【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 求解 。 4) 機(jī)組間負(fù)荷分配方法研究。對(duì)并列運(yùn)行機(jī)組間 的 負(fù)荷分配優(yōu)化算法作出分析，并對(duì)動(dòng)態(tài)規(guī)劃法進(jìn)行了詳細(xì)的研究，介紹了動(dòng)態(tài)規(guī)劃法的基本概念、方程、求解問(wèn)題的一般步驟，以及動(dòng)態(tài)規(guī)劃法應(yīng)用于負(fù)荷優(yōu)化分配的決策過(guò)程。 5) 實(shí)例分析。以甘肅某 電廠 4 300? MW 機(jī)組 為例，擬合出同一工況下 的煤耗特性曲線，將多目標(biāo) 模糊 優(yōu)化理論和動(dòng)態(tài)規(guī)劃法應(yīng)用于 四 臺(tái)機(jī)組的負(fù)荷優(yōu)化分配。在 相同約束下， 對(duì) 以 標(biāo)準(zhǔn) 煤耗為目標(biāo)的單目標(biāo)優(yōu)化 模型 和本文提出的多目標(biāo)優(yōu)化 模型 進(jìn)行仿真 ，并從煤耗和變負(fù)荷時(shí)間上進(jìn)行 比較。 6) 結(jié)論及展望 華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文 7 第二章 機(jī)組的煤耗特性 的 確定 機(jī)組的煤耗特 性曲線是進(jìn)行負(fù)荷優(yōu)化分配的前提和基礎(chǔ)，要得到最優(yōu)的負(fù)荷分配方案， 首先要得到各機(jī)組準(zhǔn)確的煤耗特性曲線。 隨著計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展，許多機(jī)組都裝有 SIS，借 助于該類(lèi) 系統(tǒng)，通過(guò)建立機(jī) 組各單元的性能模型， 可以在線計(jì)算出煤耗與 機(jī)組出力的關(guān)系，從而得到各臺(tái)機(jī)組實(shí)時(shí)的煤耗特性曲線。 經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的 選擇 討論機(jī)組負(fù)荷優(yōu)化分配，通常選用的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)主要有以下幾種 ： (1) 熱耗率 熱耗率是指機(jī)組承擔(dān)某一負(fù)荷時(shí)，每單位負(fù)荷消耗的熱量。 機(jī)組運(yùn)行時(shí)，不僅僅是消耗熱量，還消耗電能，由于各機(jī)組的廠用電不能忽略，故熱耗率是不能全面地衡量一臺(tái)機(jī)組的生產(chǎn)效率。 (2) 供電成本 供電成本能全面準(zhǔn)確反映機(jī)組性能的優(yōu)劣，但由于供電成本包括的因素太多，使其所建數(shù)學(xué)模型過(guò)于復(fù)雜，難于求解。而且又由于諸如工資、燃料價(jià)格等 因素隨市場(chǎng)的變化而不斷波動(dòng)，還可能導(dǎo)致其數(shù)學(xué)模型失真。 (3) 供電 煤耗 以 供 電煤耗 作為負(fù)荷優(yōu)化分配的目標(biāo)函數(shù)， 抓住了問(wèn)題的主要方面，即具體性、穩(wěn)定性和可比性， 忽略了問(wèn)題的次要方面，如工資、價(jià)格的波動(dòng)因素 ， 與以供電成本為目標(biāo)函數(shù)相比，簡(jiǎn)化了數(shù)學(xué)模型，使其數(shù)學(xué)求解簡(jiǎn)單，尤其是當(dāng)其它費(fèi)用比較固定，且機(jī)組出力變化不大時(shí)，則煤耗量與機(jī)組出力的關(guān)系就近似于供電成本與機(jī)組出力的關(guān)系。 機(jī)組煤耗率與煤耗量是兩個(gè)不同的概念 ， 煤耗率是評(píng)價(jià)機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的一個(gè)重要指標(biāo)，機(jī)組煤耗率越小，經(jīng)濟(jì)性就越高。一般情況下機(jī)組煤耗率是通過(guò)煤耗量 求得的。其關(guān)系式非常簡(jiǎn)單，如下式所示： iii PFb /? (21) 其中， ib 為機(jī)組的煤耗率 ， iF 為機(jī)組的煤耗量 ， iP 為機(jī)組對(duì)應(yīng)負(fù)荷。 標(biāo)準(zhǔn)煤耗是指火電廠每生產(chǎn) 1千瓦 小時(shí)的電能所消耗標(biāo)準(zhǔn)煤的數(shù)量，單位是克/(千瓦 小時(shí) )(g/kwh)。 標(biāo)準(zhǔn) 煤亦稱(chēng) 為 煤當(dāng)量，是將不同品種、不同含熱量的能源按各自不同的含熱量折合成為一種標(biāo)準(zhǔn)含量的統(tǒng)一計(jì)算單位的能源。