火电企业供热生产集中化、智能化的改造实践

2019-12-20任新生

综合智慧能源 2019年11期

任新生

(华电江苏能源有限公司望亭发电分公司，江苏苏州 215000)

1 背景

十九大报告中提出，要推进资源全面节约和循环利用，实施国家节水行动，降低能耗、物耗，实现生产系统和生活系统循环链接。为了统筹工业生产过程中的资源分配和发展，以集中式蒸汽供热系统取代各企业自建的小型锅炉房已成为工业企业用热的首选。集中式供热系统不仅可以显著降低企业使用蒸汽的成本，提高供热可靠性，提升企业竞争力，更有利于促进区域产业发展的良性循环，同时兼顾生活系统的用热需求，加快构建生态文明社会的步伐[1-2]。

华电江苏能源有限公司望亭发电分公司(以下简称望电公司)现有6台机组，其中2台为300 MW级亚临界燃煤机组(#11和#14机组)，2台为390 MW F级燃气-蒸汽联合循环发电机组(#1和#2机组)，2台为660 MW超超临界燃煤机组(#3和#4机组)。自2012年实施供热改造起，望亭公司历经三期改造项目，4台燃煤机组均已成为供热机组，其中300 MW级亚临界燃煤机组经省经信委认定为“热电联产”机组，替代苏州、无锡两市多家小热电及区域锅炉房，现作为两市的热源支撑，承担着向地区供热的任务，为两市的民生稳定、经济发展做出贡献。

传统供热企业的信息化应用和分散控制、人工调网的粗放式管理模式[3]已经不能满足新时期供热企业生产、经营服务等诸多方面的要求，另外，无锡、苏州两地分散的供热区域、差异化的用热需求使得望亭公司迫切需要建立一套完整健全的智能热网管控平台，通过智能热网系统平台实施按需供热、精准供热策略[4]，实现数字化、精细化、差异化供热，做到合理供热，杜绝浪费。满足不同的用户需求，从而提高供热质量和管理水平、增加生产效率和节能降耗，进而带来良好的社会效益和经济效益[5]。

1.1 国外供热状况

国外集中供热在第二次世界大战后得到迅速发展，目前集中供热处于世界前列的国家有俄罗斯、丹麦、瑞典、德国、日本、美国等，不论是设备、技术还是管理等方面都处于世界领先水平。俄罗斯专家对工业供热中电站供水温度及供热半径，以及管径与供热的经济性进行了研究。法国、美国等专家对长距离供热蒸汽的输送展开了研究，分析了基于树状管网的蒸汽管网的热耗及压降以及管网的保温材料的规格。就目前能查到的文献而言，国外文献对于工业蒸汽输送管网的研究主要集中在管道保温等节能技术方面，对多机组多联供系统的课题研究较少。

1.2 国内供热状况

国内集中供热系统节能技术研究，包括相关专利、论文等，侧重于采暖供热方面的研究较多，涉及工业智能供热、供热经济性和智能调度方面的内容较少。

1.3 改造意义

望电公司本次改造的核心理念为“智能工业供热及其节能技术”，对供热系统多机组多热源的多联供方式进行关键设备和供热系统的节能优化分析，寻找供热最佳经济方式；打造统一调度调节平台，满足热用户的差异化用热需求；进行供热机组供热安全性的研究，最终实现望电公司工业供热系统可靠性和安全性提升，达到经济供热与智能调度的目的。

通过实施“智能工业供热及其节能技术”的改造，在保证工业用户需求的同时优化全厂供热系统，不仅能够减少节流损失从而降低煤耗，而且能够有效减少粉尘、二氧化碳、二氧化硫气体排放，经济和社会效益潜力巨大，积极实现无锡、苏州两地集中供热达到第3代水平[6]。

2 智能热网系统

2.1 调度中心建设

三期供热改造实施过程中，配套建设了全厂供热控制中心，为实现全厂供热系统的统一调度，将一期、二期控制器搬迁至供热控制中心，依照《一、二期供热远程站服务器迁移安全注意事项》执行，初步实现了全厂供热参数的采集与整理，全面监控全厂供热系统的运行情况，以及全面调节配汽站所属设备。

供热控制中心人员依照无锡、苏州两地热网调度人员的要求，对全厂供热汽源进行掺配以满足不同供热管路的出口参数，另一方面按照各机组实际运行工况，调整各抽汽汽源的分布，合理保障满足热网需求及机组侧运行工况稳定，实现了供热质量的提升，最终实现了节能降耗目标。全厂供热系统示意如图1所示，图中：一抽为一段抽汽；三抽为三段抽汽；四抽为四段抽汽；冷再为冷段再热器；热再为热段再热器；中排为中压缸排汽。

2.2 热力生产运行智能控制系统

热源优化控制的目的是提高锅炉运行效率，降低热损失、节能降耗[7-9]。供热智能化调节首先根据各供热机组抽汽汽源经济性进行优选，在满足热用户需求的情况下，实现供热、发电经济运行。

热力生产运行智能控制系统是在原有热网控制系统的基础上升级发展起来的，随着该公司自动控制水平的提高，由人工粗放调节向计算机精细调节转变，最终实现热网统一调配管控(如图2所示)，实现系统化、精细化能源管理。

