火電廠設備安全性在線效果評價研究

毛國明，郭洪濤，冀平，黃寅，劉聰，朱天宇

（1. 華能國際電力股份有限公司玉環電廠，浙江 臺州 317600；2. 武漢華中思能科技有限公司，湖北 武漢 430074）

當今火電廠設備安全性仍就是傳統的人工巡檢以及技術人員DCS系統數據監盤實現。面對復雜的現場環境以及海量的數據，完全靠人員的經驗，已無法完全解決設備安全性評估問題。而鍋爐設備的安全性關系到整個電廠的安全運行，其設備的實時安全性評估已成為火電廠必須面對的安全管理問題。

1 設備安全性評價方法

由于鍋爐設備十分復雜，每個設備又有多個運行參數，難以建立統一的模型對其安全性進行評價。本文以華能某1000MW超超臨界鍋爐機組為例，采用模糊邏輯，并結合鍋爐機組的設備樹，構建一個表征設備運行安全性的綜合指標。

采用樹形結構表示鍋爐系統和設備，其中，每個葉子節點為可以通過表盤監測的參數，在同一層結構中，各個分支的都設置一個百分比的權重，上一層結點的評價得分由下層各結點的評價得分通過加權計算合成，直到根結點。

鍋爐主參數包括：蒸汽壓力、蒸汽溫度、爐膛負壓、火焰強度信號等，其中，蒸汽壓力又包含有主蒸汽壓力、分離器出口壓力、再熱蒸汽進口壓力和再熱蒸汽出口壓力，蒸汽溫度又包含主蒸汽溫度和再熱蒸汽溫度，負壓和火焰強度信號則包含多個測點值。

另外，壁溫是監測鍋爐安全性的重要指標，大型電站鍋爐由于參數水平高，管壁超溫在實際運行中經常發生，尤其是屏式過熱器、高溫過熱器等煙溫較高的區域，超溫極易使管材燒壞或者蠕變損傷而引起爆管事故，因此，為實時監測鍋爐金屬壁溫，鍋爐每一個受熱面都布置有多個測點，每一種受熱面則對應一定的報警溫度。

在配煤摻燒下，由于入爐煤量加大，送風量加大，鍋爐輔機的安全性主要考慮制粉系統、風煙系統以及輸灰和除渣系統。

設爐主參數安全性評價為BS，輔機的安全性評價為AS，壁溫安全性評價為WS，鍋其權重因子分別為α1、α2和α3，則鍋爐機組總體的參數安全性評價St為：

St=α1BS+α2AS+α3WS

St為一個百分制正數，且為一個正指標，其值越大表示鍋爐參數的安全性評價越高。

2 安全性評分方法

2.1 實施步驟

步驟1：實時采集火電廠鍋爐設備運行信息，包含主設備信息以及輔助設備信息；其中鍋爐主設備運行信息包括鍋爐金屬壁溫溫度、主蒸汽溫度、再熱蒸汽溫度、主蒸汽壓力、再熱蒸汽進口壓力、再熱蒸汽出口壓力、分離器出口壓力、爐膛負壓值以及火檢強度；鍋爐輔助設備運行信息，包括制粉系統運行信息、風煙系統運行信息以及其他輔助系統運行信息。

步驟2：對采集而來的有效信息進行時序篩選，并剔除非有效信息。

步驟3：對鍋爐設備的權重因數進行設置：根據鍋爐設備的不同層級劃分，權重因數包含主輔機權重因數、系統權重因數、設備權重因數以及測點權重因數。

步驟4：選擇鍋爐設備安全性在線評價的方法，分別有線性加權法和區間評分法等兩種評分計算模式，為鍋爐設備的各測點進行安全性評分提供算法支持。

步驟5：根據已選擇的線評價方法（插值法或區間法），對不同層級的鍋爐設備的各個測點進行安全性評價打分，最終根據設置好的設備權重因，計算不同設備、系統、主輔機以及鍋爐的安全性評價分數。

步驟6：根據不同的評價分數對鍋爐設備、系統、主輔機以及鍋爐進行安全性評價顯示，顯示結果可以為百分制，或優良中差顯示。

2.2 實際算例

以受熱面鍋爐處置水冷壁為例計算其安全性評分。利用兩種方法分別對鍋爐金屬壁溫中的垂直水冷壁壁溫進行安全性評價，首先是線性插值法：

滿負荷下鍋爐垂直水冷壁的正常運行溫度為T0=520℃左右，報警值為525℃，高報值為Tmax=530℃，其安全值到高限值為521～530℃，此時測點溫度為T，當T＜521℃時，安全性評分FCZ=Fmax=100；T＞Tmax=530℃時，安全性評分FCZ=Fmin=0；當T介于521～530℃時，安全性評分FCZ=(Fmax-Fmin)·(Tmax-T)/(Tmax-T0)。

表1

采用區間評分法，則參數在不同區間，設備安全性評價分數去不同的固定值。

選擇該電廠1#機組2020年5月27日18時14分20秒時刻SIS系統中的十個垂直水冷壁測點表征垂直水冷壁的安全性，其實時安全性評價得分見表1所示。

則利用線性插值法，垂直水冷壁的安全性綜合評分Fzh為：

則利用區間法，垂直水冷壁的安全性綜合評分Fzh為:

3 結語

本方法不僅能對各設備、系統做出安全性評價，還能對鍋爐整體做出安全性評價，方式靈活，針對使用者的關注重點，可實現不同的設備評價結果，指導實際運行操作。通過本研究，可提高燃煤電廠設備安全性管理水平，值得推廣。