摘要：利用發(fā)電企業(yè)廠級(jí)監(jiān)控信息系統(tǒng)（SIS）已廣泛推廣應(yīng)用的有利條件及其保存的長(zhǎng)期運(yùn)行數(shù)據(jù)，結(jié)合機(jī)組性能試驗(yàn)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、熱力學(xué)理論等進(jìn)行綜合分析研究。簡(jiǎn)要討論數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析的可行性，并通過(guò)實(shí)例機(jī)組數(shù)據(jù)得出大型機(jī)組運(yùn)行優(yōu)化的節(jié)能潛力空間。研究結(jié)果表明機(jī)組運(yùn)行優(yōu)化有2~4%的節(jié)能潛力，令人振奮。zui后討論數(shù)據(jù)分析結(jié)果的有效性，并對(duì)發(fā)電企業(yè)管理運(yùn)行人員今后的工作思路提出建議。
　　
　　引言
　　
　　我國(guó)發(fā)電企業(yè)對(duì)新、老大型機(jī)組進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的部署安裝工作已經(jīng)開(kāi)展了近十年的時(shí)間。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)保存了機(jī)組長(zhǎng)期、完整的原始生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)，為基于數(shù)據(jù)的應(yīng)用創(chuàng)造了條件，尤其是基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的火電廠廠級(jí)監(jiān)控信息系統(tǒng)集過(guò)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、優(yōu)化控制及生產(chǎn)過(guò)程管理為一體，進(jìn)一步提高了發(fā)電企業(yè)的自動(dòng)化和信息化水平。其對(duì)發(fā)電企業(yè)的生產(chǎn)管理的促進(jìn)作用主要表現(xiàn)在：首先是通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)大大擴(kuò)展了生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控信息共享范圍，即實(shí)現(xiàn)了機(jī)組實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)信息在操作人員、技術(shù)管理人員以及企業(yè)管理人員之間的及時(shí)共享，為企業(yè)管控一體化、生產(chǎn)、科學(xué)決策等提高資源基礎(chǔ)。另一方面，也為機(jī)組運(yùn)行指標(biāo)管理、在線性能診斷、優(yōu)化等方面的應(yīng)用功能提供了一個(gè)良好平臺(tái)。
　　
　　然而，目前發(fā)電企業(yè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的應(yīng)用還主要集中在在線實(shí)時(shí)應(yīng)用方面，機(jī)組大量長(zhǎng)期的生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)作為寶庫(kù)財(cái)富，還沒(méi)有得到充分開(kāi)發(fā)和利用。有效利用這些年已保存的海量歷史數(shù)據(jù)是發(fā)電企業(yè)現(xiàn)階段信息化技術(shù)深化發(fā)展的方向之一。本文將基于機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)，結(jié)合機(jī)組性能實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定及相關(guān)熱力學(xué)理論進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、分析，得出一套分析機(jī)組運(yùn)行優(yōu)化節(jié)能潛力的方法。由實(shí)例機(jī)組數(shù)據(jù)得出的結(jié)論非常令人鼓舞，即提高機(jī)組的運(yùn)行調(diào)整水平有很大的節(jié)能增效空間。
　　
　　一、機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)應(yīng)用分析的可行性
　　
　　1.1工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)的特點(diǎn)
　　
