燃煤機(jī)組供電煤耗指標(biāo)性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)的合理修正

摘要：在基于設(shè)備性能考核試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)綜合評(píng)價(jià)煤電機(jī)組供電煤耗指標(biāo)的過(guò)程中，傳統(tǒng)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)部分修正項(xiàng)目存在不合理、不適用性。鑒于此，提出了在評(píng)價(jià)機(jī)組供電煤耗指標(biāo)的過(guò)程中較為合理的試驗(yàn)及修正方法，為以機(jī)組供電煤耗指標(biāo)為目的的性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理提供了參考。

關(guān)鍵詞：供電煤耗;性能試驗(yàn);數(shù)據(jù)修正

中圖分類號(hào)：TK2? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? 文章編號(hào)：1671-0797（2022）04-0075-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2022.04.022

1? ? 討論數(shù)據(jù)合理修正的必要性

傳統(tǒng)的機(jī)組投產(chǎn)或技改性能驗(yàn)收試驗(yàn)中，人們關(guān)注的重點(diǎn)往往是汽輪機(jī)、鍋爐性能是否達(dá)到相關(guān)技術(shù)協(xié)議的約定，投產(chǎn)性能是否達(dá)標(biāo)。近年來(lái)，隨著社會(huì)節(jié)能意識(shí)的提高，特別是“雙限”政策的推廣以及碳排放交易的開(kāi)展，人們?cè)陉P(guān)心各大主機(jī)竣工性能是否達(dá)標(biāo)的基礎(chǔ)上更加關(guān)注整套系統(tǒng)的能耗水平，即想要了解整套系統(tǒng)供電煤耗的“天花板”。

傳統(tǒng)的做法是在進(jìn)行鍋爐、汽機(jī)性能試驗(yàn)的同時(shí)測(cè)量機(jī)組運(yùn)行廠用電率，根據(jù)傳統(tǒng)性能驗(yàn)收試驗(yàn)數(shù)據(jù)修正方法得到汽機(jī)考核熱耗、鍋爐考核效率和實(shí)時(shí)發(fā)電廠用電率，計(jì)算出機(jī)組供電煤耗指標(biāo)，在汽輪機(jī)或鍋爐性能報(bào)告中給出供電煤耗指標(biāo)值，即：

式中：bg為機(jī)組供電煤耗[g/（kW·h）];q為汽輪機(jī)熱耗[kJ/（kW·h）];ηg為鍋爐效率（%）;ηgd為管道效率（%）;Lfcy為發(fā)電廠用電率（%）[1]。

主機(jī)性能驗(yàn)收試驗(yàn)是以考核主機(jī)的設(shè)計(jì)、制造、安裝水平為目的的，因此在試驗(yàn)處理過(guò)程中允許將主機(jī)數(shù)據(jù)修正回主機(jī)的“設(shè)計(jì)工況”下，即部分輔機(jī)或輔助系統(tǒng)缺陷引起的運(yùn)行偏差在主機(jī)性能試驗(yàn)過(guò)程中是允許修正的。但這些缺陷長(zhǎng)期客觀存在，機(jī)組作為整體運(yùn)行時(shí)這些不利的影響不可避免，如直接采用主機(jī)性能驗(yàn)收試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行供電煤耗的反平衡計(jì)算，會(huì)使機(jī)組綜合能耗指標(biāo)評(píng)價(jià)結(jié)果偏低，不利于科學(xué)評(píng)價(jià)整個(gè)機(jī)組的能耗水平。

鑒于供電煤耗的考核涉及發(fā)電廠所有的熱力系統(tǒng)，系統(tǒng)之間相互關(guān)聯(lián)，而現(xiàn)有的鍋爐及汽機(jī)性能試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)相互獨(dú)立，對(duì)于機(jī)爐耦合的系統(tǒng)邊界的劃分、環(huán)境因素對(duì)各大指標(biāo)的影響、多機(jī)組間公用系統(tǒng)的能耗歸屬、管道效率的定義應(yīng)用等沒(méi)有明確的界定標(biāo)準(zhǔn)，因此有必要比對(duì)性能驗(yàn)收試驗(yàn)數(shù)據(jù)修正規(guī)則，對(duì)如何合理開(kāi)展性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)修正進(jìn)行探討，以科學(xué)評(píng)估機(jī)組供電煤耗指標(biāo)。

