1討論數(shù)據(jù)合理修正的必要性

傳統(tǒng)的機(jī)組投產(chǎn)或技改性能驗(yàn)收試驗(yàn)中,人們關(guān)注的重點(diǎn)往往是汽輪機(jī)、鍋爐性能是否達(dá)到相關(guān)技術(shù)協(xié)議的約定,投產(chǎn)性能是否達(dá)標(biāo)。近年來,隨著社會(huì)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(guān)心各大主機(jī)竣工性能是否達(dá)標(biāo)的基礎(chǔ)上更加關(guān)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(jìn)行鍋爐、汽機(jī)性能試驗(yàn)的同時(shí)測量機(jī)組運(yùn)行廠用電率,根據(jù)傳統(tǒng)性能驗(yàn)收試驗(yàn)數(shù)據(jù)修正方法得到汽機(jī)考核熱耗、鍋爐考核效率和實(shí)時(shí)發(fā)電廠用電率,計(jì)算出機(jī)組供電煤耗指標(biāo),在汽輪機(jī)或鍋爐性能報(bào)告中給出供電煤耗指標(biāo)值,即:

式中:bg為機(jī)組供電煤耗[g/(kw·h)]:q為汽輪機(jī)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(jī)性能驗(yàn)收試驗(yàn)是以考核主機(jī)的設(shè)計(jì)、制造、安裝水平為目的的,因此在試驗(yàn)處理過程中允許將主機(jī)數(shù)據(jù)修正回主機(jī)的"設(shè)計(jì)工況"下,即部分輔機(jī)或輔助系統(tǒng)缺陷引起的運(yùn)行偏差在主機(jī)性能試驗(yàn)過程中是允許修正的。但這些缺陷長期客觀存在,機(jī)組作為整體運(yùn)行時(shí)這些不利的影響不可避免,如直接采用主機(jī)性能驗(yàn)收試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行供電煤耗的反平衡計(jì)算,會(huì)使機(jī)組綜合能耗指標(biāo)評價(jià)結(jié)果偏低,不利于科學(xué)評價(jià)整個(gè)機(jī)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(guān)聯(lián),而現(xiàn)有的鍋爐及汽機(jī)性能試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)相互獨(dú)立,對于機(jī)爐耦合的系統(tǒng)邊界的劃分、環(huán)境因素對各大指標(biāo)的影響、多機(jī)組間公用系統(tǒng)的能耗歸屬、管道效率的定義應(yīng)用等沒有明確的界定標(biāo)準(zhǔn),因此有必要比對性能驗(yàn)收試驗(yàn)數(shù)據(jù)修正規(guī)則,對如何合理開展性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)修正進(jìn)行探討,以科學(xué)評估機(jī)組供電煤耗指標(biāo)。

2鍋爐性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)的合理修正

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

2.1送風(fēng)溫度修正

鍋爐送風(fēng)溫度值直接影響排煙熱損失,《電站鍋爐性能試驗(yàn)規(guī)程》中允許將鍋爐送風(fēng)溫度修正回設(shè)計(jì)溫度,以科學(xué)驗(yàn)收鍋爐性能。然而,在空預(yù)器風(fēng)側(cè)入口裝設(shè)暖風(fēng)器的機(jī)組中,情況將發(fā)生變化。暖風(fēng)器的存在使空預(yù)器入口送風(fēng)溫度被"人為"提高,鍋爐排煙溫度必然升高,如將送風(fēng)溫度強(qiáng)行修回顯然是不合理的,此時(shí)機(jī)爐邊界條件的劃分就顯得尤為重要。

如將機(jī)爐邊界條件劃分至暖風(fēng)器后、空預(yù)器入口,將暖風(fēng)器看作汽機(jī)設(shè)備,此時(shí)鍋爐可按照傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理方法,將因暖風(fēng)器投運(yùn)而降低的效率修回設(shè)計(jì)工況。然而,環(huán)境溫度對暖風(fēng)器換熱量的影響是客觀存在的,此時(shí)必須根據(jù)環(huán)境溫度和暖風(fēng)器換熱對汽機(jī)熱耗進(jìn)行修正,情況將變得復(fù)雜且缺乏相關(guān)依據(jù)。

為簡化修正過程,可將風(fēng)側(cè)機(jī)爐邊界劃分至暖風(fēng)器前、送風(fēng)機(jī)出口,將暖風(fēng)器溫升調(diào)整為定值。該工況下環(huán)境溫度的變化將與空預(yù)器入口送風(fēng)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(jìn)行修正。如試驗(yàn)過程中暖風(fēng)器溫升發(fā)生變化,溫升的變化反映的是機(jī)爐內(nèi)部耦合深度的變化,是系統(tǒng)內(nèi)機(jī)爐收益此消彼長的運(yùn)行尋優(yōu)過程,送風(fēng)溫度的修正仍可按照上述方法進(jìn)行。

