【正文】 獲得機(jī)組的煤耗，而煤耗特性是用作優(yōu)化調(diào)度，并非考評(píng)機(jī)組經(jīng)濟(jì)性之用，如果能得到即時(shí)的鍋爐效率當(dāng)然最好不過，但是只要誤差不大，還是可以接受的，沒有必要追 求其絕對(duì)值的準(zhǔn)確性。近幾年。具體來說，首先確定汽輪機(jī)的熱耗率，計(jì)算公式如下 : qi=Q/Neli=QoihoiQfwihfwi+Qri(hrihhi)/ Neli kj/kwh 其中， Q— 工質(zhì)在鍋爐內(nèi)吸收的熱量； Qoihoi一新蒸汽流量及焓值； Qfwihfwi一給水流量及焓值； Qri， ， hri ， hhi一再熱熱端蒸汽流量； Neli一單元機(jī)組輸出功率； 小標(biāo) i均表示針對(duì)的是第 i機(jī)組； 根據(jù)上面公式計(jì)算出熱耗率 qi，在轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)煤耗， 河海大學(xué)工程碩士專業(yè)學(xué)位論文 14 Bsi= Neli qi/Bη i 其中 η i 一鍋爐效率； B一標(biāo)準(zhǔn)煤低位發(fā)熱量； 其中的部分參數(shù)要借助于中間變量，對(duì)于 h0，需要由 p0、 t0(分別為新蒸汽壓力、溫度 )查焓一熵圖或利用 IFC公式求得 .對(duì)于鍋爐效率，有“正平衡”與“反平衡”兩種計(jì)算 方法，由于“正平衡”需要測取煤的流量，但目前國內(nèi)外還沒有精確測量煤粉流量的方法，故在線確定機(jī)組特性曲線時(shí)，“正平衡”法不能應(yīng)用。對(duì)于 n≥ l 的情況， ()B f P? 蘊(yùn)含在幾臺(tái)機(jī)組的供電負(fù)荷一煤耗曲線 B1=f(P1)， B2=f(P2)， Bi=f(Pi)， Bn=f(Pn)中曲線 Bi=f(Pi)幾乎跟整機(jī)組的所有設(shè)備性能特性都有關(guān)系，比如鍋爐特性，汽輪機(jī)特性、發(fā)電機(jī)特性等等，一般采用運(yùn)行或者機(jī)組綜合熱力試驗(yàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行擬合得到一定的特性 曲線，然后利用該曲線來進(jìn)行尋優(yōu)計(jì)算。nni i i iiiP P P P????； i=1,2,?? ,n； t=1,2,??? ,t； 河海大學(xué)工程碩士專業(yè)學(xué)位論文 13 實(shí)時(shí)分配時(shí)的數(shù)學(xué)模型為 : ,m i n m i n ( ( )tni t i tiiB U f P? ?? 約束為 : φ（ Ui， ti， 1）≥ 0；φ（ Ui， ti， 2）≥ 0 |Pi,t Pi,t1|≥ Ri,up△ t,| Pi,t Pi,t1|≥ Ri,down△ t , m a x , m in。i i t i i t i tP P P P P?? ? ? ? Pt=P1,t+P2,t+?? +Pi,t??? +Pn,t； , ,1 , , 2Φ ( , ) 0 。 φ ( ) 1 。不能滿足負(fù)荷響應(yīng)速率要求的機(jī)組，分配的時(shí)候就不 予以分配，對(duì)其負(fù)荷僅進(jìn)行跟蹤。另外由于突然 發(fā)生的機(jī)組蒸汽調(diào)門在一定范圍內(nèi)卡澀引起的負(fù)荷調(diào)整能力有限等故障，剔除不能運(yùn)行到的負(fù)荷范圍就可以了，即調(diào)門卡澀引起的負(fù)荷限制判斷函數(shù)θ（ Pi）≠ 1。 建議電網(wǎng)調(diào)度以一個(gè)電廠或競價(jià)上網(wǎng)的單位作為一個(gè)調(diào)度實(shí)體，根據(jù)這樣一個(gè)實(shí)體競價(jià)得到的 總負(fù)荷曲線進(jìn)行調(diào)度，再由實(shí)體內(nèi)部進(jìn)行各臺(tái)機(jī)組的負(fù)荷分配，從而使電網(wǎng)和發(fā)電實(shí)體雙方互利。 