麦邦咨询网 火电 刘琛:信发集团智慧电厂建设阶段性总结

刘琛:信发集团智慧电厂建设阶段性总结

麦邦咨询火力发电网讯:“智慧电厂的建设,我理解可以叫做智慧转移电厂,就是把工程师的智慧通过这套系统的转化,直观地展示出来。因为工程师不可能全天24小时盯在机组上,但是这套系统是可以的,它24小时向运行人员、向相关人员提供相关的运行优化建议。”

――信发集团智慧电厂项目经理刘琛

4月27日,华北电力大学技术转移转化中心与中关村华电能源电力产业联盟联合主办的2021年智慧电厂论坛(第一期)在广东深圳成功举办。信发集团智慧电厂项目经理刘琛发表了以《信发集团智慧电厂建设阶段性总结》为主题的演讲。

直播专题:2021年智慧电厂论坛(第一期)

文字实录如下:

大家好!今天很荣幸能代表信发集团跟我们的业务合作伙伴斯蒂雅阁向大家汇报一下我们智慧电厂建设的一个阶段性总结。

斯蒂雅阁公司是欧洲五大发电集团之一,也是数字化电厂的供应商。信发集团是一家发电、供热、氧化铝、电解铝以及相关产业的集团企业,总部位于山东聊城市茌平区,员工2万人,2020年营收2200亿,利润260亿。我们的主业是非常集中的,核心产业就是电解铝以及铝的后续深加工,围绕着电解铝,集团配套了发电、供热,以及相关的氧化铝,搭配发电和氧化铝又开发了煤矿、煤炭运输、铝土矿开发、盐矿以及化工相关的产业链,到目前为止基本上相关的产业链可以实现集团公司内全部自产自销。

今天是智慧电厂的论坛,我就着重介绍一下我们电厂的情况。我们发电板块装机容量大概有1600万兆瓦,分4个生产基地,其中广西、山西和新疆各有一个生产基地,在新疆我们有4台35万的亚临界机组以及2台110万的超超临界风冷机组,这两台110万的机组目前还是西北地区最大的单台机组。在总部山东省有6台66万的超超临界机组,也就是我这次着重介绍的项目。

我们集团的第一信条就是可持续发展,始终把节能减排作为重中之重,还是国家工信部、科技部第一批资源节约型、环境友好型企业。

现在随着碳排放指标要求越来越严格,我们国家提出3060碳中和、碳达峰的概念,信发集团也在探索智慧电厂专家系统,进一步提高发电机组效率,狠抓运行细节,达到节能减排的目的。而我作为生产企业生产方面的负责人,老板给我的压力也是相当大的,给我很明确的任务就是提高机组的效率,进一步节能减排。

2018年开始,我们集团进行智慧电厂的调研,董事长带队考察了欧洲的发电集团,包括莱茵集团、斯蒂雅阁集团和曼海姆发电集团,最后决定选择斯蒂雅阁的专家系统。斯蒂雅阁是欧洲的几大发电集团之一,他们自己提供数字电厂的解决方案,自己研发自己用,这是一个很好的开端。考察下来,他们的SR系统是相当成熟可靠的,莱茵集团作为德国最大的发电企业,也在用斯蒂雅阁集团的这套专家系统。尤其是我们后面要提到的性能监控和优化SREPOS系统,莱茵发电集团几乎所有的电厂都配备了这套系统。

这套专家系统是通过对电厂建立详细的机理模型实现数字化,而且不需要对电厂进行改造,只需要通过ODC接口把电厂的运行数据传导到服务器上面来,就可以导入模型进行相关的计算。

我们2018年底签订了66万6号机组的BCM智能吹灰系统,2019年5月份开始上线,同年8月份我们签订了第二套性能监控和优化项目EPOS。到了2020年5月份正式上线试运行。

这张图是EPOS系统的内核图,左上角是当时第一个项目BCM智能吹灰系统的模型,其中包括把锅炉本体的受热面,每一级受热面都做出了详细的计算。下半部分是为了搭配整个机组的性能优化系统,把整个机组的设备按照实际回路跟实际测点搭建了模型。运行数据导入系统之后,可以根据实际的数据进行组件性能识别,判断导入的数据是不是符合实际。比如说有时候测点不是很准确,或者是临时故障,导入了一个很离谱的数据,这套后台计算就可以准确地识别出来,这样可以根据热力学原理进行在线的数据校核。而且在设备运行中,根据不同的负荷情况,它的各种参数的最佳区间是不同的,这套EPOS系统就可以在线进行假设的仿真计算,得到不同工况下、不同条件下各个参数的最优值。

