CN112627921B - 一种燃气-蒸汽联合循环机组运行优化决策方法 - Google Patents

一种燃气-蒸汽联合循环机组运行优化决策方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种燃气‑蒸汽联合循环机组运行优化决策方法，属于燃气轮机技术领域，包括以下步骤：步骤一：对燃气‑蒸汽联合循环机组集散控制系统中的数据进行挖掘和处理，汇总出有效的运行数据；步骤二：基于燃气‑蒸汽联合循环机组运行参数的计算关系和机理关系逐层分解，对有效数据进行分类处理；步骤三：结合分类后的有效数据，利用性能计算原理和耗差分析原理进行计算处理；步骤四：根据计算结果绘制最佳运行模式图或曲线图；步骤五：通过信息网络反馈到运行中心，辅助机组优化运行。本发明实时监控机组性能状态，并通过性能及耗差分析计算，寻求最优的运行曲线，保证机组安全高效运行。

Description

一种燃气-蒸汽联合循环机组运行优化决策方法
技术领域
本发明涉及一种燃气-蒸汽联合循环机组运行优化决策方法，属于燃气轮机技术领域。
背景技术
燃气-蒸汽联合循环机组承担着电网调峰、热网供热以及供冷等多方面任务，在实际运行过程中，需要协调燃料量、发电量以及供热供冷量之间的动态平衡，在高效经济下运行。另外对于机组运行人员，需要实时掌握机组中主机、辅机及辅助系统的性能状态，以便及时优化运行方式。
目前，在燃气-蒸汽联合循环机组优化中通常只涉及简单的性能试验计算，需要通过大量的时间和准备工作来完成现场试验，通过试验数据分析机组运行状态和指标，只关注机组试验性能，不具备机组实时监测意义。另外对于机组耗差分析计算只停留在理论计算阶段，未通过机组运行实践应用，也不能有效指导机组经济运行。
因此需要一种用于燃气-蒸汽联合循环机组运行优化决策的控制方法，实时监控机组性能状态，并通过性能及耗差分析计算，寻求最优的运行曲线，保证机组安全高效运行。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种燃气-蒸汽联合循环机组运行优化决策系统。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种燃气-蒸汽联合循环机组运行优化决策方法，其特征是，包括以下步骤：
步骤一：对燃气-蒸汽联合循环机组集散控制系统中的数据进行挖掘和处理，汇总出有效的运行数据。通过冗余的分散处理器(DPU)及IO技术，单向传输并经过容错处理，选取有效的运行参数到有效数据处理存储器中，并加以存储分析处理。有效数据主要包含燃料气流量、燃料气成分和参数、机组输出功率、机组关键热力参数、环境参数等。
步骤二：基于燃气-蒸汽联合循环机组运行参数的计算关系和机理关系逐层分解，对有效数据进行分类处理。数据分类可以根据需求分为四大类：1)厂级运行参数包括机组气耗、输出功率、热效率和综合厂用电率；2)主机设备运行参数包括燃气轮机输出功率及效率、汽轮机输出功率及效率以及余热锅炉产汽出力及热效率；3)辅助运行参数包括压气机效率、高压缸效率、燃机排气压力、汽机排汽压力、余热锅炉烟气阻力和余热锅炉排烟温度等；4)小指标运行参数包括高压蒸汽压力和温度。
步骤三：结合分类后的有效数据，利用性能计算原理和耗差分析原理进行计算处理。
1)机组发电气耗gfd和供热气耗ggr计算的函数关系为：
Figure GDA0004037404560000021
和
Figure GDA0004037404560000022
其中，βfd为发电成本分摊系数，βgr为供热成本分摊系数，Wt为天然气消耗量，P为机组上网电量，qgr为机组供热热量。
2)全厂综合热效率η0的函数关系为：
Figure GDA0004037404560000023
其中，q0为机组消耗的总能量。
3)机组耗差分析
