CN108412558A - 一种汽轮发电机组智能经济运行系统 - Google Patents

一种汽轮发电机组智能经济运行系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种汽轮发电机组智能经济运行系统，包括数据采集模块、智能算法计算模块和控制模块，数据采集模块与智能算法计算模块连接，智能算法计算模块与控制模块连接，控制模块与机组DCS控制系统和机组协调控制系统连接，数据采集模块采集发电机组DCS系统的实时运行数据，并传输至智能算法计算模块，智能算法计算模块通过滑压优化计算模块、循泵优化计算模块计算出了当前机组负荷、循环水温度下的汽轮机最佳主汽压力和循环水泵最佳变频频率，并通过控制系统模块将该最佳主汽压力值和循环水泵最佳变频频率值传输至机组DCS控制系统和机组协调控制系统，自动调节机组按实时优化的方式运行，实现汽轮发电机组智能经济运行。

Description

一种汽轮发电机组智能经济运行系统
技术领域
本发明涉及一种一种用于提高汽轮发电机组运行经济性的智能系统，属于汽轮发电机组技术领域。
背景技术
煤炭清洁高效利用对我国能源战略具有重要意义。发电是煤炭清洁高效利用的主要方面。优化汽轮发电机组运行方式，提高发电运行经济性，成为发电企业节能降耗的重要举措。
汽轮机滑压经济运行、循环水系统经济运行是提高汽轮发电机组运行经济性的重要方面。但是实践发现，目前滑压运行优化和循环水系统运行优化是各自孤立的，并不能使机组经济性达到最大化。主要原因在于：
1、一般的滑压优化曲线为某运行条件下的曲线，如假设机组背压、汽轮机进汽温度为设计值，仅仅适用于该条件下的运行工况。当运行条件发生变化时，如低负荷时机组背压降低或气候条件变化导致机组背压发生变化，如果仍然按照一般的滑压优化曲线运行，会出现某些运行参数(如机组出力)达不到要求的问题，此时需要运行人员进行操作，或者机组协调系统发挥作用，如提高或降低主汽压力等，以使机组运行参数达到要求，但是此时汽轮机滑压运行方式已经偏离了最佳运行方式，导致机组滑压运行经济性下降。
2、目前，大部分电厂循环水系统采用定速或高低速循环水泵，当循环水泵组合方式优化后，在不同的水温条件下，需要运行人员操作循环水泵启停和就地切换高低速运行方式。一方面，增加了运行人员的工作量，分散了工作精力，增加了运行成本和运行风险；另一方面设备启停次数过多影响设备寿命，增加了设备维护成本，致使经济运行方式的可操作性不强，降低了优化运行方式的经济效益。
3、实际上，汽轮机滑压运行与循环水系统运行是互相联系、互相影响的。循环水系统运行方式直接影响汽轮机排汽压力和循泵耗电率，而汽轮机排汽压力直接影响了汽轮机滑压运行方式。同时，滑压运行方式的变化导致汽轮机低压缸排汽能量发生改变，继而影响汽轮机排汽压力，导致循环水系统运行方式发生变化。机组运行时，如果单独实施滑压优化运行，会影响循环水运行优化效果；单独实施循环水系统优化运行，会影响排汽压力，影响滑压优化运行效果。运行人员实际操作时，难以同时考虑滑压运行和循环水系统运行的优化方式，即使某些具有现场经验的运行人员考虑同时进行优化，也需要反复进行运行操作，增加了运行困难，不利于电厂智能化运行。
目前尚未发现将滑压优化运行与循环水系统优化运行相结合的算法和实施案例，国内电厂或相关研究机构并未将汽轮机滑压运行与循环水系统运行作为一个整体系统进行运行优化，大大降低了汽轮发电机组的运行经济效果。
发明内容
本发明为了解决现有技术中存在的问题，提供一种能实现汽轮机滑压运行与循环水系统的同步优化运行的汽轮发电机组智能经济运行系统。
