機組供熱改造后供熱量核算及經濟指標計算

★ 劉愛民，徐光寶（河北大唐國際王灘發電有限責任公司，河北 唐山 063611）

機組供熱改造后供熱量核算及經濟指標計算

★ 劉愛民，徐光寶（河北大唐國際王灘發電有限責任公司，河北 唐山 063611）

大機組供熱、供汽改造是一項行之有效的節能措施，具有很好的經濟性效益和社會效益。本文詳細講述了供熱量的計算與核算方案，論證了在DCS控制系統中通過實時焓熵計算，核算供熱量的方法，為機組供熱、供汽計量計算提供借鑒。

大機組供熱改造；供熱量；計量參數；DCS控制系統

1 前言

燃煤火電機組面臨著巨大的節能減排壓力，經過連續幾年的節能改造，燃煤機組的發電煤耗的可降空間已經非常有限。集中供暖為燃煤機組的節能開辟了新的途徑，通過供熱改造工程，節能減排可以促進城市的發展，改善大氣環境。尤其是600MW機組供熱改造后，充分發揮大機組效率高、熱耗低的優勢，實現能源梯級利用，拓展企業經濟增長途徑。大機組供熱、供汽改造是提高機組競爭力的有效途徑。隨之而來的是經營利潤、機組指標計算的準確性和合理性問題，這些指標計量關系到熱能供需雙方的利益，準確、合理至關重要。

2 提高供熱量計量的準確性策略方案

2.1 供熱量在機組DCS控制系統計算方案

王灘發電公司采用從機組中壓缸至低壓缸連通管抽汽的方式對外供熱改造，兩臺機組抽汽管道分別引至熱網首站，作為熱網首站內熱網加熱器的汽源加熱循環水，加熱后熱網循環水供給廠外熱網，加熱后蒸汽凝結水送回兩臺機組高壓除氧器。供回水系統、抽汽系統等均設置流量測量裝置。在進行熱量計算時，一般利用焓差法計算對外供熱量。

焓差法的傳熱公式如下：

供熱系統計量基本參數如下：

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

補水溫度 單位：℃ 補水壓力 單位：MPa

補水流量 單位：T/h

水焓值與溫度、壓力有關，DCS控制系統只能進行一維的對表查詢，而焓值的計算需要利用水的密度和焓值表進行三維的查詢計算，在DCS系統中是不能實現的，但供熱供水、回水壓力、溫度有一定的范圍，比如王灘發電公司的600MW機組供熱面積現有供熱面積100～200萬平方米，唐山市海港開發區距王灘發電公司5公里。供水壓力小于1MPa,供水溫度50℃～70℃，回水溫度40℃～50℃。

從水的焓值計算表看，當工作壓力≤1.0MPa，可以近似采用P=0.6000MPa，溫度為1℃～150℃ 時水的密度和焓值表數據；當工作壓力〉1.0MPa，且≤2.5MPa時，可以近似采用P=1.6000MPa時，溫度為1℃～150℃水的密度和焓值表數據。將壓力0.60MPa，溫度為40℃～70℃時水的密度和焓值表進行曲線擬合（如圖1所示），發現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進行焓值查詢計算。

圖1 溫度為40℃ ～70℃時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，FG010擬合工作壓力〈1.0MPa的水焓值曲線計算供水焓值。

圖2 DCS熱量計算邏輯簡圖

供熱系統輸出熱量計量，通常都是采用熱力公司提供的計量計算裝置，通常不能在DCS 系統中顯示，所以供熱溫度、壓力等參數微小的偏差部容易察覺，但造成的熱量偏差是很大的，以供水溫度偏低1℃左右計算。按照1℃焓值4kJ/kg，流量3125t/h計算，整個供熱期105天計算,可以為公司挽回32760GJ的熱量損失。實現機組DCS的熱量計算，就有了熱量計量對比的依據。

