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火电厂厂级监控信息系统的开发和应用

2021-08-26 来源:个人技术集锦
第43卷第2期 2014年2月 热 力 发 电 THERMAL POWER GENERAT10N Vo1.43 No.2 Feb.2O14 火电厂厂级监控信息系统的开发和应用 杨永军,庞 顺,赵玉良,王 睿,胡洪华,黄廷辉 (西安热工研究院有限公司,陕西西安710032) [摘 要] 针对太钢集团能动总厂发电机组,研发了厂级监控信息系统,并可应用于多种发电 方式机组,实现了多种方式发电机组之间的信息共享、数据采集、数据存储、数据查 询、数据统计及分析、性能指标比对、电负荷与热负荷的优化分配等功能,提高了生 产效率及管理水平。通过对热、电负荷的优化分配可节省蒸汽量9 t/h左右。通过 对燃煤、燃气锅炉的负荷优化分配,在锅炉所需蒸发量大于520 t/h时,节约燃煤量 50~130 kg/h;在锅炉所需蒸发量小于520 t/h时节约低热值(2 958 kJ/m。)煤气量 7 709 m。/h。 [关 键多种方式发电机组;厂级监控信息系统;高炉煤气余压发电;高炉煤气联合循环发 词] 电;负荷优化调度 [中图分类号]TM621;TP14[文献标识码]A[文章编号]1002—3364(2014)02—0104—05 [DOI编号]10.3969/j.issn.1002—3364.2014.02.104 Multiple power generation modes based supervisory information system: research and application YANG Yongjun,PANG Shun,ZHAo Yuliang,Wang Rui,Hu Honghua,HUANG Tinghui (Xi'an Thermal Power Research Institute Co.,Ltd.,Xi'an 7 10032,China) Abstract:The plant level supervisory information system(SIS)was developed for power genera— tion units in Taiyuan Iron Steel(Group)Co.,Ltd.(TISC0).Application of SIS in unit with multiple generation modes helped realizing information sharing,data collection,data storage,data query,data statistics and analysis,performance index comparison,distribution optimization of e— lectric and heat load,and other functions,which enhanced the production efficiency and manage— ment 1eve1.Distribution optimization of the electric and heat load can save steam with amount of about 9 t/h.Thus,when the required evaporation capacity is larger than 5 20 t/h,the load distribu— tion optimization of the boiler can save fuel with amount of 50 kg/h to 130 kg/h,other than the load distribution optimization can help the boiler save gas with low heat caloric value(2 958 kJ/m。)by 7 709 m。/h. Key words:multi—type generators;SIS;TRT;CCPP;load distribution optimization 太钢集团能动总厂由太原钢铁(集团)有限公司 利用装置,是太钢生产和输送各种能源介质的大型 原发电厂、供水厂、煤气厂、电力厂整合而成,主要对 电力、高炉鼓风、蒸汽、软水4大能源动力产品进行 生产和供应。该厂以2×300 Mw空冷发电机组为 循环经济综合利用工厂。虽然,其装备水平已达到 同行业领先水平,但鉴于能源品质众多,发电形式多 样,自动控制系统独立,使得各生产系统之间无法实 主体,配有多种废气、废水、余能、余热、余压等回收 现信息共享、性能指标分析及能源合理调度,从而影 收稿日期:2013—02—27 作者简介:杨永军(198o一),男,陕西乾县人,大学本科,工程师,主要从事火电厂厂级监控信息系统的研究与开发。 