★ 蔡煌達(dá)（國能神福（晉江）熱電有限公司，福建 晉江 362271）

摘要：本文首先對(duì)發(fā)電廠在機(jī)組容量不變情況下如何提高對(duì)外供熱的供熱量和發(fā)電量以及如何實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的問題進(jìn)行分析，提出采用除鹽水蓄熱系統(tǒng)，在夜間用熱低谷時(shí)使用對(duì)除鹽水進(jìn)行蓄熱，在用熱高峰時(shí)使用熱除鹽水進(jìn)行鍋爐補(bǔ)水，通過在分散控制系統(tǒng)中植入大數(shù)據(jù)自學(xué)習(xí)系統(tǒng)來精準(zhǔn)地將除鹽水蓄熱系統(tǒng)控制適應(yīng)機(jī)組在高低負(fù)荷的自動(dòng)控制。詳細(xì)介紹了該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制帶來的社會(huì)效益及經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：除鹽水蓄熱；自動(dòng)控制；調(diào)峰填谷

1　引言

隨著國家針對(duì)環(huán)境監(jiān)測的相關(guān)政策出臺(tái)，發(fā)電廠基本承擔(dān)了一個(gè)地區(qū)的集中供熱，而在企業(yè)不斷發(fā)展壯大的同時(shí)，供熱量也在逐步增長，對(duì)外供熱能力日漸不足，除鹽水系統(tǒng)面臨著補(bǔ)水量不足、可靠性下降的現(xiàn)象。現(xiàn)通過改造增加了一套除鹽水蓄熱系統(tǒng)，根據(jù)機(jī)組負(fù)荷運(yùn)行情況自動(dòng)將蒸汽和除鹽水投入到除鹽水蓄熱系統(tǒng)中進(jìn)行換熱，把熱能直接儲(chǔ)能到水中，基本沒有能量轉(zhuǎn)換損失，釋放能量時(shí)，自動(dòng)將儲(chǔ)存的熱水直接供機(jī)組使用，不需要進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換。并且該自動(dòng)控制系統(tǒng)利用大數(shù)據(jù)分析和學(xué)習(xí)方法，根據(jù)負(fù)荷高低和需要的時(shí)間來自動(dòng)上水、自動(dòng)蓄熱，起到夜間填谷、白天頂峰的效果，減少晝夜的供熱峰谷差的同時(shí)也減少了供熱峰值高于機(jī)組額定供熱而被迫采用雙減供熱熱損失，從而提高了全廠熱效率。

2　背景

公司原設(shè)計(jì)除鹽水備用箱在供熱高峰期保證除鹽水泵正常運(yùn)行的前提下基本上僅能維持2~3小時(shí)的備用水量，補(bǔ)水量不足，系統(tǒng)可靠性較低，而夜間低谷時(shí)則相對(duì)富余。根據(jù)目前公司機(jī)組運(yùn)行情況，白天供熱量超過公司的最大供熱能力，夜間則有余量。通過改造增加了一套除鹽水蓄熱系統(tǒng)，運(yùn)行人員根據(jù)機(jī)組負(fù)荷運(yùn)行情況手動(dòng)將蒸汽和除鹽水投入到除鹽水蓄熱系統(tǒng)中進(jìn)行換熱，把熱能直接儲(chǔ)能到水中，基本沒有能量轉(zhuǎn)換損失，釋放能量時(shí)，運(yùn)行人員手動(dòng)操作將儲(chǔ)存的熱水直接供機(jī)組使用，不需要進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換。當(dāng)白天熱用戶用量增加時(shí)，夜間存儲(chǔ)的大量熱水用于機(jī)組補(bǔ)水，減少了供熱高峰期大氣式除氧器加熱除鹽水需要的自用蒸汽量，將該部分用汽用于熱網(wǎng)。運(yùn)行人員在操作除鹽水蓄熱系統(tǒng)時(shí)，需要根據(jù)機(jī)組運(yùn)行情況頻繁操作執(zhí)行機(jī)構(gòu)，從而使運(yùn)行人員工作強(qiáng)度大，容易造成誤操作、熱量損失或較少對(duì)外供熱能力，降低經(jīng)濟(jì)效益。現(xiàn)需采用自動(dòng)控制方法在保證整個(gè)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)、統(tǒng)一性及完整性的前提下來實(shí)現(xiàn)除鹽水蓄熱系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)峰及儲(chǔ)能的功能，降低運(yùn)行人員工作強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最大化，達(dá)到自動(dòng)、節(jié)能、環(huán)保、減員的要求。