为了达到上述目的，本发明提出的技术方案为：一种汽轮发电机组智能经济运行系统，包括机组DCS控制系统、机组协调控制系统和采用定速循环水泵或高低速循环水泵的循环水系统，所述循环水系统中设有循环水泵，循环水泵采用变频方式，其特征在于：包括数据采集模块、智能算法计算模块和控制模块，数据采集模块与智能算法计算模块连接，智能算法计算模块与控制模块连接，控制模块与机组DCS控制系统和机组协调控制系统连接；智能算法计算模块包括互相连接的滑压优化计算模块和循泵优化计算模块；
所述数据采集模块用于采集机组DCS系统的实时运行数据，并将实时运行数据传输至智能算法计算模块；
所述滑压优化计算模块根据循泵优化计算模块得到的凝汽器最佳真空得到该最佳真空下机组的最佳主汽压力以及该最佳主汽压力下的机组热耗率，并将热耗率反馈给循泵优化计算模块；
所述循泵优化计算模块根据实时运行数据和滑压优化计算模块计算出的机组热耗率得到得出凝汽器最佳真空以及循环水泵最佳设定变频频率；并将凝汽器最佳真空反馈给滑压优化计算模块；
所述控制模块用于接收智能算法计算模块得到的最佳主汽压力和循环水泵变频设定变频频率，并传输至机组DCS控制系统和机组协调控制系统，实现汽轮发电机组智能经济运行。
对上述技术方案的进一步设计为：所述滑压优化计算模块设有设计背压下的滑压优化数学模型、凝汽器最佳真空下的滑压优化数学模型和机组热耗率计算模型；所述设计背压下的滑压优化数学模型，用于确定汽轮发电机组在设计背压条件下，汽轮机主汽压力与机组负荷之间的数学关系；所述凝汽器最佳真空下的滑压优化数学模型用于确定汽轮发电机组在凝汽器最佳真空条件下，汽轮机主汽压力与机组负荷之间的数学关系，并计算得到主汽压力；所述机组热耗率计算模型用于根据机组负荷、最佳主汽压力和凝汽器最佳真空条件确定当前的机组热耗率。
所述循泵优化计算模块设有凝汽器热负荷计算模型、凝汽器变工况计算模型、循环水泵运行方式计算模型和凝汽器最佳真空计算模型；所述凝汽器热负荷计算模型用于根据滑压优化计算模块得出的机组热耗率计算得到凝汽器热负荷；所述凝汽器变工况计算模型用于根据凝汽器热负荷、实时运行数据确定不同循环水流量下的凝汽器真空；所述循环水泵运行方式计算模型用于根据不同循环水流量确定循环水系统耗电功率以及对应的循环水泵变频运行的设定变频频率；所述凝汽器最佳真空计算模型用于根据凝汽器变工况计算模型得到的计算结果寻找循环水系统最佳经济运行方式，确定凝汽器最佳真空。
本发明的有益效果为：
本发明通过数据采集模块获取机组负荷、循环水温度等实时运行数据，并从机组DCS控制系统中获取机组运行信息，根据当前机组运行条件，通过智能算法计算得出汽轮机最佳主汽压力和循泵最佳设定变频频率，通过电厂机组控制系统自动实现机组经济运行，代替了原来的运行人员通过查询优化运行方案或措施来进行运行操作的繁杂工作，真正实现了汽轮机滑压运行与循环水系统的同步优化运行，避免了滑压运行优化与循环水系统运行优化效果的相互弱化，有效提高了机组自动化、智能化运行水平，最大化地提高了机组经济效益。
附图说明
图1为本发明实施例的运行系统的结构框图；
图2为图1所示运行系统中智能算法计算模块的结构框图；
图3为图2所示智能算法计算模块中滑压优化计算模块运行框图。
图4为图2所示智能算法计算模块中循泵优化计算模块运行框图。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
本实施例的一种汽轮发电机组智能经济运行系统，包括机组DCS控制系统、机组协调控制系统和采用定速循环水泵或高低速循环水泵的循环水系统，循环水系统包括：凝汽器、循环水系统管道、阀门、采用变频方式的循环水泵。
如图1所示，本发明实施例提供的一种汽轮发电机组智能经济运行系统，包括依次连接的数据采集模块、智能算法计算模块和控制模块。
