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大數(shù)據(jù)技術應用于火電機組深度調峰

2018-11-15 23:20:27 電力設備管理  點擊量: 評論 (0)
根據(jù)大數(shù)據(jù)技術的特點,針對火電機組深度調峰的重點問題,探討大數(shù)據(jù)技術應用于火電機組深度調峰研究的具體方向和實現(xiàn)方案,提出針對機組爐側和機側的具體應用策略,并闡明如何基于大數(shù)據(jù)平臺完善這些應用并利用大數(shù)據(jù)技術確保機組的安全性和經(jīng)濟性。

大數(shù)據(jù)技術應用于火電機組深度調峰

中電華創(chuàng)電力技術研究有限公司陳鑫 王乃斌 劉利 徐威

摘要:根據(jù)大數(shù)據(jù)技術的特點,針對火電機組深度調峰的重點問題,探討大數(shù)據(jù)技術應用于火電機組深度調峰研究的具體方向和實現(xiàn)方案,提出針對機組爐側和機側的具體應用策略,并闡明如何基于大數(shù)據(jù)平臺完善這些應用并利用大數(shù)據(jù)技術確保機組的安全性和經(jīng)濟性。

關鍵詞:大數(shù)據(jù);深度調峰;機器學習;智能診斷;燃料管理

隨著測量原件和信息處理技術的快速發(fā)電廠DCS系統(tǒng)中所存儲的生產(chǎn)運叟據(jù)的數(shù)據(jù)量呈幾何級數(shù)增長,這價值高等大數(shù)據(jù)的明顯特征,可以被認定為是大數(shù)據(jù),對這些數(shù)據(jù)的挖掘和分析,有助于掌握機組乃至整個電力生產(chǎn)系統(tǒng)的內在規(guī)律,充分提高設備的可靠性和經(jīng)濟性。

隨著工業(yè)數(shù)字化的發(fā)展,先進的計算機技術與工業(yè)生產(chǎn)實際結合日益緊密,使得大數(shù)據(jù)技術用于研究和指導火電機組深度調峰成為可能,下文將對其應用路線進行探討。

1大數(shù)據(jù)技術簡介

大數(shù)據(jù)是指數(shù)據(jù)規(guī)模大到在獲取、存儲、管理、分析方面大大超出了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫軟件工具能力范圍的數(shù)據(jù)集合,電力企業(yè)的生產(chǎn)運行數(shù)據(jù)即具有此類特征。大數(shù)據(jù)技術實際是指對這些有意義的數(shù)據(jù)進行專業(yè)處理,從中得由多個變量潛在聯(lián)系和規(guī)律,從而指導生產(chǎn)活動,即通過“加工”實現(xiàn)數(shù)據(jù)的“增值”。

企業(yè)組織利用相關數(shù)據(jù)和分析可以幫助降低成本、提高效率、開發(fā)新產(chǎn)品、做出更明智的業(yè)務決策。對電網(wǎng)企業(yè)來說,使用大數(shù)據(jù)分析可以預測電網(wǎng)負荷波動、分析售電形勢、加快智能電網(wǎng)建設等;對于發(fā)電企業(yè),大數(shù)據(jù)技術可以指導設備運行、優(yōu)化檢修計劃、降低停機風險等,把大數(shù)據(jù)技術應用到深度調峰研究中也將收益巨大。

2鍋爐側應用路線

影響鍋爐深度調峰的因素主要是燃料特性和鍋爐燃燒穩(wěn)定性。

2.1燃料智能摻配

機組深度調峰時,最低負荷的決定性因素為燃料特性,如摻配摻燒煤種不合理,可能導致燃燒穩(wěn)定性下降,甚至鍋爐熄火、制粉系統(tǒng)故障、鍋爐結焦嚴重等情況。所以在深度調峰前,需預先設定可靠的燃燒煤種,以保證運行的安全性和經(jīng)濟性。

燃燒煤種的選配可建立基于大數(shù)據(jù)平臺的“燃料智能摻配”系統(tǒng),具體構建框架見圖1。燃料入廠前經(jīng)過機械化自動采樣和全成分智能檢測,保證全面掌握煤質特性,把相關數(shù)據(jù)導入燃料特性數(shù)據(jù)庫,根據(jù)機組負荷預測和設備運行狀態(tài)等信息使用數(shù)據(jù)挖掘手段和機器學習算法對煤種摻混方式和比例進行實時優(yōu)化,指導燃料入爐工作。對燃燒不同煤種時火焰燃燒狀況、輔機運行狀態(tài)、爐內熱力參數(shù)進行記錄分析,同時反饋進入燃料特性數(shù)據(jù)庫,機組外界,包括同一集團或不同集團的同類型機組可以進行數(shù)據(jù)共享。

2.2燃燒數(shù)據(jù)分析

機組在進行深度調峰時,鍋爐動力場包括一次風、二次風、燃料量均下降,燃燒溫度降低,脫硝、脫硫、電除塵等減排設備運行參數(shù)改變,常規(guī)工況下的運行規(guī)范已很難全面指導此狀態(tài)下的運行操作。

發(fā)電企業(yè)目前采取的措施主要是通過試驗或試運行摸索規(guī)律,在實踐中積累經(jīng)驗,但通過運行人員摸索出的規(guī)律具有很強的局限性和主觀性,很難精確把握客觀規(guī)律,最大程度地保證機組運行安全經(jīng)濟,同時單一發(fā)電企業(yè)的摸索和積累過程緩慢,消耗成本巨大。

