DCS性能計(jì)算功能若干問題

2006年11月06日 14:21:44人氣：800來源：煙臺勾股通信技術(shù)有限公司

近年建設(shè)的火力發(fā)電廠普遍采用了分散控制系統(tǒng)(DCS)，其功能設(shè)計(jì)中無例外包括性能計(jì)算的要求。無須回避，這一功能的實(shí)際應(yīng)用效果常常不如人意。以至有人提出，今后DCS設(shè)計(jì)中，可否取消“性能計(jì)算”。顯然，在追求經(jīng)濟(jì)效益現(xiàn)實(shí)中，任何業(yè)主都不能接受這個建議。如何認(rèn)識這一問題及如何解決這一問題呢?這是本文探討的課題。
人們對DCS性能計(jì)算功能都有些什么問題不滿意的地方呢?
第—，準(zhǔn)確度不夠。按照計(jì)算機(jī)的功能，人們期望發(fā)電廠性能計(jì)算應(yīng)該達(dá)到很高的準(zhǔn)確度，例如，達(dá)到進(jìn)行經(jīng)濟(jì)核算報(bào)表需要的精度，實(shí)際上并沒有達(dá)到。
第二，不能給運(yùn)行操作人員提供及時參考數(shù)據(jù)，使他們可以及時改進(jìn)操作，提高機(jī)組效率。
第三，熱效率計(jì)算包括的范圍常有不夠科學(xué)之處，難于對機(jī)組經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀況及時準(zhǔn)確地作出全面評價(jià)。
DCS性能計(jì)算存在的問題，常常被其他的一些問題掩蓋，例如，所謂應(yīng)采用“正平衡”或“反平衡”哪一種計(jì)算效率方法等問題。然而，實(shí)際的問題焦點(diǎn)并不在于此。為了便于討論，這里還是首先對目前性能計(jì)算軟件中采用的一些基本的計(jì)算方法，作一個簡單回顧，以便對上述問題討論，有一個科學(xué)、實(shí)際的基礎(chǔ)。
一、鍋爐灶率計(jì)算的兩種方法
目前國內(nèi)DCS設(shè)計(jì)時，效率計(jì)算包括在 DAS功能中，是由DCS系統(tǒng)供貨商提供設(shè)計(jì)．在編制招、投標(biāo)文件時，常常需確定鍋爐效率采用正平衡或反平衡計(jì)算方法。
在此不介紹正平衡和反平衡效率計(jì)算的兩種具體算法，因?yàn)樗呀?jīng)形成多年，為同行們熟悉．僅就它們的特點(diǎn)及在DCS系統(tǒng)中使用中的一些問題進(jìn)行簡略介紹。
正平衡方法的基本原理，是鍋爐生產(chǎn)的有用熱量(包括新蒸汽熱量、再熱蒸汽熱量、由鍋爐直接輸出的非鍋爐自用的其他有用熱量)除以入爐燃料總熱量，用此計(jì)算鍋爐效率的方法。
其中鍋爐生產(chǎn)的有用熱量(簡稱q1)的測量和計(jì)算，對于正平衡或反平衡的計(jì)算方法都是相同的。問題是入爐燃料總熱量的計(jì)算。
正平衡的算法是直接測量入爐燃料的數(shù)量，乘以發(fā)熱量，得到入爐燃料總熱量。
過去，在相當(dāng)長的一段時期內(nèi)，入爐燃料量的計(jì)量一般只能采用輸煤皮帶秤等方式進(jìn)行，難以作到及時準(zhǔn)確測量。特別是，入爐煤的化驗(yàn)，取樣的代表性、時效性帶來的誤差很大，即使進(jìn)行熱效率實(shí)驗(yàn)較好的條件下，標(biāo)準(zhǔn)誤差評價(jià)也在近2％。運(yùn)行條件下，測量誤差特大于這個值。因此，即使現(xiàn)在，對于采用有中間煤粉倉式的燃燒系統(tǒng)，采用正平衡計(jì)算效率，測量入爐煤數(shù)量的計(jì)量，也是一個不小的難題。
由于入爐煤量計(jì)量的困難，產(chǎn)生了反平衡鍋爐效率計(jì)算方法。
采用反平衡計(jì)算方法時，避開直接測量入爐煤量的難題，采用直接測量鍋爐生產(chǎn)的有用熱量，同時測量鍋爐的熱損失，即排煙損失q2，化學(xué)未*燃燒損失q3，機(jī)械未*燃燒損失q4，排渣(飛灰和爐渣)損失q5，散熱損失q6，反過來推算入爐燃料量的方法，故稱為“反平衡法”。
