火電廠熱動(dòng)系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化思路與措施分析

國欽姣 山東海化集團(tuán)有限公司熱力電力分公司

分析火電廠整體運(yùn)行過程中電廠熱能與動(dòng)力工程的合理應(yīng)用，結(jié)合國家對(duì)電廠指標(biāo)和電廠實(shí)際工作過程，分析熱動(dòng)系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化改造。

一、火電廠熱能與動(dòng)力工程節(jié)能優(yōu)化的實(shí)際情況

對(duì)火電廠煙氣和空氣系統(tǒng)進(jìn)行性能評(píng)價(jià)的機(jī)會(huì)。目前研究的火電廠系統(tǒng)由四個(gè)子系統(tǒng)組成，有三種可能的狀態(tài)：滿負(fù)荷運(yùn)行、減量運(yùn)行和故障。假設(shè)所有子系統(tǒng)的故障率和維修率是恒定的。利用馬爾可夫生滅過程和概率方法對(duì)問題進(jìn)行了描述，并用一個(gè)轉(zhuǎn)移圖來表示系統(tǒng)的運(yùn)行行為。充分工作狀態(tài)和簡化工作狀態(tài)之間的相互關(guān)系已得到發(fā)展。考慮到一些假設(shè)，建立了一個(gè)概率模型。從火力發(fā)電廠的調(diào)查中選擇可行范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)，并以可用性矩陣的形式將各子系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)可用性的影響制成表格，為各子系統(tǒng)的故障和維修率的不同組合提供不同的性能/可用性水平。

二、火電廠熱動(dòng)系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化的合理應(yīng)用

根據(jù)熱動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行模式，特定火電系統(tǒng)擴(kuò)容規(guī)劃中最優(yōu)策略的求解方法。因此，建立了一個(gè)兩階段隨機(jī)整數(shù)規(guī)劃模型。通過一組有限的情景，該模型包括與當(dāng)前運(yùn)行的火電廠未來可用性相關(guān)的存在的不確定性。采用L形法對(duì)所得到的模型進(jìn)行數(shù)值求解，并以CPLEX為求解器，利用AMPL軟件進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)和開發(fā)。所得結(jié)果驗(yàn)證了本文所采用方法的有效性。通過負(fù)荷頻率控制（LFC）來調(diào)節(jié)互聯(lián)水火電系統(tǒng)的供電，從而使系統(tǒng)的預(yù)定頻率和聯(lián)絡(luò)線功率在規(guī)定的范圍內(nèi)與其它區(qū)域交換，水火電系統(tǒng)的負(fù)荷頻率由兩者共同控制但是模糊控制器的峰值超調(diào)量和穩(wěn)定時(shí)間比常規(guī)PI控制器要小，這一點(diǎn)從它們的結(jié)果中可以清楚地看出。該控制策略保證了頻率的穩(wěn)態(tài)誤差和聯(lián)絡(luò)線功率的變化在一定的公差范圍內(nèi)。利用matlab/SIMULINK軟件包對(duì)這些控制器的性能進(jìn)行了仿真。

三、熱動(dòng)系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化改造分析

（一）改變熱動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行方式

根據(jù)各子系統(tǒng)的可用性矩陣和故障/維修率圖中得到的各種可用性值，分析各子系統(tǒng)的性能和最大可用性故障/維修率的最優(yōu)值，進(jìn)而確定各子系統(tǒng)的維修優(yōu)先級(jí)。為了提高系統(tǒng)的可靠性，熱工行業(yè)在過程自動(dòng)化方面投入了大量的資金。這些系統(tǒng)的適當(dāng)維護(hù)和維護(hù)頻率一直是工業(yè)界日益重視的一些問題。任何中間系統(tǒng)即使在很短的時(shí)間間隔內(nèi)發(fā)生故障，也會(huì)影響生產(chǎn)。故障原因可能是設(shè)計(jì)不當(dāng)、系統(tǒng)復(fù)雜、維護(hù)不善、缺乏溝通和協(xié)調(diào)、規(guī)劃不完善、缺乏專業(yè)知識(shí)/經(jīng)驗(yàn)和庫存不足。因此，運(yùn)行工藝設(shè)備需要高技能/經(jīng)驗(yàn)豐富的維護(hù)人員。為了有效運(yùn)行，核電站的各種系統(tǒng)必須盡可能地留在北部。然而，在操作過程中，它們很容易以隨機(jī)方式失敗。但是，故障子系統(tǒng)可在維修/更換后重新投入使用[3]。