　　火力發(fā)電機(jī)組作為一類(lèi)復(fù)雜工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程，其長(zhǎng)期運(yùn)行數(shù)據(jù)庫(kù)中包含了過(guò)程的各種狀態(tài)數(shù)據(jù)，有動(dòng)態(tài)/穩(wěn)定態(tài)數(shù)據(jù)、正常/故障狀態(tài)數(shù)據(jù)、啟/停過(guò)程數(shù)據(jù)等。同時(shí)，還有數(shù)據(jù)量大，維度高，數(shù)據(jù)測(cè)量存在干擾和不確定性，且數(shù)據(jù)之間常存在強(qiáng)耦合、非線性關(guān)系等特點(diǎn)。數(shù)據(jù)開(kāi)發(fā)利用的需求目標(biāo)（如，系統(tǒng)性能分析，設(shè)備狀態(tài)分析、壽命管理等）不同時(shí)，所面對(duì)的相關(guān)特征也就不同，因而數(shù)據(jù)清理、篩選過(guò)程也將不同。
　　
　　1.2機(jī)組性能評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)
　　
　　通常機(jī)組性能考核（優(yōu)化）試驗(yàn)需要遵循一系列相應(yīng)的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。對(duì)關(guān)鍵測(cè)點(diǎn)需要用高精度的試驗(yàn)儀表進(jìn)行測(cè)量。對(duì)汽輪機(jī)及其輔機(jī)運(yùn)行優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)時(shí)需要對(duì)進(jìn)、出系統(tǒng)的汽、水工質(zhì)進(jìn)行嚴(yán)格隔離。另外，無(wú)論是國(guó)標(biāo)還是ASME標(biāo)準(zhǔn)對(duì)機(jī)組性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)獲取時(shí)的工況穩(wěn)定時(shí)間和記錄時(shí)間都有明確的規(guī)定。
　　
　　與規(guī)范化的試驗(yàn)程序?qū)Ρ龋瑱C(jī)組實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)*來(lái)自電廠運(yùn)行監(jiān)視測(cè)點(diǎn)，而且正常運(yùn)行工況也處于非隔離狀態(tài)。這些困難也正是機(jī)組在線性能評(píng)價(jià)系統(tǒng)需要克服的難題。然而，通過(guò)系統(tǒng)狀態(tài)參數(shù)（系統(tǒng)狀態(tài)方程）平衡計(jì)算得出某些測(cè)量誤差較大的量（如主蒸汽流量等），并充分考慮現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量?jī)x表的隨機(jī)誤差、剔除錯(cuò)誤數(shù)據(jù)等手段，機(jī)組在線性能評(píng)價(jià)系統(tǒng)計(jì)算得出機(jī)組運(yùn)行性能指標(biāo)。可以實(shí)現(xiàn)各工況間煤耗率的相對(duì)大小比較。作為一種輔助運(yùn)行優(yōu)化參考工具，已能滿足生產(chǎn)運(yùn)行的要求。
　　
　　本文的數(shù)據(jù)分析過(guò)程正是建立在如上所述的業(yè)界共識(shí)之上的。通過(guò)綜合歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)及性能評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)，從大量適用于性能評(píng)價(jià)的工況數(shù)據(jù)中得出機(jī)組運(yùn)行性能的某些規(guī)律。
　　
　　1.3性能評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)的篩選原則
　　
　?。?）針對(duì)機(jī)組性能評(píng)價(jià)的需求，篩選歷史工況數(shù)據(jù)的基本思想是以機(jī)組熱力試驗(yàn)中的電廠性能試驗(yàn)方案為參照標(biāo)準(zhǔn)，即保持系統(tǒng)不隔離，測(cè)量數(shù)據(jù)全部采用機(jī)組在線運(yùn)行監(jiān)控儀表測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)。
　　
　　（2）對(duì)于系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)間，參照ASME標(biāo)準(zhǔn)要求（穩(wěn)定期2h，試驗(yàn)時(shí)間1~2h），并結(jié)合調(diào)峰機(jī)組實(shí)際運(yùn)行情況，為獲得更多的有效工況，本研究選取的時(shí)間段為1h。
　　
　　（3）通過(guò)對(duì)原始數(shù)據(jù)瀏覽，從熱力學(xué)穩(wěn)定態(tài)的角度看，對(duì)于閉式循環(huán)機(jī)組，閉式循環(huán)水入口溫度是負(fù)荷調(diào)整后系統(tǒng)中過(guò)渡時(shí)間zui長(zhǎng)的狀態(tài)量。當(dāng)循環(huán)水入口溫度保持穩(wěn)定時(shí)，其它狀態(tài)變量都已達(dá)到了穩(wěn)定性要求。因此循環(huán)水入口溫度的穩(wěn)定才是熱力學(xué)意義上的穩(wěn)定工況。
