 应用效果还有待改善。循环水系统的优化调度可以有效地节省厂 用电，但当机组所配置循环水泵流量不可调节且采用单元制运行 时，这种优化的余地就相对较小。另外，在这样的系统中，需要 考虑的目标函数除了经济性外，还需要考虑到循环水流量变化对凝汽器管道结垢和腐蚀的影响，而这种影响是缓变过程，往往会 被忽视。第二类运行优化系统是指参与控制的闭环优化系统，这类系 统针对电厂常规调节控制方案的不足，对原有自控策略进行调整， 或叠加一些先进的控制策略，以提高机组的自动投入率，获得好 的控制品质，进而提高机组的经济性、安全性与环保特性。燃烧 优化是目前应用比较热门的优化系统，它直接影响锅炉的燃烧稳 定性、锅炉效率 和 NO 。的排 放，会产生直 接的优化 效果，由 于锅 炉燃烧过程比较复杂，因此，较多采用了人工神经网络等人工智 能方法，但是由于一些在线测量装置的缺乏，如飞灰测碳仪、煤 质在线 分析装置、烟气 连续监测 装置以及 排烟 NOx 测 量等，影 响 了系统的使用，很难投入闭环使用，即使是开环指导，也需要定 期离线修正模型。问题二：运行优化实施平台的优先选择电厂信息化平台是实施运行优化系统的主要环境。自动化、 信息化系统为机组优化运行提供了丰富而宝贵的信息资源，而数 据挖掘等最新先进信息化分析手段大大拓展了机组优化运行分析 的范围和应用效果，使得机组的在线监测与分析，无论从内容和 速度上 都有了非常大的 提升。上 世纪 90 年代以来 ，以 DCS（ 集散 控制系统）为代表的现代化自动控制系统在火电机组中得到普遍应 用，这是过去十多年我国火电机组技术进步最明显的标志之一。 目前，随着计算机技术、信息技术、传感技术、自动化技术以及 人工智能技术等的飞速发展，这些高新领域所取得的新成果、新 技术为电力系统信息化工作制带来了前所未有的发展空间。在我国电 站 DCS 功 能设计中 包括 了机 组性 能计算和耗差 分析 的全部要求，但是大多实际应用效果不好，其中原因比较多。首 先，由于性能计算所需要的煤分析值等多个数据缺少测点，只能 采用手工化验值，而这些值在MIS系统中是定时记录的，DCS不 能直接 取得， 需要再次 在 DCS 上输入 。其次， 由于 DCS 软硬 件 的限制， 不能提供进一步的诊断操作指导意见， 而且其应用结果 只能在本 DCS 范围内发布。最后， 性能计算功能缺少负责的专业 设计单位， 仅将它作为 DCS 附件提供， 而缺少对其功能负责的专 业人员。因此， 对于 DCS 中性能计算模块的取舍需要仔细考虑， 并得出指导意见。SIS 系统自提出之初就定位在为全厂实时生产过程提供综合 优化服务的生产过程实时管理和监控信息系统， 它以 DCS 等控制 系统为基础，以安全经济运行和提高电厂整体效益为目的。SIS所 采用的实时数据库技术能够为运行优化提供大量的实时数据， 是 实现运行优化很好的平台，从被调研的电厂看，凡是已经配备了 S IS 系统的电厂都将运行优化的功能放到 SIS 层。MIS 平台中 也记录了 电厂生产过程的 部分实时 数据，有 比较 好的硬件环境和网络环境，也可以作为运行优化实施的平台，因 此 ，在 没 有 SIS 系 统 的 电 厂 都 将 运 行 优 化 系 统 布 置 于 MIS 系 统 中 。 但 MIS 系 统 的 实 时 性 差 ， 可 靠 性 低 ， 无 法 准 确 记 录 运 行 过 程 中 动 态过程数据，MIS系统的故障停运还会直接影响优化系统的正常 运行。问题三：计算模型如何考虑运行动态性运行目标值的 确定问题是机组耗差分析中的 关键问题， 也是 电厂现场提出疑问最大、系统开发单位比较难解决的问题。火电 厂是一个大型的 复杂系 统 ， 供电煤耗率是众多参数 的 函数 关系 ， 并且有些关系 无法用确定的 函数 描述。当然， 不是每个参数的 目 标值都是如此， 需要对可控参数目标值的 确定方法进行充分讨论， 具体指标具体分析， 得出具有指导性的 科学解决方案。动态 性是电厂运行的 另外一个重要的 特点， 在计算模型中必 须考虑。反映到优 化算法上， 机组性能计算就是一个典型的 例子。 现在 国内外软 件普遍采 用基 于 ASME 性能 测试标准 或国家机 炉性 能测试标准上所列出的 性能指标计算方法， 这种算法是一个静态 算法， 没有考虑机组运 行的 动态 过程， 而且算法要求的 环境（如 系 统 隔离、负荷稳定等）往往不能满足， 这样计算出来的 指标是否 能完全反映机组设备的 性能?是否与试验结果有可比性?如果采用 一段时间内的 平均值来计算， 那么多长时间合适?可见， 算法本身 比较简单， 但应用到现场就复杂了， 有时会 造成计算结果不可信电站运行信息特别是一些运行数据是性能在线监测的基础， 一些分析优 化算法都是以所需的 参数能被相应的 仪表准确测量为 前提的 ， 而很少考虑到过程测量数据 中不良值的 检验与测量仪表 和传感器故障 。