分析熱電廠鍋爐汽輪機(jī)的優(yōu)化調(diào)度

韓磊磊

【摘 要】熱電廠的能源節(jié)約、效率提升的關(guān)鍵策略就是調(diào)度優(yōu)化以及管理，這也是能夠有效降低環(huán)境污染的一項(xiàng)舉措。借助熱電廠鍋爐汽輪機(jī)優(yōu)化軟件，結(jié)合鍋爐設(shè)計(jì)變化運(yùn)行數(shù)據(jù)與特性曲線，形成了優(yōu)化調(diào)度的數(shù)學(xué)模型；采用優(yōu)化算法，分析汽輪機(jī)的優(yōu)化調(diào)整方案；最后綜合考慮影響調(diào)度的相關(guān)因素，并提出相應(yīng)的解決方案。本文則探討熱電廠鍋爐汽輪機(jī)的優(yōu)化調(diào)度，旨在減少原材料消耗，提高熱效能。

【關(guān)鍵詞】熱電廠 鍋爐 汽輪機(jī)

1熱電廠鍋爐汽輪機(jī)優(yōu)化調(diào)度可行性分析

熱電廠汽輪機(jī)產(chǎn)生能源耗損的原因較多，因此，在開展對熱電廠汽輪機(jī)節(jié)能降耗研究時，要綜合考量各種因素。從系統(tǒng)節(jié)能的層面探究，為了確保熱電廠的運(yùn)行能實(shí)現(xiàn)節(jié)能減耗的效果，研究汽輪機(jī)燃煤系統(tǒng)本身的機(jī)組性能具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。出于經(jīng)濟(jì)效益考量，單單通過熱電廠汽輪運(yùn)行方式調(diào)度節(jié)能減耗是不足的。降低運(yùn)營成本不能從根本上實(shí)現(xiàn)真正意義上的節(jié)能，不可否認(rèn)，此種方式在短期內(nèi)會取得一定成效，然而對企業(yè)的長期發(fā)展是不利的。

2建構(gòu)鍋爐汽輪機(jī)優(yōu)化調(diào)度的數(shù)學(xué)模型

由于鍋爐實(shí)際運(yùn)行過程中常出現(xiàn)復(fù)雜情況，相同的鍋爐實(shí)際效率往往與設(shè)計(jì)值有著較大的偏差，使得對鍋爐效率的影響也較大。因此，可根據(jù)鍋爐效率和蒸發(fā)量兩者間的關(guān)系，從具體過濾出發(fā)，得出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。對燃油鍋爐，可容易地檢測出燃油量。一般情況下，運(yùn)用正平衡法測量計(jì)算鍋爐效率，得出相應(yīng)鍋爐蒸發(fā)量與效率的曲線圖， 用作數(shù)學(xué)模型的優(yōu)化調(diào)度計(jì)算。對燃煤的鍋爐，并不能準(zhǔn)確地計(jì)算出耗煤量，可通過測量鍋爐計(jì)算各種損失，用反平衡法對獲取鍋爐變化的效率特征進(jìn)行計(jì)算。圖1為實(shí)測的某410 t/h燃油鍋爐的效率特性。

圖1 410 t/h燃油鍋爐的效率特性曲線

3優(yōu)化算法

本次所采用的優(yōu)化算法則是指兩級優(yōu)化，主要是由于熱電廠采用的是母管制，每一臺汽輪機(jī)的負(fù)荷與每一臺的鍋爐負(fù)荷并沒有較直接的關(guān)系，為了有效進(jìn)行兩者負(fù)荷分配，則需要確定熱電廠的熱電負(fù)荷后，方可優(yōu)化計(jì)算，才能夠得到最佳的計(jì)算結(jié)果，最大限度滿足汽輪機(jī)所需要的進(jìn)氣量，達(dá)到降低原材料的消耗率，提高經(jīng)濟(jì)利潤的目的。通過分析汽輪機(jī)的影響因素，可得到最大電功率、最小排汽量是其主要因素，而其他的限制性因素則是次要因素。綜合以上的因素分析，可得到熱電廠的優(yōu)化調(diào)度模型。針對鍋爐： min B =f（X），s.t . Gj （X），j = 1，2，…，n，在此公式中，n 是約束條件個數(shù)。針對汽輪機(jī)： min D = f（X，Y），s. t.Gi（ X，Y），i=1，2，…，m，在這個公式中： X、Y、m分別表示連續(xù)變量0/1 變量、約束條件個數(shù)。在優(yōu)化調(diào)度的過程中，往往出現(xiàn)停機(jī)后者投運(yùn)的情況，若分開非線性的汽輪機(jī)工況圖，可實(shí)現(xiàn)較好的分區(qū)線性化，極易采用分枝限界反向跟蹤法容易求解。根據(jù)不同鍋爐效率，用邏輯判斷方法，確定投運(yùn)鍋爐，簡化問題?？紤]鍋爐效率曲線非線性度大，構(gòu)成非線性規(guī)劃問題時，需轉(zhuǎn)動坐標(biāo)軸，通過直接搜索的方式獲取合適的方向法，進(jìn)行求解。

