CN111287811A - 一种高背压梯级供热机组最佳运行真空在线寻优方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高背压梯级供热机组最佳运行真空在线寻优方法，通过现场性能试验和理论计算得出高背压梯级供热机组和低压连通管抽汽供热机组的供热负荷Q和标煤消耗量B的关系特性；将全厂标煤消耗总量B_t1与全厂标煤消耗总量B_t比较，若不大于则迭代终止，基准工况为最优方式；若高于，将该背压下的全厂标煤消耗总量最低值的运行工况作为新的对比基准工况，则继续以每次1kPa的幅度抬升高背压梯级供热机组运行背压，进行下一次迭代。本发明基于供热回水温度、标煤单价等多边界参数以及高背压供热方式的复杂热电煤变化特性，在满足电网和热网调度的前提下以全厂标煤消耗最低为目标函数，在线确定高背压机组最佳运行真空，实现厂级盈利能力最大化。

Description

一种高背压梯级供热机组最佳运行真空在线寻优方法

【技术领域】

本发明属于供热机组运行领域，涉及一种高背压梯级供热机组最佳运行真空在线寻优方法。

【背景技术】

目前日益严重的大气污染问题，加之一些地区富煤少油少气的能源结构特征，促使燃煤发电机组实施供热(或扩能)改造，其中高背压梯级供热方式全部利用机组冷源损失，具有供热经济性好、供热能力强的优势，工程应用广泛。

配置两台燃煤热电联产机组为目前城市周边供热电厂的典型配置，一台若采用高背压梯级供热方式，另一台则多采用连通管抽汽供热方式。如图1所示，图1给出了该类供热电厂的供热系统示意。

高背压供热机组电特性用发电机功率N表征，热特性用对外总供热量Q表征，见下式：

式中，Q、Q₁和Q₂分别为高背压机组对外总供热热负荷、汽轮机组排汽余热供热热负荷和连通管抽汽供热热负荷，单位为MW；m_c、D和m_cw分别为汽轮机排汽流量(含小机)、联通管抽汽流量和热网水流量，单位为t/h；h_c、h_cw、h_cq和h_ss分别为汽轮机排汽平均焓值、凝结水焓值、连通管抽汽焓值和热网疏水焓值，单位为kJ/kg；C为热网水的定压比热容，单位为kJ/(kg·℃)；t_o、t_is、t_i分别为热网供水、高背压凝汽器出水和热网回水温度，单位为℃。

汽轮机组排汽余热供热热负荷Q₁应为排汽余热和热网循环水侧吸热量的小值，如下：

式中，t_is为高背压凝汽器出水温度，等于运行背压对应饱和温度减去凝汽器端差δt。

供热季燃煤热电联产机组对外供热热负荷受热力公司根据当地实时气温调度，对外供电功率受当地电网实时调度，故供热电厂可自主调整的参数主要为厂级供热量的分配。

机组运行成本主要为标准煤消耗，收益主要为供热、售电及调峰补贴(或罚款)，机组盈利为售电收入+调峰补贴－标准煤消耗。在电网分机组调度发电机功率的条件下，售电收入+调峰补贴不受电厂自主调控。因此，在厂级供热热负荷和机组电功率一定的条件下，尽可能降低标准煤消耗是提高盈利的关键。

【发明内容】

本发明的目的在于解决现有技术中的问题，提供一种高背压梯级供热机组最佳运行真空在线寻优方法，在满足电网电负荷要求和热网热负荷要求的情况下，确定高背压机组运行最佳运行方式，实现厂级运行能耗成本最低，最大幅度提升电厂盈利能力。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种高背压梯级供热机组最佳运行真空在线寻优方法，包括以下步骤：