2? ? 鍋爐性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)的合理修正

根據(jù)現(xiàn)有《電站鍋爐性能試驗(yàn)規(guī)程》（GB/T 10184—2015），對(duì)鍋爐側(cè)參數(shù)的修正主要體現(xiàn)在對(duì)送風(fēng)溫度、給水溫度以及鍋爐過(guò)量空氣系數(shù)（即運(yùn)行氧量）偏離保證值的修正。

2.1? ? 送風(fēng)溫度修正

鍋爐送風(fēng)溫度值直接影響排煙熱損失，《電站鍋爐性能試驗(yàn)規(guī)程》中允許將鍋爐送風(fēng)溫度修正回設(shè)計(jì)溫度，以科學(xué)驗(yàn)收鍋爐性能。然而，在空預(yù)器風(fēng)側(cè)入口裝設(shè)暖風(fēng)器的機(jī)組中，情況將發(fā)生變化。暖風(fēng)器的存在使空預(yù)器入口送風(fēng)溫度被“人為”提高，鍋爐排煙溫度必然升高，如將送風(fēng)溫度強(qiáng)行修回顯然是不合理的，此時(shí)機(jī)爐邊界條件的劃分就顯得尤為重要。

如將機(jī)爐邊界條件劃分至暖風(fēng)器后、空預(yù)器入口，將暖風(fēng)器看作汽機(jī)設(shè)備，此時(shí)鍋爐可按照傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理方法，將因暖風(fēng)器投運(yùn)而降低的效率修回設(shè)計(jì)工況。然而，環(huán)境溫度對(duì)暖風(fēng)器換熱量的影響是客觀存在的，此時(shí)必須根據(jù)環(huán)境溫度和暖風(fēng)器換熱對(duì)汽機(jī)熱耗進(jìn)行修正，情況將變得復(fù)雜且缺乏相關(guān)依據(jù)。

為簡(jiǎn)化修正過(guò)程，可將風(fēng)側(cè)機(jī)爐邊界劃分至暖風(fēng)器前、送風(fēng)機(jī)出口，將暖風(fēng)器溫升調(diào)整為定值。該工況下環(huán)境溫度的變化將與空預(yù)器入口送風(fēng)溫度一致，因此可以按照常規(guī)方法對(duì)環(huán)境溫度的偏差進(jìn)行修正。如試驗(yàn)過(guò)程中暖風(fēng)器溫升發(fā)生變化，溫升的變化反映的是機(jī)爐內(nèi)部耦合深度的變化，是系統(tǒng)內(nèi)機(jī)爐收益此消彼長(zhǎng)的運(yùn)行尋優(yōu)過(guò)程，送風(fēng)溫度的修正仍可按照上述方法進(jìn)行。

2.2? ? 給水溫度修正

給水溫度偏離保證工況后，省煤器運(yùn)行溫度的變化將引起鍋爐排煙溫度即排煙熱損失的變化，從而影響鍋爐效率。

《電站鍋爐性能試驗(yàn)規(guī)程》在進(jìn)行鍋爐性能考核時(shí)，允許對(duì)給水溫度進(jìn)行修正。然而，無(wú)論是技改帶來(lái)的給水溫度較設(shè)計(jì)值的升高，還是設(shè)備性能差異帶來(lái)的給水溫度的不足，在整個(gè)機(jī)組運(yùn)行中是客觀存在的，此時(shí)在評(píng)價(jià)燃煤機(jī)組整體供電煤耗指標(biāo)時(shí)對(duì)給水溫度進(jìn)行修正將不再合理，不應(yīng)予以修正。