河海大學(xué)工程碩士專業(yè)學(xué)位論文 11 結(jié)論 在電力市場的條件下，目前直接調(diào)度到具體某一機(jī)組的調(diào)度方式，不能保證發(fā)電公司維持最低煤耗運(yùn)行，從而增加了競價(jià)單位的市場風(fēng)險(xiǎn) .為了降低這種風(fēng)險(xiǎn)，可以將發(fā)電公司分為幾個(gè)調(diào)度單元。 綜上，對(duì)一個(gè)獨(dú)立的調(diào)度單元，其內(nèi)部機(jī)組類型、性能特性和燃料價(jià)格一定時(shí)，在競價(jià)得到一個(gè)時(shí)段內(nèi)的負(fù)荷后，各機(jī)組若按最優(yōu)方式運(yùn)行，則 可降低發(fā)電成本，否則煤耗將提高。 條件比較 由圖 12總負(fù)荷曲線圖（考慮停用費(fèi)）可知，在整個(gè)調(diào)度周期內(nèi)， 4臺(tái)機(jī)組分擔(dān)的負(fù)荷高低依次為 : 4機(jī)組一直負(fù)荷較高，在多數(shù)時(shí)段滿負(fù)荷運(yùn)行，而 2由于煤耗率較其他 3 臺(tái)機(jī)組高得多，因此多數(shù)時(shí)段一直在出力下限運(yùn)行， 4機(jī)組雖然煤耗率最低，但由于其微增率也最低，它在相對(duì)較低 負(fù)荷運(yùn)行時(shí)煤耗率比 1和 3機(jī)組要低，所以綜合結(jié)果 4不會(huì)首先承擔(dān)高負(fù)荷。 h)，比用動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法煤耗率高39g/(kW h).煤耗率如圖 12曲線 3所示。各臺(tái)機(jī)組的負(fù)荷 P，與總負(fù)荷曲線在圖 11曲線 1所示。 h，總的燃料消耗量為 ，平均煤耗率為 )。 圖 11 負(fù)荷與單位煤耗率關(guān)系曲線圖 根據(jù)機(jī)組的設(shè)計(jì)、運(yùn)行特點(diǎn)，機(jī)組熱啟動(dòng)總耗油約折合 200t 標(biāo)準(zhǔn)煤一臺(tái)汽輪機(jī)組 1 次標(biāo)準(zhǔn)的熱啟停的壽命損失折合 1 萬元人民幣，約 30t 標(biāo)準(zhǔn)煤，所造成的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的壽命損失約%，一般允許啟停 6000 次 。以我廠有 6 臺(tái)國產(chǎn)型 100 MW 機(jī)組的電廠為例，由于是在一個(gè)電廠內(nèi)，忽略網(wǎng)損的影響。熱啟動(dòng) .熱啟動(dòng)過程中的主要額外損失之一是在啟動(dòng)過程中，從沖轉(zhuǎn)到滿負(fù)荷約需 3h，在此期間鍋爐處于低負(fù)荷狀態(tài) .為了維持鍋爐燃燒的穩(wěn)定性，必需向爐內(nèi)噴射燃油以助燃，而燃油的價(jià)格大大高于化石燃 料，按目前的比價(jià)約 10:1。為了機(jī)組的安全健康運(yùn)行，機(jī)組有一個(gè)最小運(yùn)行時(shí)間和最小停機(jī)時(shí)間限制。此時(shí)應(yīng)該考慮機(jī)組啟停損失盡 Sj。 優(yōu)化分配數(shù)學(xué)模型的約束條件 ，沒有發(fā)生停機(jī)或者需要重新開機(jī)的情況，則有： Pimin≤ Pi≤ Pimax 其中 Pimax、 Pimin，分別為第 i臺(tái)機(jī)組能長期穩(wěn)定運(yùn)行的負(fù)荷的上下限。 設(shè)第 i臺(tái)機(jī)組的供電煤耗為 Bi，全廠總供電煤耗為 B，則有 : 河海大學(xué)工程碩士專業(yè)學(xué)位論文 8 B=B1+B2+? +Bi+? +Bn 當(dāng)電廠負(fù)荷分配方式發(fā)生變化，即向量 p 改變時(shí)， B會(huì)隨之變化，因此有如下關(guān)系： ()B f p? 所以，在各機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行范圍內(nèi)的負(fù)荷分配問題即為 :在全廠總負(fù)荷 P 時(shí)候，在滿足式 (2)的前提下改變向量 p ，即改變負(fù)荷分配，使得 B 最小，此時(shí)的 p 即為最優(yōu)分配向量opp。 