CN108520336B - 一种燃煤机组调峰瞬态过程煤耗分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明专利公开了一种燃煤机组调峰瞬态过程煤耗分析方法，通过对不同工况下机组稳定运行时给煤速率进行测量，记录，将其换算成稳态工况下给煤速率与负荷率指令之间的对应关系；瞬态过程中机组的煤耗指标可直接通过计算实时给煤速率与由变负荷过程中稳态对应值之差，即实时给煤速率增量来代替；整个变负荷过程中的总煤耗增量可通过对给煤速率增量积分得到；不同工况下，机组蓄热差异引起的煤耗增量为蓄热煤耗增量；由于机组偏离稳态，与稳态工况相比，瞬态过程机组自身可能存在蓄热不足等因素引起多余的煤耗记为过程控制煤耗增量；本发明能为机组调峰过程燃料量的控制提供明确的指导。

Description

一种燃煤机组调峰瞬态过程煤耗分析方法

技术领域

本发明属于火电厂煤耗计量与分析技术领域，具体涉及一种燃煤机组调峰瞬态过程煤耗分析方法，可为频繁调峰电站采纳使用，亦可为电网电价管理部门为调峰电站计算补贴提供参考。

背景技术

近几年来，间歇性的可再生能源发电逐步发展壮大，可再生能源发电的并网给整个电网的安全稳定运行带来了新的挑战。为平抑电网的负荷波动，燃煤发电机组频繁参与调峰变负荷任务。在频繁变负荷的情况下，如何评估电站在变负荷过程中的运行经济性以及提高运行的经济性等问题显得日益突出。机组变负荷过程中，机组自身的蓄热状态将发生变化，这部分蓄热一方面来源于机组内蓄工质质量的变化另一方面来源于工质和金属表面温度的变化。机组自身的蓄热惯性导致了在调峰瞬态过程中，按照稳态负荷率计算得到的入炉煤速率与实时输出发电量与所期望的目标发电量存在差异。为满足实时输出发电量与负荷指令发电量相一致，入炉煤速率需发生调整。为了准确地描述瞬态过程中燃煤发电机组给煤利用情况，本发明提出了一种考虑蓄热变化的给煤速率增量形式的煤量计量方法，对实际煤量的控制具有一定的指导意义。

发明内容

本发明正是为频繁调峰的火电机组提供机组燃料量的计量与分析提供了一种燃煤机组调峰瞬态过程煤耗分析方法，从机组瞬态特性与静态特性的本质差异中出发，旨在指明各部分燃料在变负荷瞬态过程中的实际作用。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：

一种燃煤机组调峰瞬态过程煤耗分析方法，将调峰瞬态过程中的给煤速率分为稳态对应负荷下的给煤速率、蓄热差异给煤速率增量和过程控制给煤速率增量，主要包含以下几个步骤：

1)采集火电机组不同负荷率下，即30％THA-BMCR全工况中，稳态运行工况下的锅炉炉膛入炉煤给煤速率kg/s，并将其做成与机组负荷率L一一对应的分段线性差值函数f₁；

2)采集火电机组实时入炉煤速率kg/s，机组实时负荷率L_r-t；利用f₁和L_r-t得到机组实时负荷率下的稳态对应给煤速率kg/s，进而得到机组实时给煤速率增量

式中：L_r-t为机组实时负荷率；为实时负荷率下的稳态对应给煤速率,kg/s； 为火电机组实时入炉煤速率,kg/s；为机组实时给煤速率增量,kg/s；下标r-t表示实时 值，s表示稳态对应值，s-s表示稳态工况值；

3)将对时间积分，得到机组调峰瞬态过程中的总煤耗增量ΔB

式中：ΔB为机组调峰瞬态过程中的总煤耗增量，kg；τ₀是调峰瞬态过程的总时间,s；

4)将机组调峰瞬态过程中的总煤耗增量ΔB进一步分为蓄热差异引起的煤耗增量ΔB_T和调峰过程控制引起的煤耗增量ΔB_p-c；

5)计算不同工况下，机组蓄热状态的差异ΔQ_t，kJ；其中由于工质质量和工质焓值变化引起的那部分蓄热差异为ΔQ_t,f，kJ；由于金属壁温变化引起的蓄热增量ΔQ_t,M，kJ；

机组各个部分蓄热计算如下：

(a)金属蓄热量

机组在不同运行工况下，其受热面金属壁温存在差异，以编号i的省煤器为例，在机组负荷率为L时其金属平均壁温分别为T_i,M其金属蓄热量为:

Q_i,M＝M_i,M·c_M·(T_i,M-T₀) (4)

式中：Q_i,M为机组在负荷率为L时，省煤器金属受热面的蓄热量，kJ；T₀是环境温度，℃；M_i,M是金属的质量，kg；c_M是金属比热容，kJ/(kg·℃)；

整个机组受热面的蓄热量为:

式中：Q_t,M为整个机组受热面的蓄热量，kJ；n为设备总数；角标t为total缩写，代表总和；

(b)工质蓄热量

Q_i,f＝M_i,f·(h_i,f-h₀) (6)