2.2給水溫度修正

給水溫度偏離保證工況后,省煤器運(yùn)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(yàn)規(guī)程》在進(jìn)行鍋爐性能考核時(shí),允許對給水溫度進(jìn)行修正。然而,無論是技改帶來的給水溫度較設(shè)計(jì)值的升高,還是設(shè)備性能差異帶來的給水溫度的不足,在整個(gè)機(jī)組運(yùn)行中是客觀存在的,此時(shí)在評價(jià)燃煤機(jī)組整體供電煤耗指標(biāo)時(shí)對給水溫度進(jìn)行修正將不再合理,不應(yīng)予以修正。

2.3運(yùn)行氧量修正

運(yùn)行氧量的修正即鍋爐運(yùn)行過量空氣系數(shù)的修正。當(dāng)鍋爐運(yùn)行氧量偏離保證工況時(shí),會(huì)造成鍋爐排煙流量偏離設(shè)計(jì)值,使排煙熱損失發(fā)生變化,從而影響鍋爐效率。

若在試驗(yàn)過程中,為了滿足鍋爐的其他性能指標(biāo),如飛灰可燃物、主再熱汽溫、環(huán)保指標(biāo)等,必須使運(yùn)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(yīng)予以修正,以避免重復(fù)計(jì)算。

3汽機(jī)性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)的合理修正

汽機(jī)性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)的修正主要包括汽輪機(jī)本身運(yùn)行終端偏離保證工況進(jìn)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(jī)排汽壓力(或冷卻水溫度流量)修正:針對給水回?zé)嵯到y(tǒng)進(jìn)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(jī)側(cè)偏離運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行的三類修正。由于試驗(yàn)?zāi)康牟煌?其中部分修正不再適用于機(jī)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(yàn)結(jié)果的影響,一是由于循環(huán)初參數(shù)的變化影響整個(gè)循環(huán)效率:二是由于蒸汽參數(shù)的偏離,汽輪機(jī)內(nèi)部通流情況偏離設(shè)計(jì)值,帶來汽輪機(jī)內(nèi)效率的變化,從而影響汽輪機(jī)熱耗水平。

對于主再熱蒸汽溫度,如果通過運(yùn)行調(diào)整可以達(dá)到性能試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)允許的偏差范圍內(nèi),進(jìn)行適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)修正以彌補(bǔ)運(yùn)行工況變化對汽溫帶來的偏差是合理的,但由于設(shè)備設(shè)計(jì)、制造、安裝原因造成汽溫?zé)o法達(dá)標(biāo)且優(yōu)化調(diào)整無效,則該不利影響對于機(jī)組運(yùn)行是長期的,在評估機(jī)組實(shí)際煤耗水平過程中不應(yīng)予以修正。

對于主汽壓及再熱壓損,由于設(shè)備設(shè)計(jì)制造及安裝過程均已結(jié)束,其最終由于設(shè)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(yùn)行中均已無法通過運(yùn)行優(yōu)化予以消除,因此不應(yīng)對汽壓項(xiàng)進(jìn)行修正。

3.2汽輪機(jī)冷端修正

由于汽輪機(jī)冷端直接反映了熱力循環(huán)的冷源損失,因此在汽輪機(jī)性能試驗(yàn)各項(xiàng)邊界條件中,汽輪機(jī)背壓與保證工況的偏差,對汽機(jī)熱耗試驗(yàn)結(jié)果的影響最為突出。性能試驗(yàn)工況下機(jī)組冷端往往會(huì)偏離設(shè)計(jì)工況,因此對汽輪機(jī)冷端進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)修正是合理的。

需要指出的是,在評估機(jī)組供電煤耗指標(biāo)時(shí),汽機(jī)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(shè)計(jì)背壓作為修正終點(diǎn),而要綜合考慮機(jī)組冷端運(yùn)行方式,將機(jī)組背壓和循泵耗電率作為一個(gè)整體進(jìn)行考慮。如:有機(jī)組在性能試驗(yàn)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(jī)組背壓高于設(shè)計(jì)值,通過數(shù)據(jù)修正將機(jī)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(jī)組受制于汽輪機(jī)冷端設(shè)備因素,在設(shè)計(jì)冷卻條件下機(jī)組無法達(dá)到設(shè)計(jì)背壓,此時(shí)按照傳統(tǒng)修正方法簡單修正背壓得到的機(jī)組供電煤耗指標(biāo)顯然是失真的。因此,要合理選擇機(jī)組冷端運(yùn)行方式,充分評估在現(xiàn)有冷卻方式和設(shè)備水平下,環(huán)境溫度回歸設(shè)計(jì)的環(huán)境溫度,機(jī)組能夠達(dá)到的背壓水平,將其作為修正終點(diǎn),而不能簡單修正至設(shè)計(jì)背壓。

