燃煤機組供電煤耗指標性能試驗數(shù)據(jù)的合理修正

1討論數(shù)據(jù)合理修正的必要性

傳統(tǒng)的機組投產(chǎn)或技改性能驗收試驗中,人們關注的重點往往是汽輪機、鍋爐性能是否達到相關技術協(xié)議的約定,投產(chǎn)性能是否達標。近年來,隨著社會節(jié)能意識的提高,特別是"雙限"政策的推廣以及碳排放交易的開展,人們在關心各大主機竣工性能是否達標的基礎上更加關注整套系統(tǒng)的能耗水平,即想要了解整套系統(tǒng)供電煤耗的"天花板"。

傳統(tǒng)的做法是在進行鍋爐、汽機性能試驗的同時測量機組運行廠用電率,根據(jù)傳統(tǒng)性能驗收試驗數(shù)據(jù)修正方法得到汽機考核熱耗、鍋爐考核效率和實時發(fā)電廠用電率,計算出機組供電煤耗指標,在汽輪機或鍋爐性能報告中給出供電煤耗指標值,即:

式中:bg為機組供電煤耗[g/(kw·h)]:q為汽輪機熱耗[kJ/(kw·h)]:7g為鍋爐效率(%):7gd為管道效率(%):Lfcy為發(fā)電廠用電率(%)。

主機性能驗收試驗是以考核主機的設計、制造、安裝水平為目的的,因此在試驗處理過程中允許將主機數(shù)據(jù)修正回主機的"設計工況"下,即部分輔機或輔助系統(tǒng)缺陷引起的運行偏差在主機性能試驗過程中是允許修正的。但這些缺陷長期客觀存在,機組作為整體運行時這些不利的影響不可避免,如直接采用主機性能驗收試驗結果進行供電煤耗的反平衡計算,會使機組綜合能耗指標評價結果偏低,不利于科學評價整個機組的能耗水平。

鑒于供電煤耗的考核涉及發(fā)電廠所有的熱力系統(tǒng),系統(tǒng)之間相互關聯(lián),而現(xiàn)有的鍋爐及汽機性能試驗標準相互獨立,對于機爐耦合的系統(tǒng)邊界的劃分、環(huán)境因素對各大指標的影響、多機組間公用系統(tǒng)的能耗歸屬、管道效率的定義應用等沒有明確的界定標準,因此有必要比對性能驗收試驗數(shù)據(jù)修正規(guī)則,對如何合理開展性能試驗數(shù)據(jù)修正進行探討,以科學評估機組供電煤耗指標。

2鍋爐性能試驗數(shù)據(jù)的合理修正

根據(jù)現(xiàn)有《電站鍋爐性能試驗規(guī)程》(GB/T10184一2015),對鍋爐側參數(shù)的修正主要體現(xiàn)在對送風溫度、給水溫度以及鍋爐過量空氣系數(shù)(即運行氧量)偏離保證值的修正。

2.1送風溫度修正

鍋爐送風溫度值直接影響排煙熱損失,《電站鍋爐性能試驗規(guī)程》中允許將鍋爐送風溫度修正回設計溫度,以科學驗收鍋爐性能。然而,在空預器風側入口裝設暖風器的機組中,情況將發(fā)生變化。暖風器的存在使空預器入口送風溫度被"人為"提高,鍋爐排煙溫度必然升高,如將送風溫度強行修回顯然是不合理的,此時機爐邊界條件的劃分就顯得尤為重要。

如將機爐邊界條件劃分至暖風器后、空預器入口,將暖風器看作汽機設備,此時鍋爐可按照傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理方法,將因暖風器投運而降低的效率修回設計工況。然而,環(huán)境溫度對暖風器換熱量的影響是客觀存在的,此時必須根據(jù)環(huán)境溫度和暖風器換熱對汽機熱耗進行修正,情況將變得復雜且缺乏相關依據(jù)。