2.3? ? 運(yùn)行氧量修正

運(yùn)行氧量的修正即鍋爐運(yùn)行過(guò)量空氣系數(shù)的修正。當(dāng)鍋爐運(yùn)行氧量偏離保證工況時(shí)，會(huì)造成鍋爐排煙流量偏離設(shè)計(jì)值，使排煙熱損失發(fā)生變化，從而影響鍋爐效率。

若在試驗(yàn)過(guò)程中，為了滿足鍋爐的其他性能指標(biāo)，如飛灰可燃物、主再熱汽溫、環(huán)保指標(biāo)等，必須使運(yùn)行過(guò)量空氣系數(shù)偏離保證值，則在后續(xù)的數(shù)據(jù)處理中不應(yīng)予以修正，以避免重復(fù)計(jì)算。

3? ? 汽機(jī)性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)的合理修正

汽機(jī)性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)的修正主要包括汽輪機(jī)本身運(yùn)行終端偏離保證工況進(jìn)行的一類修正，如主/再熱蒸汽溫度、主汽壓力、再熱器壓損、汽輪機(jī)排汽壓力（或冷卻水溫度流量）修正;針對(duì)給水回?zé)嵯到y(tǒng)進(jìn)行的二類修正，如抽汽壓損、換熱器端差等修正;針對(duì)發(fā)電機(jī)側(cè)偏離運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行的三類修正。由于試驗(yàn)?zāi)康牟煌?，其中部分修正不再適用于機(jī)組供電煤耗的評(píng)估[2]。

3.1? ? 主再熱蒸汽參數(shù)修正

主再熱蒸汽參數(shù)偏離保證值對(duì)性能試驗(yàn)結(jié)果的影響，一是由于循環(huán)初參數(shù)的變化影響整個(gè)循環(huán)效率;二是由于蒸汽參數(shù)的偏離，汽輪機(jī)內(nèi)部通流情況偏離設(shè)計(jì)值，帶來(lái)汽輪機(jī)內(nèi)效率的變化，從而影響汽輪機(jī)熱耗水平。

對(duì)于主再熱蒸汽溫度，如果通過(guò)運(yùn)行調(diào)整可以達(dá)到性能試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)允許的偏差范圍內(nèi)，進(jìn)行適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)修正以彌補(bǔ)運(yùn)行工況變化對(duì)汽溫帶來(lái)的偏差是合理的，但由于設(shè)備設(shè)計(jì)、制造、安裝原因造成汽溫?zé)o法達(dá)標(biāo)且優(yōu)化調(diào)整無(wú)效，則該不利影響對(duì)于機(jī)組運(yùn)行是長(zhǎng)期的，在評(píng)估機(jī)組實(shí)際煤耗水平過(guò)程中不應(yīng)予以修正。

對(duì)于主汽壓及再熱壓損，由于設(shè)備設(shè)計(jì)制造及安裝過(guò)程均已結(jié)束，其最終由于設(shè)備通流能力及其他因素引起的新蒸汽壓力及再熱壓損偏差在后期運(yùn)行中均已無(wú)法通過(guò)運(yùn)行優(yōu)化予以消除，因此不應(yīng)對(duì)汽壓項(xiàng)進(jìn)行修正。

3.2? ? 汽輪機(jī)冷端修正

由于汽輪機(jī)冷端直接反映了熱力循環(huán)的冷源損失，因此在汽輪機(jī)性能試驗(yàn)各項(xiàng)邊界條件中，汽輪機(jī)背壓與保證工況的偏差，對(duì)汽機(jī)熱耗試驗(yàn)結(jié)果的影響最為突出。性能試驗(yàn)工況下機(jī)組冷端往往會(huì)偏離設(shè)計(jì)工況，因此對(duì)汽輪機(jī)冷端進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)修正是合理的。

