CN113673778A - 耦合工业供气系统的气电联产机组运行优化方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种耦合工业供气系统的气电联产机组运行优化方法及系统。给定外供气量和供电负荷，采用单变量对比法，以气电联产机组标煤消耗量最低为寻优目标函数，依次调整热再抽汽至背压式蒸汽透平、或中排处抽汽至凝汽式蒸汽透平的蒸汽压力，将机组标煤消耗量与基准工况比较，若大于，则原工况仍为基准工况；若小于，将该参数对应工况作为新的基准工况，继续调整机组热再抽汽至背压式蒸汽透平、或中排处抽汽至凝汽式蒸汽透平的蒸汽压力，进行新的迭代寻优。本发明以标煤消耗最低为目标函数，在线获得燃煤气电联产机组在不同供气负荷和发电机功率等边界条件下的热再抽汽或中排处抽汽压力的最佳控制值，实现运行成本最低和盈利能力最大化。

Description

耦合工业供气系统的气电联产机组运行优化方法及系统
技术领域
本发明属于煤炭发电领域，涉及一种耦合工业供气系统的气电联产机组运行优化方法及系统。
背景技术
随着风能、太阳能等可再生能源的快速发展，发电量所占比重越来越高。煤电机组开始向承担电网稳压、调峰、调频、托底保供等需求转型，不仅承担着居民采暖、工业用热、工业用高压空气、集中用冷、沿海地区淡水等综合用能需求，还承担城市污泥、垃圾等固废处理的作用。
煤电+工业园区的组合模式，以煤电为综合能源中心，工业园区为电、热、气等用能中心，近阶段得到了快速发展。其中，集中供热、工业供汽等供应技术较为成熟。近年来，有研究提出煤电机组通过技术改造，增设蒸汽透平拖动空气压缩机，向周边园区企业提供高压空气，替代园区企业设置的分散式电驱压缩空气制取系统，大幅降低了占地、设备投资、检修维护、用气成本，应用前景广阔。
文献1“徐文庚、杨琳.热、风联产生产压缩空气系统研究[J]，化工设计通讯，2019”。通过研究，介绍了某公司压缩空气生产的现状，使用蒸汽通过汽轮机做功，将蒸汽的热能转换为机械能，带动空压机生产压缩空气，汽轮机的背压蒸汽再通过其他方式利用。文章通过对热、风联产的描述和成本计算得出热风联产比电动生产压缩空气成本低的结论,并得到了实践的检验。
文献2“孙飞，刘烨，等.火电厂螺杆式空压机余热利用方案及经济性分析[J]，发电技术，2018”。针对某电厂6台250kW空压机组压缩空气系统，开展了余热回收方案设计，回收的热量用于提供生活所需热水，同时进行了经济性分析。结果表明，该余热回收系统节能效果显著。
文献3“李大明，罗艳丽.火电厂空压系统节能减排新思路及新技术[J]，压缩机技术，2014”。结合火电厂特点介绍目前空压机及其后处理设备在节能减排方面的一些新动态和新技术，尤其对具有低露点、低漂移、零排放以及自带二级冷却功能的半压缩热干燥器进行了详细介绍。
综上论述，基于余压余热梯级利用的技术思路，设置蒸汽透平拖动空气压缩机，外供高压空气供用户生产，在冶金、炼钢、化工、煤电等行业已有工程业绩，在驱动汽源、后余热回收等工艺设计，以及能耗分析等已有研究，然而在耦合工业供气系统的燃煤气电联产机组运行优化的相关研究，鲜有公开报道。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中的问题，提供一种耦合工业供气系统的气电联产机组运行优化方法及系统，对外供工业空气量和供电负荷给定，采用单变量对比法，以燃煤气电联产机组标煤消耗量最低作为寻优目标函数，通过运行参数调整，获得燃煤气电联产机组在不同供电负荷、供气量等边界条件下的热再或中排抽汽参数的最佳控制值。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