在燃气-蒸汽联合循环机组中，影响机组气耗的因素主要分为主机设备、环境参数和辅助参数，其中，主机设备为燃气轮机效率、余热锅炉效率和汽轮机效率，环境参数为环境温度、大气压力和环境湿度，辅助参数为压气机进气压损、压气机效率、燃机排气压力、余热锅炉烟气阻力、余热锅炉排烟温度、汽轮机排汽压力、高压缸效率、高压蒸汽压力、高压蒸汽温度、再热蒸汽温度和再热器压损等。其函数关系为：
Δg＝g-g0＝αgt+αst+αgl(4)
Figure GDA0004037404560000024
其中，Δg为实时运行气耗与机组设计气耗差值，g为实时运行气耗，g0为机组设计气耗，αgt、αst、αgl分别为三大主机设备的气耗影响量，气耗影响量是指主机设备效率与设计效率的差值乘以各自的影响系数。χi为各个参数单位气耗影响值，Δβi为各个参数运行值与设计值的差值，每个参数对应相应的耗差系数，耗差系数与机组容量的大小和机组的特性有关。
步骤四：根据计算结果绘制最佳运行模式图或曲线图；分析制定出最佳运行曲线，最佳运行曲线基于燃料气量一定的情况下，供电和供热量最大，能耗最小。
对于燃气-蒸汽联合循环机组而言，基于热平衡计算的供热气耗与机组的燃料气成分相关，故机组的供热气耗基本上受到燃料气成分的影响，可近似认为定值。而机组负荷的提升可以提高供电量和机组效率，降低机组发电气耗。
在燃料气量一定的情况下，机组燃料的消耗可以分为启停机消耗、供热消耗和供电消耗。得到最优运行函数关系为：
f(m)＝(δ1+δ2)×(P×A1-B)+Q×A2-δ3×B(6)
其中，P为机组上网电量，A1为上网电量单价，B为燃料气成本，Q为供热量，A2为供热单价，δ1为启动停机气耗量消耗系数，δ2为机组正常运行过程中发电气耗消耗系数，δ3为供热气耗消耗系数。
步骤五：通过信息网络反馈到运行中心，辅助机组优化运行。机组运行人员通过单向数据网络访问运行优化决策系统，获取计算系统和分析系统指定的最优运行关系函数以及机组能耗分析指标，指导机组经济性运行。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：
1.采用最新的技术标准针对燃气-蒸汽联合循环机组、燃气轮机、余热锅炉和汽轮机三大部分进行数学建模，精确匹配实际运行工况，在线进行模型计算。
2.针对重型燃气轮机经济运行建立在线运行指导系统，在线计算机组耗气量和效率，形成最优运行曲线，在线指导机组经济性运行。
附图说明
图1是本发明中运行优化决策方法基本流程图。
图2是本发明中冗余分散处理器结构示意图。
图3是本发明中单向数据访问结构示意图。
图4是本发明中局域网接入结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
实施例
参见图1至图4，本实施例中，一种燃气-蒸汽联合循环机组运行优化决策方法，包括以下步骤：
步骤一：对燃气-蒸汽联合循环机组集散控制系统中的数据进行挖掘和处理，汇总出有效的运行数据。通过冗余的分散处理器(DPU)及IO技术，单向传输并经过容错处理，选取有效的运行参数到有效数据处理存储器中，并加以存储分析处理。有效数据主要包含燃料气流量、燃料气成分和参数、机组输出功率、机组关键热力参数、环境参数等。
步骤二：基于燃气-蒸汽联合循环机组运行参数的计算关系和机理关系逐层分解，对有效数据进行分类处理。数据分类可以根据需求分为四大类：1)厂级运行参数包括机组气耗、输出功率、热效率和综合厂用电率；2)主机设备运行参数包括燃气轮机输出功率及效率、汽轮机输出功率及效率以及余热锅炉产汽出力及热效率；3)辅助运行参数包括压气机效率、高压缸效率、燃机排气压力、汽机排汽压力、余热锅炉烟气阻力和余热锅炉排烟温度等；4)小指标运行参数包括高压蒸汽压力和温度、中压蒸汽和温度、低压蒸汽和温度。
步骤三：结合分类后的有效数据，利用性能计算原理和耗差分析原理进行计算处理。