(c)总蓄热量

Q_t＝Q_t,f+Q_t,M (8)

式中：h₀是环境温度下工质对应的焓值，kJ/kg；h_i,f是工质的焓值，kJ/kg；M_i,f为不同设备内蓄工质质量,kg；Q_i,f是工质的蓄热量，kJ；Q_t,f是机组内全部工质的蓄热量，kJ；Q_t是机组全部工质和金属受热面的蓄热量，kJ；

统计机组30％THA-BMCR工况下，机组负荷率L与机组全部工质和金属受热面的蓄热量之间的关系，折成函数f₂；进而可得到调峰过程前后，机组的蓄热差异，计算

ΔQ_t＝f₂(L₂)-f₂(L₁) (9)

ΔQ_B＝ΔQ_t-ΔM_f·h₀ (10)

ΔB_p-c＝ΔB-ΔB_T (12)

式中：L₁是初始负荷率；L₂是目标负荷率；ΔM_f是负荷变化前后工质的质量差异，kg；ΔQ_B为不同工况下通过煤量补偿的机组的蓄热差异值,kJ；ΔB_T为由于不同工况下的蓄热差异，机组的给煤总增量,kg；ΔB_p-c为调峰过程中过程控制带来的给煤总增量,kg。

和现有技术相比较，本发明具备如下优点：

1.考虑火电调峰机组经常运行在偏离设计工况下，火电机组调峰过程中煤耗会与稳态运行时偏差较大，本发明为分析调峰机组的煤耗组成提供了一种新的算法，利用煤耗增量的方法可直观地反应出调峰机组在变负荷运行过程中额外煤耗。

2.本发明实现简单，无需增加额外设备，投资低，回收周期极短。

附图说明

附图1中为某660MW机组从50％-75％THA升负荷过程中的入炉煤速率的实时变化和稳态负荷率对应值的变化图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例子对本发明进一步说明。(请考虑以下具体实施例是否结合图1用一个具体的实例来说明技术方案)

本发明一种燃煤机组调峰瞬态过程煤耗分析方法，将调峰瞬态过程中的给煤速率分为稳态对应负荷下的给煤速率、蓄热差异给煤速率增量和过程控制给煤速率增量，主要包含以下几个步骤：

1)采集火电机组不同负荷率下，即30％THA-BMCR全工况中，稳态运行工况下的锅炉炉膛入炉煤给煤速率kg/s，并将其做成与机组负荷率L一一对应的分段线性差值函数f₁；图中的黑色虚线为机组实时负荷率下对应的稳态入炉煤速率。

2)采集火电机组实时入炉煤速率kg/s，机组实时负荷率L_r-t；图中黑色实线为实时机组负荷率下的入炉煤速率。利用f₁和L_r-t得到机组实时负荷率下的稳态对应给煤速率kg/s，进而得到机组实时给煤速率增量

式中：L_r-t为机组实时负荷率；为实时负荷率下的稳态对应给煤速率,kg/s；为火电机组实时入炉煤速率,kg/s；为机组实时给煤速率增量,kg/s；下标r-t表示实时值，s表示稳态对应值，s-s表示稳态工况值；

3)将对时间积分，得到机组调峰瞬态过程中的总煤耗增量ΔB，图中黑实线与黑虚线围成的黑色区域即为ΔB的数值：

式中：ΔB为机组调峰瞬态过程中的总煤耗增量，kg；τ₀是调峰瞬态过程的总时间,s；

4)将机组调峰瞬态过程中的总煤耗增量ΔB进一步分为蓄热差异引起的煤耗增量ΔB_T和调峰过程控制引起的煤耗增量ΔB_p-c；

5)计算不同工况下，机组蓄热状态的差异ΔQ_t，kJ；其中由于工质质量和工质焓值变化引起的那部分蓄热差异为ΔQ_t,f，kJ；由于金属壁温变化引起的蓄热增量ΔQ_t,M，kJ；

机组各个部分蓄热计算如下：

(a)金属蓄热量

机组在不同运行工况下，其受热面金属壁温存在差异，以编号i的省煤器为例，在机组负荷率为L时其金属平均壁温分别为T_i,M其金属蓄热量为:

Q_i,M＝M_i,M·c_M·(T_i,M-T₀) (4)

式中：Q_i,M为机组在负荷率为L时，省煤器金属受热面的蓄热量，kJ；T₀是环境温度，℃；M_i,M是金属的质量，kg；c_M是金属比热容，kJ/(kg·℃)；

整个机组受热面的蓄热量为:

式中：Q_t,M为整个机组受热面的蓄热量，kJ；n为设备总数；角标t为total缩写，代表总和；

(b)工质蓄热量

Q_i,f＝M_i,f·(h_i,f-h₀) (6)

(c)总蓄热量

Q_t＝Q_t,f+Q_t,M (8)

式中：h₀是环境温度下工质对应的焓值，kJ/kg；h_i,f是工质的焓值，kJ/kg；M_i,f为不同设备内蓄工质质量,kg；Q_i,f是工质的蓄热量，kJ；Q_t,f是机组内全部工质的蓄热量，kJ；Q_t是机组全部工质和金属受热面的蓄热量，kJ；