耦合工业供气系统的气电联产机组运行优化方法，包含以下步骤：
明确燃煤气电联产机组最佳运行方式的表征参数，建立燃煤气电联产机组盈利值计算模型；
根据边界参数总供气负荷和供电负荷，划定寻优工况；
以燃煤气电联产机组总标煤消耗量值最低值为导向，确定各寻优工况的最佳运行方式。
本发明的进一步改进在于：
明确燃煤气电联产机组最佳运行方式的表征参数，建立燃煤气电联产机组盈利值计算模型具体步骤如下：
对于背压式蒸汽透平，燃煤气电联产机组最佳运行方式的表征参数为热再抽汽压力Prh；
对于凝汽式蒸汽透平，燃煤气电联产机组最佳运行方式的表征参数为中排抽汽压力Pzp；
燃煤气电联产机组盈利值M等于对外供气收入A加上供电收入E减去标煤消耗B，表达式为：
M＝A+E-B (1)
对外售气收入A为：
A＝ma×a (2)
式中，ma气电联产机组对外供工业空气总负荷，t/h；a为工业供气单价，元/t；
供电收入E为：
E＝(Nge-Ncy)×e＝Nnet×e (3)
式中，Nge为发电机功率，MW；Ncy为厂用电功率，MW；Nnet为主变入口电功率，MW；e为上网电价，元/MWh；
寻优操作过程的盈利值M的变量仅为燃煤气电联产机组标煤消耗B，即认为标煤消耗B最低值对应的工况为最佳工况；
对于燃煤气电联产机组，锅炉主蒸汽压力按照已有的定-滑-定曲线调节，主汽温度、再热蒸汽温度按照额定参数调整，此时的机组标煤消耗量B是供电负荷Nnet、中排抽汽流量及压力或热再抽汽流量及压力的多元函数，表达式为：
Figure BDA0003234266040000041
式中，hms、hrh、hrc、hgs、hzj和hgj分别为锅炉过热器出口主蒸汽焓值、锅炉再热器出口和进口蒸汽焓值、锅炉入口给水焓值、锅炉再热器和过热器减温水焓值；通过现场压力和温度测量值计算得出；
ηb为锅炉热效率，不同机组的锅炉热效率各不相同，需要根据现场专项试验得出；
ηb＝f1(Dms) (5)
其中，ηp为管道效率，取定值0.99；
Dms、Drh、Drc、Dgs、Dzj和Dgj分别为锅炉过热器出口主蒸汽流量、锅炉再热器出口和进口蒸汽流量、锅炉入口给水流量、锅炉再热器和过热器减温水流量，上述参数并不是各自独立，而是遵循一定关联性；
Figure BDA0003234266040000042
式中，Dex1、Dex2和Dleak分别为高压缸1段抽汽、2段抽汽和轴封外漏量，其中Dex1和Dex2根据1段抽汽和2段抽汽对应的高压加热器热平衡计算得出，Dleak是主蒸汽流量Dms和主蒸汽压力Pms的二元函数，由汽轮机制造厂给出；
Dleak＝f3(Dms,Pms) (7)
综合式(4)、(5)、(6)和(7)，得出燃煤气电联产机组标煤消耗量B；
给定总供气负荷ma和供电负荷Nnet条件下的寻优操作，燃煤气电联产机组标煤消耗量B值最低值即为最优工况，对应的热再抽汽压力Prh或中排抽汽压力Pzp为最佳运行方式。
根据边界参数总供气负荷和供电负荷，划定寻优工况的具体步骤如下：
统计最近一个完整自然年的机组运行数据，主要包括：
总对外供气负荷ma：ma,min、ma,max
供电负荷Nnet：Nnet,min、Nnet,max
再按照总对外供气负荷ma和供电负荷Nnet的分布，各自划分4个区间段并取平均值，作为寻优工况的次划分依据，具体如下：
Nnet,min＜Nnet≤Nnet,min+(Nnet,max-Nnet,min)×0.2；
Nnet,min+(Nnet,max-Nnet,min)×0.2＜Nnet≤Nnet,min+(Nnet,max-Nnet,min)×0.4；
Nnet,min+(Nnet,max-Nnet,min)×0.6＜Nnet≤Nnet,min+(Nnet,max-Nnet,min)×0.8；