（二）熱動(dòng)系統(tǒng)中節(jié)能應(yīng)用中降溫技術(shù)的改造

在電廠中，實(shí)現(xiàn)熱動(dòng)系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化需要依靠先進(jìn)的技術(shù)量的支撐，電廠實(shí)際應(yīng)用中經(jīng)常采用的降溫方式中，會(huì)用噴水的方式降低熱度，實(shí)現(xiàn)溫控。在控制蒸汽過熱的方式中，供熱蒸汽過度熱的應(yīng)用，經(jīng)濟(jì)性較強(qiáng)，成本低，在熱動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行的過程中，通過特殊裝置將供熱蒸汽熱量傳送到系統(tǒng)中，完成整個(gè)系統(tǒng)的熱度轉(zhuǎn)化，促使汽輪機(jī)工作達(dá)到降溫效果，從而改善熱動(dòng)系統(tǒng)的耗能，實(shí)現(xiàn)節(jié)能優(yōu)化。在技術(shù)上不斷改進(jìn)，科學(xué)合理利用，使凝汽機(jī)組達(dá)到發(fā)電多耗能少的效果[4]。

（三）熱動(dòng)系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化中補(bǔ)水技術(shù)的改造

該方法能幫助電力系統(tǒng)運(yùn)行人員進(jìn)行最優(yōu)的提前計(jì)劃，即使風(fēng)電信息不確定。采用一種新的無參數(shù)自適應(yīng)粒子群算法求解隨機(jī)單元組合問題。通過高壓和中溫蒸汽的熱循環(huán)來產(chǎn)生能量的方法，它允許通過熱循環(huán)將熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能或電能，從而提高能量和操作效率，在熱循環(huán)中，蒸汽的生成溫度被限制在中等值，包括以下步驟：在65巴以上的壓力和400巴以下的中等溫度下產(chǎn)生蒸汽°，在蒸汽輪機(jī)中膨脹所述蒸汽，中壓蒸汽，包括10-40巴之間，獲得中等濕度，低于15%，通過汽水分離器干燥所述蒸汽并重新加熱所述蒸汽，在蒸汽輪機(jī)中膨脹所述蒸汽，以及通過從渦輪機(jī)中抽取的多個(gè)蒸汽來加熱用于產(chǎn)生蒸汽的鍋爐水，以便與所述鍋爐水進(jìn)行熱交換。數(shù)值結(jié)果表明，采用隨機(jī)模型代替確定性模型時(shí)，日前電力系統(tǒng)規(guī)劃所涉及的風(fēng)險(xiǎn)較低。

（四）改進(jìn)鍋爐排煙技術(shù)，充分利用排放污水

電廠發(fā)電的過程中，廢氣再循環(huán)系統(tǒng)和控制廢氣再循環(huán)的方法。包括用于感測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管中絕對(duì)氣體壓力的第一壓力傳感器、用于感測(cè)排氣歧管中絕對(duì)氣體壓力的第二壓力傳感器、用于檢測(cè)轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速傳感器，檢測(cè)指令加油率的加油率傳感器，檢測(cè)進(jìn)氣歧管中進(jìn)氣溫度的溫度傳感器，將排氣從排氣歧管引導(dǎo)至進(jìn)氣歧管，導(dǎo)管中的電子驅(qū)動(dòng)機(jī)械閥用于控制廢氣流量，電子控制器用于分析來自傳感器的信號(hào)，并將控制信號(hào)輸出到控制閥位置的電動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。

（五）對(duì)母管系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改造

在熱動(dòng)系統(tǒng)節(jié)能中，對(duì)相關(guān)設(shè)備的改造，流在支管中引發(fā)空腔流，熱水進(jìn)入支管形成旋流，并在該旋流與滯流冷水之間形成熱分層。研究表明，當(dāng)熔深波動(dòng)時(shí)，溫度波動(dòng)過大會(huì)引起熱疲勞。為了提高侵徹長度的估計(jì)，本研究測(cè)量了均勻溫度條件下的侵徹長度。將三種實(shí)驗(yàn)情況與采用簡單風(fēng)管干管和支管的基本情況進(jìn)行了比較：切邊支管、帶連接間隙的支管和模擬圓形干管的拐角處圓形干管。切邊情況下的穿透長度結(jié)果比簡單管道結(jié)果（即基礎(chǔ)情況）小約1個(gè)支管直徑。