2.2 減少測量裝置的測量偏差，提高熱量計算的準確性

計量的準確性關鍵在于測量的基礎數據，流量孔板測量的準確性至關重要。熱網補充水管道流量孔板的設計管徑為Φ219×6，正常流量為60t/h，刻度流量為200t/h。在供熱初期向管網注水時流量大約穩定在160t/h左右，沒有波動，測量準確。而當管網注滿水后，補水量在-0.5t/h～5t/h左右波動，平均每小時補水在2.5t左右，明顯偏低。

為了知道補水量地具體偏差，做了試驗，通過熱網補充水箱液位的變化來計算每小時的實際耗水量。熱網補水箱長3.5m（已去除壁厚），寬2.5m（已去除壁厚），高度以浮子液位計為準，化學軟化水補水泵將液位打至1.9m左右?；瘜W軟化水補水泵，記錄當時的時間、液位值及熱網補水累計值。當液位降至1.3m左右時，啟動化學軟化水補水泵，記錄當時的時間、液位值及熱網補水累計值。通過公式計算每小時的注水量。公式如下：

2.5 ×3.5×（補水箱液位差值/1000）×（60/時間差值）=每小時理論注水量。

測試的數據如表1所示。

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

表1 測試數據

鑒于上述情況，在正常供暖時間選用流量孔板測量，量程選定應為0～20t/h。

2.3 提高蒸汽流量補償計算準確度方案

隨著節能減排需要，城市周邊小鍋爐逐漸淡出市場，給大型火電廠帶來了新的機會。2015年，王灘發電公司進行了工業用汽改造工程，流量計量裝置是孔板，孔板力量精確計量的關鍵是解決不同溫度壓力下蒸汽密度補償問題。由于日立DCS系統缺少有關蒸汽密度函數，一直無法進行精確計量，是采用孔板測量蒸汽流量的瓶頸問題。

表2 水蒸氣密度與溫度、壓力關系列表

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、壓力之間的關系

首先分析水蒸氣密度與溫度、壓力之間的關系

圖3 同一溫度下，不同壓力對應的密度關系曲線

利用水蒸氣密度與溫度、壓力關系表擬合曲線，圖3是同一溫度下，不同壓力對應的密度關系曲線，可近似為線性關系。

圖4 同一壓力下，不同溫度對應的密度關系曲線

圖4 是同一壓力下，不同溫度對應的密度關系曲線，也可近似為線性關系。

從上述分析水蒸氣密度與溫度、壓力之間的近似為線性關系，可以利用線性代數計算出選定區域內任意一點溫度壓力下的密度，用計算公式得出密度值與密度表中的數據進行比對，計算出誤差值。

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

先驗證等溫條件下，壓力不同的密度計算：

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

當壓力x=1.1 5 M P a時，經計算得出密度y=4.86462；

查密度表該點實際值為4.8 6 0 8 5，誤差為0.000776,可以忽略不計。

再驗證等壓條件下，溫度不同的密度計算

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

當溫度x=260℃時，經計算得出y=4.90353；

查上表中得出該點實際值為4.86085，誤差為0.00878；

當溫度x=290℃時，經計算得出y=4.5953025；

查上表中得出該點實際值為4.56413，誤差為0.00683, 在允許范圍之內。

圖5是當P=1.15MPa時，不同溫度下密度計算結果對應誤差分析。

綜上分析，由于供汽參數是固定在小范圍溫度壓力區間內變化，密度計算的誤差是可控的，因此可以在機組DCS控制系統中，利用線性關系對水蒸汽密度進行計算，從而計算出提高蒸汽流量的計量精度。

圖5 當P=1.15MPa時，不同溫度下密度計算結果對應誤差分析

3 結語

利用機組DCS控制系統進行供熱、供汽計量計算是完全可行的，并且有利于及時發現計量偏差，供水溫度、壓力等基礎參數的準確性也非常重要，微小偏差造成的熱量累計偏差非常大，會給用戶或者供汽電廠造成很大的損失。

[1] 李青, 高山, 薛彥廷. 火力發電廠節能技術及其應用[M]. 北京：中國電力出版社, 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

劉愛民（1969-），女，河北唐山人，高級工程師，研究生，現就職于河北大唐國際王灘發電有限責任公司，主要從事發電廠熱工自動控制專業技術管理及生產信息化管理。

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1003-0492(2017)05-0090-05

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