火力发电厂负荷优化分配和循环水系统优化运行的研究毕业论文(编辑修改稿)

火力发电厂负荷优化分配和循环水系统优化运行的研究毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

来说，由于各种各样的原因，运行一段时间之后，设计单位原先提供的数据资料已不能完整反映机组当前的情况，特别是经过改造的机组，与实际情况差 别就更大了。 做试验的时间间隔往往比较久，比如大修 3 年，小修 1 年，大小修时候做的性能试验结果，往往也与现时的性能有所差别。 另外就是机组做试验取得的性能特性数据，有时候与实际运行数据还是有一定差别。 原因是做试验时候往往会带入一些干扰，比如为了测量流量而增加节流器件等。 另外由于做试验工况比较少，当煤种变化，或者环境条件变化时候，试验结果跟实际运行情况就有所差别了。 试验不可能各种情况下都做一遍的。 试验结果相比较厂家设计值而言，一般更接近实际运行情况一点。 比如机组热耗率特性指标，在某一工况下，设计基准值、大小修后实际 试验值、实际运行值的大致关系如 设计值、维修值、实际值的比较示意图，如图 01所示。 河海大学工程硕士专业学位论文 6 出厂设计值维修后试验值实际运行值机组运行时间机组热耗率维修周期 图 01 设计值、维修值、实际值的比较示意图 设实际运行值为 b1，维修后试验值为 b2，出厂设计值为 b3，随着机组运行时间的推移，设备逐步磨损、老化，在设备没有故障的情况下，机组的热耗率也会逐步上升，因此一般地有 : b2 b3，图中维修后试验值曲线就表明了这个现象。 维修后随着运行，设备又重新开始逐步磨损、积垢等，导致实际热耗率又逐步上升，有 : b1 b2。 显然，取设备性能特性的出厂设计值和维修试验值，作为实时优化指导 的基础，会带来一定的偏差。 5 论文的主要内容 论文首先研究了负荷分配和循环水系统优化数学模型和求解方法（建立模型库 :模型库为运行优化分析提供模型支持。 正确的负荷分配和循环水系统优化数学模型和求解方法是关键，因此详细研究了数学模型），然后针对优化计算的基础一设备性能确定提出了新的方法 :在分析运行历史数据基础上得出的机组性能比较接近实际情况。 论文研究的主要内容： （ 1）通过采取等供电煤耗微增法、动态规划的方法建立机组负荷优化分配模型，实现机组最优化分配。 （ 2）确定循环水泵运行方式的判别条件，指导循环水泵的运行 操作。 河海大学工程硕士专业学位论文 7 第一章 负 荷 分 配 优 化 鉴于电厂的大型化、现代化和调峰问题日益突出，机组不可能全部在经济工况下运行，存在一个电厂内各机组间进行负荷合理分配的问题，即所谓经济调度。 目的是在满足用电需要，保证电力系统稳定和主要设备“健康”的前提下，最合理地安排机组运行，将电网给定电厂的负荷经济地分配给热力设备，以取得全厂和整个电力系统的最大经济效益。 显然，进行机组的经济调度是在安全运行的前提条件下完成的，不考虑机组的“健康状况”实行只以经济性为中心的调度是不全面的。 优化分配负荷模型及考虑因素 如有报道 ， 6台 100 MW 的高压机组按等微增煤耗原则进行优化调度，每天比平均分配负荷可节约 4～ 5t 标准煤。 若其中某台机组在计算指导经济负荷 80 MW 下运行，而运行实践表明该机的主机、辅机和附属设备不宜在此负荷下运行太长时间，结果运行时间过长而导致产生严重后果，则仅停机一次造成的直接经济损失就远远不是几吨标准煤，由此而造成的间接经济损失更大。 电力企业必须坚持“安全第一，预防为主”的生产基本方针，其效益首先体现在安全可靠供电的社会效益方面。 能源部于 1990 年 12 月制定的《发电厂调峰技术和安全导则》中亦明确要求在提高机组 调峰能力的同时，应高度重视提高调峰机组的安全可靠性。 因而，机组负荷的调度必须基于经济性和可靠性的统一。 一般机组经济调度的方法，假设机组在允许的最小负荷或锅炉允许的最小稳燃负荷至最大负荷之间可调度的负荷范围内，各台机组均是安全可靠的前提下，按等微增煤耗率方程，给出各机组的经济承载特性，其调度结果是煤耗量最小。 设全厂有 n 台机组投入并联运行，全厂总负荷为 P，全厂负荷优化分配就是将此负荷 P合理地分配到 n台机组上。 