【正文】 （ NQ） 2 圖 35 并聯(lián)泵組性能示意圖 （ 5）循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化的其他約束條件： 熱力發(fā)電廠的工業(yè)用水量占循環(huán)水量的份額較小，且水量變化比較小，在建模中可以忽略不計(jì)，這樣總循環(huán)水量為 11mnti pjiiQ Q Q?????? 循環(huán)水系統(tǒng)的總阻力由 n臺(tái)循環(huán)水泵并聯(lián)運(yùn)行產(chǎn)生的揚(yáng)程 Hp來(lái)克服，即有 Hoc=Hp 循環(huán)水泵并聯(lián)運(yùn)行總流量的低限和高限 揚(yáng)程 H 功率 N 流量 Q （ HQ） 1 （ HQ） 2 (HQ)1/2 (NQ)1 (NQ)1/2 河海大學(xué)工程碩士專業(yè)學(xué)位論文 27 循環(huán)水泵一般都有其長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的工作范圍， 設(shè)有 2 臺(tái)循環(huán)水泵并聯(lián)運(yùn)行，其性能曲線分別如圖 3 一 5中的曲線 2所示， 1號(hào)泵流量的高低限分別為 Q1max、 Qlmin， 2號(hào)泵流量的高低限分別為 Q2max、 Q2min，并聯(lián)運(yùn)行的總性能曲線如圖 3一 6中的曲線 3所示，則這 2臺(tái)循環(huán)水泵并聯(lián)運(yùn)行總流量的低限和高限分別為圖中的曲線 Qmax、 Qmin，同理， n臺(tái)循環(huán)水泵并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，只要知道每臺(tái)泵的流量范圍，就能確定處并聯(lián)運(yùn)行的后總的流量范圍，即有 : Qmax≥ Q≥ Qmin 各凝汽器分路的阻力系數(shù)的低限當(dāng)?shù)?i 臺(tái)凝汽器循環(huán)水分路總的調(diào)節(jié)閥門開(kāi)足時(shí)，其管路阻力系數(shù)最小，若記為 ，正常運(yùn)行時(shí)必須滿足 ξ i≥ξ imin 凝汽器正常運(yùn)行真空的高低限 為了保證凝汽器以及整個(gè)機(jī)組的正常運(yùn)行，真空必須控制在一定范圍之內(nèi)設(shè) Pkmax 和 Pkmin分別為背壓的高低限，則有 Pkmin≤ Pk≤ Pkmax。泵的并聯(lián)運(yùn)行時(shí)候的情況，遵循揚(yáng)程不變、流量疊加的原則，并聯(lián)后的總功率等于各個(gè)泵功率之和。 圖 33循環(huán)水系統(tǒng)的總阻力特性 總循環(huán)水系統(tǒng)可以等效成圖 34所示的系統(tǒng)，則 供水母管 B 圖 34母管制機(jī)組循環(huán)水系統(tǒng)等效示意圖 系統(tǒng)總阻力特性為 : 2()oc oc A B B CH Z Q??? ? ? ? 式中 Hoc 為 O、 C 兩點(diǎn)的高度差，ξ AB為供水母管的阻力系數(shù)，可以根據(jù)管道水力計(jì)算或水力試驗(yàn)得到。另外從下面的曲線還可以直接查到泵在不同工作點(diǎn)的功耗，方便了計(jì)算。 目前再國(guó)內(nèi)大型火力發(fā)電廠使用的循環(huán)水泵大多為混流泵，有些還可調(diào)葉片角度。 Dw是冷卻水量 (kg/h)，△ t 是冷卻水溫升，可以用下式計(jì)算 39。 h 計(jì)算獲得凝汽器總傳熱系數(shù) K 后，根據(jù)下式可以計(jì)算得到傳熱端差： 87 1KFcDwtet? ??? 河海大學(xué)工程碩士專業(yè)學(xué)位論文 24 其中 Fc是冷卻水管外表面積 (m2)。 φ w為考慮冷卻管內(nèi)流速的修正系數(shù)； φ t為考慮冷卻水溫度的修正系數(shù)； φ ζ 為考慮冷卻水流程的修正系數(shù)； 中占為考慮凝汽器蒸汽負(fù)荷變化的修正系數(shù)； 修正系數(shù)ξ的確定 :由于總傳熱系數(shù)的主要決定因素是冷卻管內(nèi)流速和冷卻 水溫，而汽側(cè)空氣的存在對(duì)這兩個(gè)因素的影響機(jī)理與水側(cè)臟污是相同的，所以，在凝汽器運(yùn)行過(guò)程中，系數(shù) ξ =ξ m+ξ c+ξ a。