3.3再熱壓降修正

對于再熱器壓降,由于機(jī)組建成投產(chǎn)后,其壓損值已相對固定,無論其實(shí)際運(yùn)行效果是否達(dá)到設(shè)計(jì)水平。雖然它影響到了主機(jī)熱耗水平的計(jì)算值,但對于整個(gè)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(yīng)予以修正。

與再熱壓降修正類似,機(jī)組抽汽管道壓降、回?zé)峒訜崞鞯亩瞬?、系統(tǒng)凝結(jié)水過冷度等二類修正項(xiàng)目,反映的是汽輪機(jī)本體以外的輔助設(shè)備設(shè)計(jì)、制造、安裝水平,在評估熱力系統(tǒng)總體煤耗水平時(shí),不應(yīng)予以修正。

3.4再熱減溫水量修正

現(xiàn)代火力發(fā)電機(jī)組,受設(shè)計(jì)、安裝、運(yùn)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(yàn)過程中,為了保證主再熱汽溫達(dá)標(biāo)以及設(shè)備運(yùn)行安全,會(huì)出現(xiàn)使用再熱減溫水的情況。再熱減溫水的投入相當(dāng)于部分工質(zhì)未經(jīng)汽輪機(jī)高壓缸做功,直接在鍋爐再熱器系統(tǒng)中吸熱進(jìn)入了中低壓缸中,造成汽輪機(jī)高中壓缸做功比例的變化。由于再熱減溫水構(gòu)成的熱力循環(huán)效率低于主蒸汽構(gòu)成的循環(huán)效率,因此再熱減溫水的使用往往會(huì)造成汽機(jī)熱耗的升高。

由于再熱減溫水產(chǎn)生的原因?yàn)殄仩t側(cè)受熱面的需求,因此在傳統(tǒng)的汽機(jī)性能驗(yàn)收試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理過程中允許對再熱減溫水進(jìn)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(jìn)行修正,分別計(jì)算汽輪機(jī)熱耗和鍋爐效率,得到的供電煤耗結(jié)果將偏低,機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行性能將被不合理地高估,因此為了科學(xué)合理地評價(jià)機(jī)組供電煤耗水平,再熱減溫水量不應(yīng)予以修正。

3.5運(yùn)行補(bǔ)水率修正

運(yùn)行補(bǔ)水率反映的是系統(tǒng)跑冒滴漏等原因造成的工質(zhì)損失,不明泄漏量的存在會(huì)使系統(tǒng)做功能力降低,測出的給水(凝水)流量高于實(shí)際參與循環(huán)的流量,從而使試驗(yàn)結(jié)果偏高。無論是ASME標(biāo)準(zhǔn),還是《汽輪機(jī)熱力性能驗(yàn)收試驗(yàn)規(guī)程》(GB/T8117.1~4),試驗(yàn)條件中對運(yùn)行補(bǔ)水率均有明確的要求,一般規(guī)定為不大于滿負(fù)荷蒸汽流量的0.1%。《汽輪機(jī)熱力性能驗(yàn)收試驗(yàn)規(guī)程》中允許對試驗(yàn)過程中的不明泄漏量進(jìn)行修正,以對汽輪機(jī)性能指標(biāo)進(jìn)行科學(xué)評判。由于性能試驗(yàn)是在現(xiàn)場進(jìn)行嚴(yán)格的隔離后開始試驗(yàn)的,此時(shí)存在的泄漏量為現(xiàn)場運(yùn)行中長期存在的泄漏,為不可避免的工質(zhì)損失,因此將機(jī)組作為整體進(jìn)行考慮,評價(jià)整個(gè)系統(tǒng)的能耗水平時(shí),不明泄漏量(即運(yùn)行補(bǔ)水率)不應(yīng)予以修正。