设各台机组的负荷分别为 P1， P2，„ Pi，„ Pn，则有 : P=P1+P2+„ +Pi+„ +Pn 设一 n维 向量 p ， p =[P1,P2,„ Pi„ Pip]r ， p 表示某种负荷分配方案。 设第 i台机组的供电煤耗为 Bi，全厂总供电煤耗为 B，则有 : 河海大学工程硕士专业学位论文 8 B=B1+B2+„ +Bi+„ +Bn 当电厂负荷分配方式发生变化，即向量 p 改变时， B会随之变化，因此有如下关系： ()B f p 所以，在各机组稳定运行范围内的负荷分配问题即为 :在全厂总负荷 P 时候，在满足式 (2)的前提下改变向量 p ，即改变负荷分配，使得 B 最小，此时的 p 即为最优分配向量opp。 显然有 min ( )opBfp，简单地解决负荷分配问题即求解opp。 优化分配数学模型的约束条件 ，没有发生停机或者需要重新开机的情况，则有： Pimin≤ Pi≤ Pimax 其中 Pimax、 Pimin，分别为第 i台机组能长期稳定运行的负荷的上下限。 对应负荷高峰而安排的机组组合用于负荷谷时，各机组出力下限总和有可能大于低谷的负荷，从技术的角度看，有变更运行机组组合的要求。 此时应该考虑机组启停损失尽 Sj。 机组负荷降低到零的状态，一般有两 种，一种两班制运行，还有一种是少蒸汽运行，这 2 种情况的启停损失的估算。 为了机组的安全健康运行，机组有一个最小运行时间和最小停机时间限制。 最小运行时间判断函数φ（ Ui， ti， 1）≥ 0，最小停机时间限制φ（ Ui， ti， 2）≥ 0，其中 ti， 1为最小运行时间、 ti， 2 为最小停机时间、 Ui认为该机组运行状态 :0 为停机状态、1 为运行状态。 热启动 .热启动过程中的主要额外损失之一是在启动过程中，从冲转到满负荷约需 3h，在此期间锅炉处于低负荷状态 .为了维持锅炉燃烧的稳定性，必需向炉内喷射燃油以助燃，而燃油的价格大大高于化石燃 料，按目前的比价约 10:1。 机组启动过程中的寿命损耗 .影响机组寿命的主要原因是机组的冷态启停、热态启停以及较大幅度的负荷变动所造成的低周疲劳寿命损耗 .仅以汽轮机来说，在启停时，机组热端部件受到较为剧烈的温度变化，而各部件中工作条件最恶劣的高压转子的寿命损耗也最大，使汽轮机的有效寿命缩短，因此一次启停也应折合成相应的费用 .将以上费用作为约束条件。 以我厂有 6 台国产型 100 MW 机组的电厂为例，由于是在一个电厂内，忽略网损的影响。 设调度周期为 24h，并将它分为 96 个时段 .考虑调度单元内机组的连续运行，对 1周期的负 荷重复一次构成 192点，如图 11所示，河海大学工程硕士专业学位论文 9 对机组在各个时段的负荷进行优化分配。 图 11 负荷与单位煤耗率关系曲线图 根据机组的设计、运行特点，机组热启动总耗油约折合 200t 标准煤一台汽轮机组 1 次标准的热启停的寿命损失折合 1 万元人民币，约 30t 标准煤，所造成的汽轮机转子的寿命损失约%，一般允许启停 6000 次。 考虑启停费用： 在 48h 内 4 台汽轮机组共发电 h，总的燃料消耗量为 ，平均煤耗率为 )。 整个调度周期上的煤耗率在图 11曲线 3所示。 各台机组的负荷 P，与总负荷曲线在图 11曲线 1所示。 不考虑启停费用： 图 23 表示不考虑启停费用时的各台机组负荷分配情况，在发电量相同时，总燃料耗量为，平均煤耗率为 (kw h).煤耗率如图 12曲线 3所示。 负荷分配： 图 12 总负荷曲线图（考虑停用费） 河海大学工程硕士专业学位论文 10 图 13 总负荷曲线图（不考虑停用费） 一般地，电网的调度方式是效率高的机组尽可能多发电，如 优先顺序法 .这种方法具有明显的运行实践特点，但并不具备完全意义上的科学性 .如图 12 所示的负荷曲线，若按优先顺序法分配，则发电量相同时，平均煤耗率为 h)，比用动态规划方法煤耗率高39g/(kW h)。 条件比较 由图 12总负荷曲线图（考虑停用费）可知，在整个调度周期内， 4台机组分担的负荷高低依次为 : 4机组一直负荷较高，在多数时段满负荷运行，而 2由于煤耗率较其他 3 台机组高得多，因此多数时段一直在出力下限运行， 4机组虽然煤耗率最低，但由于其微增率也最低，它在相对较低 负荷运行时煤耗率比 1和 3机组要低，所以综合结果 4不会首先承担高负荷。 