（六）概率模型分析系統(tǒng)性

特定系統(tǒng)中子系統(tǒng)的故障率取決于使用的操作條件和維修策略。對(duì)給定運(yùn)行條件下的系統(tǒng)進(jìn)行概率分析有助于預(yù)測(cè)設(shè)備的性能，進(jìn)而有助于設(shè)計(jì)以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的最小故障，即優(yōu)化系統(tǒng)的工作?；鹆Πl(fā)電廠是一個(gè)復(fù)雜的工程系統(tǒng)，由輸煤系統(tǒng)、蒸汽發(fā)生系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)、破碎系統(tǒng)、除灰系統(tǒng)、發(fā)電系統(tǒng)、給水系統(tǒng)、汽水分析系統(tǒng)、煙氣空氣系統(tǒng)等組成。這些系統(tǒng)以復(fù)雜的結(jié)構(gòu)連接在一起。煙氣和空氣系統(tǒng)是火力發(fā)電廠最重要的功能之一。各系統(tǒng)之間的相互關(guān)系的優(yōu)化是使工廠盈利和可行運(yùn)行的必要條件?；痣姀S的有效性主要取決于電廠的可用性、可靠性和可維護(hù)性，以及電廠按預(yù)期運(yùn)行的能力。本文提供了一個(gè)概率模型，供電廠人員分析系統(tǒng)性能，以實(shí)現(xiàn)最大可用性。

可靠性分析技術(shù)已逐漸成為自動(dòng)化和復(fù)雜火力發(fā)電廠規(guī)劃和運(yùn)行的標(biāo)準(zhǔn)工具。對(duì)于可修復(fù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者和操作者來說，最重要的性能指標(biāo)是系統(tǒng)的可靠性和可用性?？捎眯院涂煽啃允菍?duì)系統(tǒng)性能的良好評(píng)估。它們的值取決于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及組件的可用性和可靠性。系統(tǒng)中部件的故障率取決于使用的操作條件和維修策略。從經(jīng)濟(jì)角度來看，高可靠性有利于降低系統(tǒng)的維護(hù)成本。由于故障無法完全預(yù)防，因此重要的是盡量減少故障發(fā)生的概率和故障發(fā)生時(shí)的影響。為了保持設(shè)計(jì)的可靠性、可用性和可維修性，達(dá)到預(yù)期的性能，必須制定有效的維修方案，有效的維修具有維修成本低的特點(diǎn)?？尚尴到y(tǒng)的維修問題已經(jīng)得到了許多學(xué)者的廣泛研究，包括維修/更換策略、定期檢查、降級(jí)、優(yōu)化問題等。復(fù)雜系統(tǒng)的行為可以從可靠性、可用性和可維護(hù)性的角度來研究。例如，開發(fā)了一個(gè)模擬模型，用于分析飛機(jī)訓(xùn)練設(shè)施的可靠性和可用性。該模型可用于評(píng)估各種維修方案，影響可修系統(tǒng)RAM的因素包括機(jī)械運(yùn)行條件、維護(hù)和基礎(chǔ)設(shè)施。

一個(gè)典型的系統(tǒng)由許多子系統(tǒng)組成，在大多數(shù)情況下，這些子系統(tǒng)在邏輯上相互串聯(lián)或并聯(lián)。系統(tǒng)的性能取決于其子系統(tǒng)的配置和性能。在分析故障數(shù)據(jù)之前，最好描述燃?xì)夂涂諝庀到y(tǒng)的配置，并將其分為不同的子系統(tǒng)，以便對(duì)故障進(jìn)行分類。本系統(tǒng)由以下四個(gè)子系統(tǒng)組成：四個(gè)加熱器和省煤器（串聯(lián)）組成一個(gè)子系統(tǒng)的組件，用A表示，其中任何一個(gè)的故障都會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)故障。兩個(gè)靜電除塵器組成一個(gè)子系統(tǒng)，用B表示，任何一個(gè)故障都會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)故障。兩臺(tái)FD（強(qiáng)制通風(fēng)）風(fēng)機(jī)并聯(lián)，構(gòu)成一個(gè)子系統(tǒng)，用C表示。任何一個(gè)設(shè)備的故障都會(huì)降低設(shè)備的容量和生產(chǎn)損失。當(dāng)兩個(gè)單元都發(fā)生故障時(shí)，就會(huì)發(fā)生完全故障。三臺(tái)引風(fēng)機(jī)并聯(lián)，組成一個(gè)子系統(tǒng)，用D表示。任何一個(gè)設(shè)備的故障都會(huì)降低設(shè)備的容量和生產(chǎn)損失。當(dāng)所有單元都發(fā)生故障時(shí)，就會(huì)發(fā)生完全故障。

四、結(jié)束語

通過熱動(dòng)系統(tǒng)在火電廠中節(jié)能優(yōu)化的詳細(xì)分析，將火電廠中存在的缺陷強(qiáng)化改造，加大其工藝方面的技術(shù)水平，制定可行性優(yōu)化策略，是未來電廠發(fā)展方向。