大唐哈一熱配汽典型案例介紹

用戶概況大唐哈爾濱第一熱電廠由大唐黑龍江發(fā)電有限公司投資建設(shè)，位于哈爾濱市群力新區(qū)。2007年11月19日獲得國家發(fā)改委的核準(zhǔn)，電廠一期工程建設(shè)2×300MW供熱機(jī)組，于2009年12月28日實(shí)現(xiàn)雙投。是我國東北地區(qū)唯一一家融“煙塔合一、無旁路脫硫、脫硝及GIS高位布置”等國際先進(jìn)技術(shù)于一體的熱電企業(yè)。供熱面積1200余萬平方米，可替代小鍋爐366臺，每年可使哈爾濱市煙塵和SO2排放量分別減少85%和52%。投產(chǎn)以來，哈一熱電廠深入研究生產(chǎn)廢棄物的綜合利用價(jià)值，迎合市場需求，統(tǒng)籌考慮技術(shù)成本投入和產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)附加值，圍繞粉煤灰蒸磚、熱水銷售、褐煤提質(zhì)等十余項(xiàng)增利因素，在各項(xiàng)增利措施和相關(guān)產(chǎn)業(yè)的協(xié)調(diào)發(fā)展下，為企業(yè)創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益，對發(fā)電主業(yè)形成了有力支撐。哈一熱電廠經(jīng)受住市場的嚴(yán)峻考驗(yàn)，穩(wěn)步邁入了增盈創(chuàng)效的嶄新階段，企業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)營管理水平再上新臺階，實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)位居集團(tuán)公司前列，在挑戰(zhàn)面前創(chuàng)造了驕人的工作業(yè)績。哈一熱電廠先后榮獲市級年度安全文化示范企業(yè)；省級勞動關(guān)系和諧企業(yè)；全國能源化學(xué)系統(tǒng)“工人先鋒號”；全國“五一”勞動獎(jiǎng)狀、黑龍江省“五一”勞動獎(jiǎng)狀；2×300MW新建工程國家優(yōu)質(zhì)工程銀獎(jiǎng)；全國工人先鋒號稱號；電力行業(yè)AAA級信用企業(yè)；全國模范“職工之家”稱號；全國電力系統(tǒng)企業(yè)文化建設(shè)先進(jìn)單位；中國大唐集團(tuán)公司“兩型”企業(yè)稱號；中國大唐集團(tuán)公司一流企業(yè)等多項(xiàng)榮譽(yù)稱號。項(xiàng)目背景大唐哈爾濱第一熱電廠#1機(jī)組是哈汽廠生產(chǎn)的300MW級別機(jī)組，其存在如下的運(yùn)行問題：機(jī)組順序閥進(jìn)汽順序?yàn)?1+#2→#3→#4開啟規(guī)律，由于原配汽規(guī)律設(shè)計(jì)重疊度不合理，引起閥門節(jié)流損失較大，導(dǎo)致機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)經(jīng)濟(jì)性較差；高負(fù)荷段機(jī)組閥門擺動過大；3、機(jī)組流量特性曲線未按照機(jī)組自身調(diào)門特性進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，目前高調(diào)門的流量曲線計(jì)算流量與實(shí)際流量偏差較大，不利于調(diào)節(jié)穩(wěn)定性，存在優(yōu)化潛力；4、此外，#1機(jī)組閥門綜合流量特性曲線的線性度較差，這對機(jī)組的AGC和一次調(diào)頻能力都會有很大的影響，間接影響機(jī)組的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，影響電廠的間接運(yùn)行效益，存在經(jīng)濟(jì)性優(yōu)化空間；5、機(jī)組的閥門開啟規(guī)律設(shè)計(jì)不合理，導(dǎo)致閥門動作平穩(wěn)性較差，加大了設(shè)備原件的磨損，降低使用壽命，影響了電廠運(yùn)行的間接經(jīng)濟(jì)性。設(shè)計(jì)配汽規(guī)律和獲取準(zhǔn)確的閥門流量特性是閥門管理的重要組成部分。配汽規(guī)律指汽輪機(jī)的負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，各調(diào)節(jié)閥門的開度隨負(fù)荷變化的規(guī)律。