3.6其他二、三類修正

汽機(jī)熱耗其他二類及三類修正反映了回?zé)嵯到y(tǒng)及發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)、制造或運(yùn)行原因?qū)е碌呐c驗(yàn)收工況的偏差。由于此類差異在機(jī)組運(yùn)行中長期客觀存在,因此在評價(jià)供電煤耗指標(biāo)時(shí)不應(yīng)進(jìn)行修正,但應(yīng)在試驗(yàn)過程中進(jìn)行精心調(diào)整,使相關(guān)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(yàn)收為目標(biāo)的考核試驗(yàn)中,為了科學(xué)地反映主機(jī)設(shè)備性能,邊界條件劃分時(shí),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(jī)以高中壓門組前進(jìn)口為邊界。為此,在《火力發(fā)電廠技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計(jì)算方法》(DL/T904一2004)中引入了"管道效率"的概念,用以科學(xué)計(jì)算機(jī)組運(yùn)行反平衡煤耗。

式中:QSr為汽輪機(jī)輸入熱量(G1):Q1為統(tǒng)計(jì)期內(nèi)鍋爐輸出熱量(G1)。

實(shí)際數(shù)據(jù)處理中一般采用99%的經(jīng)驗(yàn)管道效率,而在機(jī)組供電煤耗性能試驗(yàn)中,很多試驗(yàn)單位延續(xù)這一概念,取99%的管道效率進(jìn)行供電煤耗指標(biāo)的計(jì)算,這是不合理的。

《火力發(fā)電廠技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計(jì)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(jī)組排污、汽水損失等未能被汽輪機(jī)有效利用的熱量[4],而在試驗(yàn)工況下,機(jī)組是不補(bǔ)、不排、不吹灰的。在新修訂的《火力發(fā)電廠技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計(jì)算方法》(DL/T904一2015)中對表述有所調(diào)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(shù)語電力節(jié)能》(DL/T1365一2014)中明確規(guī)定,管道效率即汽輪機(jī)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(biāo)準(zhǔn)出發(fā),采用99%的經(jīng)驗(yàn)管道效率均是不合理的,應(yīng)該嚴(yán)格按照管道效率的定義進(jìn)行實(shí)測,或者將機(jī)爐蒸汽側(cè)分界點(diǎn)設(shè)在鍋爐出口,使用含管道損失在內(nèi)的廣義"熱耗"進(jìn)行機(jī)組供電煤耗的評價(jià)。

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(guān)注以下幾點(diǎn):

(1)首先要做好電氣邊界條件的選擇。根據(jù)《名詞術(shù)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(jī)機(jī)端電量(不含勵(lì)磁機(jī)發(fā)電量),因此發(fā)電機(jī)與汽輪機(jī)的分界邊界應(yīng)該在發(fā)電機(jī)機(jī)端,應(yīng)當(dāng)用發(fā)電機(jī)出口電量作為汽輪機(jī)熱耗和發(fā)電廠用電率的基準(zhǔn),這點(diǎn)對于發(fā)電量關(guān)口表安裝在勵(lì)磁變分支后靠近主變側(cè)的發(fā)電機(jī)組要特別注意,避免汽輪機(jī)熱耗和發(fā)電廠用電率的重復(fù)計(jì)算。發(fā)電廠用電量的統(tǒng)計(jì)中不應(yīng)包含主變的變損,即發(fā)電機(jī)組與電力系統(tǒng)的分界點(diǎn)在廠用變壓器取電分支后靠近主變低壓側(cè)。

(2)其次要做好公用設(shè)備廠用電量的合理分?jǐn)?建議試驗(yàn)期間,盡量實(shí)現(xiàn)廠用電系統(tǒng)的獨(dú)立運(yùn)行,對于無法獨(dú)立運(yùn)行的公用系統(tǒng),按照試驗(yàn)期間和鄰機(jī)發(fā)電比例進(jìn)行分?jǐn)?直接剔除負(fù)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(jìn)行修正的,而機(jī)組循環(huán)水泵、風(fēng)機(jī)等輔機(jī)的功率和環(huán)境溫度具有很強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性,因此建議盡量在接近設(shè)計(jì)環(huán)境溫度的工況下進(jìn)行機(jī)組供電煤耗的性能考核試驗(yàn),力求試驗(yàn)結(jié)果科學(xué)。

5結(jié)語

綜上所述,將機(jī)組性能驗(yàn)收試驗(yàn)方法應(yīng)用于機(jī)組供電煤耗指標(biāo)評價(jià)是可行的。但由于二者試驗(yàn)?zāi)康牟煌?在試驗(yàn)數(shù)據(jù)的修正處理環(huán)節(jié)會(huì)有所差別,特別是隨著發(fā)電技術(shù)的不斷進(jìn)步,機(jī)爐耦合深度逐步加深,需要在試驗(yàn)前針對具體案例進(jìn)行合理分析,明確合理可行的試驗(yàn)邊界條件及數(shù)據(jù)修正范圍,確保試驗(yàn)結(jié)論的科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)性。