火电厂节能管理及指标分析

1火电厂节能管理及指标分析黄锦涛西安交通大学能源与动力工程学院2007年6月15日2节能管理的原则管理节能回归设计优化运行检修质量技术改造目标管理运行人员检修人员节能人员：掌握机组能耗状态；制定改进措施。发电公司：指导节能管理，控制运行成本。3290300310320330340350360370380中国(2005)　日本(1999)法国(1999)德国(1999)供电煤耗率/g.kWh-101234567中国(2005)　日本(1999)法国(1999)德国(1999)厂用电率/%我国煤耗水平与国外对比4管理节煤运行管理机组设备改造火电厂的节煤降耗检修管理燃料管理技术管理电厂节能管理评价系统以机组性能分析监测为基础，通过评价准则、耗差分析、优化运行、综合分析等方法，掌握机组能耗状态、提高机组运行经济性。5电厂节能管理存在的问题电厂在实际的运行中不能实时准确的知道机组的运行情况，特别是关于机组的效率和煤耗等相关的二次计算数据，只能通过电力试验研究所等单位进行定期的测试计算工作来得知特定工况的性能数据。生产经营所需要的实时机组运行的成本数据不能有效的获得。运行人员对于机组可提高的潜力也不是太清楚。6热经济性分析与诊断火电厂热力系统是由本体和众多的辅助设备及其子系统组成的复杂的结构系统，包含有许多独立和相互关联的参数。热经济性低的原因除设备本身的性能因素外，任何一个部件或者子系统的经济性降低，都将导致整个系统的经济下降。将引起热力系统经济降低位置、原因找出来，为挖掘电站设备的节能潜力以及指导运行、维修提供依据。目的：在实际热力系统运行中，使每个参数都处于最佳状态，使机组运行的供电煤耗最低、热经济最高。78火电机组在线分析系统国外发展七十年代初，美国、加拿大等西方国家开始试验机组热经济性在线分析系统，是用热偏差分析法对机组热耗变化进行在线监视，通过对一些可控参数的调整，使机组的能耗减到最小。如美国西屋电气公司研制了汽轮机发电机组AID状态监测与诊断系统。9火电机组在线分析系统国外发展八十年代初，美国EPRI、英国的Babcock、Controls，德国的DVG与VGB，日本的CRIEPI、Mitsubisi、Hitachi以及ABB等公司和科研机构也进行相应的研究和试验。九十年代，各个大型DCS厂家相继提出了自己的机组性能监测与诊断软件ABB的OPTIMAXSiemens的SR4ElsagBailey的PERFORMEREPRI能源管理系统（OEM）实现了全厂范围内的性能优化与热耗管理。10ABB的OPTIMAXOptimax-MODI是一个实时的专家系统，具有专用于电厂的知识库，包括了故障树，显示不同干扰间的相互影响关系；评估电厂中各设备或系统状态，将过程参数与数学参考模型进行比较，给出偏差并分析原因，检测故障，同时提出纠正措施。在故障早期就可为运行和管理人员提供有关故障信息，避免重大事故发生。电厂工程师还可根据运行中得到的最新经验，更新和修改专家系统的知识库，德国Staudinger电站的2台285MW机组及Boxberg电厂的2台500MW机组、瑞典的Fokrsmark核电站成功应用。11Siemens的SR4Sienergy是用于电厂运行管理一体化的软件包，从燃料、设备运行费用、机组效率及主要部件寿命损耗等多个角度出发，进行综合优化管理。机组效率分析优化模块(SR4)主要用于机组性能和效率分析。通过仿真，从整个电厂运行角度动态分析各设备或系统效率，并考虑了电厂各设备间的热力关系，以图形方式显示设备或系统效率是否降低，并以货币形式反映对运行成本的影响，为运行和管理人员提供了直观、清晰的故障标识。12SIEMENS厂级信息管理系统基于成本管理的检修管理软件BFS++(生产管理)。基于DCS系统的实时采集数据软件PI(PlantInformationSystem)。基于性能计算的运行优化软件OPTIpro。