E—mail: yangyongjun@tpri.com.cn 第2期 杨永军等火电厂厂级监控信息系统的开发和应用 响科学决策和提高能源的利用率。因此,针对太钢 气轮机、余热锅炉、蒸汽轮机),燃气锅炉作业区(4 集团能动总厂开发了厂级监控信息系统[1-2]。 号锅炉、5号锅炉、9号锅炉、10号锅炉、3~7号汽轮 1 发电热力系统特点 机),TRT作业区(3号TRT、4号TRT),余热发电 作业区(1号新炼钢、2号新炼钢、二钢余热、热连扎 (1)多种发电方式太钢集团能动总厂发电方式 余热、新热连扎余热)。 有:2×300 Mw空冷燃煤发电机组,通过燃煤锅炉 (3)优化调度在钢铁生产过程中有不同种类的 将工质水加热至过热蒸汽进入汽轮发电机进行发 热用户,采用老厂母管制锅炉和汽轮机系统进行供 电,做功后的排汽通过空冷岛进行冷却;干熄焦发电 热,并且根据经验决定机组的负荷和供热量,无法定 (CDQ),利用生产焦炭,通过氮气熄焦降温时所产 量分配各台机组的负荷和供热量,从而在供热量不 生的高温氮气加热锅炉产生蒸汽进行发电;高炉煤 足的情况下,采用主蒸汽母管蒸汽,通过减温减压方 气联合循环发电(CCPP);煤气锅炉发电,利用钢铁 式来满足热用户的需要,造成大量的节流损失,因此 生产过程中产生的大量副产品(焦炉煤气、高炉煤 需要通过建立汽轮机母管制热电负荷优化分配模 气、转炉煤气),以燃料能的形式进行热力发电;高炉 型,并开发相应的优化软件,解决这一问题。太原钢 煤气余压发电(TRT),利用高炉冶炼的副产品(高 铁(集团)有限公司是能耗大户,在钢铁生产过程中 炉炉顶煤气)具有的压力能及热能通过透平膨胀做 产生了大量的副产品(煤气焦炉煤气(COG)、高炉 功进行发电;5台余热汽轮机发电机组均直接利用 煤气(BFG)、转炉煤气(LDG)),用于煤气锅炉、 炼钢转炉、电炉,热轧厂燃气热炉等产生的蒸汽进行 CCPP机组等,虽然将钢铁生产的副产品三气作为 发电。 余热燃料,但三气用户有煤气锅炉和CCPP机组,如 (2)接口分散由于太钢集团能动总厂发电方式 何能使得上游生产的余气利用效率最高,合理分配 的多样化,各发电装置之间距离较远,因此各机组控 给煤气锅炉、CCPP机组上,也是优化调度需要解决 制系统与厂级监控信息系统(SIS)之间的通信接口 的问题。 既分散又多样,按作业区主要分为300 Mw作业区 (1号机组DCS、2号机组DCS、脱硫、脱硝、ECS、辅 2基于太钢能动总厂SIS网络的设计 网),CDQ作业区(CDQ汽轮机)、CCPP作业区(燃 SIS网络拓扑结构如图1所示。 图1 SIS网络拓扑结构 Fig.1 The system network topoloy SIS网络位于太钢集团能动总厂网络的中间 为:由于各类型发电机组之间距离较远,为了有效管 层,通过接口机与生产系统连接,将采集的生产系统 理和维护,节约投资成本,将数据采集接口机布置在 实时数据送至SIS网络实时数据库服务器;通过单 各发电工段电子间内,并预留接口机和机柜的安装 向隔离装置与管理信息系统(MIS)网络连接,将 位置,以便系统扩展;为保证生产系统的安全性,通 SIS生产数据实时同步至MIS镜像数据库服务器 过硬件防火墙对接口机和SIS网络进行隔离,系统 中_3j。基于太钢集团能动总厂SIS网络的设计方案 所需的所有生产过程实时信息和参数均以通信方式 http:∥www.rKd.corn.cn http://rlfd.periodicals.net.cn 1O6 热力 发 电 从下层控制网络中获取,数据单向传输;为了保证 SIS网络安全性,SIS侧实时数据库与MIs侧镜像 数据库之间的数据同步,采用单向隔离装置(网闸) 进行传输;为了保证SIS软件运行的安全性,在综合 管理站(即域控服务器)内安装Symantec企业版软 件进行防病毒保护;为了给第三方提供稳定、可靠的 生产数据,在MIS网络上安装1台OPC Server工 的主要性能指标为机组效率。根据气动学原理,高 炉煤气在燃气轮机中属于绝热膨胀过程,根据热力 学第一定理,煤气做功为: w~ [ 一( )T] ㈩ 式中:C。为煤气定压比热容,J/(Via。・℃);T 为燃 气轮机入口绝对温度,℃;Q为煤气流量,m。/h;k为 绝热指数;P 、Pz为燃气轮机入、出口压力,MPa。 TRT机组效率为: 一 r/一 ×100% .作站,以OPC标准通信方式对外提供数据源,能环 信息系统从该工作站上采集数据_4]。 3 SIS应用功能的开发 为了实现节能降耗,提高余能利用率,量化各发 电机组性能指标,优化各机组之间的能源调度,在太 钢集团能动总厂SIS中开发了性能计算和优化调度 等功能 ],实时计算TRT机组效率、CCPP高炉煤 气联合循环效率及优化分配母管制7炉5机的蒸汽 和煤气耗量。 