能源的種類(lèi)不同，計(jì)量單位也不同，華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文 8 如煤炭、石油等按噸計(jì)算；天然氣、煤氣等氣體能源按立方米計(jì)算；電力按千瓦小時(shí)計(jì)算；熱力按千卡計(jì)算。為了求出不同的熱值、不同計(jì)量單位的能源總量， 必須進(jìn)行綜合計(jì)算。由于各種能源都具有含能的屬性，在一定條件下都可以轉(zhuǎn)化為熱，所以選用各種能源所含的熱量作為核算的統(tǒng)一單位。常用的統(tǒng)一單位有千卡、噸標(biāo)準(zhǔn)煤 (或標(biāo)準(zhǔn)油 )。我國(guó)目前采用標(biāo)準(zhǔn)煤為能源的度量單位。 標(biāo)準(zhǔn)煤的計(jì)算目前尚無(wú)國(guó)際公認(rèn)的 統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)， 1千克 標(biāo)準(zhǔn)煤的熱值，中國(guó)、前蘇聯(lián)、日本按 7000千卡計(jì)算，聯(lián)合國(guó)按 6880千卡計(jì)算。 標(biāo)準(zhǔn)煤耗率 :將不同發(fā)熱量的各種煤統(tǒng)一折算成發(fā)熱量為 29308千焦 /千克的 “標(biāo)準(zhǔn)煤 ”后算得的煤耗率。主要用于在燃用不同煤種的各個(gè)發(fā)電廠之間進(jìn)行熱經(jīng)濟(jì)性比較。 本文 選取 標(biāo)準(zhǔn)煤耗 (g/kwh)作為 代表經(jīng)濟(jì)性指標(biāo) 的 優(yōu)化 目標(biāo) 函數(shù) 。 機(jī)組煤耗特性曲線的確定方法 大 型火電機(jī)組一般是由鍋爐、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)和變壓器串連而成的單元制機(jī)組，火電機(jī)組的發(fā) 電是通過(guò)燃料 的燃燒和中間一系列 的能量轉(zhuǎn)換，最后是以電能的形式輸出 (本文中的機(jī) 組均指燃煤機(jī)組 )。 總之， 發(fā)出一定功率，就要消耗一定燃料 ， 火力發(fā)電機(jī)組的耗量特性即為穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí) ， 煤耗 和 機(jī)組出力 的關(guān)系特性。 機(jī)組的燃燒耗量 F和 輸出的電能 P的關(guān)系很復(fù)雜，一般情況下， F不僅是 P的函數(shù)，還與 P的變化率有關(guān)，如果再考慮汽輪機(jī)閥門(mén)開(kāi)度的調(diào)節(jié)、機(jī)組啟?；虻拓?fù)荷燃燒時(shí)需要投油 、 穩(wěn)燃等因素，兩者的關(guān)系將會(huì)更復(fù)雜。 簡(jiǎn)單起見(jiàn) ，這里僅討論機(jī)組輸入輸出的靜態(tài)關(guān)系， 即 輸出的電能 P長(zhǎng)期不變條件下的關(guān)系， 也就是機(jī)組的煤耗特性，表示為： )(PFF? (22) 根據(jù)這種關(guān)系繪制的曲線就是煤耗特性曲線。 煤耗特性曲線的確定大致 有 幾 種方法：一是利用制造廠家提供的原始數(shù)據(jù)和 機(jī)組的熱力試驗(yàn) 相結(jié)合的方法 求??；二是 由機(jī) 組日常運(yùn)行數(shù)據(jù)記錄整理得出； 三是 通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù) 采集不斷修正原來(lái)的煤耗特性的方法 獲得 ；四是利用 SIS在線擬合各臺(tái)機(jī)組的煤耗曲線 。 以上幾 種方法中， 由于 方法一 要通過(guò)針對(duì)性的熱力試驗(yàn)得到，獲得的數(shù)據(jù) 雖然比較 準(zhǔn)確，但 試 驗(yàn)任務(wù)繁重和其 它 的一些客觀因素，導(dǎo)致這種方法無(wú)法在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)； 由于 需要分工況下 的煤耗曲線， 方法三 和 方法四都 不太適合 ； 本文從 SIS實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)讀取 原始數(shù)據(jù)， 將原始數(shù)據(jù) 整理 和處理 ， 得到與機(jī)組的 供電 功率 P(MW)相對(duì)華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文 9 應(yīng)的 標(biāo)準(zhǔn) 煤耗 數(shù)值 F(g/kwh)，再 經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù) 擬合，即可獲得機(jī)組的煤耗 特性曲線。 