別爾曼公式的顯著特點(diǎn)是比較全面地考慮了影響傳熱系數(shù)地各種因素，且考慮了比蒸汽負(fù)荷變化的修正系數(shù)，所以用該公式在進(jìn)行凝汽器變工況計(jì)算是比較合適的，當(dāng)然該公式在實(shí)際應(yīng)用時(shí)候也存在一些問(wèn)題，比如設(shè)計(jì)工況下凝汽器的清潔系數(shù)選擇帶有一定的盲目性。 通過(guò)計(jì)算也可以近似得到，然后用試驗(yàn)修正。凝汽器真空主要由排氣量 Dc，循環(huán)水溫度 twl，循環(huán)水量 Qr以及冷卻管材修正系數(shù)ξ m，臟污系數(shù)ξ c，汽側(cè)空氣聚集量修正系數(shù)ξ a有關(guān)，凝氣器的變工況特性可以用上面的式子表示。 另外還可以利用汽輪機(jī)制造廠提供的汽輪機(jī)低壓缸排氣壓力對(duì)出力的修正曲線，從曲線 h 讀取常用工況下的數(shù)據(jù)然后擬合得到汽輪機(jī)特性，缺點(diǎn)是準(zhǔn)確性不高，因?yàn)殡S著汽輪機(jī)的使用，制造廠的曲線與實(shí)際情況可能有一定的差別。該特性可以通過(guò)熱力試驗(yàn)得出，一般在小范圍內(nèi)往往成非常好的線性變化。 （ 3）優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)： 循環(huán)水系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行研究就是要尋找一種合理地運(yùn)行方式。循環(huán)水系統(tǒng)的優(yōu)化過(guò)程很復(fù)雜，應(yīng)該考慮的因素很多，如循環(huán)水的進(jìn)水溫度、循環(huán)水的流速 (量 )、蒸汽的熱負(fù)荷、管子的清潔度、管網(wǎng)的阻力特性、凝汽器以及抽氣器的結(jié)構(gòu)特性，海水作為循環(huán)水的電廠還與潮汐有關(guān)。循環(huán)水系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行實(shí)質(zhì)上是尋找機(jī)組的最佳真空，一般地，真空的升高可以使出力增加，但是同時(shí)循環(huán)水泵的電耗上升，廠用電增加，因而存在優(yōu)化的可能。 河海大學(xué)工程碩士專業(yè)學(xué)位論文 21 圖 31單元機(jī)組的循環(huán) 水系統(tǒng) （ 1）單元制機(jī)組循環(huán)水系統(tǒng)： 母管制循環(huán)水供水方式，如圖 32 所示，一般有 n 臺(tái)循泵并聯(lián)運(yùn)行，通過(guò)供水母管向 m臺(tái)凝汽器供水，根據(jù)機(jī)組運(yùn)行情況和環(huán)境條件 (比如循環(huán)水入口溫度、沿海電廠的潮汐水位等因素 )只需要開(kāi)其中的某幾臺(tái)泵，或者全開(kāi)，這樣也可以起到節(jié)能作用。 單元制循環(huán)水供水方式，如圖 3l 所示，一般采用 2 臺(tái)容量 50%的循泵并聯(lián)對(duì)一個(gè)機(jī)組的 1臺(tái)或者 2 臺(tái)凝汽器供水，氣溫較低時(shí)候，運(yùn)行 1 臺(tái)泵就滿足凝汽器的工作要求，此時(shí)另一臺(tái)泵備用，氣溫較高時(shí)候，運(yùn)行 2 臺(tái)泵同時(shí)供水。過(guò)去，電廠運(yùn)行人員主要是依據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行循環(huán)水泵的運(yùn)行調(diào)節(jié)，雖然也能取得一定的經(jīng)濟(jì)性，但其效果取決于運(yùn)行人員的操作水平。對(duì)于只有 1一 2 臺(tái)機(jī)組的電廠，往往采用單元制，控制簡(jiǎn)單，不同機(jī)組互相干擾。