2.1　系統(tǒng)方案概述

在機(jī)組容量不變情況下，設(shè)置一套加熱器的除鹽水蓄熱系統(tǒng)，該系統(tǒng)由一臺(tái)100%容量的混合器加熱器、除鹽水蓄熱水箱、一臺(tái)出水升壓泵以及相應(yīng)的聯(lián)接管道、閥門、電氣、熱工儀表等組成。加熱器布置于水箱上方，疏水可通過自流的方式直接進(jìn)入蓄熱水箱。該除鹽水蓄熱系統(tǒng)在夜間供熱低谷時(shí)，既可滿足機(jī)組補(bǔ)水，保證全廠6~10小時(shí)的備用水量，也可增加機(jī)組的排汽量用于加熱補(bǔ)入的除鹽水，還能避免鍋爐負(fù)荷過低。

2.2　自動(dòng)控制系統(tǒng)概述

傳統(tǒng)的運(yùn)行人員通過操作經(jīng)驗(yàn)設(shè)置固定參數(shù)進(jìn)行單回路控制時(shí)，容易導(dǎo)致上水過快存在過調(diào)，不穩(wěn)定，過慢時(shí)間過長；蓄熱時(shí)也一樣，過快存在超調(diào)，不穩(wěn)定，過慢時(shí)間太長。使用需根據(jù)需要時(shí)間來上水和蓄熱后，控制平穩(wěn)，即什么時(shí)間開始蓄能，什么時(shí)間開始釋放熱能。故利用遺傳算法進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，克服這種大滯后、大慣性回路，手動(dòng)控制時(shí)運(yùn)行操作頻繁，利用遺傳算法和機(jī)器學(xué)習(xí)后，統(tǒng)計(jì)出熱能需求與時(shí)間的關(guān)系并存儲(chǔ)起來，再利用每天的熱能需求變化，修正學(xué)習(xí)和存儲(chǔ)的熱能需求。經(jīng)過大數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和分析，提供當(dāng)天儲(chǔ)能的最短時(shí)間和最長時(shí)間，釋放熱能的最短和最長時(shí)間，該自動(dòng)控制系統(tǒng)算出儲(chǔ)能的時(shí)間邊界和釋放熱能的時(shí)間邊界，再自動(dòng)進(jìn)行上水、儲(chǔ)能和釋放熱能，這樣機(jī)組的控制更安全和平穩(wěn)。

2.3　系統(tǒng)操作流程

當(dāng)對(duì)外供熱負(fù)荷下降時(shí)，供熱蒸汽和除鹽水都有余量時(shí)，打開蓄熱水箱進(jìn)水調(diào)節(jié)門將多余的除鹽水補(bǔ)進(jìn)除鹽水蓄熱罐內(nèi)最高至15.5m高度自動(dòng)關(guān)閉進(jìn)水調(diào)節(jié)門；同時(shí)為維持背壓機(jī)高負(fù)荷運(yùn)行，對(duì)外供熱負(fù)荷下降時(shí)打開除鹽水蓄熱罐進(jìn)汽調(diào)節(jié)門將多余的背壓排氣供至除鹽水蓄熱罐內(nèi)對(duì)除鹽水進(jìn)行加熱至95℃自動(dòng)關(guān)閉進(jìn)氣調(diào)節(jié)門。在白天對(duì)外供熱負(fù)荷上升時(shí)，關(guān)閉除鹽水進(jìn)水門和進(jìn)汽門，啟動(dòng)熱除鹽水泵，打開熱除鹽水泵出口門將已加熱完成的熱除鹽水輸送至大氣除氧器，當(dāng)水箱水位低于0.8m時(shí)自動(dòng)停止熱除鹽水泵運(yùn)行。