基于DCS协调控制参数优化的软件PROFI。面对电力市场的决策支持软件Cockpit。13ElsagBailey的PERFORMERPerformer是一个综合的大型优化管理软件包，可根据电厂每个设备、子系统运行情况和电网需求指令，协调指挥整个单元机组或全厂工艺系统运行在最佳效率点，使运行成本和上网电价最低，达到最好的经济效益。14ERP管理模式依靠多种高级优化、管理和决策软件的支持，对全厂进行全方位的、以成本为核心的控制和管理。优化控制软件安装在实时控制层——单元机组DCS中,优化管理软件安装在生产管理层。火电厂的控制包括机组运行优化控制、设备采购控制、成本控制及效益控制等多方位和层次控制。实时控制系统也只有在更深层次的管理软件支持下，才能达到最佳的优化运行点。15火电机组在线分析系统国内发展我国目前电站的性能监测系统普遍具有性能指标计算、报表自动生成、事故追忆、越限记录、趋势图显示等功能。在此基础上开发出运行可控损失监测、预测性维修、运行优化、最佳负荷分配等功能。国内已投入的主要有西安交通大学研制的“微机在线运行能损分析装置”，华北电力大学研制的“机组经济性在线监测诊断指导系统（MDG）”，以及东南大学研制的监测诊断系统等。16火电机组在线分析系统发展经济性分析与诊断系统的功能正在由简单计算分析，向通用化、智能化、性能预测方向发展。对各种引起的经济性下降的原因进行分析，并能够定量分析各种引起经济性下降的故障对机组的主要经济性指标的影响程度，为维修及挖掘节能潜力提供依据。基于经济性与安全性综合的状态分析与诊断系统，以便更好地指导机组的运行和状态检修决策也是今后发展的主要趋势。17在线分析系统存在的主要问题1.现场测量元件不准确，使系统热力计算误差较大。因此对伪参数的判定及给出解决方法是一个难点。2.模块化建模或组态技术3.热力计算中还存在一些尚未完全解决的问题或者解决不够完善的问题，如：热力计算基准值的选定、主蒸汽流量计算、辅助流量(轴封漏气)、末几级湿蒸汽焓及排汽焓的确定等问题。4.对于设备的故障诊断不能适应复杂设备。18机组性能运行优化目的实时计算机组的包括煤耗，效率等性能指标数据，作为计算机组综合发电成本和管理层进行竞价上网的报价基础根据各种负荷、环境温度、湿度等实际的限制条件，实时计算出机组应能达到的最佳的运行工况、寻找机组最经济运行方式，并给出实际运行参数和最优运行参数(期望值)之间的偏差，同时给出可控制偏差部分的实际影响大小，为运行人员根据影响因素大小改变运行方式提供依据。191.节能管理总则及基本方法1.1机组能耗指标统计1.2预测机组可以达到的最佳性能1.2.1.机组设计性能与预期最佳性能的差异1.2.2不同热耗率的定义1.2.3预测机组可达到的最佳热耗率1.3检查机组性能下降的原因1.3.1局部热力系统评价1.3.2机组性能参数监测1.3.3机组设备性能试验1.4机组性能改进措施1.4.1短期内改进措施1.4.2需要较长时间才能达到的热耗率20指标管理系统-厂级指标经济类指标：发电量、供电标煤耗、点火助燃油耗、厂用电率、补水率等；设备类指标：等效可用系数、非计划停运次数、非计划停运小时、等效强迫停运率等；安全指标；环保指标；燃料指标：煤量、月煤量、燃料及灰份化验值；电能质量指标21指标管理系统-部门级指标厂运行部指标：各机组供电煤耗率、各机组补水率、各机组厂用电率、各机组点火助燃油耗、各机组发电量；厂维修部指标：各机组等效可用系数、各机组非计划停运次数/小时、各机组主要辅机可用率。22指标管理系统-生产专业指标运行管理室：炉主汽温度、主汽压力、再热汽温、再热减温水量、过热减温水量、飞灰含碳量、补水率、排烟温度、各加热器端差、凝汽器端差、真空、给水温度；运行化学专业：凝结水合格率、给水合格率、炉水合格率、酸耗、碱耗；维修锅炉专业：锅炉四管爆漏次数、锅炉设备等效可用系数、锅炉辅机可用率；维修汽机专业：汽机设备等效可用系数、汽机辅机可用率、汽机真空严密性；维修电气专业：电气设备等效可用系数、继电保护装置投入率、继电保护正确动作率；维修热工专业：热工保护正确动作率、热工设备可用等效系数、自动装置投入率、热工主保护投入率。