★ 劉愛(ài)民，徐光寶（河北大唐國(guó)際王灘發(fā)電有限責(zé)任公司，河北 唐山 063611）

機(jī)組供熱改造后供熱量核算及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計(jì)算

★ 劉愛(ài)民，徐光寶（河北大唐國(guó)際王灘發(fā)電有限責(zé)任公司，河北 唐山 063611）

大機(jī)組供熱、供汽改造是一項(xiàng)行之有效的節(jié)能措施，具有很好的經(jīng)濟(jì)性效益和社會(huì)效益。本文詳細(xì)講述了供熱量的計(jì)算與核算方案，論證了在DCS控制系統(tǒng)中通過(guò)實(shí)時(shí)焓熵計(jì)算，核算供熱量的方法，為機(jī)組供熱、供汽計(jì)量計(jì)算提供借鑒。

大機(jī)組供熱改造；供熱量；計(jì)量參數(shù)；DCS控制系統(tǒng)

1 前言

燃煤火電機(jī)組面臨著巨大的節(jié)能減排壓力，經(jīng)過(guò)連續(xù)幾年的節(jié)能改造，燃煤機(jī)組的發(fā)電煤耗的可降空間已經(jīng)非常有限。集中供暖為燃煤機(jī)組的節(jié)能開(kāi)辟了新的途徑，通過(guò)供熱改造工程，節(jié)能減排可以促進(jìn)城市的發(fā)展，改善大氣環(huán)境。尤其是600MW機(jī)組供熱改造后，充分發(fā)揮大機(jī)組效率高、熱耗低的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)能源梯級(jí)利用，拓展企業(yè)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)途徑。大機(jī)組供熱、供汽改造是提高機(jī)組競(jìng)爭(zhēng)力的有效途徑。隨之而來(lái)的是經(jīng)營(yíng)利潤(rùn)、機(jī)組指標(biāo)計(jì)算的準(zhǔn)確性和合理性問(wèn)題，這些指標(biāo)計(jì)量關(guān)系到熱能供需雙方的利益，準(zhǔn)確、合理至關(guān)重要。

2 提高供熱量計(jì)量的準(zhǔn)確性策略方案

2.1 供熱量在機(jī)組DCS控制系統(tǒng)計(jì)算方案

王灘發(fā)電公司采用從機(jī)組中壓缸至低壓缸連通管抽汽的方式對(duì)外供熱改造，兩臺(tái)機(jī)組抽汽管道分別引至熱網(wǎng)首站，作為熱網(wǎng)首站內(nèi)熱網(wǎng)加熱器的汽源加熱循環(huán)水，加熱后熱網(wǎng)循環(huán)水供給廠外熱網(wǎng)，加熱后蒸汽凝結(jié)水送回兩臺(tái)機(jī)組高壓除氧器。供回水系統(tǒng)、抽汽系統(tǒng)等均設(shè)置流量測(cè)量裝置。在進(jìn)行熱量計(jì)算時(shí)，一般利用焓差法計(jì)算對(duì)外供熱量。

焓差法的傳熱公式如下：

供熱系統(tǒng)計(jì)量基本參數(shù)如下：

供水溫度 單位：℃ 供水壓力 單位：MPa

供水流量 單位：T/h

回水溫度 單位：℃ 回水壓力 單位：MPa

回水流量 單位：T/h

補(bǔ)水溫度 單位：℃ 補(bǔ)水壓力 單位：MPa

補(bǔ)水流量 單位：T/h

水焓值與溫度、壓力有關(guān)，DCS控制系統(tǒng)只能進(jìn)行一維的對(duì)表查詢，而焓值的計(jì)算需要利用水的密度和焓值表進(jìn)行三維的查詢計(jì)算，在DCS系統(tǒng)中是不能實(shí)現(xiàn)的，但供熱供水、回水壓力、溫度有一定的范圍，比如王灘發(fā)電公司的600MW機(jī)組供熱面積現(xiàn)有供熱面積100～200萬(wàn)平方米，唐山市海港開(kāi)發(fā)區(qū)距王灘發(fā)電公司5公里。供水壓力小于1MPa,供水溫度50℃～70℃，回水溫度40℃～50℃。