4)机组发电气耗gfd和供热气耗ggr计算的函数关系为：
Figure GDA0004037404560000041
和
Figure GDA0004037404560000042
其中，βfd为发电成本分摊系数，βgr为供热成本分摊系数，Wt为天然气消耗量，P为机组上网电量，qgr为机组供热热量。
5)全厂综合热效率η0的函数关系为：
Figure GDA0004037404560000043
其中，q0为机组消耗的总能量。
6)机组耗差分析
在燃气-蒸汽联合循环机组中，影响机组气耗的因素主要分为主机设备、环境参数和辅助参数，其中，主机设备为燃气轮机效率、余热锅炉效率和汽轮机效率，环境参数为环境温度、大气压力和环境湿度，辅助参数为压气机进气压损、压气机效率、燃机排气压力、余热锅炉烟气阻力、余热锅炉排烟温度、汽轮机排汽压力、高压缸效率、高压蒸汽压力、高压蒸汽温度、再热蒸汽温度和再热器压损等。其函数关系为：
Δg＝g-g0＝αgt+αst+αgl(4)
Figure GDA0004037404560000044
其中，Δg为实时运行气耗与机组设计气耗差值，g为实时运行气耗，g0为机组设计气耗，αgt、αst、αgl分别为三大主机设备的气耗影响量，气耗影响量是指主机设备效率与设计效率的差值乘以各自的影响系数。χi为各个参数单位气耗影响值，Δβi为各个参数运行值与设计值的差值，每个参数对应相应的耗差系数，耗差系数与机组容量的大小和机组的特性有关。
步骤四：根据计算结果绘制最佳运行模式图或曲线图；分析制定出最佳运行曲线，最佳运行曲线基于燃料气量一定的情况下，供电和供热量最大，能耗最小。
对于燃气-蒸汽联合循环机组而言，基于热平衡计算的供热气耗与机组的燃料气成分相关，故机组的供热气耗基本上受到燃料气成分的影响，可近似认为定值。而机组负荷的提升可以提高供电量和机组效率，降低机组发电气耗。
在燃料气量一定的情况下，机组燃料的消耗可以分为启停机消耗、供热消耗和供电消耗。得到最优运行函数关系为：
f(m)＝(δ1+δ2)×(P×A1-B)+Q×A2-δ3×B(6)
其中，P为机组上网电量，A1为上网电量单价，B为燃料气成本，Q为供热量，A2为供热单价，δ1为启动停机气耗量消耗系数，δ2为机组正常运行过程中发电气耗消耗系数，δ3为供热气耗消耗系数。
步骤五：通过信息网络反馈到运行中心，辅助机组优化运行。机组运行人员通过单向数据网络访问运行优化决策系统，获取计算系统和分析系统指定的最优运行关系函数以及机组能耗分析指标，指导机组经济性运行。
本实施例中的冗余的分散处理器(DPU)及IO，任意一台DPU可被指定为主DPU，另一台为备用DPU。备用DPU的IP地址总是比主DPU的地址大1，并且主DPU总是为奇数地址，备用DPU总是为偶数地址。过程控制能够自动切换，也可以通过手动命令切换。根据冗余DPU的健康状态，自动切换可以从主DPU到备用DPU，也可以从备用DPU到主DPU。主DPU发生严重诊断报警或主、备DPU之间通信中断时，过程控制自动切换到备用DPU。在DPU发生切换和报警后，故障的DPU可以方便地在线更换而不会使过程控制发生扰动。交换CF卡可立刻将一个备用DPU克隆成因故障停用的DPU。同时，所有IO模件通过冗余的IO本地总线连接到主备分散处理器(DPU)，进一步提高安全性和可靠性。
本实施例中的单向数据传输通过网闸设备来控制数据从生产控制网络到在线性能计算服务器所在网络的单向导入。
本实施例中局域网的接入通过将在线性能计算服务器接入电厂办公局域网，实现运行人员、各专工、相关领导对机组性能情况的实时掌握。
本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
