DCS性能计算功能若干问题

近年建设的火力发电厂普遍采用了分散控制系统(DCS)，其功能设计中无例外包括性能计算的要求。无须回避，这一功能的实际应用效果常常不如人意。以至有人提出，今后DCS设计中，可否取消“性能计算”。显然，在追求经济效益现实中，任何业主都不能接受这个建议。如何认识这一问题及如何解决这一问题呢?这是本文探讨的课题。
人们对DCS性能计算功能都有些什么问题不满意的地方呢?
第—，准确度不够。按照计算机的功能，人们期望发电厂性能计算应该达到很高的准确度，例如，达到进行经济核算报表需要的精度，实际上并没有达到。
第二，不能给运行操作人员提供及时参考数据，使他们可以及时改进操作，提高机组效率。
第三，热效率计算包括的范围常有不够科学之处，难于对机组经济运行状况及时准确地作出全面评价。
DCS性能计算存在的问题，常常被其他的一些问题掩盖，例如，所谓应采用“正平衡”或“反平衡”哪一种计算效率方法等问题。然而，实际的问题焦点并不在于此。为了便于讨论，这里还是首先对目前性能计算软件中采用的一些基本的计算方法，作一个简单回顾，以便对上述问题讨论，有一个科学、实际的基础。
一、锅炉灶率计算的两种方法
目前国内DCS设计时，效率计算包括在 DAS功能中，是由DCS系统供货商提供设计．在编制招、投标文件时，常常需确定锅炉效率采用正平衡或反平衡计算方法。
在此不介绍正平衡和反平衡效率计算的两种具体算法，因为它已经形成多年，为同行们熟悉．仅就它们的特点及在DCS系统中使用中的一些问题进行简略介绍。
正平衡方法的基本原理，是锅炉生产的有用热量(包括新蒸汽热量、再热蒸汽热量、由锅炉直接输出的非锅炉自用的其他有用热量)除以入炉燃料总热量，用此计算锅炉效率的方法。
其中锅炉生产的有用热量(简称q1)的测量和计算，对于正平衡或反平衡的计算方法都是相同的。问题是入炉燃料总热量的计算。
正平衡的算法是直接测量入炉燃料的数量，乘以发热量，得到入炉燃料总热量。
过去，在相当长的一段时期内，入炉燃料量的计量一般只能采用输煤皮带秤等方式进行，难以作到及时准确测量。特别是，入炉煤的化验，取样的代表性、时效性带来的误差很大，即使进行热效率实验较好的条件下，标准误差评价也在近2％。运行条件下，测量误差特大于这个值。因此，即使现在，对于采用有中间煤粉仓式的燃烧系统，采用正平衡计算效率，测量入炉煤数量的计量，也是一个不小的难题。
由于入炉煤量计量的困难，产生了反平衡锅炉效率计算方法。
采用反平衡计算方法时，避开直接测量入炉煤量的难题，采用直接测量锅炉生产的有用热量，同时测量锅炉的热损失，即排烟损失q2，化学未完全燃烧损失q3，机械未完全燃烧损失q4，排渣(飞灰和炉渣)损失q5，散热损失q6，反过来推算入炉燃料量的方法，故称为“反平衡法”。
q3~q6计算中，主要依靠化验资料和经验系数估算。q2则通过测量烟气空气过剩系数，以及利用对燃料成分分析数据，计算理论烟气量，推算出烟气量，乘以排烟温度得出。
因此，按照反平衡法，锅炉效率为：ηk＝(ql／ql+q2+q3+q4+q5+q6)XlOO％
在此方法中，虽然众多的经验系数，使反平衡计算准确度也不高，但是避开了对入炉煤量测量和对燃料发热量的经常化验，理论上认为，其误差小于正平衡误差，例如一般热力实验条件下估算为l％左右。
近年来，在大型火力发电机组中，广泛采用中速磨煤机直吹系统或双进双出钢球磨等直吹系统，并且配备可以对入炉燃料量进行相当准确、及时测量的计量式给煤机，使正平衡计算精度大大提高，并且可以连续测量，相关数据直接进入燃烧调节和DAS系统。在这种情况下，有人提出，在DCS系统用正平衡代替反平衡的建议。
实际项目运作中，DCS即使配置了正平衡计算软件，zui终用户也常常要求不放弃反平衡的计算方法．之所以如此，由于以下的原因：
A.zui终用户对DCS性能计算软件的要求，常常不但是满足报表的需要，还希望为运行人员提供经济运行操作进行指导。例如，需要知道那些参数发生变化对锅炉效率的影响程度；在何种工况下如何调整机组的参数，使机组保持的经济运行状态等。原始运行参数设定值是通过热力试验和操作经验积累得到的，锅炉实际运行时，情况常常发生了许许多多的变化。采用正平衡，机组效率等于只计算一个总帐，不利于分析机组运行状况的变化。反平衡方法则可以从各项热损失中，相对方便的寻找改善操作的途径。