4考慮因素

4.1保障真空條件下凝汽器良好運(yùn)行

凝汽設(shè)備的工作性能直接影響整個汽輪機(jī)組的安全性、可靠性。未使凝汽器始終處在真空下，機(jī)組人員要在規(guī)定的時間內(nèi)，密閉性檢驗(yàn)系統(tǒng)；嚴(yán)格落實(shí)檢修工作，保障循環(huán)水泵與真空泵能在真空環(huán)境中正常運(yùn)轉(zhuǎn)。在檢測進(jìn)程中中，需測量水溫與水位，控制在偏差范圍內(nèi)，適當(dāng)調(diào)整。強(qiáng)化監(jiān)督管線內(nèi)部循環(huán)水質(zhì)，搞好管線的清潔工作，當(dāng)啟動機(jī)組后，需及時運(yùn)行膠球清洗裝置，防止管內(nèi)出現(xiàn)結(jié)垢，加劇熱阻。針對凝汽器，要預(yù)留充足的冷卻面積，避免機(jī)組在高運(yùn)行狀態(tài)下不能及時散熱，出現(xiàn)故障。

4.2完善高壓缸通流部分

早期服役的汽輪機(jī)不僅熱耗率高、通流效率低，而且主要部件長期運(yùn)行后逐漸暴露出各種安全隱患。轉(zhuǎn)子構(gòu)成：1個單列調(diào)節(jié)級與15個壓力級。動葉型與靜葉型也可使用先進(jìn)的葉型與光滑子午通道。全部動葉片使用整體圍帶，強(qiáng)化了葉片動強(qiáng)度。為了確保運(yùn)行中的機(jī)組不受限于差脹，需增大高壓隔板汽封軸的間隙。替換隔板靜葉，使用焊接隔板，去掉原有的加強(qiáng)筋，針對分流葉柵結(jié)構(gòu)，可結(jié)合使用寬葉片與和窄葉片。改變高壓軸封與部分隔板汽封，使之形成自動調(diào)整汽封，有助于確保機(jī)組安全運(yùn)行，節(jié)省維修成本，減少維修量。

4.3改良低壓缸通流部分

以200MW機(jī)組的低壓缸優(yōu)化調(diào)度為例，使用焊接鋼格板，增大根徑，低壓轉(zhuǎn)子前4級動葉片不使用拉筋，可使用整體圍帶，為保障動葉具有較高的抗疲勞性與耐水蝕性，可將高強(qiáng)度的動葉材料應(yīng)用到末級動葉。

5應(yīng)用實(shí)例

我廠熱電廠共有7臺汽輪機(jī)與6臺鍋爐。1# 、2 #機(jī)為背壓式，鍋爐額定負(fù)荷為220t /h， 3#～6#機(jī)是50MW 的抽汽凝汽式，額定負(fù)荷為410t/ h。，7 #機(jī)是抽背式，額定負(fù)壓為25 MW。所有鍋爐具有相同的蒸汽參數(shù)，并全部匯入新汽母管， 后經(jīng)過母管進(jìn)入各臺汽輪機(jī)。汽輪機(jī)需符合中壓管3.3MPa中壓蒸汽要求，1 #管供應(yīng)1.4Mpa，2#管供應(yīng)1.1MPa 低壓蒸汽， 此外，滿足總廠小電網(wǎng)與外電網(wǎng)電負(fù)荷的要求，3#與4#機(jī)產(chǎn)生的電輸送往到總廠小電網(wǎng)， 除此之外，所有機(jī)發(fā)的電送往外電網(wǎng)。為了確保熱電廠在滿足外供電與外供汽的條件下消耗最低的能量， 要合理將負(fù)荷分配給各臺鍋爐與各臺汽輪機(jī)間。所以，構(gòu)建鍋爐與汽輪機(jī)的變工況性能模型非常必要?？紤]到我廠鍋爐燃油爐的真實(shí)情況， 使用正平衡法，結(jié)合運(yùn)行數(shù)據(jù)可，通過計(jì)算，最終得到各臺鍋爐的效率特性曲線。針對汽輪機(jī)，考慮廠家提供的設(shè)計(jì)工況圖，構(gòu)建簡答模型。

當(dāng)汽輪機(jī)運(yùn)營后，強(qiáng)化汽輪機(jī)監(jiān)督工作，一旦發(fā)生意外情況，立刻采取有效措施，及時補(bǔ)救，有助于企業(yè)獲得長期利益。所以，當(dāng)改造汽輪機(jī)時，需將切入點(diǎn)定位在數(shù)學(xué)模型的構(gòu)建上，由于凝汽器在熱電廠發(fā)電系統(tǒng)中起著非常突出的作用，良好模型的構(gòu)建為后續(xù)的計(jì)算、分析及實(shí)際運(yùn)用，提供了保障前提，將直接影響到系統(tǒng)運(yùn)營的經(jīng)濟(jì)性與安全性。