CN111352400A - 一种供热机组滑压运行优化方法及滑压运行控制系统 - Google Patents

一种供热机组滑压运行优化方法及滑压运行控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种供热机组滑压运行优化方法，包括以下步骤：通过试验分别获取主蒸汽流量与最优主蒸汽压力之间的关系，和不同供热抽汽流量下的机组电负荷与主蒸汽流量之间的关系，经过运算处理得到机组电负荷与最优主蒸汽压力之间的关系，并用于滑压运行。本发明还进一步提供了使用优化后的滑压运行关系进行滑压运行的控制系统，本发明提供的供热机组滑压运行优化方法及滑压运行控制系统的优点在于：在不改变现有的DCS滑压控制曲线类型的情况下，实现了对不同供热流量使用不同的滑压曲线进行运行控制，使机组运行经济性得到精细化管理；并且通过引入背压修正，进一步提高了控制精度；该滑压运行优化方法实用性和可操作性强，方便实施推广。

Description

一种供热机组滑压运行优化方法及滑压运行控制系统
技术领域
本发明涉及火电厂供热机组运行优化技术领域，尤其涉及一种供热机组滑压运行优化方法及滑压运行控制系统。
背景技术
随着电力需求不断增长，对机组调峰能力的要求日益升高，火电机组面临大范围调峰运行。为保证机组运行效率以及满足日益增长的工业用汽的需求，国家出台政策鼓励和发展热电联产，各种类型的供热机组逐年增加。针对大型火电机组，主要供热形式为采用从汽轮机抽汽口处进行供热。
现阶段，供热机组普遍采用的滑压运行方式，将机组的负荷作为自变量，在某一特定抽汽量及某一背压的情况下来确定机组的最优主蒸汽压力。然而此种方法局限性较大，仅适用于特定抽汽量和背压的情况下，若偏离这些限定条件则会造成较大的偏差，引起机组不经济性运行。
针对机组滑压优化，主要的方法有耗差分析法、试验比较法、引入修正因子法以及采用主蒸汽流量为基准的方法。目前可用于供热机组滑压优化的方法包括试验比较法、引入修正因子法以及采用主蒸汽流量为基准的方法。这些方法或是因为使用具有局限性，或是因为精确度不高，亦或是试验工况繁多，无法得到一种较贴合生产实际且较为精确的方法。
目前绝大多数电厂里使用的DCS(Distributed Control System，集散控制系统)控制系统采用的滑压运行曲线为机组电负荷为横坐标，汽轮机主蒸汽压力为纵坐标的曲线；有学者提出采用主蒸汽流量与主汽压力之间的关系曲线作为滑压运行曲线，这与大多数DCS系统的滑压运行曲线不一致，修改起来会相对麻烦，而且更重要的是，目前电厂里主蒸汽流量测量多采用的是间接测量的方法，且该方法准确度与计算公式和计算基准工况的选取精确性有很大关系。目前绝大多数电厂主蒸汽流量计量并不准确，无法用来进行热经济性指标计算和优化运行计算。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种适应当前滑压运行方式并且满足供热机组精细化运行要求的滑压运行优化方法和基于优化后的滑压曲线的滑压运行控制系统。
本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的：一种供热机组滑压运行优化方法，包括以下步骤：
步骤A：以机组热耗率最低为优化目标，在不同的主蒸汽流量和主蒸汽压力下进行试验获得机组的主蒸汽流量与最优主蒸汽压力之间的关系；
步骤B：针对机组的历史运行数据，选定至少两种机组供热抽汽流量稳定的工况；
步骤C：在每种供热抽汽流量工况下，采集机组在不同主蒸汽流量下的机组电负荷，得到机组电负荷与主蒸汽流量之间的关系；
步骤D：基于步骤A和步骤C得到机组在选定的多个供热抽汽流量工况下机组电负荷与最优主蒸汽压力之间的关系；
步骤E：在机组供热抽汽流量不同时选择对应的机组电负荷与最优主蒸汽压力关系作为滑压曲线运行机组。
