燃煤热电厂智能化适应性供热监测监控系统开发与应用

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在国家“碳达峰,碳中和”的目标引领下,我国新能源迎来了新一轮的发展热潮,但燃煤热电厂传统“以热定电”的运行方式,使得热电联产机组热电出力矛盾日益突出,严重限制了新能源的消纳。目前实现机组热电解耦的方案主要有低压缸零出力供热、高低旁路联合供热、电锅炉供热、储热罐储热等,但上述方案都存在各自的局限性,使得单一热电解耦方案无法适应完整供热周期内供热负荷需求的变化。此外,生产现场对供热系统的操作还是以经验为主,缺乏科学数据的支撑,智能化程度低。因此,研究基于多种热电解耦方式的适应性供热控制方案和与之配套的智能化监测监控系统对于保障冬季供热和新能源发展有着重要的意义。为了解决上述问题,本文开发了一套燃煤热电厂智能化适应性供热监测监控系统。主要研究内容如下:(1)通过在互联网和图书馆查阅大量资料,分析国内外适应性供热发展方向,充分了解目前热电联产机组热电解耦技术的应用现状和发展前景,对比4种常见的热电解耦方案的优缺点,并多次去电厂实地考察,熟悉了供热系统具体配置情况,与现场运行人员进行了沟通,了解热电厂供热系统运行时存在问题,明确了适应性供热监测监控系统的技术难点和功能要求。在此基础上,以某热电厂2×300MW双机联合供热系统为研究对象,设计了6种灵活性供热模式,搭建了系统功能框架,设计了适应性供热总体控制方案。(2)供热参数计算是系统在线监测和智能控制功能实现的基础。本文基于现场实际供热系统配置,计算了适应性供热关键的供热参数,其中包括供热蒸汽流量、最大供热量和供热负荷。供热蒸汽流量是供热系统运行的重要参数,其中最关键的流量参数主要包括再热蒸汽冷端流量、再热蒸汽热端流量以及主蒸汽流量;采用变工况计算和离线数据拟合的方法,以低压缸最小排汽流量为边界条件,建立了在线计算模型,实现了各供热模式最大供热量的实时计算;根据调度需要和现场供热数据,实现了供热负荷的在线计算,包括供热负荷需求和实时供热负荷两部分,前者确定了适应性供热控制的目标,后者实现了当前全厂实时供热负荷的计算。(3)准确的供热蒸汽流量数据是现场高效运行的保障。针对直接测量法获取供热系统内蒸汽流量误差大的问题,本文采用间接计算的方法实现了供热蒸汽流量的在线计算。基于质量守恒原理,采用热平衡法实现了再热蒸汽冷端流量的计算;采用定系数法实现了再热蒸汽热端流量的计算;采用弗留格尔公式法实现了主蒸汽流量的在线计算。供热蒸汽流量的在线计算为现场运行人员提供了科学的数据支撑,提升了机组运行效率。(4)供热参数优化控制是进一步提升机组对供热负荷适应能力的有效途径。以抽汽量优化控制系统为研究对象,建立了系统数学模型,揭示了尖峰加热器进汽调节阀门开度和供水温度之间的数学关系;基于PID和模糊控制理论,提出了一种参数优化控制策略,并设计了模糊PID控制器,实现了对供热抽汽量优化的智能化控制;在Simulink中搭建了模糊PID控制器仿真模型,验证了控制策略的可行性,并从仿真结果的角度,分析了控制策略的有效性和经济性。(5)监测监控系统功能的实现关键在于系统软件的设计。本文基于EDPF-NT PLUS系统设计了智能化适应性供热监测监控系统软件。建立了供热参数数据库,实现了数据创建、访问、查询等功能;设计了系统软件程序,实现了对机组当前供热模式的识别、最优供热模式的判定、供热模式的顺控切换、供热参数的优化等功能;绘制了监测监控界面和功能窗口图,实现了现场对供热系统数据在线监测和适应性供热控制。(6)系统工程试验是验证系统可行性和正确性的重要手段。本文对监测监控系统进行了离线试验,验证了其关键控制功能的有效性,并将系统下载到现场环境中,进行了系统联调和工程应用。试验结果表明,本系统可实现对现场参数在线监测和适应性供热控制的基本功能;系统可随着外界环境温度的变化,自适应地切换供热模式以满足不断变化的供热负荷需求;机组在最优供热模式C下,系统可通过参数优化,将全厂发电量提升5.5MW,显著提升热电厂的经济收益。由此可见,整个监测监控系统功能完善,运行稳定,经济性好,满足燃煤热电厂实际生产的要求。
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