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★ 蔡煌達（國能神福（晉江）熱電有限公司，福建 晉江 362271）

摘要：本文首先對發電廠在機組容量不變情況下如何提高對外供熱的供熱量和發電量以及如何實現自動控制的問題進行分析，提出采用除鹽水蓄熱系統，在夜間用熱低谷時使用對除鹽水進行蓄熱，在用熱高峰時使用熱除鹽水進行鍋爐補水，通過在分散控制系統中植入大數據自學習系統來精準地將除鹽水蓄熱系統控制適應機組在高低負荷的自動控制。詳細介紹了該系統實現自動控制帶來的社會效益及經濟效益。

關鍵詞：除鹽水蓄熱；自動控制；調峰填谷

1　引言

隨著國家針對環境監測的相關政策出臺，發電廠基本承擔了一個地區的集中供熱，而在企業不斷發展壯大的同時，供熱量也在逐步增長，對外供熱能力日漸不足，除鹽水系統面臨著補水量不足、可靠性下降的現象。現通過改造增加了一套除鹽水蓄熱系統，根據機組負荷運行情況自動將蒸汽和除鹽水投入到除鹽水蓄熱系統中進行換熱，把熱能直接儲能到水中，基本沒有能量轉換損失，釋放能量時，自動將儲存的熱水直接供機組使用，不需要進行能量轉換。并且該自動控制系統利用大數據分析和學習方法，根據負荷高低和需要的時間來自動上水、自動蓄熱，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也減少了供熱峰值高于機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

公司原設計除鹽水備用箱在供熱高峰期保證除鹽水泵正常運行的前提下基本上僅能維持2~3小時的備用水量，補水量不足，系統可靠性較低，而夜間低谷時則相對富余。根據目前公司機組運行情況，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，運行人員根據機組負荷運行情況手動將蒸汽和除鹽水投入到除鹽水蓄熱系統中進行換熱，把熱能直接儲能到水中，基本沒有能量轉換損失，釋放能量時，運行人員手動操作將儲存的熱水直接供機組使用，不需要進行能量轉換。當白天熱用戶用量增加時，夜間存儲的大量熱水用于機組補水，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。運行人員在操作除鹽水蓄熱系統時，需要根據機組運行情況頻繁操作執行機構，從而使運行人員工作強度大，容易造成誤操作、熱量損失或較少對外供熱能力，降低經濟效益。現需采用自動控制方法在保證整個系統的協調、統一性及完整性的前提下來實現除鹽水蓄熱系統的自動調峰及儲能的功能，降低運行人員工作強度，實現經濟效益最大化，達到自動、節能、環保、減員的要求。

2.1　系統方案概述

在機組容量不變情況下，設置一套加熱器的除鹽水蓄熱系統，該系統由一臺100%容量的混合器加熱器、除鹽水蓄熱水箱、一臺出水升壓泵以及相應的聯接管道、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入蓄熱水箱。該除鹽水蓄熱系統在夜間供熱低谷時，既可滿足機組補水，保證全廠6~10小時的備用水量，也可增加機組的排汽量用于加熱補入的除鹽水，還能避免鍋爐負荷過低。

2.2　自動控制系統概述

傳統的運行人員通過操作經驗設置固定參數進行單回路控制時，容易導致上水過快存在過調，不穩定，過慢時間過長；蓄熱時也一樣，過快存在超調，不穩定，過慢時間太長。使用需根據需要時間來上水和蓄熱后，控制平穩，即什么時間開始蓄能，什么時間開始釋放熱能。故利用遺傳算法進行大數據分析，克服這種大滯后、大慣性回路，手動控制時運行操作頻繁，利用遺傳算法和機器學習后，統計出熱能需求與時間的關系并存儲起來，再利用每天的熱能需求變化，修正學習和存儲的熱能需求。經過大數據的統計和分析，提供當天儲能的最短時間和最長時間，釋放熱能的最短和最長時間，該自動控制系統算出儲能的時間邊界和釋放熱能的時間邊界，再自動進行上水、儲能和釋放熱能，這樣機組的控制更安全和平穩。

2.3　系統操作流程

當對外供熱負荷下降時，供熱蒸汽和除鹽水都有余量時，打開蓄熱水箱進水調節門將多余的除鹽水補進除鹽水蓄熱罐內最高至15.5m高度自動關閉進水調節門；同時為維持背壓機高負荷運行，對外供熱負荷下降時打開除鹽水蓄熱罐進汽調節門將多余的背壓排氣供至除鹽水蓄熱罐內對除鹽水進行加熱至95℃自動關閉進氣調節門。在白天對外供熱負荷上升時，關閉除鹽水進水門和進汽門，啟動熱除鹽水泵，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，當水箱水位低于0.8m時自動停止熱除鹽水泵運行。