q3~q6計(jì)算中，主要依靠化驗(yàn)資料和經(jīng)驗(yàn)系數(shù)估算。q2則通過測量煙氣空氣過剩系數(shù)，以及利用對燃料成分分析數(shù)據(jù)，計(jì)算理論煙氣量，推算出煙氣量，乘以排煙溫度得出。
因此，按照反平衡法，鍋爐效率為：ηk＝(ql／ql+q2+q3+q4+q5+q6)XlOO％
在此方法中，雖然眾多的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，使反平衡計(jì)算準(zhǔn)確度也不高，但是避開了對入爐煤量測量和對燃料發(fā)熱量的經(jīng)?；?yàn)，理論上認(rèn)為，其誤差小于正平衡誤差，例如一般熱力實(shí)驗(yàn)條件下估算為l％左右。
近年來，在大型火力發(fā)電機(jī)組中，廣泛采用中速磨煤機(jī)直吹系統(tǒng)或雙進(jìn)雙出鋼球磨等直吹系統(tǒng)，并且配備可以對入爐燃料量進(jìn)行相當(dāng)準(zhǔn)確、及時測量的計(jì)量式給煤機(jī)，使正平衡計(jì)算精度大大提高，并且可以連續(xù)測量，相關(guān)數(shù)據(jù)直接進(jìn)入燃燒調(diào)節(jié)和DAS系統(tǒng)。在這種情況下，有人提出，在DCS系統(tǒng)用正平衡代替反平衡的建議。
實(shí)際項(xiàng)目運(yùn)作中，DCS即使配置了正平衡計(jì)算軟件，zui終用戶也常常要求不放棄反平衡的計(jì)算方法．之所以如此，由于以下的原因：
A.zui終用戶對DCS性能計(jì)算軟件的要求，常常不但是滿足報(bào)表的需要，還希望為運(yùn)行人員提供經(jīng)濟(jì)運(yùn)行操作進(jìn)行指導(dǎo)。例如，需要知道那些參數(shù)發(fā)生變化對鍋爐效率的影響程度；在何種工況下如何調(diào)整機(jī)組的參數(shù)，使機(jī)組保持的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀態(tài)等。原始運(yùn)行參數(shù)設(shè)定值是通過熱力試驗(yàn)和操作經(jīng)驗(yàn)積累得到的，鍋爐實(shí)際運(yùn)行時，情況常常發(fā)生了許許多多的變化。采用正平衡，機(jī)組效率等于只計(jì)算一個總帳，不利于分析機(jī)組運(yùn)行狀況的變化。反平衡方法則可以從各項(xiàng)熱損失中，相對方便的尋找改善操作的途徑。
B．反平衡的各項(xiàng)指標(biāo)直觀，易于操作、比較，所謂運(yùn)行“小指標(biāo)”，為中國電廠經(jīng)濟(jì)運(yùn)行規(guī)范考核指標(biāo)。
因此，實(shí)際上DCS設(shè)計(jì)中，常常配置兩種算法軟件，以滿足zui終用戶的要求。
可是，zui終用戶仍常常不滿意。這既包括對計(jì)算精度方面要求，也有其他方面，這里既有合理的要求，也有需要商榷的地方，本文將就此問題進(jìn)行討論。
二、汽機(jī)效率的計(jì)算
汽機(jī)的效率基本計(jì)算原理，采用測量進(jìn)入汽機(jī)系統(tǒng)熱量減去送回鍋爐和其他輔助系統(tǒng)的回收的熱量，去除發(fā)電機(jī)有用功率折合的熱量得出汽機(jī)的效率。
大型機(jī)組都具有再熱系統(tǒng)。再熱蒸汽流量的測量，由于在再熱系統(tǒng)內(nèi)不能裝設(shè)流量測量(節(jié)流型)裝置，因此使進(jìn)入汽機(jī)熱力系統(tǒng)的熱量計(jì)算存在一定的困難。
過去傳統(tǒng)的方法，采用在某些關(guān)鍵部位，如測量#2高加疏水流量，推算再熱蒸汽流量的方法。
近期建設(shè)的一些工程，利用DCS系統(tǒng)計(jì)算能力強(qiáng)的特點(diǎn)，采用按照凝結(jié)水流量，各級抽汽在加熱器的焓差，計(jì)算抽汽流量和各級加熱器效率、凝汽器效率，從而計(jì)算再熱蒸汽流量和汽機(jī)效率。這種方法，類似與鍋爐的反平衡的方法，也廣泛為zui終用戶接受。
