淺析熱電廠鍋爐汽輪機的優(yōu)化調(diào)度策略

萬象

（貴州大方發(fā)電有限公司 貴州大方 551600）

淺析熱電廠鍋爐汽輪機的優(yōu)化調(diào)度策略

萬象

（貴州大方發(fā)電有限公司 貴州大方 551600）

基于節(jié)能減排目標(biāo)，作為高能耗、高污染場所，熱電廠必須得到全面的改建和優(yōu)化，結(jié)合實例，從鍋爐與汽輪機兩方面分別提出優(yōu)化策略，為熱電廠實現(xiàn)經(jīng)濟、社會效益最大化與節(jié)能減排目標(biāo)提供可靠的理論基礎(chǔ)。

熱電廠；鍋爐；汽輪機；優(yōu)化調(diào)度

在經(jīng)濟不斷發(fā)展的局勢下，人們對于能源的要求逐漸提高，但由于人們開采自然能源的不合理性，使得能源危機滲透到許多領(lǐng)域，電力生產(chǎn)企業(yè)正面臨著極大的能源問題和挑戰(zhàn)。現(xiàn)今絕大多數(shù)熱電廠都將煤炭燃燒作為主要能源來源方式，這種較為傳統(tǒng)的方式在很多方面都存在弊端，比如燃燒標(biāo)準(zhǔn)、燃燒方式等，無法充分利用煤炭資源，不僅極大的浪費了資源，還會造成不同程度的環(huán)境污染?？沙掷m(xù)發(fā)展是我國提出的重要發(fā)展戰(zhàn)略，節(jié)能環(huán)保是實現(xiàn)這一目標(biāo)的關(guān)鍵舉措。所以，切實加強優(yōu)化調(diào)度顯得尤為重要，并且完善的優(yōu)化調(diào)度也能起到良好的節(jié)能減排效果。

1 熱電廠鍋爐汽輪機優(yōu)化調(diào)度

1.1 熱電廠鍋爐優(yōu)化調(diào)度

熱電廠運行是一個極其復(fù)雜的過程，整個運行過程可以分成三部分，分別為：燃料燃燒、爐火與煙氣加熱以及過熱。由于存在這三種運行狀態(tài)，所以不可避免的會出現(xiàn)能量損失，由此鍋爐效率和設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)間會存在一定差距。鍋爐實際運行效率和運行狀態(tài)之間有著緊密的聯(lián)系，并且額定效率只是廠家根據(jù)蒸發(fā)量給出的，由此可見，鍋爐的額定效率并非完全準(zhǔn)確?；诖?，創(chuàng)建一個優(yōu)化模型，分析鍋爐在各種條件下運行的效率與蒸發(fā)量之間存在的聯(lián)系，以此明確變工況特點，根據(jù)所得信息采取有效的措施加以優(yōu)化，進(jìn)而實現(xiàn)節(jié)能減排。

比如，以將燃油作為能源的鍋爐為例，其在正常條件下運行時的燃油消耗量很容易測得。鍋爐運行過程中，實際效可使用正平衡測量得出，在此基礎(chǔ)上創(chuàng)建一個蒸發(fā)量與效率間的曲線圖，根據(jù)曲線的變化即可創(chuàng)建優(yōu)化模型。但對于將煤炭作為能源的鍋爐而言，由于煤炭的實際用量難以準(zhǔn)確測出，所以正平衡法并不適用這種鍋爐，可通過預(yù)先得出鍋爐損耗的方式，使用反平衡法進(jìn)行效率測量，并最終得出曲線圖。