　　
　　（4）關(guān)于測(cè)量數(shù)據(jù)的隨機(jī)誤差處理問(wèn)題，通過(guò)對(duì)機(jī)組穩(wěn)定態(tài)某一測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析可知，測(cè)量值通常近似為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布（見(jiàn)圖1示例測(cè)點(diǎn)）。因此，工況篩選時(shí)，取所選特征測(cè)點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)差σ或2σ為正常隨機(jī)誤差范圍。　　
　　綜上所述，在原始數(shù)據(jù)中搜索滿足熱力學(xué)穩(wěn)定工況數(shù)據(jù)的條件可表述為：在1h內(nèi)，機(jī)組負(fù)荷、循環(huán)水入口溫度兩測(cè)點(diǎn)均處于各自隨機(jī)誤差范圍內(nèi)的工況。依據(jù)上述條件搜索得到的機(jī)組工況數(shù)據(jù)我們稱(chēng)之為性能有效工況數(shù)據(jù)。
　　
　　二、MW機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)分析實(shí)例
　　
　　2.1實(shí)例機(jī)組基本情況簡(jiǎn)介
　　
　　鍋爐為HG-2023/17.6-YM4型四角噴燃切向燃燒、亞臨界、一次中間再熱、控制循環(huán)、固態(tài)排渣煤粉鍋爐，6套中速磨煤機(jī)制粉正壓直吹式制粉系統(tǒng)。鍋爐zui大連續(xù)蒸發(fā)量為2023t/h，額定蒸發(fā)量為1801t/h，主蒸汽額定溫度540℃。
　　
　　汽輪機(jī)型號(hào)為N600-16.7/537/537-I，亞臨界、一次中間再熱、單軸、四缸、四排汽、反動(dòng)凝汽式汽輪機(jī)，具有較好的熱負(fù)荷和變負(fù)荷適應(yīng)性。機(jī)組能在冷態(tài)、溫態(tài)、熱態(tài)和極熱態(tài)等不同工況下啟動(dòng)，并可采用定壓和定-滑-定壓運(yùn)行方式中的任一種運(yùn)行。定-滑-定壓運(yùn)行時(shí)，滑壓運(yùn)行的范圍是30-90%BMCR。
　　
　　2.2基于有效數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析
　　
　?。?）依據(jù)1.3節(jié)給出的數(shù)據(jù)篩選原則，從實(shí)例機(jī)組1年的運(yùn)行數(shù)據(jù)中獲得機(jī)組性能有效工況數(shù)據(jù)（每個(gè)有效工況內(nèi)以每分鐘一次進(jìn)行采樣，下同）。并繪制機(jī)組負(fù)荷與煤耗率之間散點(diǎn)圖如圖2所示，圖中的每一個(gè)點(diǎn)簇實(shí)際上就是一個(gè)穩(wěn)定運(yùn)行工況?？梢钥闯觯瑱C(jī)組在300-600MW的調(diào)峰范圍內(nèi)，機(jī)組負(fù)荷與煤耗率呈二次曲線關(guān)系。經(jīng)驗(yàn)證，圖2所揭示的機(jī)組性能特性與機(jī)組的考核試驗(yàn)結(jié)果非常吻合。　　
　　（2）在一定負(fù)荷下，進(jìn)一步分析可以得到機(jī)組某些關(guān)鍵參數(shù)與機(jī)組煤耗率之間的關(guān)系。圖3是實(shí)例機(jī)組在400MW負(fù)荷點(diǎn)由性能有效工況數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析得到的熱力機(jī)組循環(huán)水入口溫度與機(jī)組煤耗率之間的關(guān)系圖。圖中每一個(gè)點(diǎn)簇是由某一確定工況下連續(xù)采樣數(shù)據(jù)構(gòu)成。　　
　　由圖3進(jìn)一步分析可得出：
　　
　　在單一連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行工況下，基于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量?jī)x表數(shù)據(jù)的在線性能計(jì)算值分布范圍在6g/Kw.h內(nèi)（約為機(jī)組設(shè)計(jì)煤耗率的2%）；
　　
　　在外界邊界條件（機(jī)組負(fù)荷、循環(huán)水入口溫度）相近的條件下，在線性能計(jì)算指標(biāo)分布在20g/Kw.h的一個(gè)區(qū)域內(nèi)（約為機(jī)組設(shè)計(jì)煤耗率的6%）。這是由機(jī)組運(yùn)行方式的不同、運(yùn)行參數(shù)的偏離等因素綜合作用的結(jié)果。
　　
　　2.3機(jī)組運(yùn)行優(yōu)化的節(jié)能可行區(qū)間
　　