有些部位的流量，不可能安裝測量裝置時，(如軸封用汽、疏水系統(tǒng)某些管道等)應(yīng)考慮適當(dāng)修正。
對于化學(xué)補(bǔ)充水的熱焓、汽動給水泵的耗汽量等，效率計(jì)算中也不能列為常數(shù)。
三、全廠熱效率的計(jì)算
全廠熱效率理論上講是鍋爐效率和汽機(jī)效率乘積，即：
η＝ηk×ηT
對zui終用戶來講，更關(guān)心的是凈熱效率，或者講供電效率。
凈熱效率當(dāng)然包括發(fā)電機(jī)效率、廠用電消耗等。而且，還要考慮計(jì)算其它一些復(fù)雜因素。例如，對于水泵增壓后工質(zhì)熱焙的變化就應(yīng)當(dāng)仔細(xì)考慮。凝結(jié)泵、給水泵對工質(zhì)講，是個絕熱壓縮過程，增加了工質(zhì)的內(nèi)能、焓值，如對高溫高壓機(jī)組，凝結(jié)水泵后水溫會提高 15度以上，給水泵后則會提高40度以上，這些溫度的提高常常是以消耗廠用電為代價(jià)的。計(jì)算熱效率、分析熱效率時，不可以不考慮。
類似的問題，在電廠運(yùn)行中，還相當(dāng)多。
從以上討論，是否可以得出這樣一些基本看法：
一、在DCS設(shè)計(jì)中，采用正平衡、反平衡計(jì)算熱效率都是可以的，都是必須的。
二、熱效率計(jì)算中，對于各種輔助系統(tǒng)用汽，對于廠用電和熱效率的關(guān)系等因素，也應(yīng)給以密切關(guān)注。
下面來討論，zui終用戶對熱效率計(jì)算的一些意見。
首先是計(jì)算精度問題。
和采用手抄表進(jìn)行機(jī)組性能計(jì)算方法相比，DCS性能計(jì)算有了質(zhì)的飛躍。計(jì)算精度的提高是顯而易見的。
一般來講，在計(jì)算公式、計(jì)算軟件完善的情況下，DAS系統(tǒng)提供的熱效率計(jì)算結(jié)果精度，可以達(dá)到熱力試驗(yàn)時水平，這是一個不錯的水平。
為什么zui終用戶對此不滿呢?有以下原因：
一、由于設(shè)計(jì)中提供的計(jì)算公式、計(jì)算方法、計(jì)算軟件與電廠實(shí)際情況結(jié)合不緊密， DAS系統(tǒng)性能計(jì)算結(jié)果，達(dá)不到應(yīng)有的精度。
我們知道，在發(fā)電廠沒有計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)以前，熱控專業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容中，是不包括性能計(jì)算這一部分的。而現(xiàn)在已經(jīng)廣泛采用DCS系統(tǒng)的情況下，也沒有見到有關(guān)規(guī)定、規(guī)程、規(guī)范，要求熱控專業(yè)完成這—項(xiàng)設(shè)計(jì)工作。然而，這確實(shí)是—項(xiàng)需要從設(shè)計(jì)的開始階段直到整個設(shè)計(jì)過程中，需要全面認(rèn)真考慮的工作。包括性能計(jì)算公式的選?。幌鄳?yīng)測點(diǎn)的配置；計(jì)算方法和計(jì)算軟件的編制和審核等等。遺憾的是，其他專業(yè)，例如工藝專業(yè)，雖然負(fù)責(zé)熱力系統(tǒng)的計(jì)算與設(shè)計(jì)，但是對于DAS系統(tǒng)中的性能計(jì)算，也不是他們關(guān)心的事情，可以想象，對于這樣一件重要的事情，從設(shè)計(jì)開始就分工不明確，出了問題要想得到完滿的解決，也不太可能。這是問題的根源。當(dāng)然，到底這件事該誰管，可能是個復(fù)雜的問題，但是這件事應(yīng)有人管，其道理是顯而易見的。
目前通用的做法，要求DCS供貨廠商提供相應(yīng)性能計(jì)算軟件，也把計(jì)算公式、方法一并包括在內(nèi)。
根據(jù)近年來本人接觸到的DCS供貨商，雖然按照標(biāo)書要求，提供了性能計(jì)算的軟件，但是，除少數(shù)供貨商外，大部分都是按照一些標(biāo)準(zhǔn)的格式提供軟件。這些‘標(biāo)準(zhǔn)軟件’，雖然沒有原則上的不妥，但是，和工程的具體情況結(jié)合不密切，細(xì)致部分更經(jīng)不起推敲。對于一些不好測量的數(shù)據(jù)代以常數(shù)，甚至忽略不計(jì)，
