火電廠汽輪機運行初壓優(yōu)化方法的研究

何鎮(zhèn)威

摘 要：火電廠發(fā)電是目前我國電力能源來源的主要方式，汽輪機是火電廠的主要部件，將鍋爐中的蒸汽轉(zhuǎn)化為機械能。許多火電廠的汽輪機的運行設(shè)計不合理導(dǎo)致汽輪機長期處于低負(fù)荷的工作狀態(tài)，影響到汽輪機的熱經(jīng)濟性，為了優(yōu)化火電廠汽輪機的運行效率，該文對火電廠汽輪機的運行初壓優(yōu)化方法進(jìn)行了論述和概括，以促進(jìn)火電廠的經(jīng)濟性。

關(guān)鍵詞：火電廠 運行初壓 優(yōu)化方案 能耗率

中圖分類號：TM621 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）06（c）-0060-02

目前，我國的生活用電主要依靠于火電廠發(fā)電，隨著對電力需求的升高，火電廠機組容量需求不斷擴大，但是相應(yīng)的汽輪機在頻繁的啟動和停止過程中需要不斷地變負(fù)荷運行，這不僅會導(dǎo)致汽輪機長期處于低負(fù)荷狀態(tài)，不利于火電廠的熱經(jīng)濟性，汽輪機在頻繁更換工作狀態(tài)時的環(huán)境、更換方式以及汽輪機設(shè)備性能都會影響到汽輪機的工作狀態(tài)以及火電廠的經(jīng)濟性，通過優(yōu)化汽輪機的工作狀態(tài)等可以調(diào)整汽輪機運行初壓，以提高汽輪機的穩(wěn)定性，提高火電廠工作的經(jīng)濟性。

1 火電廠汽輪機的工作原理

汽輪機是通過煤炭加熱使得水產(chǎn)生大量蒸汽，環(huán)形配置噴嘴與鍋爐系統(tǒng)可將蒸汽轉(zhuǎn)化為機械能，即蒸汽產(chǎn)生的氣壓推動汽輪機轉(zhuǎn)動。而汽輪機是與電磁發(fā)電機的葉輪連在一起，通過汽輪機的轉(zhuǎn)動，便可帶動電磁發(fā)電機轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)電能的儲存?；痣姀S常用汽輪機主要分為兩種：單級汽輪機和多級汽輪機。若根據(jù)蒸汽能量值可將汽輪機分為三種：速度級、反動級與沖動級。火電廠汽輪機優(yōu)化方法可分為兩種：一種是試驗尋優(yōu)法，另一種是理論尋優(yōu)法。試驗尋優(yōu)法即對現(xiàn)場的熱力進(jìn)行試驗，通過直接獲得的某些經(jīng)濟指標(biāo)對主蒸汽壓力進(jìn)行綜合的評價，從而獲得最優(yōu)初壓運行曲線。理論尋優(yōu)法即全方面綜合分析汽輪機內(nèi)部的主要工作情況以及整體狀況水平，通過獲得適合的計算公式進(jìn)行理論計算，得到一些預(yù)期的參數(shù)指標(biāo)。

2 優(yōu)化運行初壓的評定方式

2.1 建立初壓數(shù)學(xué)模型

汽輪機運行的熱經(jīng)濟效益與很多的指標(biāo)有關(guān)，包括汽輪機組的煤耗量、熱耗率以及使用效率，其中最重要的指標(biāo)參數(shù)是汽輪機的熱耗率。為了盡可能地降低運動初壓所產(chǎn)生的熱消耗，可以針對這幾個指標(biāo)建立一定的運行初壓的模型來優(yōu)化初壓的運行。在火電廠汽輪機工作過程中，汽輪機的熱消耗率會影響到進(jìn)入汽輪機中的蒸汽壓的壓力，鍋爐產(chǎn)生的蒸汽壓在進(jìn)入汽輪機時的蒸汽壓以及蒸汽流量可以通過人為的去設(shè)定，控制汽輪機在一定的負(fù)壓條件下，蒸汽的蒸汽流量以及氣壓就會固定好，因此可以建立一定的模型在固定汽輪機的固定運行初壓的條件下來計算出最小的熱消耗率所對應(yīng)的主蒸汽壓的壓強。當(dāng)然，通過建立數(shù)學(xué)模型所確定的主蒸汽壓的壓強所對應(yīng)的熱消耗率不一定是最低的，因此汽輪機的工作還會受到工作環(huán)境以及運行條件影響，在實際的工作過程中汽輪機所轉(zhuǎn)化成的機械能在發(fā)電的過程中因汽輪機廠家所確定的額定工況有所不同，所以最終確定的熱效率也會不相同。