虽然本发明已以实施例公开如上，但其并非用以限定本发明的保护范围，任何熟悉该项技术的技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内所作的更动与润饰，均应属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种燃气-蒸汽联合循环机组运行优化决策方法，其特征是，包括以下步骤：
步骤一：对燃气-蒸汽联合循环机组集散控制系统中的数据进行挖掘和处理，汇总出有效的运行数据；
步骤二：基于燃气-蒸汽联合循环机组运行参数的计算关系和机理关系逐层分解，对有效数据进行分类处理；
步骤三：结合分类后的有效数据，利用性能计算原理和耗差分析原理进行计算处理；
1)机组发电气耗gfd和供热气耗ggr计算的函数关系为：
Figure FDA0004037404550000011
和
Figure FDA0004037404550000012
其中，βfd为发电成本分摊系数，βgr为供热成本分摊系数，Wt为天然气消耗量，P为机组上网电量，qgr为机组供热热量；
2)全厂综合热效率η0的函数关系为：
Figure FDA0004037404550000013
其中，q0为机组消耗的总能量；
3)机组耗差分析
在燃气-蒸汽联合循环机组中，影响机组气耗的因素其函数关系为：
Δg＝g-g0＝αgt+αst+αgl(4)
Figure FDA0004037404550000014
其中，Δg为实时运行气耗与机组设计气耗差值，g为实时运行气耗，g0为机组设计气耗，αgt、αst、αgl分别为三大主机设备的气耗影响量，气耗影响量是指主机设备效率与设计效率的差值乘以各自的影响系数；χi为各个参数单位气耗影响值，Δβi为各个参数运行值与设计值的差值，每个参数对应相应的耗差系数，耗差系数与机组容量的大小和机组的特性有关；
步骤四：根据计算结果绘制最佳运行曲线图；
对于燃气-蒸汽联合循环机组而言，基于热平衡计算的供热气耗与机组的燃料气成分相关，故机组的供热气耗基本上受到燃料气成分的影响，认为其定值；而机组负荷的提升可以提高供电量和机组效率，降低机组发电气耗；
在燃料气量一定的情况下，机组燃料的消耗分为启停机消耗、供热消耗和供电消耗；得到最优运行函数关系为：
f(m)＝(δ1+δ2)×(P×A1-B)+Q×A2-δ3×B(6)
其中，P为机组上网电量，A1为上网电量单价，B为燃料气成本，Q为供热量，A2为供热单价，δ1为启动停机气耗量消耗系数，δ2为机组正常运行过程中发电气耗消耗系数，δ3为供热气耗消耗系数；
步骤五：通过信息网络将最佳运行曲线图反馈到运行中心，辅助机组优化运行。
2.根据权利要求1所述的燃气-蒸汽联合循环机组运行优化决策方法，其特征是，步骤一中，通过信息网络技术，经过容错处理，选取有效的运行参数到有效数据处理存储器中；有效数据主要包含燃料气成分和参数、机组输出功率、机组关键热力参数、环境参数。
3.根据权利要求1所述的燃气-蒸汽联合循环机组运行优化决策方法，其特征是，步骤二中，数据分类根据需求分为四大类：1)厂级运行参数包括机组气耗、输出功率、热效率和综合厂用电率；2)主机设备运行参数包括燃气轮机输出功率及效率、汽轮机输出功率及效率以及余热锅炉产汽出力及热效率；3)辅助运行参数包括压气机效率、高压缸效率、燃气轮机排气压力、汽轮机排汽压力、余热锅炉烟气阻力和余热锅炉排烟温度；4)小指标运行参数包括高压蒸汽压力和温度。
4.根据权利要求1所述的燃气-蒸汽联合循环机组运行优化决策方法，其特征是，步骤四中，结合性能参数分析制定出最佳运行曲线，最佳运行曲线基于燃料气量一定的情况下，供电和供热量最大，能耗最小。
5.根据权利要求1所述的燃气-蒸汽联合循环机组运行优化决策方法，其特征是，步骤五中，机组运行人员通过单向数据网络访问运行优化决策系统，获取计算系统和分析系统指定的最优运行关系函数以及机组能耗分析指标，指导机组经济性运行。
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