科研成果

火力发电机组运行能效监测与诊断系统

发布时间:2015-12-24 17:22



一、概述

我国能源资源丰富,仅煤炭年产量就占世界总产量的30%,但又有许多独特之处。首先,我国能源分布在地域上极不平衡;其次,我国能源供需平衡困难,能源问题逐渐成为制约我国经济飞速发展的瓶颈;第三,我国能源利用效率低,单位GDP能耗与发达国家存在明显差距;评价机组的能效水平,建立科学有效的评价与诊断体系,对能效水平低的环节进行诊断,能促进节能降耗工作的开展,对火力发电节能减排具有重要意义。

以火力发电机组为对象,北京华电伊创科技有限公司开发了一套完整的火力发电机组运行能效监测与诊断系统,符合我国能源产业政策和国民经济快速发展的需要,在我国有着广阔的发展前景。与此同时,该监测与诊断系统能够在线监测机组能效状况,在保证电厂安全运行的前提下,提高火电厂燃料利用效率,降低火电厂成本,对电厂节能减排起到至关重要的作用。

二、系统综合设计

1系统结构设计


图1 系统总体结构

2系统开发模式

系统采用两层从C/S模式开发方法。

3系统平台及网络环境

(1)网络操作系统(NOS)

采用电力行业较为流行的、安全性能好,可以提供大、中规模应用支持的Windows Advanced Server 2000操作系统。

(2)客户机操作系统

采用Windows95/98/2000/XP。

(3)数据库平台(DBMS)

使用大型关系数据库SQLSERVER,使数据存放可靠、安全,并全面支持网络应用。

(4)开发工具

C/S模式下,客户端及服务器的开发工具均采用Delphi7.0。

二、系统功能

火力发电机组运行能效监测与诊断系统能够提供完备的能效评价与诊断体系,为火电机组的运行优化提供技术方案。该系统所具有的功能如下:

(1)设备综合信息管理

实现设备综合信息管理,主要包括设备基本信息管理和运行参数管理,分别实现了设备出厂信息的汇总及对电厂大量运行数据的管理。

(2)能效分析系统

实现对全厂主要耗能设备进行空间划分,并进行能效计算与分析,分别针对锅炉及其辅助设备、汽轮机及其辅助设备、辅机三部分利用单耗分析理论对火电厂的能效水平进行具体计算。

(3)能效评价系统

建立多层次综合评价和细致的能效诊断指标体系。运用基于组合评价方法(AHM-GF)的多层次分析评价模型,对火电机组能效进行总体评价,得出机组的能效综合评分。

(4)能效诊断系统

针对能效薄弱环节进行诊断,确定各影响因素之间的关联性,并找到影响该环节能效的主要因素,并针对这些主要因素调整机组运行,最终达到提高机组能效的目标。

(5)报表管理

为现场工作人员提供实时数据,以便其对运行指标进行实时监控;并为生产决策提供数据支持,以便相关工作人员统筹安排电厂日常运行及管理工作。

(6)运行考核

操作员在优化操作过程中,在保证机组运行的安全性、经济性、环保控制指标的三大前提下,为操作员提供优化操作的依据。

三、系统先进性

该系统在现有能效评价与诊断方法上进行了多方面的改进,主要有:

(1)分析方法的改进

目前电厂中多采用基于热力学第一定律的耗差分析法及等效焓降法等进行热力系统的性能分析,由于其仅依据能量数量上的守恒,因而在挖掘节能潜力时有一定的片面性。该系统采用基于热力学第二定律的单耗分析理论,该理论能定量地反应各个设备对煤耗的影响,通过计算各个设备实际的运行单耗与该工况和环境下的目标单耗的差值,可以得出各个设备的节能潜力,进一步定量求出全厂的节煤潜力,为提高系统能效水平指明方向。

(2)指标体系的改进

该系统在考虑现有小指标的基础上,引入附加单耗和设备性能指标,依据各项指标对发电成本的影响确定评价指标,并对其分模块逐层设计,比起小指标分析方法具有更好的科学性与系统性。

(3)评价方法的改进

与现在火力发电厂考核中广泛应用的打分方式不同,系统采用层次分析法确定权重,采用模糊综合评价法确定各项底层指标与综合指标,这样将更加客观科学,便于计算机实现。

(4)引入故障树分析原理

能效诊断的主要目的是为了找到影响机组能效水平低的主要因素。在提取相应有效数据后,从系统模型库和知识库中提取相应的分析模型和算法。此功能模块中提出了能效因素树状结构图的概念,利用树状结构的分析方法直观明晰,思路简洁,逻辑性强地对能效指标影响因素进行初步分析。并采用聚类分析方法和动态因素权重分析法确定在一段时间内影响能效指标下降的主要因素,克服了以往诊断计算的局限性,提高了能效诊断的准确性和全面性。

(5)将影响因素分类

针对故障树分析原理建立能效因素树状结构图,确定主要因素并进行分类划分。主要分为运行调整类、设备检修维护类两个类型。针对能效二级诊断的分析结果,确定主要因素所属类型。针对所属类型制定具体的运行调整方案及设备检修维护方案。通过类别的划分,克服了以往诊断思路的局限性,提高了诊断的全面性、可靠性以及参考价值。

(6)基于数据挖掘的参数基准值确定

常用基准值确定方法有设计值法、热力试验法和变工况计算方法等,此类方法存在工况、环境温度和煤质等边界条件局限性问题,而且不能适应设备老化和设备改造等情况。本系统采用数据挖掘的方法,从特定电厂的历史数据中寻找出该电厂在不同边界条件下机组参数的实际可达最优值,相比其它的基准值确定方法更具有针对性和实用性。