步骤1，通过现场性能试验和理论计算得出高背压梯级供热机组和低压连通管抽汽供热机组的供热负荷Q和标煤消耗量B的关系特性；

1-1)高背压梯级供热机组的供热负荷Q₁：

其中，Q₁、Q_1max表示供热负荷和最大供热负荷，N为电负荷，P_c为运行背压、t_a为供热回水温度，D为中排抽汽供热流量，m_c为低压缸排汽流量，h_c、h_cw、h_cq和h_ss分别为汽轮机低压缸排汽焓值、高背压凝汽器凝结水焓值、中排抽汽焓值和中排抽汽疏水焓值；不同机组的函数F₁()各不相同，具体关系式需通过现场性能试验和理论计算相结合的技术手段得出；

高背压梯级供热机组的标煤消耗量B₁：

B₁＝f₁(N,Q,P_c)

其中，当电功率N和运行背压给定P_c时，高背压梯级供热机组的标煤消耗量B₁是供热量的一元函数：B₁＝e×Q₁+f，式中e和f为系数，不同机组各不相同，需通过现场性能试验和理论计算相结合的技术手段得出；

1-2)中低压连通管抽汽供热机组的供热负荷Q₂：

Q₂＝F₂(N)＝{0,Q_2max}＝{0,c×N+d}

其中，中低压连通管抽汽供热机组，当电功率N给定时抽汽供热负荷存在一个最大值Q_2max＝c×N+d，此时低压缸进汽量维持最小冷却蒸汽流量运行，约为额定主蒸汽流量的15％，式中c和d为系数，不同机组各不相同，需通过现场性能试验和理论计算相结合的技术手段得出；

中低压连通管抽汽供热机组的标煤消耗量B₂：

B₂＝f₂(N,Q)

当电功率N给定时，中低压连通管抽汽供热机组的标煤消耗量B₂为供热负荷Q₂的单一函数，具体关系式为：B₂＝a×Q₂+b，其中a和b为系数，不同机组各不相同，需通过现场性能试验和理论计算相结合的技术手段得出；

步骤2，迭代寻优

2-1)根据总供热负荷Q₀、高背压梯级供热机组的发电机功率N₁以及中低压连通管抽汽供热机组的发电机功率N₂，以高背压梯级供热机组的运行背压P_c＝32kPa、中排抽汽供热流量D＝0为寻优计算基准，根据下式确定高背压梯级供热机组的供热负荷Q₁：

t_is＝f(p_c)-δt＝-0.029×p_c ²+2.28×p_c+26.13-δt

其中，m_c为汽轮机排汽流量，h_c为汽轮机排汽平均焓值，h_cw为凝结水焓值，m_cw为热网水流量，C_pw为热网水的定压比热容，t_is为高背压凝汽器出水温度，t_i为热网回水温度，pc为，δt为凝汽器端差，角码c表示蒸汽，角码cw表示凝结水，角码is表示高背压凝汽器出水，角码i表示热网回水；

中低压连通管抽汽供热机组的供热负荷：

Q₂＝Q₀-Q₁

根据f₁(N,Q,P_c)得出高背压梯级供热机组的标煤消耗量B₁，根据f₂(N,Q)得出中低压连通管抽汽供热机组的标煤消耗量B₂，标煤消耗总量B_t：

B_t＝B₁+B₂

2-2)在此基础上每次1kPa的幅度抬升高背压梯级供热机组运行背压P_c，在此范围内计算给定电功率和运行背压下不同抽汽量下的高背压梯级供热机组的供热负荷Q₁₁和标煤消耗量B₁₁＝f₁(N₁,Q₁₁,P_c)，再计算中低压连通管抽汽供热机组的标煤消耗量B₁₂＝f₂(N₂,Q₀,Q₁₁)，得出标煤消耗总量B_t1＝B₁₁+B₁₂；其中，高背压梯级供热机组的供热负荷Q₁₁为：

将B_t1与B_t比较，若B_t1≤B_t则迭代终止，基准工况为最优方式；若B_t1>B_t，将该背压下的标煤消耗总量最低值的运行工况作为新的对比基准工况，则继续以每次1kPa的幅度抬升高背压梯级供热机组运行背压，进行下一次迭代；