2.4　自動控制說明

除鹽水蓄熱站的全自動控制，分為3個部分：自動上水、自動蓄熱、自動放熱，全部寫入于和利時MACSV654系統中。

（1）自動上水：設定除鹽水蓄熱罐水位目標、上水時間（上水快慢，自動上水過程中，也可以修改水位目標和上水時間），然后投入蓄熱水箱進水調節門自動，系統將會根據設定的水位目標和時間，自動上水，直到水位達到目標為止。為了避免過調，水位大于動態目標時，動態上限幅；接近最終目標時，快速關小進水閥門，動態限制調節指令。達到最終水位目標時關閉進水閥，停止上水，等待下次進水。

（2）自動蓄熱：設定除鹽水蓄熱罐溫度目標、升溫時間（升溫快慢，自動升溫過程中，也可以修改溫度目標和升溫時間），然后投入蓄熱水箱進汽調節門自動，系統將會根據設定的溫度目標和時間，自動升溫，直到水位達到目標為止，并關閉進汽門。為了避免過調，溫度大于動態目標時，動態上限幅；接近最終目標時，快速關小進汽閥門，動態限制調節指令。達到最終目標時關閉進汽閥，停止加熱蓄能，等待下次進汽和蓄熱。

（3）自動放熱：在白天對外供熱負荷上升時，關閉除鹽水進水門和進汽門，投入熱除鹽水泵自動，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，當水箱水位低于0.8m時自動停止熱除鹽水泵運行。水位低時，停止蓄熱水泵運行，等待下次上水、升溫后再釋放熱量。

（4）蓄熱和放熱時間邊界學習：機器通過迭代學習統計出每天24小時內的熱量需求，并與前一天統計（開始是經驗值，手動輸入，過后就自動統計）和存儲起來的值進行平均，得到一個新的能量需求值，并存儲起來，為后一天統計和未來某天的需求做準備。前一天的值與當天的值的權重各占50%，兼顧過去的同時，也能適應未來的能量需求變化。同理，每隔1個小時記錄得到一個整點的熱量需求值，用這種方法就可以得到24個熱量需求值（當然根據能量需求曲線變化趨勢，可以調整學習的時間點，也可以是12點，簡化算法），采用曲線擬合方法，近似得到一天24小時的熱量需求曲線。根據這個曲線，得出開始儲存熱能、多儲存能量、要結束儲能控制的時間，同時也得出開始釋放熱能、多釋放、少釋放和結束熱能釋放的時間，知道這些邊界后，控制變得簡單。

2.5　效益

（1）節能降耗

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

（2）系統可靠性

在提高機組低負荷運行能力的前提下，不至于使機組因低負荷而被迫停機或停一臺爐的事件發生。同時，該系統中的蓄水箱還儲存一定的除鹽水熱水，在除鹽水系統發生異常時可保證機組補水，采用罐內儲存的已加熱的除鹽水，為除鹽水系統的檢修恢復贏得時間，提高除鹽水系統的可靠性。否則，一旦除鹽水系統異常，機組在極大供熱量的工況下將因補水能力不足造成對外供熱的被迫中斷，而隨著供熱量的下降，將導致停運一臺爐的異常事件，嚴重時甚至可能使背壓機組的進汽量低于安全進汽量從而發生機組被迫停運的機組非停事件。

（3）環境保護

因背壓機組的特性，鍋爐出力受到外網熱用戶用汽的影響，當夜間熱負荷較低時，鍋爐同樣處于低負荷階段，嚴重影響氮氧化物的化學反應，有可能出現環保排放不合格的現象，極大影響了公司的環保安全。該系統改造實施后，通過提高夜間自用汽量，達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期鍋爐出口氮氧化物的處理能力，實現環保達標排放的效果。

（4）經濟效益

全年按運行7560小時進行經濟性計算，考慮不可預計因素按0.9的系數進行折減，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。

參考文獻：

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作者簡介：

蔡煌達（1990-），男，福建晉江人，助理工程師，學士，現就職于國能神福（晉江）熱電有限公司，研究方向為電廠熱工自動化設備管理維護及程控保護。

摘自《自動化博覽》2022年5月刊