對(duì)于這個(gè)問(wèn)題，本文第三章專門進(jìn)行了討論。 還有由于循環(huán)水溫度屬于自然條件，人為不能控制，因此不便在各個(gè)溫度下都做試驗(yàn)，因此往往試驗(yàn)數(shù)據(jù)量偏少。試驗(yàn)確定是實(shí)際做試驗(yàn)，在一定負(fù)荷和循環(huán)水溫度下，試驗(yàn)在各個(gè)運(yùn)行方式下的凝汽器的實(shí)際真空。在優(yōu)化依賴的循環(huán)水泵性能特性、管路水力性能、凝汽器性能、微增功率性能方面，它們一般采用廠家設(shè)計(jì)曲線、變工況計(jì)算、水力計(jì)算和做試驗(yàn)確定等。 總得來(lái)說(shuō)，一個(gè)電廠循環(huán)水系統(tǒng)可能運(yùn)行方式 (泵葉片開(kāi)度、臺(tái)數(shù)組合、循環(huán)水系統(tǒng)閥門開(kāi)度等 )的增加，優(yōu)化問(wèn)題趨于復(fù)雜，因此也要求有全面而正確的優(yōu)化數(shù)學(xué)模型和優(yōu)化算法。第 7 條的外高橋廠，實(shí)際應(yīng)用了這些方法，取得了很好的效果。另外一個(gè)增加調(diào)節(jié)手段的努力方向是對(duì)循環(huán)水泵電機(jī)進(jìn)行改造，使其具有多種速度可調(diào)，在低負(fù)荷或者低循環(huán)水溫度時(shí)候，降低循泵轉(zhuǎn)速，可以起到節(jié)能作用。 對(duì)上述研究進(jìn)展的分析循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化，最初大多針對(duì)單元制機(jī)組，特別是 2 臺(tái)泵對(duì) 1臺(tái)凝汽器的機(jī)組，考察了不同循環(huán)水問(wèn)題和機(jī)組負(fù)荷下最優(yōu)的運(yùn)行方式，由于設(shè)備原因，運(yùn)行方式非常有限，只有開(kāi)或者關(guān) 2 臺(tái)泵中的一臺(tái)，這樣的研究如上面的第 1 條。 8) 2020 年，閆桂煥、顧昌、鄭李坤等，給出了計(jì)算機(jī)優(yōu)化計(jì)算的程序結(jié)構(gòu)框圖，利用 Visual 可視化語(yǔ)言，基于 Windows 環(huán)境開(kāi)發(fā)了循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行的可視化軟件，介紹了優(yōu)化運(yùn)行的數(shù)學(xué)模型及其求解方法， 并對(duì)該軟件的功能特點(diǎn)進(jìn)行了簡(jiǎn)要說(shuō)明，并且還示例性地介紹了使用該軟件優(yōu)化計(jì)算一臺(tái) 300MW 單元制機(jī)組的循環(huán)水系統(tǒng)的情況。 7) 2020 年閆桂煥、顧昌等，對(duì) 30Omw 機(jī)組循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行的進(jìn)行了研究，以某電廠 300MW機(jī)組循環(huán)水系統(tǒng)為例，通過(guò)建立優(yōu)化運(yùn)行的數(shù)學(xué)模型，先用枚舉法逐步搜索出離散變量所有可能值的方法，將問(wèn)題轉(zhuǎn)變?yōu)橹挥虚y門開(kāi)度為連續(xù)變量的問(wèn)題，利用非線形規(guī)劃的混合河海大學(xué)工程碩士專業(yè)學(xué)位論文 19 罰函數(shù) SUMT 算法，計(jì)算了系統(tǒng)的最優(yōu)化運(yùn)行方式，并分析比較了采 用固定葉片角度循環(huán)水泵和采用可調(diào)葉片角度循環(huán)水泵 2類循環(huán)水系統(tǒng)的優(yōu)化結(jié)果，根據(jù)計(jì)算，在 300Mw 機(jī)組額定工況下運(yùn)行 5000 小時(shí)，系統(tǒng)采用葉片可調(diào)、配套電機(jī)不變的循環(huán)水泵，比采用固定葉片角度的循環(huán)水泵凈增加發(fā)電量為 200 萬(wàn)千瓦時(shí) 。