從水的焓值計(jì)算表看，當(dāng)工作壓力≤1.0MPa，可以近似采用P=0.6000MPa，溫度為1℃～150℃ 時(shí)水的密度和焓值表數(shù)據(jù)；當(dāng)工作壓力〉1.0MPa，且≤2.5MPa時(shí)，可以近似采用P=1.6000MPa時(shí)，溫度為1℃～150℃水的密度和焓值表數(shù)據(jù)。將壓力0.60MPa，溫度為40℃～70℃時(shí)水的密度和焓值表進(jìn)行曲線擬合（如圖1所示），發(fā)現(xiàn)可以近似擬合為分段直線。這樣就可以在DCS中利用一維擬合曲線函數(shù)進(jìn)行焓值查詢計(jì)算。

圖1 溫度為40℃ ～70℃時(shí)水的密度和焓值曲線擬合

如圖2所示，圖中FG007擬合工作壓力〉1.0MPa的水焓值曲線，F(xiàn)G010擬合工作壓力〈1.0MPa的水焓值曲線計(jì)算供水焓值。

圖2 DCS熱量計(jì)算邏輯簡(jiǎn)圖

供熱系統(tǒng)輸出熱量計(jì)量，通常都是采用熱力公司提供的計(jì)量計(jì)算裝置，通常不能在DCS 系統(tǒng)中顯示，所以供熱溫度、壓力等參數(shù)微小的偏差部容易察覺(jué)，但造成的熱量偏差是很大的，以供水溫度偏低1℃左右計(jì)算。按照1℃焓值4kJ/kg，流量3125t/h計(jì)算，整個(gè)供熱期105天計(jì)算,可以為公司挽回32760GJ的熱量損失。實(shí)現(xiàn)機(jī)組DCS的熱量計(jì)算，就有了熱量計(jì)量對(duì)比的依據(jù)。

2.2 減少測(cè)量裝置的測(cè)量偏差，提高熱量計(jì)算的準(zhǔn)確性

計(jì)量的準(zhǔn)確性關(guān)鍵在于測(cè)量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，流量孔板測(cè)量的準(zhǔn)確性至關(guān)重要。熱網(wǎng)補(bǔ)充水管道流量孔板的設(shè)計(jì)管徑為Φ219×6，正常流量為60t/h，刻度流量為200t/h。在供熱初期向管網(wǎng)注水時(shí)流量大約穩(wěn)定在160t/h左右，沒(méi)有波動(dòng)，測(cè)量準(zhǔn)確。而當(dāng)管網(wǎng)注滿水后，補(bǔ)水量在-0.5t/h～5t/h左右波動(dòng)，平均每小時(shí)補(bǔ)水在2.5t左右，明顯偏低。

為了知道補(bǔ)水量地具體偏差，做了試驗(yàn)，通過(guò)熱網(wǎng)補(bǔ)充水箱液位的變化來(lái)計(jì)算每小時(shí)的實(shí)際耗水量。熱網(wǎng)補(bǔ)水箱長(zhǎng)3.5m（已去除壁厚），寬2.5m（已去除壁厚），高度以浮子液位計(jì)為準(zhǔn)，化學(xué)軟化水補(bǔ)水泵將液位打至1.9m左右停化學(xué)軟化水補(bǔ)水泵，記錄當(dāng)時(shí)的時(shí)間、液位值及熱網(wǎng)補(bǔ)水累計(jì)值。當(dāng)液位降至1.3m左右時(shí)，啟動(dòng)化學(xué)軟化水補(bǔ)水泵，記錄當(dāng)時(shí)的時(shí)間、液位值及熱網(wǎng)補(bǔ)水累計(jì)值。通過(guò)公式計(jì)算每小時(shí)的注水量。公式如下：