設(shè)全廠有 n 臺(tái)機(jī)組投入并聯(lián)運(yùn)行，全廠總負(fù)荷為 P，全廠負(fù)荷優(yōu)化分配就是將此負(fù)荷 P合理地分配到 n臺(tái)機(jī)組上。因而，機(jī)組負(fù)荷的調(diào)度必須基于經(jīng)濟(jì)性和可靠性的統(tǒng)一。電力企業(yè)必須堅(jiān)持“安全第一，預(yù)防為主”的生產(chǎn)基本方針，其效益首先體現(xiàn)在安全可靠供電的社會(huì)效益方面。 優(yōu)化分配負(fù)荷模型及考慮因素 如有報(bào)道 ， 6臺(tái) 100 MW 的高壓機(jī)組按等微增煤耗原則進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度，每天比平均分配負(fù)荷可節(jié)約 4～ 5t 標(biāo)準(zhǔn)煤。目的是在滿足用電需要，保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定和主要設(shè)備“健康”的前提下，最合理地安排機(jī)組運(yùn)行，將電網(wǎng)給定電廠的負(fù)荷經(jīng)濟(jì)地分配給熱力設(shè)備，以取得全廠和整個(gè)電力系統(tǒng)的最大經(jīng)濟(jì)效益。 （ 2）確定循環(huán)水泵運(yùn)行方式的判別條件，指導(dǎo)循環(huán)水泵的運(yùn)行 操作。正確的負(fù)荷分配和循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化數(shù)學(xué)模型和求解方法是關(guān)鍵，因此詳細(xì)研究了數(shù)學(xué)模型），然后針對(duì)優(yōu)化計(jì)算的基礎(chǔ)一設(shè)備性能確定提出了新的方法 :在分析運(yùn)行歷史數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上得出的機(jī)組性能比較接近實(shí)際情況。顯然，取設(shè)備性能特性的出廠設(shè)計(jì)值和維修試驗(yàn)值，作為實(shí)時(shí)優(yōu)化指導(dǎo) 的基礎(chǔ)，會(huì)帶來一定的偏差。 河海大學(xué)工程碩士專業(yè)學(xué)位論文 6 出廠設(shè)計(jì)值維修后試驗(yàn)值實(shí)際運(yùn)行值機(jī)組運(yùn)行時(shí)間機(jī)組熱耗率維修周期 圖 01 設(shè)計(jì)值、維修值、實(shí)際值的比較示意圖 設(shè)實(shí)際運(yùn)行值為 b1，維修后試驗(yàn)值為 b2，出廠設(shè)計(jì)值為 b3，隨著機(jī)組運(yùn)行時(shí)間的推移，設(shè)備逐步磨損、老化，在設(shè)備沒有故障的情況下，機(jī)組的熱耗率也會(huì)逐步上升，因此一般地有 : b2 b3，圖中維修后試驗(yàn)值曲線就表明了這個(gè)現(xiàn)象 。試驗(yàn)結(jié)果相比較廠家設(shè)計(jì)值而言，一般更接近實(shí)際運(yùn)行情況一點(diǎn)。另外由于做試驗(yàn)工況比較少，當(dāng)煤種變化，或者環(huán)境條件變化時(shí)候，試驗(yàn)結(jié)果跟實(shí)際運(yùn)行情況就有所差別了。另外就是機(jī)組做試驗(yàn)取得的性能特性數(shù)據(jù)，有時(shí)候與實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)還是有一定差別。廠家設(shè)計(jì)性能曲線具有參考價(jià)值，但是一般來說，由于各種各樣的原因，運(yùn)行一段時(shí)間之后，設(shè)計(jì)單位原先提供的數(shù)據(jù)資料已不能完整反映機(jī)組當(dāng)前的情況，特別是經(jīng)過改造的機(jī)組，與實(shí)際情況差 別就更大了。 根據(jù)最近的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)獲得的各設(shè)備性能，往往比較接近現(xiàn)在的性能?