B．反平衡的各项指标直观，易于操作、比较，所谓运行“小指标”，为中国电厂经济运行规范考核指标。
因此，实际上DCS设计中，常常配置两种算法软件，以满足zui终用户的要求。
可是，zui终用户仍常常不满意。这既包括对计算精度方面要求，也有其他方面，这里既有合理的要求，也有需要商榷的地方，本文将就此问题进行讨论。
二、汽机效率的计算
汽机的效率基本计算原理，采用测量进入汽机系统热量减去送回锅炉和其他辅助系统的回收的热量，去除发电机有用功率折合的热量得出汽机的效率。
大型机组都具有再热系统。再热蒸汽流量的测量，由于在再热系统内不能装设流量测量(节流型)装置，因此使进入汽机热力系统的热量计算存在一定的困难。
过去传统的方法，采用在某些关键部位，如测量#2高加疏水流量，推算再热蒸汽流量的方法。
近期建设的一些工程，利用DCS系统计算能力强的特点，采用按照凝结水流量，各级抽汽在加热器的焓差，计算抽汽流量和各级加热器效率、凝汽器效率，从而计算再热蒸汽流量和汽机效率。这种方法，类似与锅炉的反平衡的方法，也广泛为zui终用户接受。
有些部位的流量，不可能安装测量装置时，(如轴封用汽、疏水系统某些管道等)应考虑适当修正。
对于化学补充水的热焓、汽动给水泵的耗汽量等，效率计算中也不能列为常数。
三、全厂热效率的计算
全厂热效率理论上讲是锅炉效率和汽机效率乘积，即：
η＝ηk×ηT
对zui终用户来讲，更关心的是净热效率，或者讲供电效率。
净热效率当然包括发电机效率、厂用电消耗等。而且，还要考虑计算其它一些复杂因素。例如，对于水泵增压后工质热焙的变化就应当仔细考虑。凝结泵、给水泵对工质讲，是个绝热压缩过程，增加了工质的内能、焓值，如对高温高压机组，凝结水泵后水温会提高 15度以上，给水泵后则会提高40度以上，这些温度的提高常常是以消耗厂用电为代价的。计算热效率、分析热效率时，不可以不考虑。
类似的问题，在电厂运行中，还相当多。
从以上讨论，是否可以得出这样一些基本看法：
一、在DCS设计中，采用正平衡、反平衡计算热效率都是可以的，都是必须的。
二、热效率计算中，对于各种辅助系统用汽，对于厂用电和热效率的关系等因素，也应给以密切关注。
下面来讨论，zui终用户对热效率计算的一些意见。
首先是计算精度问题。
和采用手抄表进行机组性能计算方法相比，DCS性能计算有了质的飞跃。计算精度的提高是显而易见的。
一般来讲，在计算公式、计算软件完善的情况下，DAS系统提供的热效率计算结果精度，可以达到热力试验时水平，这是一个不错的水平。
为什么zui终用户对此不满呢?有以下原因：
一、由于设计中提供的计算公式、计算方法、计算软件与电厂实际情况结合不紧密， DAS系统性能计算结果，达不到应有的精度。
我们知道，在发电厂没有计算机控制系统以前，热控专业设计内容中，是不包括性能计算这一部分的。而现在已经广泛采用DCS系统的情况下，也没有见到有关规定、规程、规范，要求热控专业完成这—项设计工作。然而，这确实是—项需要从设计的开始阶段直到整个设计过程中，需要全面认真考虑的工作。包括性能计算公式的选取；相应测点的配置；计算方法和计算软件的编制和审核等等。遗憾的是，其他专业，例如工艺专业，虽然负责热力系统的计算与设计，但是对于DAS系统中的性能计算，也不是他们关心的事情，可以想象，对于这样一件重要的事情，从设计开始就分工不明确，出了问题要想得到完满的解决，也不太可能。这是问题的根源。当然，到底这件事该谁管，可能是个复杂的问题，但是这件事应有人管，其道理是显而易见的。
目前通用的做法，要求DCS供货厂商提供相应性能计算软件，也把计算公式、方法一并包括在内。
根据近年来本人接触到的DCS供货商，虽然按照标书要求，提供了性能计算的软件，但是，除少数供货商外，大部分都是按照一些标准的格式提供软件。这些‘标准软件’，虽然没有原则上的不妥，但是，和工程的具体情况结合不密切，细致部分更经不起推敲。对于一些不好测量的数据代以常数，甚至忽略不计，
使整个系统精度大大降低。例如，辅助蒸汽流量，甚至汽动给水泵用汽量等都照此办理。这样性能计算的结果就失去了准确性。和供货商谈判中，关于此部分软件，中方分工不明确，常常谈的不深不细，问题到工程中就难于解决。
二、有些zui终用户对DCS厂商提供的性能计算软件，进行了仔细的修正。认为可以达到很高精度。但是发现仍然不能达到财务报表的要求，例如，计算机系统提供的燃料消耗累计量误差就不能达到要求。为什么呢?