1.2 熱電廠汽輪機優(yōu)化調(diào)度

汽輪機是一種將水蒸氣轉(zhuǎn)化為機械能的原動機，是發(fā)電必需的部分之一。對汽輪機的實際抽氣量以及電功率進(jìn)行測量，然后結(jié)合二者的聯(lián)系繪制關(guān)系曲線，得出平均耗氣量，以此創(chuàng)建數(shù)學(xué)模型。這種建模方式雖然簡單便捷，但準(zhǔn)確度相對較低，可能會對數(shù)學(xué)模型的具體運行造成一定干擾。因此，需要對其準(zhǔn)確性進(jìn)行進(jìn)一步的改善和提高。在原始的運行參數(shù)下，可借助多元線性回歸理論對其進(jìn)行處理，憑借這一理論進(jìn)行建模，同時得出特性方程與曲線。當(dāng)然，這種建模方式的難度與計算量都比較大，適用性不高，因此為更好的掌握這一問題，可使用分區(qū)域線性化的方法，與此同時，根據(jù)汽輪機特點將曲線等分為多個區(qū)域，然后對每一個區(qū)域進(jìn)行線性化處理，這樣一來，即可在有效解決計算量與難度的前提下，更好的處理非線性相關(guān)問題。

2 熱電廠鍋爐汽輪機優(yōu)化算法選取

熱電廠正常運行時，許多方面都會提出相應(yīng)的要求與規(guī)定，熱負(fù)荷亦是如此，同樣存在一定要求，根據(jù)這些實際要求，通過計算，明確熱電負(fù)荷的具體分配，以此有效降低電廠進(jìn)氣量。在對鍋爐的負(fù)荷進(jìn)行分配的過程中，為達(dá)到預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)，往往需根據(jù)實際工作效率實施分配。另外，為更好的節(jié)約能源，實現(xiàn)經(jīng)濟效益最大化，需對燃料消耗量的最低值進(jìn)行求知。

想要對鍋爐進(jìn)行性能改造，首先需要對各項約束條件進(jìn)行明確和完善，對于鍋爐，其約束條件主要是指最大與最小產(chǎn)氣量。與鍋爐相比，汽輪機所對應(yīng)的約束條件較多，主要包括：最大進(jìn)、抽氣量以及最大電功率等，對此類約束條件進(jìn)行匯總，即可創(chuàng)建一個優(yōu)化調(diào)度模型。

通常而言，在實施優(yōu)化調(diào)度的過程中，經(jīng)常會使用整數(shù)規(guī)劃，這也屬于汽輪機優(yōu)化調(diào)度的內(nèi)容之一，主要是指調(diào)度過程中的停運或者是投運等情況。對于汽輪機而言，它的工況圖大多是一種非線性圖表，想要將它轉(zhuǎn)換成整數(shù)線性的形式，可將其曲線分成若干部分，保證每一個部分都是線性規(guī)劃，這樣即可形成整數(shù)線性規(guī)范。為便于研究，針對這種類型的規(guī)范問題，可采用反向跟蹤法予以求解。

而對于鍋爐而言，通常選用供給蒸汽，這種方法較為簡便，所以鍋爐投運等相關(guān)問題，僅用邏輯判斷對其效率進(jìn)行分析即可。然而，由于制約鍋爐的主要因素為運行效率，而且其效率曲線具有一定非線性特征，相關(guān)問題為非線性規(guī)劃，所以無法使用反向跟蹤法進(jìn)行求解，應(yīng)通過轉(zhuǎn)動坐標(biāo)軸，搜尋可行方向的方法予以求解。

3 實例分析

3.1 案例概況

將某一熱電廠作為主要研究對象，電廠為單元制機組，其中鍋爐為東方鍋爐（集團(tuán)）股份有限公司制造，型號為DG1025/18.2-Ⅱ15亞臨界一次中間再熱自然循環(huán)、全鋼爐架、W火焰、固態(tài)排渣、露天布置鍋爐；汽輪機由東方汽輪機廠制造，型號為N300-16.7（170）/537/537－8亞臨界參數(shù)、單軸、雙缸雙排汽凝汽式汽輪機，該電廠熱力系統(tǒng)如圖1所示。一般而言，熱電廠的建造必須滿足兩個方面的要求：①可以提供充足的外供電；②可以提供充足的外供汽，隨著熱電廠節(jié)能減排需求的不斷深入，在切實滿足上述要求的基礎(chǔ)上，還要將實際消耗的能量控制在最低的水平。為實現(xiàn)這一目標(biāo)，需要在鍋爐與汽輪機間選取最優(yōu)負(fù)荷分配，這就要求必須創(chuàng)建一個鍋爐實際效率特性曲線與汽輪機數(shù)學(xué)模型?；诖藬?shù)學(xué)模型，可將凝汽式機組改造成供熱機組，具體方法為在第四級進(jìn)行供氣供熱，這樣可以起到提升機組效率的作用。