，F(xiàn)代發(fā)電機(jī)組都裝備有成熟完善的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)從運(yùn)行數(shù) 據(jù)庫中取得運(yùn)行參數(shù)，然后對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行綜合分析，獲得各系統(tǒng) (設(shè)備 )的性能特性。還可以對(duì)特定的設(shè)備，進(jìn)行有目的的試驗(yàn)以獲得性能數(shù)據(jù)。新機(jī)組安裝完成正式投產(chǎn)后，會(huì)進(jìn)行機(jī)組性能考核試驗(yàn)，得到當(dāng)時(shí)的各系統(tǒng)性能數(shù)據(jù)和曲線 。比如循環(huán)水泵有廠家給出的設(shè)計(jì)性能曲線或出廠性能曲線，汽輪機(jī)有廠家給出的設(shè)計(jì)熱耗率曲線。各系統(tǒng)性能特性的獲得方法，常見的有以下幾種。河海大學(xué)工程碩士專業(yè)學(xué)位論文 5 這些設(shè)備性能特性的準(zhǔn)確的獲得，是保證優(yōu)化計(jì)算結(jié)果實(shí)用、可信賴的基石。另外，在優(yōu)化目標(biāo)值的選擇問題上，還有值得探討的地方。由于循環(huán)水系統(tǒng)的優(yōu)化的是在各機(jī)組負(fù)荷確定的前提下才能進(jìn)行，所以把負(fù)荷優(yōu)化分配和循環(huán)水系統(tǒng)的優(yōu)化結(jié)合起來。通過如下步驟來實(shí)現(xiàn)電廠經(jīng)濟(jì)運(yùn)行效率 : 按照電網(wǎng)調(diào)度要求的全廠發(fā)電量，根據(jù)廠內(nèi)各機(jī)組的運(yùn)行狀況和機(jī)組效率，合理分配負(fù)荷給各臺(tái)機(jī)組，以達(dá)到提高整體效益的目的。通過本課題的研究與應(yīng)用 ， 預(yù)計(jì)可降低 100MW 機(jī)組供電煤耗降低 ～ ～ 8000t。對(duì)于有多臺(tái)機(jī)組的大型電廠，經(jīng)濟(jì)性的提高更為可觀。同時(shí)循環(huán)水系統(tǒng)是火力發(fā)電廠的一個(gè)重要系統(tǒng)，消耗廠用電的很大一部分，相當(dāng)于總發(fā)電量的%～ 2%。因此，在電廠多臺(tái)機(jī)組間的負(fù)荷調(diào) 度中迫切需要一種調(diào)度依據(jù)，既能在各種運(yùn)行工況下科學(xué)地、簡便地提供機(jī)組間負(fù)荷分配的結(jié)果，又能保證負(fù)荷分配的結(jié)果是經(jīng)濟(jì)的、可信的，以彌補(bǔ)電廠因參與調(diào)峰而造成的經(jīng)濟(jì)損失，這就是本研究的現(xiàn)實(shí)背景。帶來的另一個(gè)問題則是當(dāng)電廠總負(fù)荷偏離額定總負(fù)荷時(shí)，各臺(tái)機(jī)組間的負(fù)荷如何分配，才能保證全廠總能耗最小 ?長期以來，“安全發(fā)電”幾乎成為電廠運(yùn)行的唯一宗旨，較少考慮發(fā)電成本。以 100 Mw 機(jī)組為例，在設(shè)計(jì)工況下，當(dāng)負(fù)荷從額定值降至 70 Mw 工況下運(yùn)行時(shí)，機(jī)組的發(fā)電煤耗率將增加約 從 2020 年 9 月 20 日的負(fù)荷曲線，負(fù)荷的最大變化達(dá) 210Mw，且大多數(shù)時(shí)間均不在滿負(fù)荷或接近滿負(fù)荷下運(yùn)行。由于受當(dāng)時(shí)火力電 廠設(shè)備設(shè)計(jì)與制造技術(shù)水平的限制和新疆電網(wǎng)自身的特點(diǎn)，沒有采用高參數(shù)大容量的鍋爐及汽輪機(jī)。提高電廠運(yùn)行水平和運(yùn)行效率，降低發(fā)電煤耗是有潛力可以挖掘的，因此提高火力發(fā)電廠的運(yùn)行效率非常關(guān)鍵。