2-3)若运行背压抬升到54kPa时仍无最优值，则认为54kPa为最优运行背压，迭代终止，该背压下标煤消耗总量最低值的运行工况作为最优运行工况。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明基于供热回水温度、标煤单价等多边界参数以及高背压供热方式的复杂热电煤变化特性，在满足电网和热网调度的前提下以全厂标煤消耗最低为目标函数，在线确定高背压机组最佳运行真空，实现厂级盈利能力最大化。

【附图说明】

图1为现有电厂供热的热力系统示意图；

图2为本发明在线寻优方法的流程图。

其中：1-高中压缸；2-低压缸；3-热网循环水泵组；4-热网凝汽器；5-热网加热器。

【具体实施方式】

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，不是全部的实施例，而并非要限制本发明公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要的混淆本发明公开的概念。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

在附图中示出了根据本发明公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。

本发明公开的上下文中，当将一层/元件称作位于另一层/元件“上”时，该层/元件可以直接位于该另一层/元件上，或者它们之间可以存在居中层/元件。另外，如果在一种朝向中一层/元件位于另一层/元件“上”，那么当调转朝向时，该层/元件可以位于该另一层/元件“下”。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参见图2，本发明高背压梯级供热机组最佳运行真空在线寻优方法，包括以下步骤：

步骤1：基础数据准备

1)通过现场性能试验辅助以理论计算的技术手段，得出高背压梯级供热机组的最大供热负荷Q_1max、供热负荷Q随电负荷N、运行背压P_c、供热回水温度t_a和中排抽汽供热流量D的关系特性Q＝F₁(N,P_c,t_a,D)、标煤消耗量B随供热负荷Q、电负荷N、运行背压P_c的关系特性：B＝f₁(N,Q,P_c)。

2)通过现场性能试验辅助以理论计算的技术手段，中低压连通管抽汽供热机组的最大供热负荷Q_2max、供热负荷Q随电负荷N的关系特性Q＝F₂(N)、标煤消耗量B随供热负荷Q、电负荷N的关系特性B＝f₂(N,Q)。

步骤2：迭代寻优

1)根据总供热负荷Q₀，以及高背压梯级供热机组和中低压连通管抽汽供热机组发电机功率N₁和N₂，以高背压梯级供热机组P_c＝32kPa、中排抽汽供热流量D为0为寻优计算基准，高背压梯级供热机组供热负荷Q₁根据式(2)确定，中低压连通管抽汽供热机组供热负荷Q₂＝Q₀-Q₁；高背压梯级供热机组标煤消耗量B₁根据f₁(N,Q,P_c)得出，中低压连通管抽汽供热机组标煤消耗量B₂根据f₂(N,Q)得出，全厂标煤消耗总量B_t＝B₁+B₂。

2)在此基础上每次1kPa的幅度抬升高背压梯级供热机组运行背压P_c，在此范围内计算给定电功率给定运行背压下不同抽汽量下的高背压梯级供热机组供热负荷Q₁₁(排汽余热+抽汽热负荷，参考式2)和标煤消耗量B₁₁＝f₁(N₁,Q₁₁,P_c)，再计算中低压连通管抽汽供热机组标煤消耗量B₁₂＝f₂(N₂,Q₀,Q₁₁)，得出全厂标煤消耗总量B_t1＝B₁₁+B₁₂。并与B_t比较，若不大于则迭代终止，基准工况为最优方式；若高于，将该背压下的全厂标煤消耗总量最低值的运行工况作为新的对比基准工况，则继续以每次1kPa的幅度抬升高背压梯级供热机组运行背压，进行下一次迭代。