(7)采用独立元分析法计算模型

在分析能效指标的因素影响程度时,系统采用了先进的独立元分析法(ICA)。常用的方差分析、多元回归分析等因素分析方法,在实际的应用中经常不能很好地满足要求,分析结果一般也存在较大误差。独立元分析法可以计算出影响能效指标的各个因素的贡献值,能识别出最主要的影响因素,并且可以避免由于机组工况变化造成的故障误判,提高了诊断的准确性。

(8)采用热经济学结构理论

该系统采用热经济性结构理论对能效故障进行定位。发生能效故障会导致设备的不可逆损失增大,设备的热经济性下降。当某个设备发生能效故障时,不仅自身不可逆损失增大,还会导致其它的设备热经济性下降。如果单从设备运行经济性指标来判断设备是否发生故障是片面的。热经济学结构理论把设备的不可逆损失区分为“自身内部不可逆损失外界引诱不可逆损失,可以将故障定位到发生内部不可逆损失的设备,提高了诊断的针对性和准确性。

四、系统结构

1、设备能效分析系统

能效分析系统是对全厂主要耗能设备展开的具体能效计算与分析,分别针对锅炉及其辅助设备、汽轮机及其辅助设备、辅机三部分利用单耗分析理论对火电厂的能效水平进行具体计算,得出设备的附加单耗和单耗偏差,并利用灵敏度分析原理结合单耗分析结果对设备采用能耗排序,进行初步诊断,为能效的评价、诊断、优化运行奠定了坚实的基础。

(1)热力系统的空间划分

由于火电厂有大量的设备,因此为了对具体设备进行能效理论分析,在能效分析模块中对热力系统进行了热力系统的空间划分,将其划分为锅炉及其辅助设备、汽轮机及其辅助设备和辅机系统三个部分。

(2)能效的热力计算

以单耗分析理论为指导,通过热力计算分析锅炉及其辅助设备、汽轮机及其辅助设备和辅机系统三个部分的能效状况。单耗分析是一种分析能量系统的理论方法,其设计基础是火用经济学和火用分析。这种方法中节能降耗的主要衡量指标为产品的单耗,可以将单耗的分布以及构成用非常直观的方式展现出来。因此,能效的热力计算是能效的评价、诊断、优化运行的基础。

(3)能耗灵敏度分析

运用能耗灵敏度分析结果,指导发掘各影响因素对能效动态变化过程的影响,补充通过单耗分析排序的不足,从而指导优化运行的轻重缓急。

(4)能耗排序

综合能耗灵敏度分析和能效热力计算的结果,对电厂设备能耗水平进行排序,进行初步能耗诊断。促进能效评价模块和能效诊断模块更加有效地工作。

2、设备能效评价系统

设备能效评价系统的目的,在于找出影响能效的薄弱环节。为了达到准确定位的目的,系统将总体经济指标下的二级指标进一步进行深度查找计算。因此首先要对研究对象进行系统划分,进而建立具体指标体系,从而能够顺利实现诊断及查找。

该系统能从经济、环保、设备三方面考虑,建立多层次综合评价指标体系,对其进行系统划分,建立细致的能效评价指标体系。单耗分析结果结合环境评价标准及设备可靠度和风险值,运用专家评分,对不同指标的不同状态进行等级划分,并定性分析给定分值,从而确定各个指标值,然后运用基于组合评价方法(AHM-GF)的多层次分析评价模型对超临界机组能效进行总体评价,得出机组的能效综合评分,表明机组的能效水平。

3、设备能效诊断系统

通过机组能效评价结果得出机组当前运行能效状态,根据不同状态采取不同措施,若发现机组能效降低,那么要进行能效诊断,通过各级指标的实际值与最佳值的偏差状况,有效定位能效的薄弱环节,并对能效薄弱环节进行诊断,确定各影响因素之间的关联性,并找到影响该环节能效的主要因素,针对主要因素调整运行,最终达到提高机组能效的目标。具体说来,有以下几点:

(1)能效诊断任务的生成:根据能效评价的结果,确定能效较为薄弱环节,进而自动生成能效诊断任务。

(2)能效损失原因查找:当能效诊断任务生成后,通过有效的推理策略,确定相应的影响能效的诸多因素。

(3)查找影响能效的主要因素:在查找到影响能效的诸多因素后,在此模块中利用诊断模型对这些因素进行权重分析,找到主要因素,最终确定优化运行方向。

4、绩效考核系统

绩效考核系统是基于精细管理,过程控制理论,以实时数据为基础、过程控制为手段,以量化管理为核心,通过对运行人员进行实时的量化考评,形成科学的闭环管理,促进运行人员的积极性和创造性,实现管理与考评的和谐统一,提高企业资源的利用效率,最终实现降低发电成本、提高电厂整体效益的目标。

能效评价诊断系统对火电厂运行能效状况进行了全面细致的评价与诊断,并给出火电厂各种工况下的实时运行状况和最优目标值。对于能效评价诊断结果的执行,需要电厂运行人员的操作。为了鼓励电厂运行人员的积极性,运行绩效考核系统将电厂运行能效状态与运行人员工作考核相结合,从而将电厂能效与运行人员个人的奖金挂钩,鼓励运行人员及时关注电厂能效变化,促进及时调整机组运行,提升能效水平。运行绩效考核的历史结果,同时也提供给能效评价诊断系统反馈信息,从而使能效评价诊断系统和运行绩效考核系统形成相互促进相互督促的有机整体。

图2 能效分析-评价-诊断-考核系统间联系

图3 系统实时监测界面

图4 系统绩效考核界面

五、联系方式

电话:010-61773064

传真:010-61773063

Email:nceputprc@163.com

地址:北京市昌平区回龙观镇北农路2号华北电力大学行政楼

邮编:102206

 


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