2.2 確定可行壓力區(qū)間

汽輪機在工作時會有單閥、雙閥、三閥、四閥4個進(jìn)蒸汽的方式，這4個閥全打開的情況下，會影響到滑壓的運行初壓，因此可以根據(jù)所需要的壓力大小以及汽輪機的工作負(fù)荷來決定氣閥的開啟狀態(tài)。在固定的負(fù)荷條件下，主蒸汽壓的壓強變化區(qū)間會隨著氣閥的打開狀態(tài)而改變，在選定固定的負(fù)荷后就能夠確定汽輪機的可運行壓力區(qū)間，確定了運行的壓力區(qū)間就可以對汽輪機的運行熱耗率進(jìn)行ALSSVR建模，從而計算出最優(yōu)的壓力。其中最小二乘支持向量回歸（ALSSVR）建模是一種在線預(yù)測的建模方法，它是利用原始的數(shù)據(jù)進(jìn)行隨機的挑選幾組數(shù)據(jù)然后進(jìn)行預(yù)測，來評價汽輪機改變工作狀態(tài)時的性能以及熱耗率。這種建模的方法是利用模型中的推斷方法對熱耗率進(jìn)行計算預(yù)測，為判斷是否需要更新建模的臨界值提供依據(jù)。這種模型的建立不一定能夠滿足火電廠的發(fā)電需求，是由于在進(jìn)行建模運算時預(yù)算結(jié)果的精確度會很低，導(dǎo)致預(yù)測值與實際偏差很大。

2.3 確定最優(yōu)運行初壓

當(dāng)確定好模型以及可運行壓力區(qū)間后，就需要對汽輪機在使用一段時間內(nèi)的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行隨機的實驗和驗證，來完善模型結(jié)構(gòu)，并且繪制汽輪機在工作狀態(tài)時一些相關(guān)數(shù)據(jù)的動態(tài)變化。不斷完善和修改模型來達(dá)到預(yù)測的熱耗率的數(shù)據(jù)與實際的數(shù)值相差不遠(yuǎn)，誤差很小，就能夠確定該模型可以用來計算和分析汽輪機在改變工作狀態(tài)時的情況了。當(dāng)預(yù)測的精確度低于設(shè)定的精確度最低值時，構(gòu)建的模型就會自動的更新相關(guān)的參數(shù)，如負(fù)壓值、蒸汽壓的壓強以及進(jìn)氣量，以確保預(yù)測的精準(zhǔn)度。隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，汽輪機運行初壓的優(yōu)化方法被不斷地更新和完善，在ALSSVR算法的基礎(chǔ)上進(jìn)一步建立多種預(yù)測模型有助于提高計算的效率以及預(yù)測的精準(zhǔn)度，比如結(jié)合萬有引力搜索算法（IGSA）進(jìn)行混合建模的方法以及利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行預(yù)測等方法，但是利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對復(fù)合滑壓運行參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化時會存在計算時間長，結(jié)果的隨機性比較大，精確度不高并且適用范圍廣。當(dāng)然還可以結(jié)合一些仿真實驗來確定最優(yōu)化運行初壓所對應(yīng)的主蒸汽壓的壓力值，一些仿真實驗利用GSA、ABC、WGSA等一些計算方法更有助于對建立模型的預(yù)測結(jié)果進(jìn)行對比和分析，通過對比和分析來確定最優(yōu)的汽輪機的運行初壓，其中IGSA是利用13個基準(zhǔn)函數(shù)進(jìn)行計算的，通過IGSA計算的精確度和穩(wěn)定性都更高，運用到汽輪機的運行初壓優(yōu)化上，將會得到最低的熱耗率。