3)若运行背压抬升到54kPa时仍无最优值，则认为54kPa为最优运行背压，迭代终止，该背压下全厂标煤消耗总量最低值的运行工况作为最优运行工况。

本发明的原理：

热电联产机组电功率特性采用发电机功率N表征，热负荷特性采用对外供热量Q表征，运行成本主要采用标煤消耗B表征。在保证供热量的前提下，热电联产机组的主要运行参数为电功率和耗煤量，连通管抽汽供热技术的机组B＝f₁(N,Q)；其中高背压梯级供热机组还需加入变量运行背压P_c，B＝f₂(N,Q,P_c)。

在优化计算开始前，需通过理论计算、现场试验等方式获得高背压梯级供热方式和连通管抽汽供热方式的电热煤关系特性。

定义相关参数及符号如下：

高背压梯级供热机组采用高背压梯级供热方式，中低压连通管抽汽供热机组采用连通管抽汽供热方式。

厂级对外总供热负荷Q_t，高背压梯级供热机组供热负荷Q₁，中低压连通管抽汽供热机组供热负荷Q₂，Q_t＝Q₁+Q₂；

高背压梯级供热机组发电机功率N₁，中低压连通管抽汽供热机组发电机功率N₂；

厂级总标煤消耗总量B_t，高背压梯级供热机组标煤消耗B₁，中低压连通管抽汽供热机组标煤消耗B₂，B_t＝B₁+B₂；

t_a，供热回水温度，℃。

高背压梯级供热机组运行背压P_c，kPa。运行范围32～54kPa。

高背压梯级供热机组中排抽汽流量D_1c，t/h。是发电机功率N₁和运行背压P_c的二元函数，具体关系由汽轮机厂家核算提出。

在供热量和发电功率给定的情况下，供热电厂总标煤消耗量最低则表示盈利能力最大。

一般来讲，全厂总热网循环水流量可以全部吸收高背压机组最大排汽热负荷，故迭代计算时不再计入热网循环水量的判断分析。

简要说明如下：

1)根据总供热负荷Q₀，以及高背压梯级供热机组和中低压连通管抽汽供热机组发电机功率N₁和N₂，以高背压梯级供热机组P_c＝32kPa、中排供热抽汽为0为寻优计算基准，高背压梯级供热机组供热负荷Q₁根据加式(2)确定，中低压连通管抽汽供热机组供热负荷Q₂＝Q₀-Q₁。全厂标煤消耗总量B_t等于高背压梯级供热机组标煤消耗量B₁＝f₁(N₁,Q₁,P_c)和中低压连通管抽汽供热机组标煤消耗量B₂＝f₂(N₂,Q₂)的总和。

2)在此基础上每次1kPa的幅度抬升高背压梯级供热机组运行背压，在此范围内计算定电功率定运行背压下不同抽汽量下的高背压梯级供热机组供热负荷Q₁₁(排汽余热+抽汽热负荷)和标煤消耗量B₁₁＝f₁(N₁,Q₁₁,P_c)，在计算中低压连通管抽汽供热机组标煤消耗量B₁₂＝f₂(N₂,Q₀-Q₁₁)，得出全厂标煤消耗总量B_t1＝B₁₁+B₁₂。与B_t比较，若不大于则迭代终止，基准工况为最优方式；若高于，将该背压下的全厂标煤消耗总量最低值的运行工况作为新的对比基准工况，则继续以每次1kPa的幅度抬升高背压梯级供热机组运行背压，进行下一次迭代。

3)若运行背压抬升到54kPa时仍无最优值，则认为54kPa为最优运行背压，迭代终止，该背压下全厂标煤消耗总量最低值的运行工况作为最优运行工况。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种高背压梯级供热机组最佳运行真空在线寻优方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，通过现场性能试验和理论计算得出高背压梯级供热机组和低压连通管抽汽供热机组的供热负荷Q和标煤消耗量B的关系特性；

1-1)高背压梯级供热机组的供热负荷Q₁：

其中，Q₁、Q_1max表示供热负荷和最大供热负荷，N为电负荷，P_c为运行背压、t_a为供热回水温度，D为中排抽汽供热流量，m_c为低压缸排汽流量，h_c、h_cw、h_cq和h_ss分别为汽轮机低压缸排汽焓值、高背压凝汽器凝结水焓值、中排抽汽焓值和中排抽汽疏水焓值；不同机组的函数F₁()各不相同，具体关系式需通过现场性能试验和理论计算相结合的技术手段得出；