比较图 12 与图 13 可知，不考虑启停费用， 5机组不但在两天中间的低负荷时段内停机，甚至在计算周期刚开始一段时间内也处于停机状态，由此引起的煤耗变化很大 .而且，考虑与不考虑启停费用，对机组的运行方式和调度单元内部的费用报价的影响也很大 .因此，机组的启停费用对负荷分配和发电实际价格起着很重要的作用。 综上，对一个独立的调度单元，其内部机组类型、性能特性和燃料价格一定时，在竞价得到一个时段内的负荷后，各机组若按最优方式运行，则 可降低发电成本，否则煤耗将提高。 各机组的运行方式与煤油比价及设备本身的性能、状态等有关。 河海大学工程硕士专业学位论文 11 结论 在电力市场的条件下，目前直接调度到具体某一机组的调度方式，不能保证发电公司维持最低煤耗运行，从而增加了竞价单位的市场风险 .为了降低这种风险，可以将发电公司分为几个调度单元。 调度单元内的机组在总负荷曲线一定的条件下，存在一个最佳的负荷分配和运行方式，这种运行方式与各机组的性能、启停费用、机组运行状态以及燃料价格等有关。 建议电网调度以一个电厂或竞价上网的单位作为一个调度实体，根据这样一个实体竞价得到的 总负荷曲线进行调度，再由实体内部进行各台机组的负荷分配，从而使电网和发电实体双方互利。 河海大学工程硕士专业学位论文 12 第二章 考虑安全方面机组优化负荷分配 电力机组考虑的，首先是设备的安全正常运行，和保证完成分配的发电任务，在负荷分配模型中考虑安全约束是必须的，前面讨论的分配模型没有考虑机组的安全等方面的因素，比如某机组在某个负荷点或者负荷区间容易发生振动，则该点或者区间在负荷分配计算中应剔除，不予考虑，即振动区域判断方式φ（ Pi）≠ 1，具体到有那些安全约束，视具体应用情况而定。 另外由于突然 发生的机组蒸汽调门在一定范围内卡涩引起的负荷调整能力有限等故障，剔除不能运行到的负荷范围就可以了，即调门卡涩引起的负荷限制判断函数θ（ Pi）≠ 1。 负荷响应速率约束 为了满足电网对发电负荷变化速率的要求，各机组必须满足最低的负荷变化速率要求，即 |Pi,t Pi,t1|≥ Ri,up△ t,| Pi,t Pi,t1|≥ Ri,down△ t 其中， Pi， t、 Pi， 分别 t时刻和 t1时刻第 i台机组的负荷， Ri， up和 Ri， down分别为该机组组的最低负荷变化速率要求。 不能满足负荷响应速率要求的机组，分配的时候就不 予以分配，对其负荷仅进行跟踪。 对于根据负荷曲线分配，如果把一个调度周期分为 T 个时段，假设机组台数为 n，各时段上的负荷为 Pt，第 i台机组的煤耗特性是 f(Pi， t)，则机组优化分配的数学模型为求解下列目标函数： ,m i n m i n ( ( ) )tni t i t iiiB U f P S 约束为 : m i n , m a x , ,。 φ ( ) 1。 ( ) 1。 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 ( , ) 0i t i i t iU t U t； m a x m in。 nni i i iiiP P P P； i=1,2,„„ ,n； t=1,2,„„„ ,t； 河海大学工程硕士专业学位论文 13 实时分配时的数学模型为 : ,m i n m i n ( ( )tni t i tiiB U f P  约束为 : 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。 nni i i iiiP P P P i=1， 2， 3„..n 注 :实时分配中的下标 t 并不代表划分的时段，而仅仅与 tl时刻相区别，代表 t 时刻负荷一煤耗曲线 ()B f P 的确定 : 对于 n=l 的情况， ()B f P 即为该机组供电负荷一煤耗曲线 ()B f P。 对于 n≥ l 的情况， ()B f P 蕴含在几台机组的供电负荷一煤耗曲线 B1=f(P1)， B2=f(P2)， Bi=f(Pi)， Bn=f(Pn)中曲线 Bi=f(Pi)几乎跟整机组的所有设备性能特性都有关系，比。