2.5 ×3.5×（補(bǔ)水箱液位差值/1000）×（60/時(shí)間差值）=每小時(shí)理論注水量。

測(cè)試的數(shù)據(jù)如表1所示。

查閱SIS曲線，計(jì)量流量值每天的耗水量約為30t，而實(shí)際補(bǔ)水量每天最少在120t，存在較大的差值。設(shè)計(jì)的流量值與實(shí)際流量偏差大是主要原因（實(shí)際流量比較低），孔板的限制流量為2.92t/h，而孔板測(cè)量準(zhǔn)確的流量是限制流量的5倍，即15t/h左右，也就是說(shuō)孔板存在小流量的死區(qū)。

表1 測(cè)試數(shù)據(jù)

鑒于上述情況，在正常供暖時(shí)間選用流量孔板測(cè)量，量程選定應(yīng)為0～20t/h。

2.3 提高蒸汽流量補(bǔ)償計(jì)算準(zhǔn)確度方案

隨著節(jié)能減排需要，城市周邊小鍋爐逐漸淡出市場(chǎng)，給大型火電廠帶來(lái)了新的機(jī)會(huì)。2015年，王灘發(fā)電公司進(jìn)行了工業(yè)用汽改造工程，流量計(jì)量裝置是孔板，孔板力量精確計(jì)量的關(guān)鍵是解決不同溫度壓力下蒸汽密度補(bǔ)償問(wèn)題。由于日立DCS系統(tǒng)缺少有關(guān)蒸汽密度函數(shù)，一直無(wú)法進(jìn)行精確計(jì)量，是采用孔板測(cè)量蒸汽流量的瓶頸問(wèn)題。

表2 水蒸氣密度與溫度、壓力關(guān)系列表

1.35.93645.79045.653935.525795.405025.291015.181355.07872 1.356.180666.027065.883695.749235.622645.503585.390845.28262 1.46.426336.264946.11455.973595.841065.717555.595975.48546 1.456.673446.504056.346386.198886.06035.93125.80725.68828 1.56.9226.744416.579346.425126.280376.142516.013235.89275 1.557.172066.986056.813416.652316.501296.357286.226656.09756 1.67.423637.228987.048596.880486.723056.574626.435016.3012 1.657.676767.473247.284927.109646.945686.793486.644526.51042 1.77.931467.718847.52247.33987.169197.007716.858716.71592 1.758.187787.965827.761057.570987.393597.225437.072146.92042 1.88.445768.214198.000917.803197.618887.446027.283327.13267 1.858.705398.463988.241988.036457.845097.668717.496257.33676 1.98.966758.715228.484288.270778.072227.886447.710717.54717 1.959.229868.967948.727848.506188.300288.11037.930217.75795 29.494769.222168.972678.742688.52938.333338.143327.96813 2.110.030069.735219.466269.219048.990248.777328.57788.39067 2.210.5729710.254629.965229.699989.455139.227659.015518.81601 2.311.1238110.7806210.4697410.185659.924099.681489.455379.24385 2.411.6829511.3134710.9810.676210.3972210.13899.899039.67492 2.512.2507411.8534511.496211.1717810.8746610.6010810.3466110.10816

2.3.1 水蒸氣密度與溫度、壓力之間的關(guān)系

首先分析水蒸氣密度與溫度、壓力之間的關(guān)系

圖3 同一溫度下，不同壓力對(duì)應(yīng)的密度關(guān)系曲線

利用水蒸氣密度與溫度、壓力關(guān)系表擬合曲線，圖3是同一溫度下，不同壓力對(duì)應(yīng)的密度關(guān)系曲線，可近似為線性關(guān)系。