需要指出的是，在評(píng)估機(jī)組供電煤耗指標(biāo)時(shí)，汽機(jī)背壓修正不能單純地根據(jù)廠家提供的背壓修正曲線將設(shè)計(jì)背壓作為修正終點(diǎn)，而要綜合考慮機(jī)組冷端運(yùn)行方式，將機(jī)組背壓和循泵耗電率作為一個(gè)整體進(jìn)行考慮。如：有機(jī)組在性能試驗(yàn)過(guò)程中，不合理地減少循環(huán)水流量，使用較低的廠用電量使機(jī)組背壓高于設(shè)計(jì)值，通過(guò)數(shù)據(jù)修正將機(jī)組熱耗值修回，即使用虛低的廠用電率評(píng)估供電煤耗;亦有機(jī)組受制于汽輪機(jī)冷端設(shè)備因素，在設(shè)計(jì)冷卻條件下機(jī)組無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)背壓，此時(shí)按照傳統(tǒng)修正方法簡(jiǎn)單修正背壓得到的機(jī)組供電煤耗指標(biāo)顯然是失真的。因此，要合理選擇機(jī)組冷端運(yùn)行方式，充分評(píng)估在現(xiàn)有冷卻方式和設(shè)備水平下，環(huán)境溫度回歸設(shè)計(jì)的環(huán)境溫度，機(jī)組能夠達(dá)到的背壓水平，將其作為修正終點(diǎn)，而不能簡(jiǎn)單修正至設(shè)計(jì)背壓。

3.3? ? 再熱壓降修正

對(duì)于再熱器壓降，由于機(jī)組建成投產(chǎn)后，其壓損值已相對(duì)固定，無(wú)論其實(shí)際運(yùn)行效果是否達(dá)到設(shè)計(jì)水平。雖然它影響到了主機(jī)熱耗水平的計(jì)算值，但對(duì)于整個(gè)熱力系統(tǒng)而言，該部分收益或者損失是客觀存在的，因此不應(yīng)予以修正。

與再熱壓降修正類似，機(jī)組抽汽管道壓降、回?zé)峒訜崞鞯亩瞬睢⑾到y(tǒng)凝結(jié)水過(guò)冷度等二類修正項(xiàng)目，反映的是汽輪機(jī)本體以外的輔助設(shè)備設(shè)計(jì)、制造、安裝水平，在評(píng)估熱力系統(tǒng)總體煤耗水平時(shí)，不應(yīng)予以修正。

3.4? ? 再熱減溫水量修正

現(xiàn)代火力發(fā)電機(jī)組，受設(shè)計(jì)、安裝、運(yùn)行等因素影響，鍋爐可能出現(xiàn)熱偏差及部分管壁超溫的情況，因此在性能試驗(yàn)過(guò)程中，為了保證主再熱汽溫達(dá)標(biāo)以及設(shè)備運(yùn)行安全，會(huì)出現(xiàn)使用再熱減溫水的情況。再熱減溫水的投入相當(dāng)于部分工質(zhì)未經(jīng)汽輪機(jī)高壓缸做功，直接在鍋爐再熱器系統(tǒng)中吸熱進(jìn)入了中低壓缸中，造成汽輪機(jī)高中壓缸做功比例的變化。由于再熱減溫水構(gòu)成的熱力循環(huán)效率低于主蒸汽構(gòu)成的循環(huán)效率，因此再熱減溫水的使用往往會(huì)造成汽機(jī)熱耗的升高。

由于再熱減溫水產(chǎn)生的原因?yàn)殄仩t側(cè)受熱面的需求，因此在傳統(tǒng)的汽機(jī)性能驗(yàn)收試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理過(guò)程中允許對(duì)再熱減溫水進(jìn)行修正。而再熱減溫水的投入對(duì)鍋爐效率的影響幾乎沒(méi)有，按照傳統(tǒng)的修正方法對(duì)再熱減溫水量進(jìn)行修正，分別計(jì)算汽輪機(jī)熱耗和鍋爐效率，得到的供電煤耗結(jié)果將偏低，機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行性能將被不合理地高估，因此為了科學(xué)合理地評(píng)價(jià)機(jī)組供電煤耗水平，再熱減溫水量不應(yīng)予以修正。