统计机组30％THA-BMCR工况下，机组负荷率L与机组全部工质和金属受热面的蓄热量之间的关系，折成函数f₂；进而可得到调峰过程前后，机组的蓄热差异，计算

ΔQ_t＝f₂(L₂)-f₂(L₁) (9)

ΔQ_B＝ΔQ_t-ΔM_f·h₀ (10)

ΔB_p-c＝ΔB-ΔB_T (12)

式中：L₁是初始负荷率；L₂是目标负荷率；ΔM_f是负荷变化前后工质的质量差异，kg；ΔQ_B为不同工况下通过煤量补偿的机组的蓄热差异值,kJ；ΔB_T为由于不同工况下的蓄热差异，机组的给煤总增量,kg；ΔB_p-c为调峰过程中过程控制带来的给煤总增量,kg。

通过上述方法可分别得到，机组调峰过程中由于蓄热差异和过程控制引起的煤耗增量。

如图1所示，为660MW机组从50％-75％THA升负荷过程中的入炉煤速率的实时变化和稳态负荷率对应值的变化图，从图中可以看出：调峰电站在变负荷运行过程中的实时给煤速率、给煤速率增量和变负荷瞬态过程的总煤耗增量。

Claims (1)

1.一种燃煤机组调峰瞬态过程煤耗分析方法，其特征在于：将调峰瞬态过程中的给煤速率分为稳态对应负荷下的给煤速率、蓄热差异给煤速率增量和过程控制给煤速率增量，主要包含以下几个步骤：

1)采集火电机组不同负荷率下，即30％THA-BMCR全工况中，稳态运行工况下的锅炉炉膛入炉煤给煤速率kg/s，并将其做成与机组负荷率L一一对应的分段线性差值函数f₁；

2)采集火电机组实时入炉煤速率kg/s，机组实时负荷率L_r-t；利用f₁和L_r-t得到机组实时负荷率下的稳态对应给煤速率kg/s，进而得到机组实时给煤速率增量

式中：L_r-t为机组实时负荷率；为实时负荷率下的稳态对应给煤速率,kg/s；为火电机组实时入炉煤速率,kg/s；为机组实时给煤速率增量,kg/s；下标r-t表示实时值，s表示稳态对应值，s-s表示稳态工况值；

3)将对时间积分，得到机组调峰瞬态过程中的总煤耗增量ΔB

式中：ΔB为机组调峰瞬态过程中的总煤耗增量，kg；τ₀是调峰瞬态过程的总时间,s；

4)将机组调峰瞬态过程中的总煤耗增量ΔB进一步分为蓄热差异引起的煤耗增量ΔB_T和调峰过程控制引起的煤耗增量ΔB_p-c；

5)计算不同工况下，机组蓄热状态的差异ΔQ_t，kJ；其中由于工质质量和工质焓值变化引起的那部分蓄热差异为ΔQ_t,f，kJ；由于金属壁温变化引起的蓄热增量ΔQ_t,M，kJ；

机组各个部分蓄热计算如下：

(a)金属蓄热量

机组在不同运行工况下，其受热面金属壁温存在差异，对于编号i的省煤器，在机组负荷率为L时其金属平均壁温分别为T_i,M其金属蓄热量为:

Q_i,M＝M_i,M·c_M·(T_i,M-T₀) (4)

式中：Q_i,M为机组在负荷率为L时，省煤器金属受热面的蓄热量，kJ；T₀是环境温度，℃；M_i,M是金属的质量，kg；c_M是金属比热容，kJ/(kg·℃)；

整个机组受热面的蓄热量为:

式中：Q_t,M为整个机组受热面的蓄热量，kJ；n为设备总数；角标t为total缩写，代表总和；

(b)工质蓄热量

Q_i,f＝M_i,f·(h_i,f-h₀) (6)

(c)总蓄热量

Q_t＝Q_t,f+Q_t,M (8)

式中：h₀是环境温度下工质对应的焓值，kJ/kg；h_i,f是工质的焓值，kJ/kg；M_i,f为不同设备内蓄工质质量,kg；Q_i,f是工质的蓄热量，kJ；Q_t,f是机组内全部工质的蓄热量，kJ；Q_t是机组全部工质和金属受热面的蓄热量，kJ；

统计机组30％THA-BMCR工况下，机组负荷率L与机组全部工质和金属受热面的蓄热量之间的关系，折成函数f₂；进而可得到调峰过程前后，机组的蓄热差异，计算

ΔQ_t＝f₂(L₂)-f₂(L₁) (9)

ΔQ_B＝ΔQ_t-ΔM_f·h₀ (10)

ΔB_p-c＝ΔB-ΔB_T (12)

式中：L₁是初始负荷率；L₂是目标负荷率；ΔM_f是负荷变化前后工质的质量差异，kg；ΔQ_B为不同工况下通过煤量补偿的机组的蓄热差异值,kJ；ΔB_T为由于不同工况下的蓄热差异，机组的给煤总增量,kg；ΔB_p-c为调峰过程中过程控制带来的给煤总增量,kg。