CN102542109A - 一种考虑负荷特性的火电机组热力系统优化设计方法 - Google Patents

Abstract

一种考虑负荷特性的火电机组热力系统优化设计方法，设机组的负荷时间分布特性为nd(t)，其供电煤耗率随机组负荷及最佳运行工况负荷的变化规律为b(nd，nd_boc)，根据总煤耗率最小的原则确定机组最佳运行工况负荷nd_boc，并通过机组变工况负荷获得供电煤耗率随机组负荷及最佳运行工况负荷的变化规律b(nd，nd_boc)，其计算公式为：

Description

一种考虑负荷特性的火电机组热力系统优化设计方法

技术领域

本发明涉及一种火电机组热力系统的优化设计方法，具体涉及一种考虑负荷特性的火电机组热力系统优化设计方法。

背景技术

我国燃煤发电的装机规模和参数水平都处于世界前列，燃煤发电的能耗水平将成为评价工业用能整体水平的重要指标，在工业节能中的地位举足轻重。随着电力行业结构调整的深入，我国燃煤发电已经进入大容量、高参数时代，与大容量、高参数燃煤发电应有的节能减排潜力相比，我国燃煤发电机组的实际运行能耗高于其设计能耗，机组实际运行负荷低是影响其性能的主要因素。根据统计，2010年我国大型燃煤发电机组平均年设备利用小时数只有5031小时，机组长期处于频繁变负荷状况，而机组的运行负荷越低，其热经济型越差。以1000MW机组为例，80％负荷的供电煤耗率比100％负荷高0.7/kWh，而60％负荷的供电煤耗率则比100％负荷高3g/kWh以上。

现有大型燃煤发电机组均按照其热耗验收工况(THA工况)进行优化设计，该工况的负荷与机组的最大连续功率(MCR)工况很接近，机组在该工况下运行具有较好的经济性。但是，当机组实际运行负荷下降时，其热经济性下降。

发明内容

本发明的目的在于提供一种考虑负荷特性的火电机组热力系统优化设计方法。本发明通过优化设计机组的回热参数及再热参数来提高机组全工况下的热经济性，对提高降低火电机组的能耗、促进火电行业的节能减排有重要意义。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

1)设机组的负荷时间分布特性为Nd(t)，其供电煤耗率随机组负荷及最佳运行工况负荷的变化规律为b(Nd，Nd_BOC)，根据总煤耗率最小的原则确定机组最佳运行工况负荷Nd_BOC，并通过机组变工况负荷获得供电煤耗率随机组负荷及最佳运行工况负荷的变化规律b(Nd，Nd_BOC)，其计算公式为：

$\frac{\∂B}{{\∂\mathrm{Nd}}_{\mathrm{BOC}}}=\frac{\∂}{{\∂\mathrm{Nd}}_{\mathrm{BOC}}}\underset{0}{\overset{T}{\∫}}\mathrm{Nd}\left(t\right)b(\mathrm{Nd},{\mathrm{Nd}}_{\mathrm{BOC}})\mathrm{dt}=\underset{0}{\overset{T}{\∫}}\mathrm{Nd}\left(t\right)\frac{\∂}{{\∂\mathrm{Nd}}_{\mathrm{BOC}}}b(\mathrm{Nd},{\mathrm{Nd}}_{\mathrm{BOC}})=0,$ 其中T为运行时间，B为总煤耗；

2)根据机组最佳运行工况负荷进行热力系统优化；

3)调节再热蒸汽压力比常规设计方法提高10％-30％；

4)调节锅炉给水温度比常规设计方法提高5℃-30℃；

5)调节抽汽压力最低的一级低压回热加热器的温升比常规设计方法提高5℃-20℃。

本发明考虑了机组的负荷特性，通过选择使机组整体供电煤耗率较低的BOC工况进行热力系统优化设计，从而降低机组全工况范围内的能耗水平；对某1000MW超临界直接空冷机组的计算表明，采用本方法进行热力系统优化设计，可使机组的整体煤耗下降0.8g/kWh，年节约标准煤约4000吨，具有显著的节能减排效果。

附图说明

图1是理论再热循环的变工况特性图；

图2是理论回热循环的变工况特性图；

图3是某1000MW超临界空冷机组优化前后的变工况能耗特性图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明的优化设计方法如下：

1)设机组的负荷时间分布特性为Nd(t)，其供电煤耗率随机组负荷及最佳运行工况负荷的变化规律为b(Nd，Nd_BOC)，根据总煤耗率最小的原则确定机组最佳运行工况负荷Nd_BOC(BOC，the best operation condition)，并通过机组变工况负荷获得供电煤耗率随机组负荷及最佳运行工况负荷的变化规律b(Nd，Nd_BOC)，其计算公式为：