一般地，對(duì)于單元機(jī)組， 供電 煤耗 *F (t/h)可表示為鍋爐效率 η、單元機(jī)組熱耗率 q(kJ/kwh)以及 供電 功率 P(MW)的函數(shù)： * * / ( * )F P q Q?? (23) 式 中 ： Q為標(biāo)準(zhǔn)煤低位發(fā)熱量，規(guī)定每公斤發(fā)熱量為 ? kJ/kg， (即每公斤 7000大卡 )。 也可以用下式將原燃料折合成標(biāo)準(zhǔn)煤： KJQFF3* 39。39。*?? (24) 上式中： *F 供電 煤耗量 (t/h)； 39。F 原煤燃料量 (t/h)； 39。Q 每公斤原煤獲得發(fā)熱量 (KJ)。 由以上公式 分析 可知： 機(jī)組的 供電 煤耗 *F 可以通過(guò)測(cè)取鍋爐效率 η、單元機(jī)組熱耗率 q(kJ/kwh)和 供電 功率 P (MW)來(lái)確定。 從而最終 計(jì)算出來(lái) 標(biāo)準(zhǔn) 煤耗 ， 即 可 得到機(jī)組的煤耗特性方程 。 原始數(shù)據(jù) 熱力 計(jì)算 求 出 煤耗特性曲線方程 本文分別從各機(jī)組的運(yùn)行報(bào)表中選取 20個(gè)工作點(diǎn)，這 20個(gè)工作點(diǎn)均勻分 布在機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行的范圍內(nèi)，即為機(jī)組額定負(fù)荷的 60～ 100%范圍內(nèi) (機(jī)組不投油、能投自動(dòng)的情況下 )。 為了比較真實(shí)的反映機(jī)組的煤耗特性，每個(gè)工作點(diǎn)均選取若干組數(shù)據(jù)。由于運(yùn)行報(bào)表的數(shù)據(jù)可能不夠合理，必須對(duì)所選的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從中舍棄不合理的數(shù)據(jù)組，然后將剩下的各組數(shù)據(jù)中的同名數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)平均，即： nXX ni i??? 1 (25) 式中， iX — 經(jīng)篩選 后的同名數(shù)據(jù) n — 經(jīng)篩選后的數(shù)據(jù)組數(shù)， X 該工作點(diǎn)下的參與熱力計(jì)算的參數(shù)。 可以從以下兩方面進(jìn)行對(duì)數(shù)據(jù)的篩選： (1) 根據(jù)物理常識(shí)或工程技術(shù)原理判斷數(shù)據(jù)的合理性 例如，在汽輪機(jī)調(diào)節(jié)閥門(mén)開(kāi)度不變的情況下，如果沒(méi)有其 它 操作且設(shè)備運(yùn)行正常，當(dāng)主蒸汽壓力升高時(shí)，主蒸汽流量、監(jiān)視段壓力、各段抽汽壓力以及機(jī)組功率華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文 10 都應(yīng)該相應(yīng)增大。在這種情況下，若發(fā)現(xiàn)其中某個(gè)數(shù)據(jù)反而減小，顯然不合理，應(yīng)將這個(gè)數(shù)據(jù)所在的數(shù)據(jù)組剔除。 (2) 應(yīng)用 Grubbs檢測(cè)方法 [38]判斷 若某個(gè)參數(shù)有 n 個(gè)原始數(shù)據(jù)，分別為 nXXX , ,21 ? ，于是有： nXX ni i??? 10 (26) 殘差為： 0XXii ??? ),2,1( ni ?? (27) 假定原始數(shù)據(jù)是正態(tài)分布，則均方根誤差按 Bessel式估計(jì)，即： )1(12 ??? ?? nni i? (28) Grubbs方法是先選定一個(gè)危險(xiǎn)率 ? ，然后根據(jù) n 和 ? 查表得到臨界值 ),( ?nT ，若其中某個(gè)數(shù)據(jù)滿足下式， 則認(rèn)為是異常數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)組應(yīng)該舍棄。 ),( ?? nTi ?? (29) 在舍棄一組數(shù)據(jù)后，總的數(shù)據(jù)少了一個(gè)，所以應(yīng)重新計(jì)算 0X 和 ? ,再重復(fù)上述方法判別是否有其他異常數(shù)據(jù)。至于危險(xiǎn)率 ? ，根據(jù)有關(guān)經(jīng)驗(yàn)一般取值 。 機(jī)組的熱力計(jì)算采用常規(guī)的熱平衡方法。它以主蒸汽流量為基準(zhǔn)，而主蒸汽和再熱蒸汽都為高溫高壓過(guò)熱蒸汽，其流量測(cè)量很難得到保證，可能會(huì)出現(xiàn)偏差，這里更重要的是熱力計(jì)算的結(jié)果所體現(xiàn)的煤耗特性曲線的趨勢(shì)。 