　　由圖3看出，機(jī)組通過(guò)運(yùn)行優(yōu)化的節(jié)能降耗的可行區(qū)間為2%~4%，即約6~12g/Kw.h。該結(jié)果揭示出機(jī)組運(yùn)行優(yōu)化有巨大的節(jié)能潛力，也給進(jìn)一步提高機(jī)組管理運(yùn)行水平工作帶來(lái)了極大的鼓舞。
　　
　　三、數(shù)據(jù)分析結(jié)果討論
　　
　　（1）通過(guò)數(shù)據(jù)篩選環(huán)節(jié)已經(jīng)排除了系統(tǒng)動(dòng)態(tài)的影響，使數(shù)據(jù)分析建立在熱力學(xué)穩(wěn)定態(tài)之上。數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果反映的是機(jī)組在由過(guò)程設(shè)備、測(cè)量?jī)x表組成廣義熱物理系統(tǒng)，在復(fù)雜邊界條件和不同運(yùn)行方式、運(yùn)行參數(shù)下的內(nèi)在本質(zhì)不確定性和一般統(tǒng)計(jì)特性。統(tǒng)計(jì)學(xué)模型是具有普適性的。
　　
　?。?）本研究所依賴(lài)的實(shí)例機(jī)組為典型的大型調(diào)峰機(jī)組。機(jī)組運(yùn)行人員經(jīng)驗(yàn)豐富，并積極利用機(jī)組的各種可行調(diào)整手段進(jìn)行運(yùn)行操作。這些有利條件是獲取有效樣本進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析的基礎(chǔ)。如果機(jī)組長(zhǎng)期承擔(dān)基本負(fù)荷或機(jī)組運(yùn)行*依賴(lài)熱控系統(tǒng)定值，則該機(jī)組的運(yùn)行數(shù)據(jù)或許不滿足相應(yīng)的統(tǒng)計(jì)分析需求和特性。
　　
　　（3）由機(jī)組長(zhǎng)期數(shù)據(jù)篩選出的工況類(lèi)似于機(jī)爐聯(lián)合調(diào)整優(yōu)化試驗(yàn)工況。然而，一方面因機(jī)組試驗(yàn)參數(shù)眾多，另一方面受財(cái)力、物力等條件限制，對(duì)所有可能的組合情況進(jìn)行機(jī)爐聯(lián)合調(diào)整試驗(yàn)是不可行的。由數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析可以得出的機(jī)組在各種實(shí)際運(yùn)行參數(shù)匹配下的系統(tǒng)性能，是對(duì)傳統(tǒng)的工程優(yōu)化試驗(yàn)方法—“單因素輪換法”的有效補(bǔ)充。
　　
　　四、結(jié)語(yǔ)
　　
　　本研究利用機(jī)組長(zhǎng)期運(yùn)行數(shù)據(jù)，并結(jié)合機(jī)組性能試驗(yàn)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求及熱力學(xué)理論方法進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，得出大型機(jī)組運(yùn)行優(yōu)化的節(jié)能潛力空間。對(duì)發(fā)電企業(yè)管理運(yùn)行人員有以下幾點(diǎn)可供參考：
　　
　　（1）機(jī)組數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析反映的是機(jī)組在主要外界條件下的整體行為特性。正如復(fù)雜性科學(xué)觀點(diǎn)認(rèn)為，復(fù)雜系統(tǒng)是由眾多組分（子系統(tǒng)）組成，系統(tǒng)的整體行為和特性不能由其組分的行為或特性來(lái)解釋。上述數(shù)據(jù)分析研究也進(jìn)一步表明，在提高機(jī)組各主輔設(shè)備、環(huán)節(jié)及子系統(tǒng)性能的同時(shí)，從系統(tǒng)整體運(yùn)行方式及參數(shù)優(yōu)化匹配方面依然有巨大的節(jié)能潛力可挖。發(fā)電企業(yè)管理運(yùn)行人員應(yīng)該擴(kuò)展思路，局部與整體并重。
　　
　?。?）由數(shù)據(jù)篩選得出的機(jī)組煤耗率較低的運(yùn)行工況可作為機(jī)組在相近的負(fù)荷及外界環(huán)境溫度等邊界條件下的優(yōu)化運(yùn)行參照工況。
　　
　?。?）機(jī)組的可控制調(diào)整參數(shù)眾多。為了找到機(jī)組的*運(yùn)行工況，應(yīng)該在熱控系統(tǒng)中原有通過(guò)優(yōu)化試驗(yàn)得出的控制曲線上均增加偏置功能，并大力鼓勵(lì)運(yùn)行操作人員參照以往的優(yōu)化工況、優(yōu)化試驗(yàn)推薦值以及自身運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，在機(jī)組安全范圍內(nèi)積極進(jìn)行運(yùn)行調(diào)整。這樣經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的良性循環(huán)可實(shí)現(xiàn)提高運(yùn)行人員水平和機(jī)組運(yùn)行的雙豐收。