J (2) 式中:N为发电机功率,W。 3.1.2 CCPP性能计算 CCPP机组采用日本三菱重工生产的M251S 型双轴燃气轮机,其额定输出功率为26.6 Mw,设 计主燃料为BFG,COG用于增加主燃料热值和燃 烧器点火。CCPP机组输入能量包括进入煤压机的 BFG与COG混合煤气、进入燃烧器点火用的 C0G、进入空压机的空气。输出能量为燃气轮机发 3.1 TRT、CCPP性能计算方法 3.1.1 TRT性能计算 电机功率和蒸汽轮机发电机功率,由此可得出联合 循环热效率公式 为: 由于TRT机组利用高炉炉顶余压,将高炉煤 气导人膨胀机产生动力驱动发电机进行发电,因此 TRT为无燃烧室和压气机的燃气轮机。TRT机组 CCPPEFF=:= 3 600×(PTGPOGT+PTGP0sT) Q(】-B×(H +HFB)+Q0,c×(H眦+HFc)+Q1,c×(H1,c+HFc)+(Q2.AlR×H2.A1R) (3) 式中:CCPPEFF为联合循环热效率计算值, ; PTGP()G 、PTGP0盯分别为燃气轮机和蒸汽轮机 的发电机输出功率,kW;Q。,。为煤压机入口BFG流 量,kg/h;H 为煤压机入口BFG低位热值,kJ/kg; HF 为煤压机入口BFG滞止焓,kJ/kg;Q。.c为煤压 机人口COG流量,kg/h;H呲为煤压机入口C0G 3.2供热、供电和蒸汽、燃气系统的负荷优化分配 太钢集团能动总厂7炉5机热力系统如图2所 示。 负荷分配功能是在保证机组安全运行的前提 下,通过对7炉5机发电机组进行供热和抽汽负荷 分配、电负荷分配、蒸汽负荷的平衡和分配,以实现 发电效益最大化。该负荷优化分配辅助决策支持系 统包括母管制机组热、电负荷分配模型,以进行 0.8 MPa和1.8 MPa的热负荷分配。 低位热值,kJ/kg;HF 为煤压机人口COG滞止焓, kJ/kg;Q .c为燃烧器人口COG流量,kg/h;H ,c为 燃烧器入口COG低位热值,kJ/kg;Q .Al 为压气机 入口空气流量,kg/h;H2IA 为压气机入口空气焓 值,kJ/kg。 http 7}WWW.rlfd.corn.c13.http |f rlfd.periodicals.net.ell 第2期 杨永军等火电厂厂级监控信息系统的开发和应用 1O7 图2太钢集团能动总厂7炉5机热力系统 Fig.2 Thermal system of seven boilers and five turbines in TISCO 由于7台锅炉以母管制为2台背压式汽轮机、 minD—rain(Do3+ 1台抽凝式汽轮机组、1台抽背式汽轮机组和1台凝 D04+Do5+D06+Do7+D0.8+D1.8) (6) 汽式汽轮机组提供蒸汽,因此可将汽轮机和锅炉分 约束条件为: 开进行优化分配。其中,由2台背压机与CDQ机 D1.8一DcDQ—Dk4+Dk7+D1.8 (7) 组联合提供1.8 MPa热负荷由其余3台汽轮机组 D1.8一D =Dg3+Dg5+Dg6+D0.8 (8) 与300 Mw机组联合提供0.8 MPa热负荷,由于 每台机组运行特性关系式为: CDQ机组和300 MW机组未在母管制系统内,所以 D0 —Dk,i一4,7 (9) 本文不进行讨论,仅建立母管制汽轮机热负荷分配 P —K D k ,i一4,7 (1o) 模型。 Do 一f(D P ),i一3,5,6 (11) 式中,D 。Q、D 分别为CDQ机组和300 MW机组 3.2.1 汽轮机0.8 MPa和1.8 MPa热负荷分配 的热负荷量,K 为关系系数。 0.8 MPa和1.8 MPa热负荷分配原则为在满 将每台机组的运行特性关系式代入目标函数求 足2种热负荷需要和电负荷要求下,使得进入汽轮 解,可以得到汽轮机的进汽量和发电机功率分别为: 机的总蒸汽流量最小: Do3、D04、D05、Do6、Do7、D。‘8、D1 8和P3、P4、P5、P6、 P7。 minD—min>:. (D ,P ) (4) 3.2.2锅炉分配模型 式中: (D P )为某台汽轮机进汽量与抽汽量(或 锅炉分配将汽轮机需要的蒸汽量分配给7台锅 供热量)、功率的关系。 炉(4台燃气锅炉和3台燃煤锅炉)。因此,煤气锅 分配模型目标函数为: 炉和燃煤锅炉的目标函数分别为: minD—rain(Df1+Df2+Df3+Do3+ 5 10 D04+D05+D06+Do7+Do.8+D1.8) (5) minB一∑B +∑B z=4 =9 (12) 由于D D 、D 。分别为3台鼓风机驱动汽轮 8 机的蒸汽流量,因此目标函数变为: min/ ̄:∑B (13) http f} .rim.corn.cn http ,rim.periodicals.net.ca 1O8 热 力 发 电 约束条件为: G =D +D5+D。