如建設一套基于大數(shù)據(jù)平臺的“燃燒數(shù)據(jù)分析中心”,則可結合最新的計算機技術指導機組深度調峰的運行工作,具體構建框架見圖2。鍋爐包括相關輔機的運行參數(shù)和性能指標實時導入燃燒數(shù)據(jù)分析中心進行處理分析,運用機器學習算法并結合外界同類機組數(shù)據(jù)進行燃燒建模,根據(jù)模型給出最優(yōu)控制參數(shù),指導深度調峰下的運行工作,同時詔錄運行狀況反饋回燃燒數(shù)據(jù)中心。

2.3基于神經(jīng)網(wǎng)絡的火焰燃燒穩(wěn)定性檢測

爐內燃燒穩(wěn)定性是影響機組深度調峰能力的關鍵因素?;谏窠?jīng)網(wǎng)絡的鍋爐內火焰燃燒穩(wěn)定性檢測方法,可以有效提高鍋爐內火焰燃燒穩(wěn)定性的檢測精度,為深度調峰狀態(tài)下爐內燃燒的安全性提供先進的監(jiān)控手段。該方法利用神經(jīng)網(wǎng)絡算法,選取與火焰穩(wěn)定性直接相關的多個特征作為神經(jīng)網(wǎng)絡的輸入向量,通過對樣本的多次訓練能夠去除雜質燃燒引起的微小脈動的影響,克服傳統(tǒng)方法檢測準確度不高的問題。

3汽輪機側應用路線

汽輪機及其熱力系統(tǒng)的運行經(jīng)濟性是影響機組調峰期間煤耗指標的最主要因素,同時處于變工況運行的汽輪機,其通流部分的氣動特性與設計值發(fā)生較大偏離,設備的安全性和壽命損耗也需得到準確的評估。

3.1汽輪機滑壓運行智能優(yōu)化

為確保機組運行經(jīng)濟性,汽輪機的滑壓運行曲線需根據(jù)深度調峰狀況重新擬定,包括重新確認滑壓運行經(jīng)濟負荷起止點,滑壓運行壓力,確保汽輪機在調峰期間調門開度合理,進汽節(jié)流損失小,主蒸汽參數(shù)穩(wěn)定。目前主要采用試驗方法對汽輪機滑壓方式進行優(yōu)化,試驗過程繁雜,同時在調峰狀態(tài)變化或機組調逮系統(tǒng)改造后需重做試驗。

結合大數(shù)據(jù)平臺開發(fā)“汽輪機滑壓運行智能優(yōu)化”系統(tǒng),根據(jù)負荷預測和機組運行狀況,對滑壓曲線進行預見性地修正,保證機組在常用工況點經(jīng)濟性最優(yōu),同時滿足AGC等調控系統(tǒng)的要求?;诖髷?shù)據(jù)平臺的滑壓運行調節(jié)系統(tǒng)還可以擬合并分析同類型機組的滑壓曲線,結合自身設備狀況進行仿真分析。

3.2汽輪機安全智能診斷

深度調峰給汽輪機帶來多種潛在的安全問題,如排汽溫度升高引起缸體變形和軸承位置變化,可能導致汽輪機軸系振動增大;低壓末級動葉易誘發(fā)顫振;低壓葉片水蝕狀況可能加重;滑壓運行加重材料低周疲勞,影響機組壽命。

對于這些安全問題的評估應該在機組深度調峰前就展開,并且通過系統(tǒng)的研究,使得機組各方面的風險能夠清晰呈現(xiàn),并針對風險制定相應策略。建立基于大數(shù)據(jù)平臺的“汽輪機安全智能診斷中心”能夠很好的達到目的,該系統(tǒng)構架如圖3所示,安全診斷中心內運用先進的數(shù)值模擬方法對機組的典型工況進行通流計算,對通流部分的熱力特性、流動特征和熱應力狀態(tài)全面掌握,運用流固耦合算法計算低壓缸末級葉片的水蝕和顫振狀況,經(jīng)過與實際運行狀況的對比來評估設備的安全性。該系統(tǒng)在機組深度調峰可行性研究時就可介入,貫穿機組的全壽命周期,其安全預警的準確度隨著數(shù)據(jù)量的累積會不斷提升。

3.3輔機運行智能控制

深度調峰也會影響到輔機運行的安全性和經(jīng)濟性,針對深度調峰時輔機運行安全和節(jié)能的需求,可運用大數(shù)據(jù)挖掘和分析技術,收集同類型機組和同一機組不同工況下的運行數(shù)據(jù),經(jīng)過學習型算法的優(yōu)化計算,擬合出各類輔機的工作曲線或工況點參數(shù),并且可嵌入機組控制系統(tǒng),實現(xiàn)自動跟蹤控制。

4結論

針對火電機組深度調峰的技術難點和大數(shù)據(jù)技術的應用特點,探討大數(shù)據(jù)技術應用于火電機組深度調峰研究的具體路線,提出針對鍋爐側和汽輪機側重點問題的具體應用策略,包括鍋爐側在燃料智能摻配、燃燒數(shù)據(jù)分析、火焰燃燒穩(wěn)定性檢測問題上運用大數(shù)據(jù)技術的方案架構,汽輪機側在汽輪機滑壓運行智能優(yōu)化、汽輪機安全智能診斷、輔機運行智能控制方向上的應用步驟。工業(yè)數(shù)字化是大勢所趨,大數(shù)據(jù)技術與深度調峰研究相結合將會產(chǎn)生巨大收益。四

參考文獻:

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[2]孫海彥,高煒,劉潤華等.1000MW超超臨界機組深度調峰研究與實踐[J].上海電力學院學報,2017,33(6):559-562.

[3]趙峻屹,孟江麗,大機組深度調峰運行的可靠性與經(jīng)濟性研究方式的探討[J].山西電力,2005,127(4):27-30

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責任編輯:繼電保護

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