但 是，据 EPRI 最近的 研究表明，关 键参数 的 测量 数据 即使发生 1%的 漂移，也可能造成非常 显著的 热耗和设备寿命 的 变化 ， 而这样的 偏差往往是很难被直 观地检测出来的 ， 这些误 差也可能为控制系 统 、故障 诊断系 统 等提供一些伪信息， 从而得 出一些错误的 结论， 可见， 离开了数据 的 准确性， 任何研究和监 测算法都将成为空中楼阁。问题四：参数测量如何注重实效机组通过 大量的 温度、压力、流量以及拾音器、振动监测仪 等传感器与专用仪表， 来拾取反映其运行状态 的 原始信号， 因此 现场测量仪表的完善程度直接决定了电站性能在线监测系统的投 用范围与效果。国内外电站在测量元件和测量技术最新成果的应 用 方 面 还 存 在 一 定 的 差 距 ， 这 也 是 一 段 时 间 内 国 内 电 站 性 台 S 在 线监测与运行优化停滞不前的主要原因之一，其中飞灰含碳量的 直接测量、锅炉烟气温度的自动测量以及凝汽器流量、空气泄漏 量的监测等等，都是影响机组性能在线监测应用效果的关键技术。 另外，先进的裂缝泄漏检测技术、轴承状况检测技术、旋转机械 检测技术以及油液分析技术，是性能在线监测值得依赖的有效工 具。软测量技术也是一个大有前途的应用领域，值得关注。目前，国内应用需求比较大的包括飞灰测碳、煤质在线分析 烟 气 连 续 监 测 装 置 、 排 烟 NOx 测 量 、 关 键 流 量 温 度 点 的 测 量 ， 有 不少电厂已经应用了不少产品，从投用的效果来看，反应不一， 即使同一个厂家的产品，在不同电厂机组也有不同的反馈意见。 但是大家对这些测量仪表的需求和期望是一致的，因此，有必要 对相关产品进行跟踪与评价，为用户提供指导意见。问题五：优化与管理如何高效融合机组的运行优化系统不同于机组的自动控制系统，需要人参 与的程度比较多，运行人员需要在运行优化系统的指导下主动调 整，建立经济运行意识，而管理人员则要在系统的支持下，对机 组运行状态进行监测、诊断与评估。因此，人的主动性非常重要， 其至直接决定了系统的投用效果，同样的运行优化系统在不同的 电厂会出现两种迥异的反映，管理应该是造成这种现象的重要因 素之一。因此，采用运行优化系统的电厂需要认真规划，建立科学合 理的机组运行考核体系，把优化运行的指标与职工考核紧密结合， 充分调动广大职工的积极性和主观能动性，使优化运行取得实效几个系统应用反映比较好的电厂都采用了基于耗差分析的机 组运行管理考核办法，它是火电机组节能技术由“粗放型”向“科学 精细型”转变的重要方法，通过耗差计算，对机组的运行总耗差进 行分割、解剖，找出机组能量损失的分布情况，给出各项损失的 大小及其原因，并进行正确的调节指导，这样能即时告诉运行人 员由于本机组运行主要经济参数偏离最佳值而引发的能量损失情 况，及时、准确地指出机组运行经济性下降的位置和大小，以便 引起运行、检修人员及各级管理部门的重视，促使运行人员及时 进行运行调整操作。从考核效果来看，它是连续的、动态的考核 方法，记录了运行人员从上班到下班的整个操作过程，比较准确 地反映了运行人员的操作控制水平和责任心，消除了一些不必要 的人为因素，免去了对小指标项目进行加权的工作，使考核结果 更加公平、合理。因此，需要对这种考核思路进行研究、探讨和 完善，条件成熟时进行推广。问题六：优化效果如何综合评估机组优化运行系统的投用，对机组的经济性、安全性和环保 特性都会有不同程度的影响，这一点大家都已经形成共识，但是， 由于缺少机组优化运行系统的国家设计标准，加之优化运行系统 的功能多、范围广，对于运行优化系统的许多方面还需要规范。 以优化运行系统的效果评估体系为例，对现有优化运行系统所产 生的节能效果的评价各有不同，而且差距很大，亟待规范，因为 评价效用直接影响了电厂投用的积极性，正确客观的评价能为领 导决策提供支持。当然运行优化所产生的效果是综合性的，需要 详细分析。运行优化与设备改造优化有所不同，它体现在机组运 行的过程中，通过性能监测、耗差分析、诊断与操作指导等系统 的使用，可以确保正常运行时机组的经济性水平，提高机组运行 管理水平，这些效果是难以采用性能试验的方法进行评价的。另 外，优化控制系统的一般思路是对现有控制回路的设定值进行优 化，因此，系统的效果体现在系统动态变化过程中，那么采用什 么样的评价标准呢?如果采用被控参数的调节品质来评价，应 该采 用哪些评价指标?又怎样将优化控制系统的效果折算到节能效果 中去?通过调研，我们发现运行优化技术以及相关系统的研究与应 用已经形成一股热潮，还有很多工作要做，包括：一、尽快形成运行优化系统的功能设计与应用规范，对其中 已经成熟部分进行整理，编写相应的导则，并对其中的计算模型 与标准进行归纳总结，形成相应的技术手册，完善系统应用的效 果评价体系，为电厂提供重要参考。二、对于运行优化中的难点问题有组织地进行重点攻关。三、对运行优化中的新产品、新技术进行跟踪、评价，加强 这方面的交流合作。四、运行优化离不开运行管理，需要探索一套适合与我国电 力企业或相应电力集团公司的运行管理方法，以推动火电站运行 优化的全面开展，开发出具有我国自主产权的成熟优化运行系统随着电力体制改革的不断深入，“优化运行、节 能增效”的要求 会越来越高，因此，电厂节能是项任重道远的工作。