我 國的電力生產(chǎn)結(jié)構(gòu)是以火電為主，水力和核電為輔，火電占裝機(jī)容量的 70%以上，這跟我國的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)是息息相關(guān)的：我國煤炭資源非常豐富，一次能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)以煤炭為主，石油和天然氣為輔，這種狀況在短期內(nèi)不會(huì)發(fā)生大的變化，尤其是在世 界石油將在百年內(nèi)用完的預(yù)期下我國火力發(fā)電廠的發(fā)電煤耗相比世界先進(jìn)國家，還是比較高的。因此，我國電力發(fā)展還有很長路要走，發(fā)展?jié)摿σ卜浅５拇?。但是盡管如此，我國人口眾多，用電水平還是相當(dāng)?shù)牡?，有資料表明，到 2020 年，我國人均裝機(jī)容量為 ，人均年用電 1064kwh，低于世界平均水平的一半。 電力是一種優(yōu)質(zhì)二次能源，可以方便地轉(zhuǎn)化為其他能量形式，具有諸多優(yōu)良特性，得到了極其廣泛的應(yīng)用，沒有電力就沒有現(xiàn)代社會(huì)。采用 220KV 及 110KV 兩級(jí)電壓分別向?yàn)豸斈君R (145 公里 )等北疆大部分地區(qū)供電，并為新疆電網(wǎng)提供可靠的電源保 證。電廠 1975 年開始籌建，1991 年 3 月 11 日第一臺(tái)機(jī)組 (1機(jī)組 )并網(wǎng)發(fā)電， 2號(hào)、 3號(hào)、 4號(hào)機(jī)組也分別于 1991 年 9 月、1992 年 8 月、 12月投入運(yùn)行 5號(hào)、 6號(hào)機(jī)組作為電廠 II期工程于 1998 年發(fā)電?？傃b機(jī)容量為 6x100MW。電廠樞紐工程由鍋爐房、汽輪機(jī)廠房、變電站等建筑物組成。 本 章 小 結(jié) ......................................................................................................................... 17 第三章 循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化 .................................................................................................................. 18 . 循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化問題的研究進(jìn)展 ..................................................................................... 18 . 循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化數(shù)學(xué)模型 ................................................................................................. 20 . 各個(gè)設(shè)備性能特性的獲得方法 ......................................................................................... 22 . 數(shù)學(xué)模型的求解方法 ......................................................................................................... 28 . 循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化計(jì)算 ...............................................................................