数据采集模块，采集电厂DCS系统的实时运行数据，将采集数据传输至智能算法计算模块，采集DCS系统的数据主要是采集汽轮发电机组运行边界条件参数和主要运行数据，为智能算法计算模块提供所需数据，部分具体用到的机组运行数据，如表1所示。
表1
如图2所示，智能算法计算模块包括滑压优化计算模块和循泵优化计算模块，其中的滑压优化计算模块获取循泵优化计算模块计算得到的凝汽器最佳真空(即机组最佳背压)，以及机组运行信息，并根据当前机组运行条件，计算出最佳背压运行条件下的最佳主汽压力，即最佳滑压运行方式，并得到该最佳主汽压力下的机组热耗率，并将热耗率反馈给循泵优化计算模块；其中的循泵优化计算模块，根据实时运行数据和滑压优化计算模块计算出的机组热耗率得到得出凝汽器最佳真空以及循环水泵最佳设定变频频率(即循环水系统最佳运行方式)，并将凝汽器最佳真空反馈给滑压优化计算模块；这样，通过智能算法计算模块得出了在机组负荷和循环水温度的运行条件下汽轮发电机组滑压和循环水系统同步优化的最佳运行方式。
控制模块用于接收最佳主汽压力和循环水泵变频设定变频频率，并向机组DCS控制系统和机组协调控制系统传输最佳主汽压力和循环水泵最佳变频频率等优化运行参数，由机组原有的控制系统自动调节机组按本智能经济运行系统给定的参数运行。
智能算法计算模块中的滑压优化计算模块，设有如图3所示的设计背压下的滑压优化数学模型、凝汽器最佳真空下的滑压优化数学模型和机组热耗率计算模型。
设计背压下的滑压优化数学模型，用于计算汽轮发电机组在设计背压条件下，汽轮机主汽压力与机组负荷之间的数学关系。该模型通过汽轮机滑压优化运行试验得出，或者采用汽轮机设计的滑压运行曲线。
凝汽器最佳真空下的滑压优化数学模型，用于计算汽轮发电机组在循泵优化计算模块给出的机组最佳背压条件下，汽轮机主汽压力与机组负荷之间的数学关系，并计算最佳主汽压力。该模型通过机组背压影响特性试验和主汽压力影响特性试验得出。机组背压影响特性试验确定了不同负荷下机组背压对机组出力的影响关系，主汽压力影响特性试验确定了不同负荷下主汽压力对机组出力的影响关系，通过上述试验确定的关系可以计算机组背压对汽轮机主汽压力的影响关系，从而确定机组背压变化时，为维持机组负荷汽轮机主汽压力的变化值，形成新的背压条件下的汽轮发电机组滑压优化运行曲线，然后根据该曲线给出最佳真空条件下该负荷的最佳主汽压力。
机组热耗率计算模型，该模型主要确定在凝汽器最佳真空下的滑压优化数学模型给出的最佳主汽压力的条件下的机组滑压优化运行热耗率H。通过汽轮机制造商提供的热耗率曲线或性能试验方法得出滑压优化运行的基准热耗率，再通过试验获取或汽轮机制造商提供的背压修正曲线计算得出上述机组滑压优化运行热耗率H。该热耗率为循泵优化计算模块中凝汽器热负荷计算模型的凝汽器热负荷计算所需数据。
智能算法计算模块中的循泵优化计算模块，包括了如图4示的凝汽器热负荷计算模型、凝汽器变工况计算模、循环水泵运行方式计算模型和凝汽器最佳真空计算模型。
凝汽器热负荷计算模型，用于根据滑压优化计算模块中机组热耗率计算模型给出的机组热耗率H计算得出凝汽器热负荷Q，计算方法如下：
式中：Q为凝汽器热负荷，单位为kW；H为机组热耗率，单位为kJ/(kW·h)，该值由机组热耗率计算模型计算提供；Pe为外界向系统输入的功率；Pt为汽轮机输出功率；P0为机组负荷指令。
凝汽器变工况计算模型，用于凝汽器变工况运行计算，即根据凝汽器进口循环水进口温度、循环水量、凝汽器热负荷，计算出相应的凝汽器压力。
凝汽器压力对应饱和温度计算方法为：
式中，KT为凝汽器总体传热系数,单位为W/(㎡·K)；A为凝汽器面积，单位为m2；Cp为水的定压比热容，单位为J/(kg·K)；Gw为循环水流量，单位为kg/s；tw1为凝汽器进口循环水温度，单位为℃。