本发明通过主蒸汽流量与主蒸汽压力的关系试验以及主蒸汽流量与机组电负荷的关系试验，得到了最优主蒸汽压力与机组电负荷的关系，从而在不改变现有的DCS滑压控制曲线类型的情况下，实现了对不同供热流量使用不同的滑压曲线进行运行控制，使机组运行经济性得到精细化管理。
优选的，步骤A所述的获得机组的主蒸汽流量与最优主蒸汽压力之间的关系的方法为：
选取至少四种不同的主蒸汽流量，在每种主蒸汽流量下配置不同的主蒸汽压力，正常运行机组，测试在每种主蒸汽流量和主蒸汽压力下的机组热耗率，采用最小二乘法得到每种主蒸汽流量下的最优主蒸汽压力，将每一工况下的主蒸汽流量与对应的最优主蒸汽压力进行拟合，得到机组最优主蒸汽压力和主蒸汽流量的关系。
优选的，机组的主蒸汽流量通过高精度ASME流量喷嘴测量主凝结水流量并进行计算得到。
优选的，测量机组热耗率的方法为在每一个主蒸汽流量和主蒸汽压力的组合下，在确保机组各系统运行正常的情况下，对机组热力系统进行内部隔离和外部隔离，每一工况下均至少稳定工作半小时，采集稳定工作期间的工况数据，计算得到每一工况下的机组热耗率。
优选的，步骤E所述的机组滑压运行方式为：
步骤B中选定了N种不同的机组供热抽汽流量工况，表示为Qn,n∈[1,N]，则抽汽流量为Q′时的最优主蒸汽压力P′与机组电负荷Ng′之间的关系为
Figure BDA0002411116730000031
其中，P＝fn(Ng)为供热抽汽流量为Qn时的最优主蒸汽压力P与机组电负荷Ng的关系式。
优选的，还包括基于背压对机组电负荷进行修正的步骤，修正后的机组电负荷Ng″为
Ng″＝K*Ng′
则背压优化后的滑压运行关系式为
Figure BDA0002411116730000032
其中，K为背压对电负荷的修正系数，
Figure BDA0002411116730000033
上式中，Pb为汽轮机背压，单位为kPa，P额为汽轮机额定背压，Ng额为发电机组额定电负荷，单位为MW。
本发明还提供了基于所述的供热机组滑压运行优化方法的供热机组滑压运行控制系统，包括
用于采集机组电负荷、机组供热抽汽流量、机组背压和机组主蒸汽流量的数据采集模块；
与数据采集模块通信连接的供热抽汽流量选择模块，所述供热抽汽流量选择模块根据机组实时供热抽汽流量给出适用的滑压运行公式；
与供热修正模块通信连接的滑压控制模块，所述滑压控制模块根据数据采集模块采集的数据集供热抽汽流量选择模块给出的滑压运行公式，计算出当前工况下的最优主蒸汽压力；
与滑压控制模块通信连接的主蒸汽压力设定模块，所述主蒸汽压力设定模块还与供热机组的DCS系统通信连接，所述主蒸汽压力设定模块将滑压控制模块给出的最优主蒸汽压力传输给DCS系统，DCS系统调节供热机组的运行方式达到最优主蒸汽压力。
优选的，还包括分别与数据采集模块和滑压控制模块通信连接的背压修正模块，所述背压修正模块根据数据采集模块采集的数据对机组电负荷进行修正并传输给滑压控制模块，滑压控制模块以修正后的机组电负荷计算最优主蒸汽压力。
本发明提供的供热机组滑压运行优化方法及滑压运行控制系统的优点在于：通过主蒸汽流量与主蒸汽压力的关系试验以及主蒸汽流量与机组电负荷的关系试验，得到了最优主蒸汽压力与机组电负荷的关系，从而在不改变现有的DCS滑压控制曲线类型的情况下，实现了对不同供热流量使用不同的滑压曲线进行运行控制，使机组运行经济性得到精细化管理；并且通过引入背压修正，进一步提高了控制精度，降低了因供热流量变化导致的能源消耗，该滑压运行优化方法实用性和可操作性强，方便实施推广。
附图说明
图1为本发明的实施例提供的主蒸汽压力与热耗率的关系曲线；
图2为本发明的实施例所提供的主蒸汽流量与最优主蒸汽压力的关系曲线；
图3为本发明的实施例所提供的主蒸汽流量和机组电负荷的关系曲线；