電廠委托電力工業(yè)部熱工研究院對(duì)該廠 2號(hào)機(jī)組進(jìn)行了冷端試驗(yàn)，并且進(jìn)行了優(yōu)化計(jì)算，得出了在不同循環(huán)水溫度和不同的機(jī)組負(fù)荷下的最佳機(jī)組 運(yùn)行背壓，在此基礎(chǔ)上得出相應(yīng)的最佳泵組運(yùn)行方式，包括泵組合和葉片角度。由于上海地區(qū)電網(wǎng)負(fù)荷需求變化較大，外高橋電廠 300MW 機(jī)組白天最高負(fù)荷可達(dá) 3OOMW，夜間又降低到12OMw。 5) 1999 年，王秋穎以母管制循環(huán)水系統(tǒng)為例，建立系統(tǒng)的優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，提出了獨(dú)立運(yùn)行變量的概念，給出優(yōu)化算法 :利用直接搜索法和復(fù)形調(diào)優(yōu)法，得到最佳的泵組合及最佳循環(huán)水量。應(yīng)用最優(yōu)化理論確定求解方法，開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的通用軟件包，并運(yùn)用該軟件包得出上述優(yōu)化問(wèn)題的最優(yōu)解。 2) 1994 年，葛曉霞、廖國(guó)均等以淮南電廠 3 號(hào)機(jī)為例，依據(jù)最佳真空理論，研究了循環(huán)水泵葉角可調(diào)情況下的最佳葉角確定，以此對(duì)循泵進(jìn)行優(yōu)化運(yùn)行，取得顯著效果。 負(fù)荷實(shí)時(shí)分配的目標(biāo)函數(shù)是 : ,m in m in ( )ni t i tiB U f P? ? 考慮了負(fù)荷響應(yīng)速率約束 |Pi,t Pi,t1|≥ Ri,up△ t,| Pi,t Pi,t1|≥ Ri,down△ t 用微機(jī)進(jìn)行負(fù)荷分配，無(wú)論用哪種方法，計(jì)算速度都很快，因此負(fù)荷分配可作為電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控的組成部分，為電廠節(jié)能起到積極的作用。 按照負(fù)荷曲線分配的目標(biāo)函數(shù)是 : ,m i n m i n ( ( ) )tni t i t iiiB U f P S???? 最小停機(jī)時(shí)間和最小運(yùn)行時(shí)間約束φ（ Ui， ti， 1）≥ 0；考慮了安全因素約束φ（ Ui， ti， 2）≥ 0，即機(jī)組不能運(yùn)行在容易發(fā)生振動(dòng)區(qū)域φ（ Piti）≠ 1。對(duì)于優(yōu)化算法，等微增率方法依據(jù)的負(fù)荷一煤耗曲線要求二階偏導(dǎo)數(shù)大于零，從曲線形狀上看，就是曲線是單調(diào)遞增的，并且下凸的，具有局限性。但由于等微增率法是建立在古曲變分學(xué)原理的基礎(chǔ)之上的，為了達(dá)到整個(gè)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)煤耗最小，要求總的煤耗目標(biāo)函數(shù)為凸函數(shù)。 首要考慮的目標(biāo)是負(fù)荷響應(yīng)速度等，因此要考慮各機(jī)組的負(fù)荷響應(yīng)約束條件，當(dāng)然由于僅僅考 慮電網(wǎng)要求，是即時(shí)計(jì)算，不象前面預(yù)先優(yōu)化那么復(fù)雜，如果性能特性沒(méi)有改變過(guò)，只要計(jì)算一次，查計(jì)算結(jié)果就可以馬上得出分配方案。由于沒(méi)肴計(jì)算后續(xù)時(shí)段，所以將這些結(jié)果記錄下來(lái)，放在一邊，繼續(xù)考察第二個(gè)時(shí)段，方法跟前面一樣。所以，機(jī)組的停機(jī)和運(yùn)行，還要分別滿足最小停機(jī)時(shí)間和最小運(yùn)行時(shí)間的要求。