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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(fā)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(fā)電量以及如何實現(xiàn)自動控制的問題進行分析，提出采用除鹽水蓄熱系統(tǒng)，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(tǒng)中植入大數(shù)據(jù)自學(xué)習(xí)系統(tǒng)來精準地將除鹽水蓄熱系統(tǒng)控制適應(yīng)機組在高低負荷的自動控制。詳細介紹了該系統(tǒng)實現(xiàn)自動控制帶來的社會效益及經(jīng)濟效益。

關(guān)鍵詞：除鹽水蓄熱；自動控制；調(diào)峰填谷

1　引言

隨著國家針對環(huán)境監(jiān)測的相關(guān)政策出臺，發(fā)電廠基本承擔了一個地區(qū)的集中供熱，而在企業(yè)不斷發(fā)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(tǒng)面臨著補水量不足、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(tǒng)中進行換熱，把熱能直接儲能到水中，基本沒有能量轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換。并且該自動控制系統(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(shè)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(tǒng)可靠性較低，而夜間低谷時則相對富余。根據(jù)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(tǒng)，運行人員根據(jù)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(tǒng)中進行換熱，把熱能直接儲能到水中，基本沒有能量轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(wǎng)。運行人員在操作除鹽水蓄熱系統(tǒng)時，需要根據(jù)機組運行情況頻繁操作執(zhí)行機構(gòu)，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(jīng)濟效益。現(xiàn)需采用自動控制方法在保證整個系統(tǒng)的協(xié)調(diào)、統(tǒng)一性及完整性的前提下來實現(xiàn)除鹽水蓄熱系統(tǒng)的自動調(diào)峰及儲能的功能，降低運行人員工作強度，實現(xiàn)經(jīng)濟效益最大化，達到自動、節(jié)能、環(huán)保、減員的要求。

2.1　系統(tǒng)方案概述

在機組容量不變情況下，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(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入蓄熱水箱。該除鹽水蓄熱系統(tǒng)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(tǒng)概述

傳統(tǒng)的運行人員通過操作經(jīng)驗設(shè)置固定參數(shù)進行單回路控制時，容易導(dǎo)致上水過快存在過調(diào)，不穩(wěn)定，過慢時間過長；蓄熱時也一樣，過快存在超調(diào)，不穩(wěn)定，過慢時間太長。使用需根據(jù)需要時間來上水和蓄熱后，控制平穩(wěn)，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(shù)據(jù)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(xué)習(xí)后，統(tǒng)計出熱能需求與時間的關(guān)系并存儲起來，再利用每天的熱能需求變化，修正學(xué)習(xí)和存儲的熱能需求。經(jīng)過大數(shù)據(jù)的統(tǒng)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(tǒng)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(wěn)。

2.3　系統(tǒng)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(diào)節(jié)門將多余的除鹽水補進除鹽水蓄熱罐內(nèi)最高至15.5m高度自動關(guān)閉進水調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)門將多余的背壓排氣供至除鹽水蓄熱罐內(nèi)對除鹽水進行加熱至95℃自動關(guān)閉進氣調(diào)節(jié)門。在白天對外供熱負荷上升時，關(guān)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(tǒng)中。

（1）自動上水：設(shè)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(diào)節(jié)門自動，系統(tǒng)將會根據(jù)設(shè)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(diào)，水位大于動態(tài)目標時，動態(tài)上限幅；接近最終目標時，快速關(guān)小進水閥門，動態(tài)限制調(diào)節(jié)指令。達到最終水位目標時關(guān)閉進水閥，停止上水，等待下次進水。

（2）自動蓄熱：設(shè)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(diào)節(jié)門自動，系統(tǒng)將會根據(jù)設(shè)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(guān)閉進汽門。為了避免過調(diào)，溫度大于動態(tài)目標時，動態(tài)上限幅；接近最終目標時，快速關(guān)小進汽閥門，動態(tài)限制調(diào)節(jié)指令。達到最終目標時關(guān)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(guān)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(xué)習(xí)：機器通過迭代學(xué)習(xí)統(tǒng)計出每天24小時內(nèi)的熱量需求，并與前一天統(tǒng)計（開始是經(jīng)驗值，手動輸入，過后就自動統(tǒng)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(tǒng)計和未來某天的需求做準備。前一天的值與當天的值的權(quán)重各占50%，兼顧過去的同時，也能適應(yīng)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(jù)能量需求曲線變化趨勢，可以調(diào)整學(xué)習(xí)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(jù)這個曲線，得出開始儲存熱能、多儲存能量、要結(jié)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(jié)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(jié)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(fā)電量，設(shè)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(fā)電量。

（2）系統(tǒng)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(fā)生。同時，該系統(tǒng)中的蓄水箱還儲存一定的除鹽水熱水，在除鹽水系統(tǒng)發(fā)生異常時可保證機組補水，采用罐內(nèi)儲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(dǎo)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(fā)生機組被迫停運的機組非停事件。

（3）環(huán)境保護

因背壓機組的特性，鍋爐出力受到外網(wǎng)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(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(xiàn)環(huán)保達標排放的效果。

（4）經(jīng)濟效益

全年按運行7560小時進行經(jīng)濟性計算，考慮不可預(yù)計因素按0.9的系數(shù)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(xué)士，現(xiàn)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(shè)備管理維護及程控保護。

摘自《自動化博覽》2022年5月刊