高背压梯级供热机组的标煤消耗量B₁：

B₁＝f₁(N,Q,P_c)

其中，当电功率N和运行背压给定P_c时，高背压梯级供热机组的标煤消耗量B₁是供热量的一元函数：B₁＝e×Q₁+f，式中e和f为系数，不同机组各不相同，需通过现场性能试验和理论计算相结合的技术手段得出；

1-2)中低压连通管抽汽供热机组的供热负荷Q₂：

Q₂＝F₂(N)＝{0,Q_2max}＝{0,c×N+d}

其中，中低压连通管抽汽供热机组，当电功率N给定时抽汽供热负荷存在一个最大值Q_2max＝c×N+d，此时低压缸进汽量维持最小冷却蒸汽流量运行，约为额定主蒸汽流量的15％，式中c和d为系数，不同机组各不相同，需通过现场性能试验和理论计算相结合的技术手段得出；

中低压连通管抽汽供热机组的标煤消耗量B₂：

B₂＝f₂(N,Q)

当电功率N给定时，中低压连通管抽汽供热机组的标煤消耗量B₂为供热负荷Q₂的单一函数，具体关系式为：B₂＝a×Q₂+b，其中a和b为系数，不同机组各不相同，需通过现场性能试验和理论计算相结合的技术手段得出；

步骤2，迭代寻优

2-1)根据总供热负荷Q₀、高背压梯级供热机组的发电机功率N₁以及中低压连通管抽汽供热机组的发电机功率N₂，以高背压梯级供热机组的运行背压P_c＝32kPa、中排抽汽供热流量D＝0为寻优计算基准，根据下式确定高背压梯级供热机组的供热负荷Q₁：

t_is＝f(p_c)-δt＝-0.029×p_c ²+2.28×p_c+26.13-δt

其中，m_c为汽轮机排汽流量，h_c为汽轮机排汽平均焓值，h_cw为凝结水焓值，m_cw为热网水流量，C_pw为热网水的定压比热容，t_is为高背压凝汽器出水温度，t_i为热网回水温度，pc为，δt为凝汽器端差，角码c表示蒸汽，角码cw表示凝结水，角码is表示高背压凝汽器出水，角码i表示热网回水；

中低压连通管抽汽供热机组的供热负荷：

Q₂＝Q₀-Q₁

根据f₁(N,Q,P_c)得出高背压梯级供热机组的标煤消耗量B₁，根据f₂(N,Q)得出中低压连通管抽汽供热机组的标煤消耗量B₂，标煤消耗总量B_t：

B_t＝B₁+B₂

2-2)在此基础上每次1kPa的幅度抬升高背压梯级供热机组运行背压P_c，在此范围内计算给定电功率和运行背压下不同抽汽量下的高背压梯级供热机组的供热负荷Q₁₁和标煤消耗量B₁₁＝f₁(N₁,Q₁₁,P_c)，再计算中低压连通管抽汽供热机组的标煤消耗量B₁₂＝f₂(N₂,Q₀,Q₁₁)，得出标煤消耗总量B_t1＝B₁₁+B₁₂；其中，高背压梯级供热机组的供热负荷Q₁₁为：

将B_t1与B_t比较，若B_t1≤B_t则迭代终止，基准工况为最优方式；若B_t1>B_t，将该背压下的标煤消耗总量最低值的运行工况作为新的对比基准工况，则继续以每次1kPa的幅度抬升高背压梯级供热机组运行背压，进行下一次迭代；

2-3)若运行背压抬升到54kPa时仍无最优值，则认为54kPa为最优运行背压，迭代终止，该背压下标煤消耗总量最低值的运行工况作为最优运行工况。

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