图4为本发明的实施例所提供的主蒸汽压力与机组电负荷的关系曲线；
图5为本发明的实施例所提供的滑压运行控制系统的结构图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
本实施例提供了一种供热机组滑压运行优化方法，包括以下步骤：
步骤A：以机组热耗率最低为优化目标，在不同的主蒸汽流量和主蒸汽压力下进行试验获得机组的主蒸汽流量与最优主蒸汽压力之间的关系；
供热机组的给水泵耗功、炉侧吸热量、高压缸相对内效率、再热蒸汽吸热量决定因素为主蒸汽流量和主蒸汽压力。当主蒸汽流量为定值时，给水泵耗功、炉侧吸热量、高压缸相对内效率、再热蒸汽吸热量仅由主蒸汽压力决定，与供热抽汽量和背压无关。因此，在评价不同主蒸汽压力对整个机组经济性的影响时，在整个热力循环中，只需比较给水泵耗功、炉侧吸热量、进汽机构节流损、高压缸的相对内效率以及再热蒸汽吸热量即可。当主蒸汽流量为定值时，以上各热力过程仅与主蒸汽压力相关，与供热抽汽量和背压无关。所以，当主蒸汽流量一定，无论供热抽汽量和背压发生任何变化，均只得到一个固定的最优主蒸汽压力，即，最优主蒸汽压力值仅为主蒸汽流量的单值函数，与供热抽汽量和背压无关。
基于以上原理，本实施例中获得机组的主蒸汽流量与最优主蒸汽压力之间的关系的方法为：选取至少四种不同的主蒸汽流量，在每种主蒸汽流量下配置不同的主蒸汽压力，正常运行机组，测试在每种主蒸汽流量和主蒸汽压力下的机组热耗率，采用最小二乘法得到每种主蒸汽流量下的最优主蒸汽压力，将每一工况下的主蒸汽流量与对应的最优主蒸汽压力进行拟合，得到机组最优主蒸汽压力和主蒸汽流量的关系。
本实施例中以某600MW超超临界机组为例进行试验，试验中选择抽汽供热流量为0的纯凝工况进行上述试验，机组的主蒸汽流量通过高精度ASME流量喷嘴测量主凝结水流量并进行计算得到，具体计算公式可参照ASME PTC6-2004《汽轮机性能试验规程》，精准度较高，提高运算和控制精度；测量机组热耗率的方法为在每一个主蒸汽流量和主蒸汽压力的组合下，在确保机组各系统运行正常的情况下，对机组热力系统进行内部隔离和外部隔离，其中内部隔离是针对那些虽然不进、出汽轮机循环系统而言的，但会旁路某些设计上本应流经的设备的流量，试验前如果发现热力系统各个管路电动门或气动门不严时应关闭手动截止门，电动门关闭不严时应使用手轮校紧，尽可能减小各管路内漏，带有旁路的管路需将主路与旁路同时隔离；外部隔离是针对进、出汽轮机循环系统的流量而言的，试验前必须对所有进出热力系统的流量进行隔离或测量(包括凝结水补水、辅助蒸汽与临机的相互流动等)，系统的外部隔离应使测量的系统储水量变化与进、出系统的流量之间的差值减至最小。每一工况下均至少稳定工作半小时，采集稳定工作期间的工况数据，根据ASME PTC6-2004《汽轮机性能试验规程》，可以计算得到每一工况下的机组热耗率。
所有工况运行完毕后，对数据进行分析处理，计算出每一工况下的机组热耗率和主蒸汽压力，从而得到图1所示的主蒸汽流量确定情况下的主蒸汽压力与热耗率的关系曲线，通过最小二乘法进行处理即可得出该主蒸汽流量下的最优主蒸汽压力数值，对多种工况进行计算处理，即可得到图2所示的主蒸汽流量与最优主蒸汽压力的关系图，从图2中可以知道，主蒸汽流量与最优主蒸汽压力可拟合为线性关系。
在部分供热机组下，以上试验得到的主蒸汽流量与最优主蒸汽压力之间的关系即可作为滑压运行的曲线关系，如申请号为CN2017107631658的中国专利申请；但大部分电场使用的滑压控制曲线为机组电负荷与主蒸汽压力的关系，为了能够沿用之前的滑压曲线，避免修改系统控制逻辑带来的问题，本实施还对上述关系做出了进一步处理，具体方法如下：
步骤B：针对机组的历史运行数据，选定至少两种机组供热抽汽流量稳定的工况；
步骤C：在每种供热抽汽流量工况下，采集机组在不同主蒸汽流量下的机组电负荷，得到机组电负荷与主蒸汽流量之间的关系；