3.5? ? 運(yùn)行補(bǔ)水率修正

運(yùn)行補(bǔ)水率反映的是系統(tǒng)跑冒滴漏等原因造成的工質(zhì)損失，不明泄漏量的存在會(huì)使系統(tǒng)做功能力降低，測(cè)出的給水（凝水）流量高于實(shí)際參與循環(huán)的流量，從而使試驗(yàn)結(jié)果偏高。無(wú)論是ASME標(biāo)準(zhǔn)，還是《汽輪機(jī)熱力性能驗(yàn)收試驗(yàn)規(guī)程》（GB/T 8117.1～4），試驗(yàn)條件中對(duì)運(yùn)行補(bǔ)水率均有明確的要求，一般規(guī)定為不大于滿負(fù)荷蒸汽流量的0.1%?！镀啓C(jī)熱力性能驗(yàn)收試驗(yàn)規(guī)程》中允許對(duì)試驗(yàn)過(guò)程中的不明泄漏量進(jìn)行修正，以對(duì)汽輪機(jī)性能指標(biāo)進(jìn)行科學(xué)評(píng)判。由于性能試驗(yàn)是在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行嚴(yán)格的隔離后開(kāi)始試驗(yàn)的，此時(shí)存在的泄漏量為現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行中長(zhǎng)期存在的泄漏，為不可避免的工質(zhì)損失，因此將機(jī)組作為整體進(jìn)行考慮，評(píng)價(jià)整個(gè)系統(tǒng)的能耗水平時(shí)，不明泄漏量（即運(yùn)行補(bǔ)水率）不應(yīng)予以修正。

3.6? ? 其他二、三類修正

汽機(jī)熱耗其他二類及三類修正反映了回?zé)嵯到y(tǒng)及發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)、制造或運(yùn)行原因?qū)е碌呐c驗(yàn)收工況的偏差。由于此類差異在機(jī)組運(yùn)行中長(zhǎng)期客觀存在，因此在評(píng)價(jià)供電煤耗指標(biāo)時(shí)不應(yīng)進(jìn)行修正，但應(yīng)在試驗(yàn)過(guò)程中進(jìn)行精心調(diào)整，使相關(guān)參數(shù)盡量滿足保證工況要求的條件。

4? ? 管道效率及發(fā)電廠用電率的取值

4.1? ? 管道效率

在以性能驗(yàn)收為目標(biāo)的考核試驗(yàn)中，為了科學(xué)地反映主機(jī)設(shè)備性能，邊界條件劃分時(shí)，鍋爐往往以省煤器入口及過(guò)再熱蒸汽管路出口為邊界，汽輪機(jī)以高中壓門組前進(jìn)口為邊界。為此，在《火力發(fā)電廠技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計(jì)算方法》（DL/T 904—2004）中引入了“管道效率”的概念，用以科學(xué)計(jì)算機(jī)組運(yùn)行反平衡煤耗。

式中：QSr為汽輪機(jī)輸入熱量（GJ）;Q1為統(tǒng)計(jì)期內(nèi)鍋爐輸出熱量[3]（GJ）。

實(shí)際數(shù)據(jù)處理中一般采用99%的經(jīng)驗(yàn)管道效率，而在機(jī)組供電煤耗性能試驗(yàn)中，很多試驗(yàn)單位延續(xù)這一概念，取99%的管道效率進(jìn)行供電煤耗指標(biāo)的計(jì)算，這是不合理的。