$\frac{\∂B}{{\∂\mathrm{Nd}}_{\mathrm{BOC}}}=\frac{\∂}{{\∂\mathrm{Nd}}_{\mathrm{BOC}}}\underset{0}{\overset{T}{\∫}}\mathrm{Nd}\left(t\right)b(\mathrm{Nd},{\mathrm{Nd}}_{\mathrm{BOC}})\mathrm{dt}=\underset{0}{\overset{T}{\∫}}\mathrm{Nd}\left(t\right)\frac{\∂}{{\∂\mathrm{Nd}}_{\mathrm{BOC}}}b(\mathrm{Nd},{\mathrm{Nd}}_{\mathrm{BOC}})=0,$ 其中T为运行时间，B为总煤耗；

2)根据机组最佳运行工况负荷进行热力系统优化；

3)调节再热蒸汽压力比常规设计方法提高10％-30％；

4)调节锅炉给水温度比常规设计方法提高5℃-30℃；

5)调节抽汽压力最低的一级低压回热加热器的温升比常规设计方法提高5℃-20℃。

研究表明，当机组负荷降低时，其主蒸汽流量下降，汽轮机各级非调整抽汽压力也随之下降，由此导致再热压力下降、锅炉给水温度下降，偏离其热力学最佳再热压力及热力学最佳给水温度。图1及图2分别给出了不同流量下理论再热循环及理论回热循环效率的变化规律，从这两张图可以看出随着机组新蒸汽流量的下降，其循环效率下降，且流量越小，下降速度越快。

为了研究改变再热压力及给水温度(抽汽压力)对理论再热循环及理论回热循环热变工况性能的影响，分别将再热压力及抽汽压力升高和降低20％，获得的循环效率随机组流量的变化规律如图1、2所示。由此可以看出，增加再热压力及回热抽汽压力，循环效率的变化趋于平缓，而降低再热压力及回热抽汽压力，循环效率的变化更加剧烈。当流量大于90％时，再热压力及抽汽压力增加20％时的循环效率小于其热力学优化工况，而当流量小于90％时，再热压力及抽汽压力增加20％时的循环效率小于其热力学优化工况。研究该图还可以发现，低负荷(50％流量)时再热压力及抽汽压力增加所导致的循环效率增加远大于高负荷(100％流量)时循环效率的减小。因此，对于大部分时间都运行在部分负荷的调峰机组而言，选择较高的再热压力及抽汽压力(给水温度)，可使其经常运行工况的热经济性大大提高，从而有效降低了机组的整体能耗水平。

当机组流量降低时，其回热抽汽压力也随之降低，从而使回热系统各级加热器的温升分布发生变化，而影响最大的则是汽压力最低的一级低压回热加热器，由于抽汽压力下降，其出水温度也下降，但其进水温度由排汽压力决定，在环境温度不变的情况下基本不变，从而导致该级的加热温升迅速下降。为了保证各级加热器的温升满足最佳温升分配的要求，该级加热器的温升应取较大的值。

根据上述分析，考虑到我国大型燃煤发电机组的运行现状，有必要引入最佳运行工况(BOC)负荷并按照该负荷对机组热力系统进行优化设计。图3是某1000MW超临界空冷机组采用本方法进行优化设计前后机组供电煤耗率随负荷的变化曲线，其中BOC工况下机组的负荷取为80％负荷。由该图可以看出，采用本发明的优化设计方法，可使低负荷下机组的供电煤耗率大大下降，而高负荷下的供电煤耗率的上升较小。如机组长期平均负荷为70％，则可使机组的整体供电煤耗率下降0.8g/kWh，按照2010年我国火电厂的平均运行小时数5031进行计算，年节约标准煤约4000吨，节能减排效果明显。

Claims (1)

1.一种考虑负荷特性的火电机组热力系统优化设计方法，其特征在于：

1)设机组的负荷时间分布特性为Nd(t)，其供电煤耗率随机组负荷及最佳运行工况负荷的变化规律为b(Nd，Nd_BOC)，根据总煤耗率最小的原则确定机组最佳运行工况负荷Nd_BOC，并通过机组变工况负荷获得供电煤耗率随机组负荷及最佳运行工况负荷的变化规律b(Nd，Nd_BOC)，其计算公式为：

$\frac{\∂B}{{\∂\mathrm{Nd}}_{\mathrm{BOC}}}=\frac{\∂}{{\∂\mathrm{Nd}}_{\mathrm{BOC}}}\underset{0}{\overset{T}{\∫}}\mathrm{Nd}\left(t\right)b(\mathrm{Nd},{\mathrm{Nd}}_{\mathrm{BOC}})\mathrm{dt}=\underset{0}{\overset{T}{\∫}}\mathrm{Nd}\left(t\right)\frac{\∂}{{\∂\mathrm{Nd}}_{\mathrm{BOC}}}b(\mathrm{Nd},{\mathrm{Nd}}_{\mathrm{BOC}})=0,$ 其中T为运行时间，B为总煤耗；

2)根据机组最佳运行工况负荷进行热力系统优化；

3)调节再热蒸汽压力比常规设计方法提高10％-30％；

4)调节锅炉给水温度比常规设计方法提高5℃-30℃；

5)调节抽汽压力最低的一级低压回热加热器的温升比常规设计方法提高5℃-20℃。

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