圖1 某電廠熱力系統(tǒng)示意圖

3.2 鍋爐優(yōu)化調(diào)度策略

鍋爐負(fù)荷分配取決于它的工作效率，一定的供汽總量對應(yīng)一種符合分配方案，換言之，在蒸汽負(fù)荷不一的情況下，每一臺鍋爐優(yōu)化運行的效率與負(fù)荷分配是存在一定差異的。通過優(yōu)化計算得出，鍋爐效率與負(fù)荷成正比。鍋爐的運行需要和其他鍋爐共同進(jìn)行，是一種相互配合的模式，并非單獨工作。如果供汽總量下降，鍋爐內(nèi)部負(fù)荷將出現(xiàn)不同的情況，容量較大且效率較高的鍋爐由于具有很強的調(diào)節(jié)能力，所以可以平緩的減少負(fù)荷，相反，調(diào)節(jié)能力較弱的鍋爐，其內(nèi)部負(fù)荷會以很快的速度下降。

3.3 汽輪機優(yōu)化調(diào)度策略

汽輪機負(fù)荷分配取決于電功率、排氣量與組間作用，所以僅憑經(jīng)驗正確分配負(fù)荷是不現(xiàn)實的。通過優(yōu)化計算得出，存在兩組汽輪機的負(fù)荷分配需要調(diào)整。從以上分析中可以看出，汽輪機所對應(yīng)的特性曲線屬于非線性，所以建模過程中應(yīng)選取線性規(guī)劃，但若汽輪機所處線性化區(qū)間不同，則需對負(fù)荷進(jìn)行合理分配。由此可以看出，在創(chuàng)建模型時，應(yīng)充分考慮其特性曲線所具有非線性程度，然后根據(jù)非線性特點科學(xué)分區(qū)，盡可能多的分區(qū)，從天有效提升優(yōu)化精度，提高管理水平，實現(xiàn)經(jīng)濟效益最大化目標(biāo)，為熱電廠節(jié)能減排奠定良好的基礎(chǔ)。

4 結(jié)束語

總而言之，熱電廠不僅是高能耗場所，也是主要污染源之一，切實做好節(jié)能減排是具有很大現(xiàn)實意義的。熱電廠節(jié)能減排需從鍋爐汽輪機優(yōu)化調(diào)度入手，這就要求在充分了解當(dāng)前鍋爐與汽輪機應(yīng)用情況的基礎(chǔ)上，結(jié)合存在的問題，提出針對性解決措施，并創(chuàng)建優(yōu)化模型，了解對應(yīng)的特性曲線，根據(jù)曲線的類型與特點，采取科學(xué)合理的改進(jìn)策略，進(jìn)而提高優(yōu)化調(diào)度水平，促進(jìn)節(jié)能減排戰(zhàn)略的進(jìn)一步開展。

[1]孟 志.熱電廠鍋爐汽輪機的優(yōu)化調(diào)度策略探索[J].產(chǎn)業(yè)與科技論壇，2015，18：53～54.

[2]姜忠生.熱電廠鍋爐-汽輪機的優(yōu)化調(diào)度[J].山東工業(yè)技術(shù)，2015，08：44.

[3]夏燕萍，呂澤華，趙士杭.熱電廠鍋爐-汽輪機的優(yōu)化調(diào)度[J].清華大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2000，11：59～62.

TM621.2

A

1004-7344（2016）01-0242-02

2015-12-12

萬 象（1983-），重慶江津人，助理工程師，本科，主要從事燃煤發(fā)電廠集控運行調(diào)度、管理等工作。