圖4 同一壓力下，不同溫度對(duì)應(yīng)的密度關(guān)系曲線

圖4 是同一壓力下，不同溫度對(duì)應(yīng)的密度關(guān)系曲線，也可近似為線性關(guān)系。

從上述分析水蒸氣密度與溫度、壓力之間的近似為線性關(guān)系，可以利用線性代數(shù)計(jì)算出選定區(qū)域內(nèi)任意一點(diǎn)溫度壓力下的密度，用計(jì)算公式得出密度值與密度表中的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，計(jì)算出誤差值。

根據(jù)線性代數(shù)公式：(y-y1)/(x-x1)=(y2-y1)/(x2-x1)

先驗(yàn)證等溫條件下，壓力不同的密度計(jì)算：

在溫度為260℃, x1=1 MPa, y1=4.20345, x2=1.3 MPa, y2=5.52579；

當(dāng)壓力x=1.1 5 M P a時(shí)，經(jīng)計(jì)算得出密度y=4.86462；

查密度表該點(diǎn)實(shí)際值為4.8 6 0 8 5，誤差為0.000776,可以忽略不計(jì)。

再驗(yàn)證等壓條件下，溫度不同的密度計(jì)算

在壓力P=1.15MPa, x1=230℃, y1=5.21175, x2=310℃, y2=4.38982；

當(dāng)溫度x=260℃時(shí)，經(jīng)計(jì)算得出y=4.90353；

查上表中得出該點(diǎn)實(shí)際值為4.86085，誤差為0.00878；

當(dāng)溫度x=290℃時(shí)，經(jīng)計(jì)算得出y=4.5953025；

查上表中得出該點(diǎn)實(shí)際值為4.56413，誤差為0.00683, 在允許范圍之內(nèi)。

圖5是當(dāng)P=1.15MPa時(shí)，不同溫度下密度計(jì)算結(jié)果對(duì)應(yīng)誤差分析。

綜上分析，由于供汽參數(shù)是固定在小范圍溫度壓力區(qū)間內(nèi)變化，密度計(jì)算的誤差是可控的，因此可以在機(jī)組DCS控制系統(tǒng)中，利用線性關(guān)系對(duì)水蒸汽密度進(jìn)行計(jì)算，從而計(jì)算出提高蒸汽流量的計(jì)量精度。

圖5 當(dāng)P=1.15MPa時(shí)，不同溫度下密度計(jì)算結(jié)果對(duì)應(yīng)誤差分析

3 結(jié)語(yǔ)

利用機(jī)組DCS控制系統(tǒng)進(jìn)行供熱、供汽計(jì)量計(jì)算是完全可行的，并且有利于及時(shí)發(fā)現(xiàn)計(jì)量偏差，供水溫度、壓力等基礎(chǔ)參數(shù)的準(zhǔn)確性也非常重要，微小偏差造成的熱量累計(jì)偏差非常大，會(huì)給用戶或者供汽電廠造成很大的損失。

[1] 李青, 高山, 薛彥廷. 火力發(fā)電廠節(jié)能技術(shù)及其應(yīng)用[M]. 北京：中國(guó)電力出版社, 2007.

Discussion on Scheme for Improve the Accuracy of Heating Load Reconstruction in Thermal Power Units

The reform of heating and steam supply of large units is an effective measure for energy saving, has a very good economic and social benefits. This paper describes the calculation of heating capacity, It is proved that the method of calculating heat supply by using the real time enthalpy entropy calculation in the DCS control system, provide reference for the calculation of heating and steam supply of unit.

Heating renovation of large unit; Heating capacity ; Metering parameter; DCS control system

劉愛(ài)民（1969-），女，河北唐山人，高級(jí)工程師，研究生，現(xiàn)就職于河北大唐國(guó)際王灘發(fā)電有限責(zé)任公司，主要從事發(fā)電廠熱工自動(dòng)控制專業(yè)技術(shù)管理及生產(chǎn)信息化管理。

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1003-0492(2017)05-0090-05

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