23大指标单元机组电耗公用系统电耗机组发电量单元机组电厂效率水分灰分低位发热量数量班组考核指标专业考核指标发电煤耗供电煤耗厂用电率燃料品质机组负荷率汽机效率锅炉效率管道效率引送风机单耗制粉单耗除尘单耗脱硫单耗循泵单耗制水单耗输煤单耗空压机单耗分析监控指标电量欠发点调度电量完成率主汽压力主汽温度调节级压力再热蒸汽温度循环水温度循环水温升凝汽器端差过冷度凝汽器真空度给水温度主蒸汽压力主蒸汽温度锅炉蒸发量再热蒸汽压力再热蒸汽温度送风机入口风温氧量漏风系数排烟温度飞灰可燃物再热蒸汽压损主汽温降再热汽温降给水温降补水率散热损失24机组设计性能与预期最佳性能的差异机组设计中采用的一些数据是假设的值，与实际情况存在差异。如抽汽管道的压降、再热器压降、凝汽器背压和负荷的关系、过热器和再热器的减温水量、煤种以及过剩空气量等。机组的性能随着机组老化而下降。机组的改造会改变性能，如提高排烟温度、改造或更新除尘器、增设烟气脱硫或脱硝装置、更新汽轮机喷嘴、叶片、加热器管束、凝汽器管束等。设备带有设计遗留的缺陷，不能在制造厂规定的条件下运行。25不同热耗率的定义设计热耗率：作为计算各种水平热耗率起点的基础，没有包含正常运行中存在的各种变动因素对热耗率产生的影响，如大气温度的变化、环保设备安装后所增加的能耗以及运行参数的偏离等。较现实的热耗率：把正常运行中因一些额外因素产生的不可避免损失(如锅炉排污、环保设备的用电、用汽)修正设计热耗率后得到的。可以达到的最佳热耗率：把正常运行中因一些变动因素所产生的不可控损失(如环境温度、煤质和设备改进等变动)修正较现实的热耗率后得到的。26预测机组可达到的最佳热耗率确定机组在各负荷点上出现的时段次数，绘出机组负荷分布情况图。确定机组在各负荷点下的可以达到的最佳热耗值。利用加权平均的方法求出可达到的最佳热耗值。27实际热耗率可以达到的最佳热耗率较现实的热耗率设计热耗率不可避免损失不可控损失可知损失不可知损失如环保设备用电、用汽等因实际运行条件变动调整参数设计值通过正常运行参数与预计值的偏差得到的不能通过正常运行记录或定期试验得到的28与机组热耗率直接相关的重要参数列表汽轮机参数主蒸汽温度凝汽器循环水进口温度主蒸汽压力循环水出口温度再热蒸汽温度凝汽器压力再热器压降凝结水温度高压缸效率凝汽器端差中压缸效率锅炉排烟温度低压缸效率排烟中O2含量第一级进汽压力排烟中CO含量轴封汽量排烟中CO2含量进汽流量灰中可燃物热力系统给水流量煤中水分凝结水流量磨煤机废弃物加热器上端差通风损失加热器下端差辅机辅机耗电量给水温升辅机耗汽量抽汽管道压降其它循环水系统补充水量减温水量环境温度补水流量系统严密性汽动给水泵性能29局部热力系统评价采用“热耗率逻辑树法”，它套用故障分析的“故障树”结构技术，使用逻辑逐步推理方法，检查引起热耗率增大的原因，逻辑树的每一后续级对热耗率增大的可能原因提示出更多细节，比前一级更具体。30热耗率逻辑图热耗率损失锅炉损失A汽轮机循环损失B冷却水循环损失C汽轮机损失D电动辅机损失E汽动辅机损失F燃料输送损失G热损失H循环系统泄露I锅炉效率出口烟温空气预热器温度过量空气给水温差凝汽器背压循环水进口温度高/中/低压缸效率蒸汽流量发电机出力厂用负荷锅炉给水泵效率真空泵效率系统损耗检查燃料存量盘点系统损耗检查高温计系统泄露检查隔离阀出口温度疏水器检查性能因数31锅炉损失逻辑树图锅炉损失干烟气损失碳份损失不完全燃烧散热损失水分损失吹灰过量环境变化煤表面湿分增大煤质变化管道泄露煤质变化燃烧器喷口堵塞燃料空气比率不对排烟损失磨煤机尾渣增加煤粉细度变化燃烧器风挡定位不当严重沾污煤质变化烟气旁路挡板定位不对受热面沾污空气预热器再热器过热器省煤器锅炉水冷