影响燃煤电厂成本管理的zui主要的一项是煤量的消耗，反映在性能计算中即是所谓发电标准煤耗、供电标准煤耗指标，但是影响这些指标的因素，除去DCS已包括的热力系统效率计算以外，还有如煤场管理等因素。
从燃煤进入发电厂到进入原煤仓的过程，属于燃料车间范围，其中对发电厂热效率影响大的是煤场管理。在所有DCS设计中，煤场管理从不包括在内。但是，从其对发电厂热效率影响来考虑，煤场管理至少以下一些方面是十分重要的：
来煤检斤。运煤列车从煤矿发车煤炭数量与到达电厂实际收到的数量存在差异。这是由于发车数量不准、中途丢失、水分变化、空车皮计量不准等原因，都直接影响实际进入电厂燃料数量的计量准确度。许多电厂的经验证明，这一环节对电厂的实际热效率的影响，如果不于重视，甚至大于同期改善运行操作带来的效益。现在不少电厂设置了专门计算机来强化这一环节的管理工作。
煤场管理。燃料在存放过程中，会发生物理损失(风吹走，雨水冲走等)和化学损失(由于自燃造成发热量的损失)。堆放不合理，存储数量不恰当，煤场存煤条件不理想等原因，都会对燃料实际应用造成明显的影响。
煤场管理环节损失多少燃料呢?估计，每月损失相当于煤场日储存量的o．5%，这个数量大于性能计算的误差。因此，不管DCS性能计算多么完备，发电厂每月都需要对煤场进行盘点，修正性能计算的结果。换句话讲，DCS性能计算达到财务报表精度要求，至少应和煤场管理计算机功能统一考虑、交换数据。
从另一方面讲，如果认为DCS性能计算精度高，应满足财务报表准确度的要求，或者要求逐步向这个方面努力，那是不现实的．满足财务报表准确度的要求，应该是包括了 DCS功能在内的电厂管理系统计算机的任务。因为DCS达不到那样要求。即使DCS性能计算达到o．s％的精度，也不能满足财务报表准确度的要求。例如，对于100万千瓦电厂，5000小时利用率，一年50亿度发电量，按照每度300克标准煤耗，约合500克原煤计算，一年耗煤250万吨，o．5％即是1．25万吨。如果不进行煤场盘煤，就不可能和煤场存煤数量对上，财务报表无法平衡。
三、现在DCS供货商提供的性能计算软件，以及操作指导软件，都投有包括如何为机组的经济运行提供指导的部分。例如，在各种工况下如何设定机组的主要参数，以及一些主要参数偏离正常值后对机组经济运行的影响；直至如何确定磨煤机负荷分配和运行方式；以及风机、水泵等附属设备的运行方式等。所有这些主辅机的运行方式，对于发电厂的净热效率都有明显的影响。
DCS性能计算发展方向应该是：
一、努力提高性能计算的相对精度，即是针对不同的运行方式、工况、不同的设备状况、不同的操作，性能计算的结果在变化方向上，应该是完全正确的，并在此基础上力求达到较高的精度。这包括依据的尽可能完善、科学的计算公式；合理的采样周期和数据的合理处理；对热力过程参数补偿运算方案正确选择；以及软件的编制等等工作。显然，仅仅依靠仪表供货商是不行的。
二、努力提高操作指导应用软件的研究。应当讲，提高性能计算精度不是目的，zui终目的是改善操作，提高机组运行的经济效益。也就是说，DCS性能计算不是仅仅给出一个计算结果，同时，应该给出机组热效率变化趋势及其原因，才是DCS优势。但是，目前DCS功能设计中，有关改善机组经济运行<主机、辅机)要求，从招标文件起，就如同空白，离开这个主题，讨论性能计算功能，实际上是本末倒置。
把以上讨论的问题归纳一下，提出如下建议，供有关方面考虑：
一、应当重视DCS性能计算功能设计和软件的编制，因为它会为企业带来经济效益，不言而喻，在市场经济的今天其重要性是不以任何人的主观意愿而转移的。
二、DCS性能计算设计技术分工，应克服历史留下的不够明确分工缺陷，例如．设计阶段由设计院热工专业或机务专业负责，其他部门(调试单位、电厂等)应负责什么工作等。不能延续由“仪表供应商负责”而业主工程师无人负责的作法。
三、性能计算应用软件的开发和发展，应沿着正确的方向前进。发挥计算机功能的优势，不再争论“正平衡”或“反平衡”等枝节问题，也不在非DCS能够完成的功能上寻找出路，DCS性能计算功能一定可以进一步发展，得到zui终用户的欢迎。