當(dāng)配汽規(guī)律設(shè)計(jì)不合理時(shí)，會致使軸系受力不均衡，在部分負(fù)荷區(qū)將產(chǎn)生很大的橫向汽流力，使軸心位置必然發(fā)生變化，產(chǎn)生不對中故障，并且使軸承的工作特性發(fā)生改變，發(fā)生軸承失穩(wěn)、軸振幅值增加的現(xiàn)象，另外軸心的大幅偏移也導(dǎo)致了瓦溫的升高，可能引發(fā)更嚴(yán)重的燒瓦事故，嚴(yán)重影響汽輪機(jī)運(yùn)行的安全性。為了提高機(jī)組運(yùn)行的安全性，則只能采用節(jié)流調(diào)節(jié)方式以減小配汽不平衡汽流力，但節(jié)流調(diào)節(jié)會產(chǎn)生很大的節(jié)流損失，嚴(yán)重影響機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。同時(shí)，在進(jìn)行配汽規(guī)律設(shè)計(jì)時(shí)，需要借助調(diào)節(jié)級流量特性曲線。調(diào)節(jié)級流量特性曲線一般是通過理論計(jì)算即調(diào)節(jié)級變工況計(jì)算得到的。然而，只通過調(diào)節(jié)級變工況計(jì)算理論，無法實(shí)現(xiàn)對閥門流量特性的準(zhǔn)確辨識。因此機(jī)組在實(shí)際運(yùn)行中，會因?yàn)樵O(shè)計(jì)曲線與實(shí)際曲線不匹配而導(dǎo)致機(jī)組功率波動，閥門流量特性線性度不好的問題，影響機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性，如果機(jī)組的流量線性度差，會導(dǎo)致機(jī)組的自動發(fā)電控制（AGC）和一次調(diào)頻等調(diào)節(jié)性能下降。汽輪機(jī)的高調(diào)門配汽方式雖然只是汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的一個(gè)組成部分，但是對機(jī)組的安全性和經(jīng)濟(jì)性有著重要的影響，其設(shè)計(jì)必須綜合熱力學(xué)、氣體動力學(xué)、轉(zhuǎn)子動力學(xué)等相關(guān)專業(yè)的理論和知識，進(jìn)行系統(tǒng)的理論和試驗(yàn)研究。本汽輪機(jī)配汽優(yōu)化課題組針對目前電廠普遍存在的問題，歷時(shí)多年研究，系統(tǒng)、細(xì)致地分析了配汽方式對機(jī)組安全性、經(jīng)濟(jì)性的影響，并且進(jìn)行了大量的理論分析和實(shí)驗(yàn)研究，建立了一套完整的汽輪機(jī)配汽方式的綜合分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，提高了機(jī)組的安全性和效率，并在實(shí)際工程中有著豐富的改造經(jīng)驗(yàn)，在業(yè)界得到廣泛承認(rèn)，擁有眾多的不可比擬優(yōu)勢。本配汽優(yōu)化技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對大唐哈爾濱第一熱電廠#1機(jī)組的配汽優(yōu)化，改善其運(yùn)行安全性和經(jīng)濟(jì)性。項(xiàng)目實(shí)施情況配汽優(yōu)化的項(xiàng)目實(shí)施主要分為四個(gè)部分：優(yōu)化潛力分析、確定優(yōu)化思路、閥門開關(guān)試驗(yàn)、熱態(tài)調(diào)整試驗(yàn)。優(yōu)化潛力分析配汽優(yōu)化潛力分析是從電廠采集機(jī)組正常運(yùn)行情況下的單閥、順序閥（開啟順序按原閥序）運(yùn)行數(shù)據(jù)，專業(yè)技術(shù)人員利用數(shù)據(jù)分析軟件工具，以及長時(shí)間積累的行業(yè)經(jīng)驗(yàn)對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從而確定能從哪幾個(gè)方面對機(jī)組進(jìn)行優(yōu)化，以及進(jìn)行優(yōu)化的潛力評估。配汽優(yōu)化通常包括以下幾個(gè)方面：改變順序閥開啟順序、優(yōu)化閥門流量特性曲線、優(yōu)化噴嘴重疊度等。大唐哈爾濱第一熱電廠#1機(jī)組的噴嘴布置圖如下：圖2-1300MW機(jī)組高調(diào)門和噴嘴組的布置情況確定優(yōu)化思路1、設(shè)計(jì)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)根據(jù)機(jī)組的高調(diào)門布置圖和目前的高調(diào)門進(jìn)汽順序，進(jìn)行配汽優(yōu)化的總體實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，所設(shè)計(jì)的優(yōu)化實(shí)驗(yàn)不會影響機(jī)組的正常運(yùn)行；并且根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行綜合分析，選取優(yōu)化方案。