+D1。+D6+D7+D8 (14) 化分配[J].热力发电,2010(12):1—4. HUANG Tinghui,CHAI Shengkai,PANG Shun。et a1. Optimization of thermal and electrical load distribution 热负荷供给量: D 一Df】+Df2+Df3+D。3+Do4+ Do5+D。6+Do7+D0.8+Dl 8 (15) for the CO—generation unit[J ̄.Thermal Power Genera tion,2010(12):1-4。 [2]黄廷辉,吴涛,庞顺,等.燃煤、燃气锅炉负荷优化分配 研究[J].热力发电,2011(1):1-3. HUANG Tinghui,WU Tao,PANG Shun,et a1.Opti— 热负荷需要量: D。 ≤D,≤D… ,i一4~10 mization in load distribution of coal/gas fired boiler 将每台燃气锅炉、燃煤锅炉的锅炉效率与主蒸 汽流量关系式77一_, (D)代入目标函数求解,得到锅 炉的蒸发量D后,根据B—Q/rI/LHV(Q为锅炉吸 [j].Thermal Power Generation.2011(1):卜3. [3]何新,杨东,胡洪华,等.火电厂生产过程信息系统研究 和开发工作报告[R].国电热工研究院,2004. HE Xin,YANG Dong,HU Honghua,et a1.The re search and development report for production process 热量,刀为锅炉效率,LHV为低位热值)得到燃料耗 量:B4、B5、B9、B1。、B6、B7、B8。 information system in power plant[R].Thermal Power 4应用效果 SIS在太钢能动总厂的开发与应用。有效地提 Research Institute,2004(in Chinese). [4]杨永军,庞顺,赵玉良,等.太钢能源动力总厂厂级监控 信息系统(SIS)开发和实施技术报告[R].西安热工研 究院有限公司,2011. YANG Yongjun,PANG Shun。ZHA()Yuliang,et a1. The development and implementation of technical re— port using SIS in TaiYuan Iron&Steel(Group)Co., 高了其生产管理及生产调度水平。在生产管理方 面,SIS整合了各方式发电资源和数据,实时反映了 生产运行指标,为生产分析和科学决策提供了准确 依据;在生产调度方面,SIS对供热、抽汽负荷分配、 电负荷分配、蒸汽负荷的平衡和分配提供了辅助决 I td.(TISC0)rR].Xi an Thermal Power Research In— stitute Co.,Ltd.,2O1l(in Chinese). 策支持,在满足机组电负荷和热负荷的前提下,确保 机组的燃气用量最小,从而优化了煤气的余热利用, 通过对热、电负荷的优化分配可节省蒸汽9 t/h左 [5]严俊杰,邢秦安,林万超,等.火电厂热力系统经济性诊 断理论及应用[M].西安:西安交通大学出版社,2000. YAN Junjie,XING Qiffan,I IN Wanchao,et a1.Theory and application of thermal economic diagnosis in power 右。通过对燃煤、燃气锅炉的负荷优化分配,在锅炉 所需蒸发量大于520 t/h时,可节约燃煤量5O~ 13O kg/h;在锅炉所需蒸发量小于520 t/h时可节 plant[M].x an:Xi an Jiaotong University Press,2000 (in Chinese). 约低热值(2 958 kJ/m。)煤气量7 709 In。/h,同时, SIS还为太钢集团能环信息系统提供可靠的生产数 据支持。 [6]林汝谋,金灯光.燃气轮机发电动力装置及应用[M]. 中国电力出版社,2006. I IN Rumou,JIN Dengguang.Device and application of gas turbine power[M].China Electric Power Press, [参 考 文 献] [1]黄廷辉,柴胜凯,庞顺,等.热电联产机组热、电负荷优 2006(in Chinese). http://WWW.rlfd.com.en http:∥rlfd.periodicals.net.cn 

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