步骤D：基于步骤A和步骤C得到机组在选定的多个供热抽汽流量工况下机组电负荷与最优主蒸汽压力之间的关系；
本实施例中针对600MW超超临界机组，选定的抽汽供热流量分别为零供热工况，夜间供热工况(供热流量50t/h)和白天供热工况(供热流量100t/h)；在这三种工况下采集机组电负荷和主蒸汽流量的数据，得到图3所示的机组电负荷与主蒸汽流量的关系曲线，然后通过最小二乘法拟合得到三种工况下的机组电负荷与主蒸汽流量的关系曲线；然后与步骤A得到的主蒸汽流量与最优主蒸汽压力之间的关系进行换算，即可得到图4所示的最优主蒸汽压力与机组电负荷之间的关系曲线。
步骤E：在机组供热抽汽流量不同时选择对应的机组电负荷与最优主蒸汽压力关系作为滑压曲线运行机组。
本实施例提供的运行方式如下：步骤B中选定了N种不同的机组供热抽汽流量工况，表示为Qn,n∈[1,N]，则抽汽流量为Q′时的最优主蒸汽压力P′与机组电负荷Ng′之间的关系为
Figure BDA0002411116730000061
其中，P＝fn(Ng)为供热抽汽流量为Qn时的最优主蒸汽压力P与机组电负荷Ng的关系式。
需要注意的是，进行主蒸汽流量与机组电负荷关系试验时，需保持背压维持在额定背压附近，当背压偏离额定背压较多时，背压会明显的影响机组电功率，因此需要对根据背压对上述关系式进行修正，此时可直接使用汽轮机制造厂家提供的背压对机组电功率的修正曲线对机组功率进行修正。本实施例在考虑背压修正的情况下提供的滑压控制关系如下：
修正后的机组电负荷Ng″为
Ng″＝K*Ng′
则背压优化后的滑压运行关系式为
Figure BDA0002411116730000062
其中，K为背压对电负荷的修正系数，
Figure BDA0002411116730000063
上式中，Pb为汽轮机背压，单位为kPa，P额为汽轮机额定背压，Ng额为汽轮发电机组额定电负荷，单位为MW；对于本实施例使用的机组，额定背压为4.9kPa，额定电负荷为660MW。
本实施例通过主蒸汽流量与主蒸汽压力的关系试验以及主蒸汽流量与机组电负荷的关系试验，得到了最优主蒸汽压力与机组电负荷的关系，从而在不改变现有的DCS滑压控制曲线类型的情况下，实现了对不同供热流量使用不同的滑压曲线进行运行控制，使机组运行经济性得到精细化管理；并且通过引入背压修正，进一步提高了控制精度，降低了因供热流量变化导致的能源消耗，该滑压运行优化方法实用性和可操作性强，方便实施推广。
进一步的，本实施例还提供了基于上述滑压运行优化方法的滑压运行控制系统，参考图5；包括用于采集机组电负荷、机组供热抽汽流量、机组背压和机组主蒸汽流量的数据采集模块；与数据采集模块通信连接的供热抽汽流量选择模块，所述供热抽汽流量选择模块根据机组实时供热抽汽流量给出适用的滑压运行公式；与供热修正模块通信连接的滑压控制模块，所述滑压控制模块根据数据采集模块采集的数据集供热抽汽流量选择模块给出的滑压运行公式，计算出当前工况下的最优主蒸汽压力；与滑压控制模块通信连接的主蒸汽压力设定模块，所述主蒸汽压力设定模块还与供热机组的DCS系统通信连接，所述主蒸汽压力设定模块将滑压控制模块给出的最优主蒸汽压力传输给DCS系统，DCS系统调节供热机组的运行方式达到最优主蒸汽压力。
在考虑背压修正的情况下，所述滑压运行控制系统还包括分别与数据采集模块和滑压控制模块通信连接的背压修正模块，所述背压修正模块根据数据采集模块采集的数据对机组电负荷进行修正并传输给滑压控制模块，滑压控制模块以修正后的机组电负荷计算最优主蒸汽压力。

Claims (8)

1.一种供热机组滑压运行优化方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤A：以机组热耗率最低为优化目标，在不同的主蒸汽流量和主蒸汽压力下进行试验获得机组的主蒸汽流量与最优主蒸汽压力之间的关系；