刚才介绍的模型系统是智能吹灰系统和性能优化系统的基础,所有的模块都是搭建在那套模型系统之上的。

(见PPT)这个界面是智能吹灰系统的实际操作界面,这是一个典型的π型炉,各级受热面都做了详细的表述,通过后台模型计算之后进行可视化的显示,把各级受热面的清洁情况显示出来,对于不同的状况用不同的颜色进行区分。

左下角是各级受热面的实际传热量以及它自身的传热性能展示,传热量就是把整台锅炉吸收了多少热量,分配到每一级的受热面,比如说前竖井吸收了8兆瓦,后竖井吸收了31兆瓦,加起来总共是39兆瓦的吸热量,相对于我的最好工况或者是设计工况来说,现在性能是占91%和80%,而我的平过吸收了125兆瓦的热量,但是相对于我的设计值或者最优值来说,我只有原来性能的54%,所以在这个界面显示上就显示出红色,表示它已经到了一个性能比较低的状态。

这套智能吹灰系统(BCM)可以根据不同的情况个性化的制定吹灰的策略,在哪里吹以及吹哪个部分都可以做到有的放矢。

这个界面展示的是各个吹灰器分组的状态,同时也可以展示受热面的状态,像这种矩形的方框就是受热面的状态,旁边圆形的点就是吹灰器分组的。左边是吹灰器运行的时间,它可以统计上一次吹灰到现在是有多长时间。同时也可以设定多长时间之后要提示我,不管受热面状态是怎么样,到时间之后都要提示一次。这张图的右半部分是受热面的当前性能以及我们可以允许它的最小值,以及我们的目标值,还有正常值,相当于三个判断标准,分别对应着受热面的绿色显示、黄色显示跟红色显示。当这一级的传热效率低于最少允许传热效率的时候,就需要对相应的受热面进行吹灰操作。

右边的图片是把炉膛里面分成了六组吹灰器族。

这个操作界面的右上角是我非常感兴趣的一个部分,最上面展示了这套智能吹灰BCM系统自身是不是正常的,自身的运算是不是好的,再稍微往下一点,这个灰色的方框就是我们的锅炉的效率以及锅炉当前的负荷,通过后台模型,每5分钟实时计算一次,在这个方框里面做一个展示。下面有一个稍微带点绿色方框的部分,就是这次我们要详细介绍的部分,这是智能吹灰系统可以做到闭环控制。也就是说模型计算完了之后,受热面效率分析完了之后,可以再重新实现闭环,向BCS系统里面写入指令,自动操控吹灰器组运行,可以实现真正的全自动吹灰。

第一行是闭环状态,当然现在是非闭环,因为我们当时截屏的时候切成了手动状态。第二行是BCM向DCS写入指令,是不是准备好,只有闭环状态并且准备好的时候,BCM才会向DCS写入指令,DCS接收到指令之后才会进行相应的操作。

这张图是为了搭配性能分析做细了一个各级受热面的趋势图,最顶上是水煤气的传热效率,下面是低过和低载,最下面是平过的传热效率。从趋势图可以看到,刚开始的时候,平过的效率还是比较正常的,但是过了一段时间平过的效率下降得非常快,吹灰之后效率提升也不如原来,这时候我们自己可以认为是平过出现了结焦的趋势。智能吹灰系统同时也监测到这种情况,而且它比原来更加频繁地发出了吹灰指令,可以看到后台计算还是比较准确的。

我们平时运行的时候可以经常关注受热面的趋势图,这样也就可以及时地让运行值来调整配煤和锅炉的运行方式,保障锅炉的长期高效运行。作为私营企业既然上了这么一套智能吹灰系统,上系统之后要跟老板汇报,上这套系统,投资回收期大概有多少,每年能创造多少收益或者是达成什么效果。但是指望吹灰提高多少锅炉效率应该不是很现实的,所以我们现在在保证相同锅炉效率的前提下,降低吹灰的频次。本身我们大部分的电厂都是定期吹灰,比如说一天一次,或者是每个班次吹一次。但是通过智能吹灰系统的运行,可以有针对性地降低吹灰的频率,比如说我们厂的锅炉长期维持在90%以上的负荷,所以后竖井这一块的烟气流速是比较高的,水煤气几乎可以5天或者一个礼拜才吹一次。但是在之前的固定频率吹灰的时候,到点就要。经过智能吹灰BCM系统的计算,就可以把这部分的吹灰频率降下来,通过后期的统计,吹灰频率相对于原来降低39%,吹灰频率的降低就意味着吹灰蒸汽节省,蒸汽节省了,这样就相当于提升了一部分的效益。

同时,通过针对性的吹灰,系统上线前后主蒸汽跟散热蒸汽的温度波动也变小了,原来可能有从595到605波动的区间范围,有针对性的吹灰之后,现在的波动频率到了600到605之间,也就是说从原来的10度左右的波动减少到了大概只有5度的波动,同时左右两侧的温差也有减少的趋势,这样可以证明通过跟随智能吹灰系统进行吹灰,我们的锅炉运行更加稳定。