2.4　自動(dòng)控制說明

除鹽水蓄熱站的全自動(dòng)控制，分為3個(gè)部分：自動(dòng)上水、自動(dòng)蓄熱、自動(dòng)放熱，全部寫入于和利時(shí)MACSV654系統(tǒng)中。

（1）自動(dòng)上水：設(shè)定除鹽水蓄熱罐水位目標(biāo)、上水時(shí)間（上水快慢，自動(dòng)上水過程中，也可以修改水位目標(biāo)和上水時(shí)間），然后投入蓄熱水箱進(jìn)水調(diào)節(jié)門自動(dòng)，系統(tǒng)將會(huì)根據(jù)設(shè)定的水位目標(biāo)和時(shí)間，自動(dòng)上水，直到水位達(dá)到目標(biāo)為止。為了避免過調(diào)，水位大于動(dòng)態(tài)目標(biāo)時(shí)，動(dòng)態(tài)上限幅；接近最終目標(biāo)時(shí)，快速關(guān)小進(jìn)水閥門，動(dòng)態(tài)限制調(diào)節(jié)指令。達(dá)到最終水位目標(biāo)時(shí)關(guān)閉進(jìn)水閥，停止上水，等待下次進(jìn)水。

（2）自動(dòng)蓄熱：設(shè)定除鹽水蓄熱罐溫度目標(biāo)、升溫時(shí)間（升溫快慢，自動(dòng)升溫過程中，也可以修改溫度目標(biāo)和升溫時(shí)間），然后投入蓄熱水箱進(jìn)汽調(diào)節(jié)門自動(dòng)，系統(tǒng)將會(huì)根據(jù)設(shè)定的溫度目標(biāo)和時(shí)間，自動(dòng)升溫，直到水位達(dá)到目標(biāo)為止，并關(guān)閉進(jìn)汽門。為了避免過調(diào)，溫度大于動(dòng)態(tài)目標(biāo)時(shí)，動(dòng)態(tài)上限幅；接近最終目標(biāo)時(shí)，快速關(guān)小進(jìn)汽閥門，動(dòng)態(tài)限制調(diào)節(jié)指令。達(dá)到最終目標(biāo)時(shí)關(guān)閉進(jìn)汽閥，停止加熱蓄能，等待下次進(jìn)汽和蓄熱。

（3）自動(dòng)放熱：在白天對(duì)外供熱負(fù)荷上升時(shí)，關(guān)閉除鹽水進(jìn)水門和進(jìn)汽門，投入熱除鹽水泵自動(dòng)，打開熱除鹽水泵出口門將已加熱完成的熱除鹽水輸送至大氣除氧器，當(dāng)水箱水位低于0.8m時(shí)自動(dòng)停止熱除鹽水泵運(yùn)行。水位低時(shí)，停止蓄熱水泵運(yùn)行，等待下次上水、升溫后再釋放熱量。

（4）蓄熱和放熱時(shí)間邊界學(xué)習(xí)：機(jī)器通過迭代學(xué)習(xí)統(tǒng)計(jì)出每天24小時(shí)內(nèi)的熱量需求，并與前一天統(tǒng)計(jì)（開始是經(jīng)驗(yàn)值，手動(dòng)輸入，過后就自動(dòng)統(tǒng)計(jì)）和存儲(chǔ)起來的值進(jìn)行平均，得到一個(gè)新的能量需求值，并存儲(chǔ)起來，為后一天統(tǒng)計(jì)和未來某天的需求做準(zhǔn)備。前一天的值與當(dāng)天的值的權(quán)重各占50%，兼顧過去的同時(shí)，也能適應(yīng)未來的能量需求變化。同理，每隔1個(gè)小時(shí)記錄得到一個(gè)整點(diǎn)的熱量需求值，用這種方法就可以得到24個(gè)熱量需求值（當(dāng)然根據(jù)能量需求曲線變化趨勢(shì)，可以調(diào)整學(xué)習(xí)的時(shí)間點(diǎn)，也可以是12點(diǎn)，簡化算法），采用曲線擬合方法，近似得到一天24小時(shí)的熱量需求曲線。根據(jù)這個(gè)曲線，得出開始儲(chǔ)存熱能、多儲(chǔ)存能量、要結(jié)束儲(chǔ)能控制的時(shí)間，同時(shí)也得出開始釋放熱能、多釋放、少釋放和結(jié)束熱能釋放的時(shí)間，知道這些邊界后，控制變得簡單。