3 優(yōu)化汽輪機運行的方法

3.1 優(yōu)化節(jié)能運行

在汽輪機工作過程中，除了通過優(yōu)化運行初壓來提高火電廠的熱經(jīng)濟效率，還可以通過一些其他的輔助方式來提高工作的經(jīng)濟效益。對氣流機的汽輪初壓進(jìn)行優(yōu)化時可以通過降低能源損耗率來節(jié)約熱能的消耗，鍋爐在長期的使用過程中會積累大量的灰塵，這些灰塵的積累會影響到鍋爐的受熱面積并且降低鍋爐的傳熱性能，降低鍋爐壓力的承受范圍，因此要對鍋爐進(jìn)行定期的清理，保證蒸汽壓力的承受范圍，以免蒸汽壓過低而產(chǎn)生較大的能源損耗率，甚至發(fā)生因壓力過低而爆炸的危險，并且還要合理控制鍋爐內(nèi)的空氣含量和流速，空氣含量以及空氣流速過高或者過低，都容易導(dǎo)致燃料燃燒不充分，從而浪費資源，因此要合理控制空氣的含量和流速。

3.2 油封系統(tǒng)優(yōu)化

汽輪機在運行過程中所涉及的軸端油封系統(tǒng)還可以成為汽輪機的軸封，用來防止空氣進(jìn)入汽輪機內(nèi)部，影響汽輪機內(nèi)部本身的氣流量，對油封系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化主要是提高油封系統(tǒng)的密閉性，盡可能地降低從汽輪機中產(chǎn)生的蒸汽被泄漏，這樣就能夠提高汽輪機對熱蒸汽的利用率。油封系統(tǒng)在運行過程中很容易受到磨損等情況而導(dǎo)致靈敏性不足、氣密性不好，因此為了保證汽輪機的正常工作，并盡可能地降低能源的損耗率，要及時更新對火電廠汽輪機密封技術(shù)的應(yīng)用和檢查，來提高生產(chǎn)的效率。

4 結(jié)語

怎樣提高火電廠汽輪機的熱經(jīng)濟性是目前我國火電廠面臨的主要問題，通過優(yōu)化運行初壓可以計算出最優(yōu)的汽輪機工作的熱蒸汽壓力，熱蒸汽壓力對應(yīng)著相應(yīng)的熱經(jīng)濟性，因此如何優(yōu)化熱蒸汽壓力即汽輪機的蒸汽初壓是目前很多學(xué)者所著重研究的內(nèi)容。在汽輪機工作過程中所涉及的眾多參數(shù)中只有蒸汽壓力和蒸汽量可以調(diào)節(jié)，對運行初壓進(jìn)行優(yōu)化可以提高火電廠的熱經(jīng)濟效益。對運行初壓的優(yōu)化首先要建立合適的數(shù)學(xué)模型，然后根據(jù)閥門打開的情況確定壓力運行區(qū)間，最終利用歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行推算和優(yōu)化來確定最終的運行初壓。對汽輪機熱效率的優(yōu)化還可以通過優(yōu)化節(jié)能運行，提高蒸汽能轉(zhuǎn)化為機械能的效率，降低蒸汽能的消耗，并且優(yōu)化油封裝置提高密閉性，來降低蒸汽的損耗率。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉建慶，楊占軍.火電廠汽輪機運行初壓優(yōu)化方法研究與應(yīng)用[J].中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2016（21）：53-55.

[2] 李雨熙.火電廠汽輪機運行初壓優(yōu)化方法及應(yīng)用[J].南方農(nóng)機，2016（1）：85，87.