《火力發(fā)電廠技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計(jì)算方法》（DL/T 904—2004）中明確指出鍋爐輸出熱量除純粹的管道損失之外，還包括機(jī)組排污、汽水損失等未能被汽輪機(jī)有效利用的熱量[4]，而在試驗(yàn)工況下，機(jī)組是不補(bǔ)、不排、不吹灰的。在新修訂的《火力發(fā)電廠技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計(jì)算方法》（DL/T 904—2015）中對(duì)表述有所調(diào)整，明確為鍋爐主再熱蒸汽等管道出口蒸汽所攜帶的熱量。在《名詞術(shù)語(yǔ) 電力節(jié)能》（DL/T 1365—2014）中明確規(guī)定，管道效率即汽輪機(jī)從鍋爐得到的熱量與鍋爐的輸出熱量之間的百分比。為此，無(wú)論從哪版標(biāo)準(zhǔn)出發(fā)，采用99%的經(jīng)驗(yàn)管道效率均是不合理的，應(yīng)該嚴(yán)格按照管道效率的定義進(jìn)行實(shí)測(cè)，或者將機(jī)爐蒸汽側(cè)分界點(diǎn)設(shè)在鍋爐出口，使用含管道損失在內(nèi)的廣義“熱耗”進(jìn)行機(jī)組供電煤耗的評(píng)價(jià)。

4.2? ? 發(fā)電廠用電率

發(fā)電廠用電率的數(shù)據(jù)處理主要關(guān)注以下幾點(diǎn)：

（1）首先要做好電氣邊界條件的選擇。根據(jù)《名詞術(shù)語(yǔ) 電力節(jié)能》，發(fā)電廠用電率為發(fā)電廠用電量與發(fā)電量的比值。其中，發(fā)電量指的是發(fā)電機(jī)機(jī)端電量（不含勵(lì)磁機(jī)發(fā)電量），因此發(fā)電機(jī)與汽輪機(jī)的分界邊界應(yīng)該在發(fā)電機(jī)機(jī)端，應(yīng)當(dāng)用發(fā)電機(jī)出口電量作為汽輪機(jī)熱耗和發(fā)電廠用電率的基準(zhǔn)，這點(diǎn)對(duì)于發(fā)電量關(guān)口表安裝在勵(lì)磁變分支后靠近主變側(cè)的發(fā)電機(jī)組要特別注意，避免汽輪機(jī)熱耗和發(fā)電廠用電率的重復(fù)計(jì)算。發(fā)電廠用電量的統(tǒng)計(jì)中不應(yīng)包含主變的變損，即發(fā)電機(jī)組與電力系統(tǒng)的分界點(diǎn)在廠用變壓器取電分支后靠近主變低壓側(cè)。

（2）其次要做好公用設(shè)備廠用電量的合理分?jǐn)?，建議試驗(yàn)期間，盡量實(shí)現(xiàn)廠用電系統(tǒng)的獨(dú)立運(yùn)行，對(duì)于無(wú)法獨(dú)立運(yùn)行的公用系統(tǒng)，按照試驗(yàn)期間和鄰機(jī)發(fā)電比例進(jìn)行分?jǐn)?直接剔除負(fù)荷要求的非生產(chǎn)用電量。

（3）最后要注意環(huán)境溫度的影響。由于發(fā)電廠用電率是無(wú)法進(jìn)行修正的，而機(jī)組循環(huán)水泵、風(fēng)機(jī)等輔機(jī)的功率和環(huán)境溫度具有很強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性，因此建議盡量在接近設(shè)計(jì)環(huán)境溫度的工況下進(jìn)行機(jī)組供電煤耗的性能考核試驗(yàn)，力求試驗(yàn)結(jié)果科學(xué)。

5? ? 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，將機(jī)組性能驗(yàn)收試驗(yàn)方法應(yīng)用于機(jī)組供電煤耗指標(biāo)評(píng)價(jià)是可行的。但由于二者試驗(yàn)?zāi)康牟煌?，在試?yàn)數(shù)據(jù)的修正處理環(huán)節(jié)會(huì)有所差別，特別是隨著發(fā)電技術(shù)的不斷進(jìn)步，機(jī)爐耦合深度逐步加深，需要在試驗(yàn)前針對(duì)具體案例進(jìn)行合理分析，明確合理可行的試驗(yàn)邊界條件及數(shù)據(jù)修正范圍，確保試驗(yàn)結(jié)論的科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)性。

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收稿日期：2022-01-05

作者簡(jiǎn)介：趙鑫（1986—），男，山西汾陽(yáng)人，工程師，研究方向：火力發(fā)電廠節(jié)能減排、運(yùn)行調(diào)試。

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