為簡化修正過程,可將風側機爐邊界劃分至暖風器前、送風機出口,將暖風器溫升調整為定值。該工況下環(huán)境溫度的變化將與空預器入口送風溫度一致,因此可以按照常規(guī)方法對環(huán)境溫度的偏差進行修正。如試驗過程中暖風器溫升發(fā)生變化,溫升的變化反映的是機爐內部耦合深度的變化,是系統(tǒng)內機爐收益此消彼長的運行尋優(yōu)過程,送風溫度的修正仍可按照上述方法進行。

2.2給水溫度修正

給水溫度偏離保證工況后,省煤器運行溫度的變化將引起鍋爐排煙溫度即排煙熱損失的變化,從而影響鍋爐效率。

《電站鍋爐性能試驗規(guī)程》在進行鍋爐性能考核時,允許對給水溫度進行修正。然而,無論是技改帶來的給水溫度較設計值的升高,還是設備性能差異帶來的給水溫度的不足,在整個機組運行中是客觀存在的,此時在評價燃煤機組整體供電煤耗指標時對給水溫度進行修正將不再合理,不應予以修正。

2.3運行氧量修正

運行氧量的修正即鍋爐運行過量空氣系數(shù)的修正。當鍋爐運行氧量偏離保證工況時,會造成鍋爐排煙流量偏離設計值,使排煙熱損失發(fā)生變化,從而影響鍋爐效率。

若在試驗過程中,為了滿足鍋爐的其他性能指標,如飛灰可燃物、主再熱汽溫、環(huán)保指標等,必須使運行過量空氣系數(shù)偏離保證值,則在后續(xù)的數(shù)據(jù)處理中不應予以修正,以避免重復計算。

3汽機性能試驗數(shù)據(jù)的合理修正

汽機性能試驗數(shù)據(jù)的修正主要包括汽輪機本身運行終端偏離保證工況進行的一類修正,如主/再熱蒸汽溫度、主汽壓力、再熱器壓損、汽輪機排汽壓力(或冷卻水溫度流量)修正:針對給水回熱系統(tǒng)進行的二類修正,如抽汽壓損、換熱器端差等修正:針對發(fā)電機側偏離運行參數(shù)進行的三類修正。由于試驗目的不同,其中部分修正不再適用于機組供電煤耗的評估。

3.1主再熱蒸汽參數(shù)修正

主再熱蒸汽參數(shù)偏離保證值對性能試驗結果的影響,一是由于循環(huán)初參數(shù)的變化影響整個循環(huán)效率:二是由于蒸汽參數(shù)的偏離,汽輪機內部通流情況偏離設計值,帶來汽輪機內效率的變化,從而影響汽輪機熱耗水平。

對于主再熱蒸汽溫度,如果通過運行調整可以達到性能試驗標準允許的偏差范圍內,進行適當?shù)臄?shù)據(jù)修正以彌補運行工況變化對汽溫帶來的偏差是合理的,但由于設備設計、制造、安裝原因造成汽溫無法達標且優(yōu)化調整無效,則該不利影響對于機組運行是長期的,在評估機組實際煤耗水平過程中不應予以修正。

對于主汽壓及再熱壓損,由于設備設計制造及安裝過程均已結束,其最終由于設備通流能力及其他因素引起的新蒸汽壓力及再熱壓損偏差在后期運行中均已無法通過運行優(yōu)化予以消除,因此不應對汽壓項進行修正。

3.2汽輪機冷端修正

由于汽輪機冷端直接反映了熱力循環(huán)的冷源損失,因此在汽輪機性能試驗各項邊界條件中,汽輪機背壓與保證工況的偏差,對汽機熱耗試驗結果的影響最為突出。性能試驗工況下機組冷端往往會偏離設計工況,因此對汽輪機冷端進行試驗數(shù)據(jù)修正是合理的。