2、多目標(biāo)的綜合優(yōu)化根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，考慮熱力學(xué)、氣體動力學(xué)、轉(zhuǎn)子動力學(xué)等相關(guān)專業(yè)的理論和知識，將機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性、安全性以及調(diào)節(jié)性能等問題做多目標(biāo)優(yōu)化，設(shè)計(jì)兼顧調(diào)節(jié)效率、高壓缸效率、瓦溫、軸振、閥門流量特性線性度等所有因素的配汽規(guī)律。3、高調(diào)門流量特性的準(zhǔn)確辨識對汽輪機(jī)高壓調(diào)節(jié)閥門進(jìn)行流量特性辨識，這也是整個(gè)配汽優(yōu)化的核心，因?yàn)?，閥門流量特性辨識的準(zhǔn)確性直接影響機(jī)組的安全性、經(jīng)濟(jì)性以及調(diào)節(jié)性能。4、配汽規(guī)律在線修改采用在線修改配汽規(guī)律的技術(shù)，機(jī)組運(yùn)行期間即可完成配汽優(yōu)化改造，避免由于改造影響機(jī)組正常運(yùn)行所帶來的經(jīng)濟(jì)損失；并且使機(jī)組及時(shí)采用優(yōu)化后的配汽規(guī)律，使機(jī)組盡可能早的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，提高電廠效益。5、本配汽優(yōu)化技術(shù)的特色和優(yōu)勢本配汽綜合優(yōu)化技術(shù)具有以下幾個(gè)特色：1)配汽規(guī)律曲線的流量準(zhǔn)確辨識；2)配汽規(guī)律曲線的流量變工況計(jì)算；流量特性曲線較好的線性度；3)閥門優(yōu)化重組，針對機(jī)組運(yùn)行負(fù)荷提高經(jīng)濟(jì)性。兼顧瓦溫，軸振優(yōu)化設(shè)計(jì)提高安全性；4)合理優(yōu)化閥門開啟重疊度。本閥門管理優(yōu)化技術(shù)首先通過機(jī)組的實(shí)際調(diào)研，根據(jù)調(diào)研結(jié)果和調(diào)節(jié)級變工況理論計(jì)算，結(jié)合本單位研制開發(fā)的閥門流量特性辨識軟件和閥門重組優(yōu)化軟件，對機(jī)組進(jìn)行閥門管理優(yōu)化設(shè)計(jì)，并且給出1~2套閥門管理優(yōu)化方案；然后，經(jīng)過機(jī)組實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，對方案進(jìn)行修正，給出最終的方案；最后，經(jīng)過閥門開關(guān)試驗(yàn)的結(jié)果，對所給出的配汽規(guī)律進(jìn)行校驗(yàn)，給出方案的選擇順序，確定最優(yōu)方案，從而，通過多次綜合優(yōu)化設(shè)計(jì)，達(dá)到最優(yōu)的配汽效果。閥門開關(guān)試驗(yàn)閥門開關(guān)試驗(yàn)是指改造前閥門順序的開啟和關(guān)閉試驗(yàn)。由于機(jī)組順序閥變負(fù)荷運(yùn)行時(shí)存在調(diào)門擺動、軸振較高等問題，為此，需要進(jìn)行改造前閥門順序開啟試驗(yàn)，進(jìn)一步驗(yàn)證根據(jù)機(jī)組部分進(jìn)汽所產(chǎn)生的水平和垂直方向汽流力對軸承振動和瓦溫的影響，從而選取在滿足軸承振動和瓦溫的情況下的全新配汽規(guī)律，并考慮各軸系承載、機(jī)組投運(yùn)順序閥的各種復(fù)雜工況下，通過進(jìn)一步的修正達(dá)到最優(yōu)。以原進(jìn)汽順序?yàn)?1+#2→#3→#4為例，開關(guān)實(shí)驗(yàn)過程一般如下：1、試驗(yàn)前準(zhǔn)備工作：該試驗(yàn)需要大范圍變化4個(gè)高壓調(diào)節(jié)閥門的開度，而對機(jī)組負(fù)荷和主汽壓力值沒有要求，因此為了配合試驗(yàn)的進(jìn)行，試驗(yàn)前需要作如下準(zhǔn)備：1)解除AGC協(xié)調(diào)控制；2)主汽壓力設(shè)定改為手動模式調(diào)節(jié)，以便能夠根據(jù)需要手動調(diào)整主蒸汽壓力設(shè)定值；3)在原順序閥運(yùn)行狀態(tài)下，將機(jī)組升負(fù)荷至300MW左右，適當(dāng)降低機(jī)組運(yùn)行主汽壓，達(dá)到所有閥門全部開啟；4)4閥全開為試驗(yàn)的開始。