供热联箱A有5路进汽：匹配器A，匹配器B，匹配器A/B旁路，#14机组三段抽汽，联箱A，C，D连通进汽调节阀；运行压力：1.0～1.2 MPa；运行温度：355 ℃；联箱对外供热量：50～200 t/h。出汽：#1线、#9线。扩展出汽：#2线、#5线、#6线。

本次建设的生产运行智能管理系统是以配汽站设备——供热联箱A的压力调节[10]为目标展开实施。供热联箱A是一个多机组、多蒸汽参数、多组合方式的蒸汽混合节点[11]，受机组负荷调节、供热蒸汽参数变化范围大、各供热支路供热负荷测点缺失等因素的影响，联箱压力控制难度大。

通过大量的逻辑判断，结合大数据分析以及人工调节方式[12-13]，在细分运行方式、辨明汽源参数和约束条件的基础上，另辟蹊径，实现了基于分时控制的多个独立比例-积分(PI)调节回路对同一目标参数的协同控制。同时，实现了各供热支路按照EO优化模块生成的供热效率优先次序分配负荷，并且兼顾到联箱温度控制、机组供热负荷限制。

图1 全厂供热系统示意

图2 热网控制系统

供热联箱A压力调节回路可以单个投自动，也可以多路组合投自动。当多路组合投自动时，同一时刻，4个调节阀只有1个在开或关，并且开的时候，最小开度的设备先开，关的时候，最大开度的设备先关。系统在多路自动同时投运时，经过一定的运行时间，所投自动的调节阀开度会趋于一致。

在分布式控制系统(DCS)画面中，设计有联箱A压力自动总操作按钮，联箱A压力控制在手动时，显示“联箱A压力手动”，联箱A压力控制在自动时，显示“联箱A压力自动”。鼠标左键单击上述按钮，弹出如下联箱A压力控制总操作窗口，总操作窗口实际是4个联箱压力控制阀操作窗口的集中显示，如图3所示。

在“供热一期控制”画面中，设计有联箱A负荷调度总操作按钮；当联箱A负荷调度在“EO”模式时，显示“EO”优先级；当联箱A负荷调度在“手动”模式时，显示“手动”优先级；当联箱A负荷调度在“平均”模式时，显示“平均”优先级；鼠标左键单击总操作按钮，弹出联箱A负荷调度总操作窗口，如图4所示。

图3 总操作窗口显示

联箱A负荷调度总操作窗口包含调度方式选择和调度优先级2部分内容。其中左侧调度方式选择部分有3种模式，分别为“EO”模式、“手动”模式和“平均”模式。调度方式选择上部分显示当前模式，下部分有4个按钮“EO”“手动”“平均”“确认”，运行人员通过这些按钮选择不同的调度模式。当需要选择“EO”模式时，先单击“EO”按钮，然后单击“确认”按钮，系统就切换到“EO”模式，当前状态栏就会显示“EO”；当需要选择“手动”模式时，先单击“手动”按钮，然后单击“确认”按钮，系统就切换到“手动”模式，当前状态栏就会显示“手动”；其他模式的选择方法相同。

右侧优先级部分有“EO优先级”“手动优先级”和“实际优先级”。如图4所示，对4个调节器的优先顺序排序，“EO优先级”反映了4个调节器的调节优先顺序，数字越小，优先级越高；“手动优先级”是操作员可以人为判断设定一个优先级，通过上/下箭头调整数值，然后单击“手动优先级”栏的“确认”按钮，4个调节器的优先级手动输入完成并且生效；“实际优先级”是当前调度方式下，最终逻辑判断出的优先级，当在“EO”模式下，实际优先级显示的是“EO”产生的优先数值；当在“手动”模式下，实际优先级显示的是操作员手动输入的优先数值。

为了操作安全起见，在操作“EO”“手动”“平均”“确认”按钮前必须通过单击深色“调度方式选择”区激活按钮，激活区红色方框选中，方可进行操作；对于4个调节器手动优先级设定同样需要分别单击深色“匹配器A”“匹配器B”“匹配器A/B旁路”“机14抽三供汽”区激活设定箭头，相应的激活区方框选中，方可进行操作。

图4 负荷调度窗口操作显示

控制策略得到了运行实践的检验，联箱压力控制有效、平稳，负荷调度结果符合预期。该控制策略对于自动化控制设计水平起点不高的旧供热系统改造，有借鉴、推广意义。

2.3 安全供热系统

因供热控制中心网络系统与各供热机组控制网络的通信问题，目前仅部分实现安全供热。

依据制造厂提供的各供热机组供热安全边界条件，实现了对各机组抽汽负荷进行限制，以保障机组安全供热，其余影响机组安全或供热安全的参数设置需要进一步协商后设置。

在“供热蒸汽联箱”画面中，设计有“#11机再热供热流量限制”“#14机再热供热流量限制”按钮。当匹配器A/B调节阀在自动状态时，通过此窗口可以设定此路汽源允许调节的最大/最小流量，以防止供热蒸汽的过量调节影响机组侧的安全，此时联箱A压力控制回路会切换到旁路或机14抽三控制方式，单击按钮弹出如下操作窗口，如图5、图6所示，窗口中运行人员可以对供热流量的上限/下限进行设置，窗口中也显示了实际供热流量以及机组当期负荷下允许的供热流量测点。运行人员可以在窗口的设定区手动输入限制值，然后单击“ENTER”按钮写入控制回路，此限制值生效。