由于機(jī)組熱力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、規(guī)模龐大，影響原始數(shù)據(jù)的因素很多，例如系統(tǒng)漏水漏汽、有補(bǔ)給水流入、閥門(mén)關(guān)閉不嚴(yán)等。因此，為了簡(jiǎn)化熱力計(jì)算，假設(shè)原始數(shù)據(jù)是在以下條件下得出的： (1) 熱力系統(tǒng)沒(méi)有泄漏； (2) 各機(jī)組均無(wú)補(bǔ)給水進(jìn)入； (3) 各機(jī)組之間的各種聯(lián)通管閥門(mén)處于關(guān)閉狀態(tài)，以防止各機(jī)組間有汽水混 合而影響機(jī)組性能的獨(dú)立性； (4) 旁路門(mén)和逆止門(mén)關(guān)閉嚴(yán)密，如高壓加熱器的旁路門(mén)、高壓缸旁路門(mén)、備用泵的出口逆止門(mén)等，以免引起熱力計(jì)算的誤差； (5) 不計(jì)給水在高壓加熱器內(nèi)的阻力損失； (6) 各個(gè)測(cè)點(diǎn)均穩(wěn)定可靠，數(shù)據(jù)通訊部分沒(méi)有錯(cuò)誤，由于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)點(diǎn)不全而導(dǎo)致的少量數(shù)據(jù)缺失，可參考機(jī)組出廠數(shù)據(jù)說(shuō)明書(shū)。 華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文 11 鍋爐效 率 η 鍋爐效率的計(jì)算有正平衡和反平衡兩種方法 [39]，正平衡法需要測(cè)取煤的流量，但目前國(guó)內(nèi)外尚未找到精確測(cè)量煤粉流量的方法，故在線確定機(jī)組的煤耗特性時(shí)，應(yīng)用“正平衡”法不能精確計(jì)算鍋爐效率 ；應(yīng)用反平衡法計(jì)算鍋爐效率時(shí)，需要知道煤的成分與熱值，這些數(shù)據(jù)一般來(lái)自化學(xué)車(chē)間的分析結(jié)果，近年來(lái)采用 ? 射線在線測(cè)定煤的熱值已取得一定的進(jìn)展，但鍋爐排煙氧量與飛灰可燃物的測(cè)取還沒(méi)有得到很好的解決。對(duì)于具體的電廠，目前可以根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)將這些無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)定的參數(shù)指定為定值，如有需要可根據(jù)機(jī)組大修前后試驗(yàn)的結(jié)果隨時(shí)調(diào)整。 計(jì)算鍋爐效率的反平衡法的公式 [40]為： 1 2 3 4 5 61 q q q q q q? ? ? ? ? ? ? ? (210) 式中 ， ? — 鍋爐反平衡效率； 1q — 可忽略不計(jì)； 2q — 排煙熱損失 的份額 ； 3q — 化學(xué)不完全燃燒熱損失 的份額 ； 4q — 機(jī)械不完全燃燒熱損失 的份額 ； 5q — 鍋爐散熱損失 的份額 ； 6q — 灰渣物理熱損失 的份額 。 以上各熱損失中， 3q ， 4q ， 5q ， 6q 所占總損失的份額很小，且它們 (4q 除外 )的求取依賴(lài)于灰渣的化驗(yàn)。 在此，它們可忽略不計(jì)，因此，假設(shè)它們?yōu)榱?。 計(jì)算鍋爐效率的反平衡法的公式可簡(jiǎn)化為： 21 q??? (211) 排 煙熱損失 2q ： 煙氣離開(kāi)鍋爐機(jī)組的最后 受熱面時(shí)，還具有相當(dāng)高的溫度， 排煙 所擁有的熱量隨煙氣排入大氣而不能得到利用，造成排煙損失。它 帶走了一部分鍋爐的熱量，是大容量鍋爐所有的熱損失中最大的一項(xiàng)，一般為 512%。 因此在計(jì)算時(shí)應(yīng)扣除這部分熱量 。 2q 主要與排煙容積和排煙溫度有關(guān)， 故 簡(jiǎn)化的 排煙損失 計(jì)算公式為： ? ?? ?sfpy2py12 ttkkq ??? ? % (212) 式中， 21,kk — 簡(jiǎn)化函數(shù)，大小和煤種有關(guān)，推薦值見(jiàn)表 21； pyt — 排煙溫度 C? ，來(lái)自 測(cè)量的 原始數(shù)據(jù)； sft — 送風(fēng)機(jī)進(jìn)口溫度 C? ，一般取平均環(huán)境溫度， Ct ??20sf ； 2O — 煙氣中氧含量的體積百分?jǐn)?shù) %，可測(cè)得。 華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文 12 py? — 排煙的空氣過(guò)剩系數(shù)；由以下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算： ?????? ??? 1 001 00O21 21 42py q?