2、試驗(yàn)過程：首先，在機(jī)組順序閥運(yùn)行狀態(tài)下，將機(jī)組升負(fù)荷至300MW左右，將機(jī)組的運(yùn)行方式切換至閥控方式或功控方式，適當(dāng)降低機(jī)組運(yùn)行主汽壓，使機(jī)組的4個(gè)高調(diào)門全部開啟。閥門開關(guān)試驗(yàn)步驟如下：1)在4個(gè)高調(diào)門全開的基礎(chǔ)上，逐步降負(fù)荷運(yùn)行，并實(shí)現(xiàn)3閥點(diǎn)、2閥點(diǎn)運(yùn)行，最終實(shí)現(xiàn)最先開啟的兩個(gè)調(diào)門開度為45%；2)在最先開啟的兩個(gè)調(diào)門開度為45%的基礎(chǔ)上，逐步升荷運(yùn)行，并實(shí)現(xiàn)2閥點(diǎn)、3閥點(diǎn)，最終實(shí)現(xiàn)4個(gè)高調(diào)門全開；試驗(yàn)結(jié)束，恢復(fù)機(jī)組正常運(yùn)行，進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集。試驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集通過DCS、DEH或者SIS系統(tǒng)，選擇試驗(yàn)方案要求的相應(yīng)測點(diǎn)（一般為40個(gè)左右），輸入實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的時(shí)間段，以csv或txt的格式導(dǎo)出到文件夾，并用電廠的光盤對數(shù)據(jù)文件進(jìn)行刻錄，或者用格式化的U盤進(jìn)行拷貝，帶回公司進(jìn)行分析計(jì)算。數(shù)據(jù)采集需要注意以下事項(xiàng)：1、試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集時(shí)間間隔最好保證是等間隔1s，這是由于現(xiàn)有的數(shù)據(jù)處理程序是等間隔1s的，處理出的結(jié)果能保證其精確度。2、若系統(tǒng)采集1s時(shí)間間隔時(shí)需分采集段過多，過于麻煩，試驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)間間隔應(yīng)盡可能小。熱態(tài)調(diào)整試驗(yàn)根據(jù)閥門開關(guān)的試驗(yàn)結(jié)果，設(shè)計(jì)全新的配汽規(guī)律，并在機(jī)組單閥運(yùn)行方式下，在線直接將順序閥的規(guī)律修改成新的配汽規(guī)律，避免由于停機(jī)進(jìn)行閥門管理優(yōu)化改造影響機(jī)組正常運(yùn)行所帶來的經(jīng)濟(jì)損失。然后，在此基礎(chǔ)上就可以直接進(jìn)行單閥——順序閥切換以及順序閥控制的熱態(tài)試驗(yàn)。熱態(tài)試驗(yàn)的目的在于考查機(jī)組帶負(fù)荷過程中，在順序閥控制以及單閥——順序閥切換控制過程中的穩(wěn)定性和可靠性，軸承不同的負(fù)荷下瓦溫、軸振和瓦振等是否合格。同時(shí)，由于變負(fù)荷時(shí)存在調(diào)門擺動、瓦溫高等問題，為了能夠徹底綜合解決此問題，需作進(jìn)一步的熱態(tài)調(diào)整試驗(yàn)，保證新規(guī)律對軸承和閥體均滿足要求，實(shí)現(xiàn)配汽優(yōu)化的最優(yōu)效果。根據(jù)閥門開關(guān)的試驗(yàn)結(jié)果，設(shè)計(jì)全新的配汽規(guī)律，并且在機(jī)組單閥運(yùn)行方式下，在線直接將順序閥的規(guī)律修改成新的配汽規(guī)律，避免由于閥門管理優(yōu)化改造影響機(jī)組正常運(yùn)行所帶來的經(jīng)濟(jì)損失。然后，在此基礎(chǔ)上就可以直接進(jìn)行單閥——順序閥切換以及順序閥控制的熱態(tài)試驗(yàn)。熱態(tài)試驗(yàn)結(jié)束，恢復(fù)機(jī)組正常運(yùn)行，進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集。試驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集通過DCS、DEH或者SIS系統(tǒng)，選擇試驗(yàn)方案要求的相應(yīng)測點(diǎn)（一般為40個(gè)左右），輸入實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的時(shí)間段，以csv或txt的格式導(dǎo)出到文件夾，并用電廠的光盤對數(shù)據(jù)文件進(jìn)行刻錄，或者用格式化的U盤進(jìn)行拷貝，帶回公司進(jìn)行分析計(jì)算。數(shù)據(jù)采集需要注意以下事項(xiàng)：1、試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集時(shí)間間隔最好保證是等間隔1s，這是由于現(xiàn)有的數(shù)據(jù)處理程序是等間隔1s的，處理出的結(jié)果能保證其精確度。2、若系統(tǒng)采集1s時(shí)間間隔時(shí)需分采集段過多，過于麻煩，試驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)間間隔應(yīng)盡可能小。數(shù)據(jù)處理首先數(shù)據(jù)時(shí)間間隔必須保證是等間隔1s，如果不是，則需要通過利用公司現(xiàn)有的插值程序進(jìn)行處理；其次需要將同一時(shí)段內(nèi)所需的測點(diǎn)都按照實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)表格樣本的格式整理在同一表格內(nèi)，測點(diǎn)名稱和順序應(yīng)與標(biāo)準(zhǔn)表格中的一致；最后利用公司現(xiàn)有的matlab程序讀取該表格數(shù)據(jù)，并運(yùn)行，生成數(shù)據(jù)變化趨勢圖，供技術(shù)人員進(jìn)行計(jì)算分析。優(yōu)化成果通過本配汽綜合優(yōu)化技術(shù)，對電廠機(jī)組進(jìn)行優(yōu)化改造，預(yù)期可以取得的效果如下：1、在機(jī)組運(yùn)行的安全穩(wěn)定性方面：1)配汽優(yōu)化后，可以明顯改善機(jī)組閥門的綜合流量特性曲線的線性度，解決由于機(jī)組流量特性曲線較差引起的調(diào)門異常性調(diào)節(jié)性擺動問題；2)配汽優(yōu)化改造后，優(yōu)化機(jī)組配汽不平衡汽流力，使機(jī)組的瓦溫或者軸振得到一定程度的改善，改善順序閥的軸振和瓦溫平穩(wěn)水平，解決軸振突增問題。3)目前，在順序閥運(yùn)行狀態(tài)下，機(jī)組軸振突增，最大軸振值經(jīng)常超過報(bào)警值運(yùn)行，存在安全隱患，預(yù)計(jì)改造后軸振可控制在安全運(yùn)行范圍內(nèi)，并遠(yuǎn)離報(bào)警值；2、在機(jī)組運(yùn)行的直接經(jīng)濟(jì)性方面：選取采集數(shù)據(jù)的160MW~270MW負(fù)荷段，對機(jī)組同流量狀態(tài)下帶負(fù)荷對比，機(jī)組在中低負(fù)荷段的經(jīng)濟(jì)性得到明顯改善，相同流量區(qū)間，機(jī)組帶負(fù)荷能力得到提高；而在280MW以上負(fù)荷段帶負(fù)荷能力基本相同。選取采集數(shù)據(jù)的160MW~270MW相同負(fù)荷段，對機(jī)組進(jìn)行高壓缸效率計(jì)算。為了消除機(jī)組動態(tài)變化及儲能等對效率計(jì)算的影響，采用行業(yè)普遍認(rèn)可的綜合平均修正方法對機(jī)組經(jīng)濟(jì)性改善情況進(jìn)行評價(jià)，得到的效率對比；很明顯，配汽優(yōu)化后機(jī)組安全投運(yùn)順序閥運(yùn)行，利用實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)計(jì)算得到機(jī)組在160～270MW運(yùn)行高壓缸效率平均提高0.5%左右折合煤耗大約為0.3g/KWh，運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性提高。經(jīng)濟(jì)性改善情況對比表：優(yōu)化前后實(shí)際流量下的高壓缸效率對比實(shí)際流量（%）65%70%73%75%80%優(yōu)化前（%）76.478.3979.980.4582.44優(yōu)化后（%）76.4879.1480.3581.2382.93增量（%）0.080.750.450.780.49表5-1優(yōu)化前后實(shí)際流量下的高壓缸效率對比圖5-1優(yōu)化前后實(shí)際流量下的高壓缸效率對比優(yōu)化前后的高壓缸效率對比負(fù)荷點(diǎn)（MW）190200210220230240優(yōu)化前（%）76.6878.1878.6880.881.582