电厂优化运行6大问题.doc

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SIS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