★ 蔡煌达（国能神福（晋江）热电有限公司，福建 晋江 362271）

摘要：本文首先对发电厂在机组容量不变情况下如何提高对外供热的供热量和发电量以及如何实现自动控制的问题进行分析，提出采用除盐水蓄热系统，在夜间用热低谷时使用对除盐水进行蓄热，在用热高峰时使用热除盐水进行锅炉补水，通过在分散控制系统中植入大数据自学习系统来精准地将除盐水蓄热系统控制适应机组在高低负荷的自动控制。详细介绍了该系统实现自动控制带来的社会效益及经济效益。

关键词：除盐水蓄热；自动控制；调峰填谷

1　引言

随着国家针对环境监测的相关政策出台，发电厂基本承担了一个地区的集中供热，而在企业不断发展壮大的同时，供热量也在逐步增长，对外供热能力日渐不足，除盐水系统面临着补水量不足、可靠性下降的现象。现通过改造增加了一套除盐水蓄热系统，根据机组负荷运行情况自动将蒸汽和除盐水投入到除盐水蓄热系统中进行换热，把热能直接储能到水中，基本没有能量转换损失，释放能量时，自动将储存的热水直接供机组使用，不需要进行能量转换。并且该自动控制系统利用大数据分析和学习方法，根据负荷高低和需要的时间来自动上水、自动蓄热，起到夜间填谷、白天顶峰的效果，减少昼夜的供热峰谷差的同时也减少了供热峰值高于机组额定供热而被迫采用双减供热热损失，从而提高了全厂热效率。

2　背景

公司原设计除盐水备用箱在供热高峰期保证除盐水泵正常运行的前提下基本上仅能维持2~3小时的备用水量，补水量不足，系统可靠性较低，而夜间低谷时则相对富余。根据目前公司机组运行情况，白天供热量超过公司的最大供热能力，夜间则有余量。通过改造增加了一套除盐水蓄热系统，运行人员根据机组负荷运行情况手动将蒸汽和除盐水投入到除盐水蓄热系统中进行换热，把热能直接储能到水中，基本没有能量转换损失，释放能量时，运行人员手动操作将储存的热水直接供机组使用，不需要进行能量转换。当白天热用户用量增加时，夜间存储的大量热水用于机组补水，减少了供热高峰期大气式除氧器加热除盐水需要的自用蒸汽量，将该部分用汽用于热网。运行人员在操作除盐水蓄热系统时，需要根据机组运行情况频繁操作执行机构，从而使运行人员工作强度大，容易造成误操作、热量损失或较少对外供热能力，降低经济效益。现需采用自动控制方法在保证整个系统的协调、统一性及完整性的前提下来实现除盐水蓄热系统的自动调峰及储能的功能，降低运行人员工作强度，实现经济效益最大化，达到自动、节能、环保、减员的要求。

2.1　系统方案概述

在机组容量不变情况下，设置一套加热器的除盐水蓄热系统，该系统由一台100%容量的混合器加热器、除盐水蓄热水箱、一台出水升压泵以及相应的联接管道、阀门、电气、热工仪表等组成。加热器布置于水箱上方，疏水可通过自流的方式直接进入蓄热水箱。该除盐水蓄热系统在夜间供热低谷时，既可满足机组补水，保证全厂6~10小时的备用水量，也可增加机组的排汽量用于加热补入的除盐水，还能避免锅炉负荷过低。

2.2　自动控制系统概述

传统的运行人员通过操作经验设置固定参数进行单回路控制时，容易导致上水过快存在过调，不稳定，过慢时间过长；蓄热时也一样，过快存在超调，不稳定，过慢时间太长。使用需根据需要时间来上水和蓄热后，控制平稳，即什么时间开始蓄能，什么时间开始释放热能。故利用遗传算法进行大数据分析，克服这种大滞后、大惯性回路，手动控制时运行操作频繁，利用遗传算法和机器学习后，统计出热能需求与时间的关系并存储起来，再利用每天的热能需求变化，修正学习和存储的热能需求。经过大数据的统计和分析，提供当天储能的最短时间和最长时间，释放热能的最短和最长时间，该自动控制系统算出储能的时间边界和释放热能的时间边界，再自动进行上水、储能和释放热能，这样机组的控制更安全和平稳。

2.3　系统操作流程

当对外供热负荷下降时，供热蒸汽和除盐水都有余量时，打开蓄热水箱进水调节门将多余的除盐水补进除盐水蓄热罐内最高至15.5m高度自动关闭进水调节门；同时为维持背压机高负荷运行，对外供热负荷下降时打开除盐水蓄热罐进汽调节门将多余的背压排气供至除盐水蓄热罐内对除盐水进行加热至95℃自动关闭进气调节门。在白天对外供热负荷上升时，关闭除盐水进水门和进汽门，启动热除盐水泵，打开热除盐水泵出口门将已加热完成的热除盐水输送至大气除氧器，当水箱水位低于0.8m时自动停止热除盐水泵运行。