需要指出的是,在評估機組供電煤耗指標時,汽機背壓修正不能單純地根據(jù)廠家提供的背壓修正曲線將設計背壓作為修正終點,而要綜合考慮機組冷端運行方式,將機組背壓和循泵耗電率作為一個整體進行考慮。如:有機組在性能試驗過程中,不合理地減少循環(huán)水流量,使用較低的廠用電量使機組背壓高于設計值,通過數(shù)據(jù)修正將機組熱耗值修回,即使用虛低的廠用電率評估供電煤耗:亦有機組受制于汽輪機冷端設備因素,在設計冷卻條件下機組無法達到設計背壓,此時按照傳統(tǒng)修正方法簡單修正背壓得到的機組供電煤耗指標顯然是失真的。因此,要合理選擇機組冷端運行方式,充分評估在現(xiàn)有冷卻方式和設備水平下,環(huán)境溫度回歸設計的環(huán)境溫度,機組能夠達到的背壓水平,將其作為修正終點,而不能簡單修正至設計背壓。

3.3再熱壓降修正

對于再熱器壓降,由于機組建成投產(chǎn)后,其壓損值已相對固定,無論其實際運行效果是否達到設計水平。雖然它影響到了主機熱耗水平的計算值,但對于整個熱力系統(tǒng)而言,該部分收益或者損失是客觀存在的,因此不應予以修正。

與再熱壓降修正類似,機組抽汽管道壓降、回熱加熱器的端差、系統(tǒng)凝結水過冷度等二類修正項目,反映的是汽輪機本體以外的輔助設備設計、制造、安裝水平,在評估熱力系統(tǒng)總體煤耗水平時,不應予以修正。

3.4再熱減溫水量修正

現(xiàn)代火力發(fā)電機組,受設計、安裝、運行等因素影響,鍋爐可能出現(xiàn)熱偏差及部分管壁超溫的情況,因此在性能試驗過程中,為了保證主再熱汽溫達標以及設備運行安全,會出現(xiàn)使用再熱減溫水的情況。再熱減溫水的投入相當于部分工質未經(jīng)汽輪機高壓缸做功,直接在鍋爐再熱器系統(tǒng)中吸熱進入了中低壓缸中,造成汽輪機高中壓缸做功比例的變化。由于再熱減溫水構成的熱力循環(huán)效率低于主蒸汽構成的循環(huán)效率,因此再熱減溫水的使用往往會造成汽機熱耗的升高。

由于再熱減溫水產(chǎn)生的原因為鍋爐側受熱面的需求,因此在傳統(tǒng)的汽機性能驗收試驗數(shù)據(jù)處理過程中允許對再熱減溫水進行修正。而再熱減溫水的投入對鍋爐效率的影響幾乎沒有,按照傳統(tǒng)的修正方法對再熱減溫水量進行修正,分別計算汽輪機熱耗和鍋爐效率,得到的供電煤耗結果將偏低,機組的實際運行性能將被不合理地高估,因此為了科學合理地評價機組供電煤耗水平,再熱減溫水量不應予以修正。

3.5運行補水率修正

運行補水率反映的是系統(tǒng)跑冒滴漏等原因造成的工質損失,不明泄漏量的存在會使系統(tǒng)做功能力降低,測出的給水(凝水)流量高于實際參與循環(huán)的流量,從而使試驗結果偏高。無論是ASME標準,還是《汽輪機熱力性能驗收試驗規(guī)程》(GB/T8117.1~4),試驗條件中對運行補水率均有明確的要求,一般規(guī)定為不大于滿負荷蒸汽流量的0.1%?！镀啓C熱力性能驗收試驗規(guī)程》中允許對試驗過程中的不明泄漏量進行修正,以對汽輪機性能指標進行科學評判。由于性能試驗是在現(xiàn)場進行嚴格的隔離后開始試驗的,此時存在的泄漏量為現(xiàn)場運行中長期存在的泄漏,為不可避免的工質損失,因此將機組作為整體進行考慮,評價整個系統(tǒng)的能耗水平時,不明泄漏量(即運行補水率)不應予以修正。

3.6其他二、三類修正

汽機熱耗其他二類及三類修正反映了回熱系統(tǒng)及發(fā)電機設計、制造或運行原因導致的與驗收工況的偏差。由于此類差異在機組運行中長期客觀存在,因此在評價供電煤耗指標時不應進行修正,但應在試驗過程中進行精心調整,使相關參數(shù)盡量滿足保證工況要求的條件。