使整個系統(tǒng)精度大大降低。例如，輔助蒸汽流量，甚至汽動給水泵用汽量等都照此辦理。這樣性能計(jì)算的結(jié)果就失去了準(zhǔn)確性。和供貨商談判中，關(guān)于此部分軟件，中方分工不明確，常常談的不深不細(xì)，問題到工程中就難于解決。
二、有些zui終用戶對DCS廠商提供的性能計(jì)算軟件，進(jìn)行了仔細(xì)的修正。認(rèn)為可以達(dá)到很高精度。但是發(fā)現(xiàn)仍然不能達(dá)到財(cái)務(wù)報(bào)表的要求，例如，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)提供的燃料消耗累計(jì)量誤差就不能達(dá)到要求。為什么呢?
影響燃煤電廠成本管理的zui主要的一項(xiàng)是煤量的消耗，反映在性能計(jì)算中即是所謂發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗、供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗指標(biāo)，但是影響這些指標(biāo)的因素，除去DCS已包括的熱力系統(tǒng)效率計(jì)算以外，還有如煤場管理等因素。
從燃煤進(jìn)入發(fā)電廠到進(jìn)入原煤倉的過程，屬于燃料車間范圍，其中對發(fā)電廠熱效率影響大的是煤場管理。在所有DCS設(shè)計(jì)中，煤場管理從不包括在內(nèi)。但是，從其對發(fā)電廠熱效率影響來考慮，煤場管理至少以下一些方面是十分重要的：
來煤檢斤。運(yùn)煤列車從煤礦發(fā)車煤炭數(shù)量與到達(dá)電廠實(shí)際收到的數(shù)量存在差異。這是由于發(fā)車數(shù)量不準(zhǔn)、中途丟失、水分變化、空車皮計(jì)量不準(zhǔn)等原因，都直接影響實(shí)際進(jìn)入電廠燃料數(shù)量的計(jì)量準(zhǔn)確度。許多電廠的經(jīng)驗(yàn)證明，這一環(huán)節(jié)對電廠的實(shí)際熱效率的影響，如果不于重視，甚至大于同期改善運(yùn)行操作帶來的效益。現(xiàn)在不少電廠設(shè)置了專門計(jì)算機(jī)來強(qiáng)化這一環(huán)節(jié)的管理工作。
煤場管理。燃料在存放過程中，會發(fā)生物理損失(風(fēng)吹走，雨水沖走等)和化學(xué)損失(由于自燃造成發(fā)熱量的損失)。堆放不合理，存儲數(shù)量不恰當(dāng)，煤場存煤條件不理想等原因，都會對燃料實(shí)際應(yīng)用造成明顯的影響。
煤場管理環(huán)節(jié)損失多少燃料呢?估計(jì)，每月?lián)p失相當(dāng)于煤場日儲存量的o．5%，這個數(shù)量大于性能計(jì)算的誤差。因此，不管DCS性能計(jì)算多么完備，發(fā)電廠每月都需要對煤場進(jìn)行盤點(diǎn)，修正性能計(jì)算的結(jié)果。換句話講，DCS性能計(jì)算達(dá)到財(cái)務(wù)報(bào)表精度要求，至少應(yīng)和煤場管理計(jì)算機(jī)功能統(tǒng)一考慮、交換數(shù)據(jù)。
從另一方面講，如果認(rèn)為DCS性能計(jì)算精度高，應(yīng)滿足財(cái)務(wù)報(bào)表準(zhǔn)確度的要求，或者要求逐步向這個方面努力，那是不現(xiàn)實(shí)的．滿足財(cái)務(wù)報(bào)表準(zhǔn)確度的要求，應(yīng)該是包括了 DCS功能在內(nèi)的電廠管理系統(tǒng)計(jì)算機(jī)的任務(wù)。因?yàn)镈CS達(dá)不到那樣要求。即使DCS性能計(jì)算達(dá)到o．s％的精度，也不能滿足財(cái)務(wù)報(bào)表準(zhǔn)確度的要求。例如，對于100萬千瓦電廠，5000小時利用率，一年50億度發(fā)電量，按照每度300克標(biāo)準(zhǔn)煤耗，約合500克原煤計(jì)算，一年耗煤250萬噸，o．5％即是1．25萬噸。如果不進(jìn)行煤場盤煤，就不可能和煤場存煤數(shù)量對上，財(cái)務(wù)報(bào)表無法平衡。