2.4　自动控制说明

除盐水蓄热站的全自动控制，分为3个部分：自动上水、自动蓄热、自动放热，全部写入于和利时MACSV654系统中。

（1）自动上水：设定除盐水蓄热罐水位目标、上水时间（上水快慢，自动上水过程中，也可以修改水位目标和上水时间），然后投入蓄热水箱进水调节门自动，系统将会根据设定的水位目标和时间，自动上水，直到水位达到目标为止。为了避免过调，水位大于动态目标时，动态上限幅；接近最终目标时，快速关小进水阀门，动态限制调节指令。达到最终水位目标时关闭进水阀，停止上水，等待下次进水。

（2）自动蓄热：设定除盐水蓄热罐温度目标、升温时间（升温快慢，自动升温过程中，也可以修改温度目标和升温时间），然后投入蓄热水箱进汽调节门自动，系统将会根据设定的温度目标和时间，自动升温，直到水位达到目标为止，并关闭进汽门。为了避免过调，温度大于动态目标时，动态上限幅；接近最终目标时，快速关小进汽阀门，动态限制调节指令。达到最终目标时关闭进汽阀，停止加热蓄能，等待下次进汽和蓄热。

（3）自动放热：在白天对外供热负荷上升时，关闭除盐水进水门和进汽门，投入热除盐水泵自动，打开热除盐水泵出口门将已加热完成的热除盐水输送至大气除氧器，当水箱水位低于0.8m时自动停止热除盐水泵运行。水位低时，停止蓄热水泵运行，等待下次上水、升温后再释放热量。

（4）蓄热和放热时间边界学习：机器通过迭代学习统计出每天24小时内的热量需求，并与前一天统计（开始是经验值，手动输入，过后就自动统计）和存储起来的值进行平均，得到一个新的能量需求值，并存储起来，为后一天统计和未来某天的需求做准备。前一天的值与当天的值的权重各占50%，兼顾过去的同时，也能适应未来的能量需求变化。同理，每隔1个小时记录得到一个整点的热量需求值，用这种方法就可以得到24个热量需求值（当然根据能量需求曲线变化趋势，可以调整学习的时间点，也可以是12点，简化算法），采用曲线拟合方法，近似得到一天24小时的热量需求曲线。根据这个曲线，得出开始储存热能、多储存能量、要结束储能控制的时间，同时也得出开始释放热能、多释放、少释放和结束热能释放的时间，知道这些边界后，控制变得简单。

2.5　效益

（1）节能降耗

当机组供热量高于背压机组的额定供热量时，则需要投入双减进行配合供热。相比而言，双减供热较机组供热需要消耗的主蒸汽高，且其无法用于增加发电量，设置除盐水蓄热水箱后，可改变部分供热峰值时被迫采用双减供热的状况，减少了双减供热时较大的主蒸汽消耗，同时也增加了部分低谷时因机组供热量增加而增加的发电量。

（2）系统可靠性

在提高机组低负荷运行能力的前提下，不至于使机组因低负荷而被迫停机或停一台炉的事件发生。同时，该系统中的蓄水箱还储存一定的除盐水热水，在除盐水系统发生异常时可保证机组补水，采用罐内储存的已加热的除盐水，为除盐水系统的检修恢复赢得时间，提高除盐水系统的可靠性。否则，一旦除盐水系统异常，机组在极大供热量的工况下将因补水能力不足造成对外供热的被迫中断，而随着供热量的下降，将导致停运一台炉的异常事件，严重时甚至可能使背压机组的进汽量低于安全进汽量从而发生机组被迫停运的机组非停事件。

（3）环境保护

因背压机组的特性，锅炉出力受到外网热用户用汽的影响，当夜间热负荷较低时，锅炉同样处于低负荷阶段，严重影响氮氧化物的化学反应，有可能出现环保排放不合格的现象，极大影响了公司的环保安全。该系统改造实施后，通过提高夜间自用汽量，达到提高夜间锅炉出力的目的，提高锅炉出力后，有效改善了夜间供热低谷时期锅炉出口氮氧化物的处理能力，实现环保达标排放的效果。

（4）经济效益

全年按运行7560小时进行经济性计算，考虑不可预计因素按0.9的系数进行折减，年增加售电量680.41万kW‧h，年增加顶峰供热量167.58t，总收入746.24万元，总利润267.45万元。

参考文献：

[1] 鲍学斌. 一种水蓄热系统[P]. 中国专利: CN210345889U, 2020-04-17.

[2] 谭天, 熊红权, 黄志伟. 一种热水器温点控制自学习系统[P]. 中国专利: CN208349590U, 2019-01-08.

[3] 尤申平, 等. 采暖期蓄热调峰项目改造方案及可研分析报告[J]. 热电技术, 2006, (03) : 18 – 21.

作者简介：

蔡煌达（1990-），男，福建晋江人，助理工程师，学士，现就职于国能神福（晋江）热电有限公司，研究方向为电厂热工自动化设备管理维护及程控保护。

摘自《自动化博览》2022年5月刊