4管道效率及發(fā)電廠用電率的取值

4.1管道效率

在以性能驗收為目標的考核試驗中,為了科學地反映主機設備性能,邊界條件劃分時,鍋爐往往以省煤器入口及過再熱蒸汽管路出口為邊界,汽輪機以高中壓門組前進口為邊界。為此,在《火力發(fā)電廠技術經(jīng)濟指標計算方法》(DL/T904一2004)中引入了"管道效率"的概念,用以科學計算機組運行反平衡煤耗。

式中:QSr為汽輪機輸入熱量(G1):Q1為統(tǒng)計期內鍋爐輸出熱量(G1)。

實際數(shù)據(jù)處理中一般采用99%的經(jīng)驗管道效率,而在機組供電煤耗性能試驗中,很多試驗單位延續(xù)這一概念,取99%的管道效率進行供電煤耗指標的計算,這是不合理的。

《火力發(fā)電廠技術經(jīng)濟指標計算方法》(DL/T904一2004)中明確指出鍋爐輸出熱量除純粹的管道損失之外,還包括機組排污、汽水損失等未能被汽輪機有效利用的熱量[4],而在試驗工況下,機組是不補、不排、不吹灰的。在新修訂的《火力發(fā)電廠技術經(jīng)濟指標計算方法》(DL/T904一2015)中對表述有所調整,明確為鍋爐主再熱蒸汽等管道出口蒸汽所攜帶的熱量。在《名詞術語電力節(jié)能》(DL/T1365一2014)中明確規(guī)定,管道效率即汽輪機從鍋爐得到的熱量與鍋爐的輸出熱量之間的百分比。為此,無論從哪版標準出發(fā),采用99%的經(jīng)驗管道效率均是不合理的,應該嚴格按照管道效率的定義進行實測,或者將機爐蒸汽側分界點設在鍋爐出口,使用含管道損失在內的廣義"熱耗"進行機組供電煤耗的評價。

4.2發(fā)電廠用電率

發(fā)電廠用電率的數(shù)據(jù)處理主要關注以下幾點:

(1)首先要做好電氣邊界條件的選擇。根據(jù)《名詞術語電力節(jié)能》,發(fā)電廠用電率為發(fā)電廠用電量與發(fā)電量的比值。其中,發(fā)電量指的是發(fā)電機機端電量(不含勵磁機發(fā)電量),因此發(fā)電機與汽輪機的分界邊界應該在發(fā)電機機端,應當用發(fā)電機出口電量作為汽輪機熱耗和發(fā)電廠用電率的基準,這點對于發(fā)電量關口表安裝在勵磁變分支后靠近主變側的發(fā)電機組要特別注意,避免汽輪機熱耗和發(fā)電廠用電率的重復計算。發(fā)電廠用電量的統(tǒng)計中不應包含主變的變損,即發(fā)電機組與電力系統(tǒng)的分界點在廠用變壓器取電分支后靠近主變低壓側。

(2)其次要做好公用設備廠用電量的合理分攤,建議試驗期間,盡量實現(xiàn)廠用電系統(tǒng)的獨立運行,對于無法獨立運行的公用系統(tǒng),按照試驗期間和鄰機發(fā)電比例進行分攤:直接剔除負荷要求的非生產(chǎn)用電量。

(3)最后要注意環(huán)境溫度的影響。由于發(fā)電廠用電率是無法進行修正的,而機組循環(huán)水泵、風機等輔機的功率和環(huán)境溫度具有很強的關聯(lián)性,因此建議盡量在接近設計環(huán)境溫度的工況下進行機組供電煤耗的性能考核試驗,力求試驗結果科學。

5結語

綜上所述,將機組性能驗收試驗方法應用于機組供電煤耗指標評價是可行的。但由于二者試驗目的不同,在試驗數(shù)據(jù)的修正處理環(huán)節(jié)會有所差別,特別是隨著發(fā)電技術的不斷進步,機爐耦合深度逐步加深,需要在試驗前針對具體案例進行合理分析,明確合理可行的試驗邊界條件及數(shù)據(jù)修正范圍,確保試驗結論的科學嚴謹性。