凝汽器总体传热系数KT的计算采用美国传热学会HEI推荐的计算公式：KT＝Kb·βt·βm·βc，Kb为基本传热系数，W/(㎡·K)；λ为系数；νw为循环水在凝汽器换热管束内的流速，m/s；βt为循环水进口温度修正系数；βm为管材与壁厚修正系数；βc为凝汽器清洁系数。
由于得出了凝汽器压力对应饱和温度，其凝汽器压力可相应得出。
循环水泵运行方式计算模型，根据不同循环流量，通过实际的循环水系统试验特性曲线计算相应工况下循环水泵电耗和对应的循泵变频频率。若没有试验特性曲线，采用循环水泵设计性能曲线，根据循环水量、运行参数，获取循环水泵功率和变频频率。
凝汽器最佳真空计算模型，用于预测、对比不同运行方式下的机组经济性能，找出循环水系统最佳运行方式。凝汽器最佳真空计算可以参照《凝汽器与真空系统运行维护导则》提供的方法得出。
本发明的技术方案不局限于上述各实施例，凡采用等同替换方式得到的技术方案均落在本发明要求保护的范围内。

Claims (3)

1. 一种汽轮发电机组智能经济运行系统，包括机组DCS控制系统、机组协调控制系统和采用定速循环水泵或高低速循环水泵的循环水系统，所述循环水系统中设有循环水泵，循环水泵采用变频方式， 其特征在于：包括数据采集模块、智能算法计算模块和控制模块，数据采集模块与智能算法计算模块连接，智能算法计算模块与控制模块连接，控制模块与机组DCS控制系统和机组协调控制系统连接；智能算法计算模块包括互相连接的滑压优化计算模块和循泵优化计算模块；
所述数据采集模块用于采集机组DCS系统的实时运行数据，并将实时运行数据传输至智能算法计算模块；
所述滑压优化计算模块根据循泵优化计算模块得到的凝汽器最佳真空得到该最佳真空下机组的最佳主汽压力以及该最佳主汽压力下的机组热耗率，并将机组热耗率反馈给循泵优化计算模块；
所述循泵优化计算模块根据实时运行数据和滑压优化计算模块计算出的机组热耗率得到得出凝汽器最佳真空以及循环水泵最佳设定变频频率；并将凝汽器最佳真空反馈给滑压优化计算模块；
所述控制模块用于接收智能算法计算模块得到的最佳主汽压力和循环水泵变频设定变频频率，并传输至机组DCS控制系统和机组协调控制系统，实现汽轮发电机组智能经济运行。
2.根据权利要求1所述汽轮发电机组智能经济运行系统，其特征在于：所述滑压优化计算模块设有设计背压下的滑压优化数学模型、凝汽器最佳真空下的滑压优化数学模型和机组热耗率计算模型；所述设计背压下的滑压优化数学模型，用于确定汽轮发电机组在设计背压条件下，汽轮机主汽压力与机组负荷之间的数学关系；所述凝汽器最佳真空下的滑压优化数学模型用于确定汽轮发电机组在凝汽器最佳真空条件下，汽轮机主汽压力与机组负荷之间的数学关系，并计算得到主汽压力；所述机组热耗率计算模型用于根据机组负荷、最佳主汽压力和凝汽器最佳真空条件确定当前的机组热耗率。
3.根据权利要求2所述汽轮发电机组智能经济运行系统，其特征在于：所述循泵优化计算模块设有凝汽器热负荷计算模型、凝汽器变工况计算模型、循环水泵运行方式计算模型和凝汽器最佳真空计算模型；所述凝汽器热负荷计算模型用于根据滑压优化计算模块得出的机组热耗率计算得到凝汽器热负荷；所述凝汽器变工况计算模型用于根据凝汽器热负荷、实时运行数据确定不同循环水流量下的凝汽器真空；所述循环水泵运行方式计算模型用于根据不同循环水流量确定循环水系统耗电功率以及对应的循环水泵变频运行的设定变频频率；所述凝汽器最佳真空计算模型用于根据凝汽器变工况计算模型得到的计算结果寻找循环水系统最佳经济运行方式，确定凝汽器最佳真空。
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