我们还上线了一套性能监控系统,我们叫做EPOS系统。大家都知道电厂的损失基本上就是在设计煤耗的基础上,有一部分是不可控损失,另外一部分是可控损失,其中包括运行当中的可控损失和检修当中的可控损失。比如说设计主题温度是605,不管是担心受热面的安全还是因为燃烧调整不适当,长期运行在设计温度之下,这都会带来额外的经济损失。我们引进的这套EPOS(性能专家监控系统),可以对整个机组进行模拟计算,精确计算当前的环境和这个调整下的参考煤耗,精确计算出每一个设备的可控损失,它的数值和当前的所占比例。

(见PPT)下面这张图是EPOS系统的信息总揽图。左上角这个地方是机组的毛功率、净功率,以及系统计算的机组净发电效率跟气机的毛效率、净效率,通过左上角的数据,可以对机组整体的运行情况有一个掌控。左下角列出了10项运行可控的损失,其中包括主机温度不达标的损失,主气的节流损失,还有载热蒸汽温度不达标带来的损失等等。

右半部分是把机组的主要设备列出来,同时展现出这部分设备现在处于什么样的运行状态,相对于它的最佳运行工况现在处于什么样的比例,比如说最上面是汽轮机本体的效率,下面是空预器的效率,可以展现出当前的实际值和模型预测的最佳值之间的差距。下面还有气机侧的三台高加和两台低加。再往下是气机侧的电动给水泵和气动给水泵,还有锅炉的三大风机。通过对于性能不同颜色的表征,展现出各组件即时的能效。

这部分是性能监控用户界面的部分流程图,整体的汽水系统、汽轮机本体、各级加热器、锅炉侧整体的风烟系统,空域器,以及几大风机。几大风机进行详细计算,根据当前工况计算出来的结果来展现出现在的工况,在你的风机的性能曲线里面是处于什么状态,这样运行人员或者是专业工程师就可以根据现在的情况,比如说现在的风机已经接近到了危险线,所以我在运行的时候就要悠着点。如果我现在的余量还比较大,我就可以让它更出力一点,下半部分是两端优化。

同时我们做了一个班组的小指标考评系统,把可控煤耗损失在各班组进行纵向比较,指导班组的监盘操作,提高机组运行效率。同时这个计算把负荷和环境条件的影响已经全部去掉了,最下面这张图是展现了四个运行值每个月累计的额外煤耗的值,前两个月的时候,我的运行2值每个月都比其它几个值稍微多一点,等到第三个月的时候,它自己面子上挂不住了,开始抓各种参数,后面它就处于一个比较良好的状态。

在2020年11月份我们统计了一下,11月单月的煤耗相比9月份减少了143吨,如果这样计算下来,全年单台机组可以节省100万的煤。

性能监控有一个非常重要的部分,就是冷端优化。我们有两条循环水泵可以进行高低速切换,在运用这套系统之前,什么时候切换都是我们的汽机专工算一算,一看时间差不多了,我们从低速切成高速,或者说再额外启一台泵。但是现在我们上了这套专家系统,可以实时给出循环泵的优化运行建议,比如说现在算着凝结水的流量不足以把冷凝水冷却到一个很经济的状态,就可以发出提示,我们可以根据循环泵的优化运行建议进行相关的切换。

我们正常情况下都是4月初进行循环泵的切换,但是EPOS系统提示我们3月20号左右就要切换了,我们3月23号把循环泵切换到高速运行,从3月23号到3月底大概一个星期的时间,我们实际省煤就超过了200吨。

总结一下智慧电厂的建设心得。我认为智慧电厂归根结底还是要切实服务于高效运行,如果把定语全部去掉,就是服务于运行,提高机组的经济效益和社会效益,在电厂设备已经很先进、非常高效的情况下,去挖掘运行潜能,在合理优化的基础上进一步提高发电效率,这也是我们集团关注的最重要的点。

智慧电厂的建设,我理解可以叫做智慧转移电厂,就是把工程师的智慧通过这套系统的转化,直观地展示出来。因为工程师不可能全天24小时盯在机组上,但是这套系统是可以的,它24小时向运行人员、向相关人员提供相关的运行优化建议。我们集团也是一直致力于良好的可持续发展,不断地尝试各种先进的方式方法,来提高机组的运行效率,往小了说是节能减排,为我们集团省一点钱,省一点碳排放的指标,往大了说是为我们国家的能源产业数字化转型、智能化升级做出我们自己的贡献,为实现国家的碳达峰、碳中和做出一点贡献。

今天我的汇报到此结束,同时也欢迎大家到信发集团来指导、学习、互相交流。

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