步骤B：针对机组的历史运行数据，选定至少两种机组供热抽汽流量稳定的工况；
步骤C：在每种供热抽汽流量工况下，采集机组在不同主蒸汽流量下的机组电负荷，得到机组电负荷与主蒸汽流量之间的关系；
步骤D：基于步骤A和步骤C得到机组在选定的多个供热抽汽流量工况下机组电负荷与最优主蒸汽压力之间的关系；
步骤E：在机组供热抽汽流量不同时选择对应的机组电负荷与最优主蒸汽压力关系作为滑压曲线运行机组。
2.根据权利要求1所述的一种供热机组滑压运行优化方法，其特征在于：步骤A所述的获得机组的主蒸汽流量与最优主蒸汽压力之间的关系的方法为：
选取至少四种不同的主蒸汽流量，在每种主蒸汽流量下配置不同的主蒸汽压力，正常运行机组，测试在每种主蒸汽流量和主蒸汽压力下的机组热耗率，采用最小二乘法得到每种主蒸汽流量下的最优主蒸汽压力，将每一工况下的主蒸汽流量与对应的最优主蒸汽压力进行拟合，得到机组最优主蒸汽压力和主蒸汽流量的关系。
3.根据权利要求2所述的一种供热机组滑压运行优化方法，其特征在于：机组的主蒸汽流量通过高精度ASME流量喷嘴测量主凝结水流量并进行计算得到。
4.根据权利要求2所述的一种供热机组滑压运行优化方法，其特征在于：测量机组热耗率的方法为在每一个主蒸汽流量和主蒸汽压力的组合下，在确保机组各系统运行正常的情况下，对机组热力系统进行内部隔离和外部隔离，每一工况下均至少稳定工作半小时，采集稳定工作期间的工况数据，计算得到每一工况下的机组热耗率。
5.根据权利要求1所述的一种供热机组滑压运行优化方法，其特征在于：步骤E所述的机组滑压运行方式为：
步骤B中选定了N种不同的机组供热抽汽流量工况，表示为Qn,n∈[1,N]，则抽汽流量为Q′时的最优主蒸汽压力P′与机组电负荷Ng′之间的关系为
Figure FDA0002411116720000011
其中，P＝fn(Ng)为供热抽汽流量为Qn时的最优主蒸汽压力P与机组电负荷Ng的关系式。
6.根据权利要求5所述的一种供热机组滑压运行优化方法，其特征在于：还包括基于背压对机组电负荷进行修正的步骤，修正后的机组电负荷Ng″为
Ng″＝K*Ng′
则背压优化后的滑压运行关系式为
Figure FDA0002411116720000021
其中，K为背压对电负荷的修正系数，
Figure FDA0002411116720000022
上式中，Pb为汽轮机背压，单位为kPa，P额为汽轮机额定背压，Ng额为发电机组额定电负荷，单位为MW。
7.基于权利要求1-6任一项所述的供热机组滑压运行优化方法的供热机组滑压运行控制系统，其特征在于：包括
用于采集机组电负荷、机组供热抽汽流量、机组背压和机组主蒸汽流量的数据采集模块；
与数据采集模块通信连接的供热抽汽流量选择模块，所述供热抽汽流量选择模块根据机组实时供热抽汽流量给出适用的滑压运行公式；
与供热修正模块通信连接的滑压控制模块，所述滑压控制模块根据数据采集模块采集的数据集供热抽汽流量选择模块给出的滑压运行公式，计算出当前工况下的最优主蒸汽压力；
与滑压控制模块通信连接的主蒸汽压力设定模块，所述主蒸汽压力设定模块还与供热机组的DCS系统通信连接，所述主蒸汽压力设定模块将滑压控制模块给出的最优主蒸汽压力传输给DCS系统，DCS系统调节供热机组的运行方式达到最优主蒸汽压力。
8.根据权利要求7所述的一种供热机组滑压运行控制系统，其特征在于：还包括分别与数据采集模块和滑压控制模块通信连接的背压修正模块，所述背压修正模块根据数据采集模块采集的数据对机组电负荷进行修正并传输给滑压控制模块，滑压控制模块以修正后的机组电负荷计算最优主蒸汽压力。
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