三、現(xiàn)在DCS供貨商提供的性能計(jì)算軟件，以及操作指導(dǎo)軟件，都投有包括如何為機(jī)組的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供指導(dǎo)的部分。例如，在各種工況下如何設(shè)定機(jī)組的主要參數(shù)，以及一些主要參數(shù)偏離正常值后對機(jī)組經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的影響；直至如何確定磨煤機(jī)負(fù)荷分配和運(yùn)行方式；以及風(fēng)機(jī)、水泵等附屬設(shè)備的運(yùn)行方式等。所有這些主輔機(jī)的運(yùn)行方式，對于發(fā)電廠的凈熱效率都有明顯的影響。
DCS性能計(jì)算發(fā)展方向應(yīng)該是：
一、努力提高性能計(jì)算的相對精度，即是針對不同的運(yùn)行方式、工況、不同的設(shè)備狀況、不同的操作，性能計(jì)算的結(jié)果在變化方向上，應(yīng)該是*正確的，并在此基礎(chǔ)上力求達(dá)到較高的精度。這包括依據(jù)的盡可能完善、科學(xué)的計(jì)算公式；合理的采樣周期和數(shù)據(jù)的合理處理；對熱力過程參數(shù)補(bǔ)償運(yùn)算方案正確選擇；以及軟件的編制等等工作。顯然，僅僅依靠儀表供貨商是不行的。
二、努力提高操作指導(dǎo)應(yīng)用軟件的研究。應(yīng)當(dāng)講，提高性能計(jì)算精度不是目的，zui終目的是改善操作，提高機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效益。也就是說，DCS性能計(jì)算不是僅僅給出一個計(jì)算結(jié)果，同時，應(yīng)該給出機(jī)組熱效率變化趨勢及其原因，才是DCS優(yōu)勢。但是，目前DCS功能設(shè)計(jì)中，有關(guān)改善機(jī)組經(jīng)濟(jì)運(yùn)行<主機(jī)、輔機(jī))要求，從招標(biāo)文件起，就如同空白，離開這個主題，討論性能計(jì)算功能，實(shí)際上是本末倒置。
把以上討論的問題歸納一下，提出如下建議，供有關(guān)方面考慮：
一、應(yīng)當(dāng)重視DCS性能計(jì)算功能設(shè)計(jì)和軟件的編制，因?yàn)樗鼤槠髽I(yè)帶來經(jīng)濟(jì)效益，不言而喻，在市場經(jīng)濟(jì)的今天其重要性是不以任何人的主觀意愿而轉(zhuǎn)移的。
二、DCS性能計(jì)算設(shè)計(jì)技術(shù)分工，應(yīng)克服歷史留下的不夠明確分工缺陷，例如．設(shè)計(jì)階段由設(shè)計(jì)院熱工專業(yè)或機(jī)務(wù)專業(yè)負(fù)責(zé)，其他部門(調(diào)試單位、電廠等)應(yīng)負(fù)責(zé)什么工作等。不能延續(xù)由“儀表供應(yīng)商負(fù)責(zé)”而業(yè)主工程師無人負(fù)責(zé)的作法。
三、性能計(jì)算應(yīng)用軟件的開發(fā)和發(fā)展，應(yīng)沿著正確的方向前進(jìn)。發(fā)揮計(jì)算機(jī)功能的優(yōu)勢，不再爭論“正平衡”或“反平衡”等枝節(jié)問題，也不在非DCS能夠完成的功能上尋找出路，DCS性能計(jì)算功能一定可以進(jìn)一步發(fā)展，得到zui終用戶的歡迎。

關(guān)鍵詞：控制系統(tǒng)發(fā)電機(jī)組

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