如果考慮機(jī)組停機(jī)，還要計(jì)算機(jī)組啟停引起的直接費(fèi)用和對(duì)機(jī)組壽命影響折合成的費(fèi)用等，對(duì)比不停機(jī)的情況，確定啟停是合算，或者計(jì)算出在停機(jī)多少時(shí)間再啟才是合算的，因?yàn)轱@然短時(shí)間頻繁啟停或許比較不停機(jī) +所有機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行的情況費(fèi)用大。 下面具體敘述優(yōu)化策略 : 對(duì)于上面敘述的第一種情況，采用動(dòng)態(tài)規(guī)劃法在枚舉的過(guò)程中把中間枚舉結(jié)果記錄下來(lái)，使得枚舉過(guò)程清晰、步序明了。 另外一個(gè)是，如果是調(diào)度要求負(fù)荷變更，重新進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算比較繁瑣，比如要輸入新的負(fù)荷情況。這時(shí)，預(yù)先的優(yōu)化結(jié)果就不能用了，必須即時(shí)進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，此時(shí)一般在優(yōu)化數(shù)學(xué)模型中不再考慮啟停損失。 實(shí)時(shí)負(fù)荷優(yōu)化分配 如果發(fā)生調(diào)度負(fù)荷突變以及機(jī)組故障造成停機(jī)或者出力下降，超過(guò)預(yù)先的估計(jì)，此時(shí)需要進(jìn)行在線計(jì)算，短 時(shí)間內(nèi)做出優(yōu)化分配。由于是預(yù)選計(jì)算的，計(jì)算時(shí)間充分，甚至可以對(duì)第二天計(jì)劃曲線上負(fù)荷要求可能的一定范圍內(nèi)的偏差，可能的機(jī)組故障停機(jī)等，也進(jìn)行預(yù)先的計(jì)算，這樣第二天的許多情況已經(jīng)計(jì)算過(guò)了，只要程河海大學(xué)工程碩士專業(yè)學(xué)位論文 16 序按照第二天的實(shí)際情況，把相應(yīng)的分配結(jié)果提示給操作員即可。母管制機(jī)、爐耗量特性如滿足凸函數(shù)要求，同樣可按等微增 率分配負(fù)荷。見(jiàn)表 21 列出夏季工況下， 6 臺(tái)機(jī)均運(yùn)行時(shí)的負(fù)荷分配部分結(jié)果件。當(dāng)機(jī)組煤耗微增率與負(fù)荷之間的關(guān)系為連續(xù)或分段連續(xù)的凸函數(shù)曲線時(shí)，等微增率法分配負(fù)荷不僅最經(jīng)濟(jì)而且較方便。在電廠總負(fù)荷一定的條件下最優(yōu)負(fù)荷分配的目標(biāo)函數(shù)為 : 121 ( ) ( , , . . . . . )i iiin B GN N N NR???? () 約束條件為： 1.n iist NN? ?? () 式中 N— 電廠總電負(fù)荷 B— 總煤耗 Bi— 各機(jī)組的煤耗 Ni— 各機(jī)組的負(fù)荷對(duì) ()、()式表達(dá)的最優(yōu)化問(wèn)題的拉格朗日函數(shù)為： n1 2 3 i( , , , . . . . . . . . , ) )niL G NN N N N N??? ? ? ? ?? ni )i NWN???? ? ?? 由極限的條件可知，只有當(dāng) 0LN?? ? 時(shí)才有極限，即 河海大學(xué)工程碩士專業(yè)學(xué)位論文 15 11 1 1 122 2 2 2λ 0 λ =0λ 0 λ =0........................................ ......................BL G WN G N NBL G WN G N N?? ? ?? ? ? ?? ? ? ??? ? ?? ? ? ?? ? ? ?則則 從以上幾個(gè)方程得 12 ........... λnnBBBN N N???? ? ? ?? ? ?（ ） 式中λ — 燃料消耗微增率。對(duì)于新蒸汽流量，都不太容易測(cè)量準(zhǔn)確，采用直接測(cè)量，配合給水流量等校準(zhǔn)。我們利用鍋爐效率的目的是為了