2.5　效益

（1）節(jié)能降耗

當(dāng)機(jī)組供熱量高于背壓機(jī)組的額定供熱量時(shí)，則需要投入雙減進(jìn)行配合供熱。相比而言，雙減供熱較機(jī)組供熱需要消耗的主蒸汽高，且其無法用于增加發(fā)電量，設(shè)置除鹽水蓄熱水箱后，可改變部分供熱峰值時(shí)被迫采用雙減供熱的狀況，減少了雙減供熱時(shí)較大的主蒸汽消耗，同時(shí)也增加了部分低谷時(shí)因機(jī)組供熱量增加而增加的發(fā)電量。

（2）系統(tǒng)可靠性

在提高機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行能力的前提下，不至于使機(jī)組因低負(fù)荷而被迫停機(jī)或停一臺(tái)爐的事件發(fā)生。同時(shí)，該系統(tǒng)中的蓄水箱還儲(chǔ)存一定的除鹽水熱水，在除鹽水系統(tǒng)發(fā)生異常時(shí)可保證機(jī)組補(bǔ)水，采用罐內(nèi)儲(chǔ)存的已加熱的除鹽水，為除鹽水系統(tǒng)的檢修恢復(fù)贏得時(shí)間，提高除鹽水系統(tǒng)的可靠性。否則，一旦除鹽水系統(tǒng)異常，機(jī)組在極大供熱量的工況下將因補(bǔ)水能力不足造成對(duì)外供熱的被迫中斷，而隨著供熱量的下降，將導(dǎo)致停運(yùn)一臺(tái)爐的異常事件，嚴(yán)重時(shí)甚至可能使背壓機(jī)組的進(jìn)汽量低于安全進(jìn)汽量從而發(fā)生機(jī)組被迫停運(yùn)的機(jī)組非停事件。

（3）環(huán)境保護(hù)

因背壓機(jī)組的特性，鍋爐出力受到外網(wǎng)熱用戶用汽的影響，當(dāng)夜間熱負(fù)荷較低時(shí)，鍋爐同樣處于低負(fù)荷階段，嚴(yán)重影響氮氧化物的化學(xué)反應(yīng)，有可能出現(xiàn)環(huán)保排放不合格的現(xiàn)象，極大影響了公司的環(huán)保安全。該系統(tǒng)改造實(shí)施后，通過提高夜間自用汽量，達(dá)到提高夜間鍋爐出力的目的，提高鍋爐出力后，有效改善了夜間供熱低谷時(shí)期鍋爐出口氮氧化物的處理能力，實(shí)現(xiàn)環(huán)保達(dá)標(biāo)排放的效果。

（4）經(jīng)濟(jì)效益

全年按運(yùn)行7560小時(shí)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性計(jì)算，考慮不可預(yù)計(jì)因素按0.9的系數(shù)進(jìn)行折減，年增加售電量680.41萬kW?h，年增加頂峰供熱量167.58t，總收入746.24萬元，總利潤267.45萬元。

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作者簡介：

蔡煌達(dá)（1990-），男，福建晉江人，助理工程師，學(xué)士，現(xiàn)就職于國能神福（晉江）熱電有限公司，研究方向?yàn)殡姀S熱工自動(dòng)化設(shè)備管理維護(hù)及程控保護(hù)。

摘自《自動(dòng)化博覽》2022年5月刊