Nnet,min+(Nnet,max-Nnet,min)×0.8＜Nnet≤Nnet,max；
ma,min＜ma≤ma,min+(ma,max-ma,min)×0.2；
ma,min+(ma,max-ma,min)×0.2＜ma≤ma,min+(ma,max-ma,min)×0.4；
ma,min+(ma,max-ma,min)×0.4＜ma≤ma,min+(ma,max-ma,min)×0.6；
ma,min+(ma,max-ma,min)×0.6＜ma≤ma,min+(ma,max-ma,min)×0.8；
ma,min+(ma,max-ma,min)×0.8＜ma≤ma,max；
按照寻优工况划定方法，最佳方式确定工况共计16个。
对于背压式蒸汽透平技术方案，确定各寻优工况的最佳运行方式的步骤如下：
①总供气负荷ma和供电负荷Nnet固定，以中压缸进汽调节阀全开对应的热再抽汽压力Prh0，作为寻优的基准工况，燃煤气电联产机组主要运行参数稳定后记录30min的运行数据，取其平均值，按照公式(4)-(7)，计算得出燃煤气电联产机组标煤消耗量B0；
②通过调整中压缸进汽调节阀开度，以每次0.1MPa的幅度抬升中压缸排汽处抽汽至背压式蒸汽透平的入口蒸汽压力Prh，此时需调整热再抽汽流量ms-rh、燃煤气电联产机组主蒸汽流量Dms参数，以维持总供气负荷ma和供电负荷Nnet固定不变，机组主要运行参数稳定后记录30min的运行数据，取其平均值，根据公式(4)-(7)计算确定机组标煤消耗B1；
将B1与B0比较，若B1≥B0，原基准工况仍作为基准工况；若B1＜B0，将该热再抽汽压力对应运行工况作为新的对比基准工况，继续以每次0.1MPa的幅度抬升热再抽汽至背压式蒸汽透平的入口蒸汽压力，进行下一次寻优迭代；
③热再抽汽至背压式蒸汽透平的入口蒸汽压力抬升，直至机组安全运行最高限制值Prh,s和中压缸进汽调阀节流调整手段实现的抽汽压力最高值Prh,max之间的低值为止，通过热再抽汽压力调整的寻优迭代结束；该过程中的标煤消耗量B最低值对应的最终的最佳运行工况，此时热再抽汽压力为Prhb，标煤消耗量为Bbest；
④完成剩余15个工况的最佳运行方式确定，得出燃煤气电联产机组在不同供电负荷Nnet和总供气负荷ma下的最佳热再抽汽压力值。
对于凝汽式蒸汽透平技术方案，确定各寻优工况的最佳运行方式的步骤如下：
①总供气负荷ma和供电负荷Nnet固定，以低压缸进汽调节阀全开对应的中压缸排汽处抽汽压力Pzp0，作为寻优的基准工况，燃煤气电联产机组主要运行参数稳定后记录30min的运行数据，取其平均值，按照公式(4)-(7)，计算得出燃煤气电联产机组标煤消耗量B0；
②通过调整低压缸进汽调阀开度，以每次0.05MPa的幅度抬升中压缸排汽处抽汽至凝汽式蒸汽透平的入口蒸汽压力Pzp，此时需调整中压缸排汽处抽汽流量ms-zp、燃煤气电联产机组主蒸汽流量Dms参数，以维持总供气负荷ma和供电负荷Nnet固定不变，机组主要运行参数稳定后记录30min的运行数据，取其平均值，根据公式(4)-(7)计算确定机组标煤消耗B1；
将B1与B0比较，若B1≥B0，原基准工况仍作为基准工况；若B1＜B0，将该中压缸排汽处抽汽压力对应运行工况作为新的对比基准工况，继续以每次0.05MPa的幅度抬升中压缸排汽处抽汽至凝汽式蒸汽透平的入口蒸汽压力，进行下一次寻优迭代；
③中压缸排汽处抽汽至凝汽式蒸汽透平的入口蒸汽压力抬升，直至机组安全运行最高限制值Pzp,s和低压缸进汽调阀节流调整手段实现的抽汽压力最高值Pzp,max之间的低值为止，通过中压缸排汽处抽汽压力调整的寻优迭代结束；该过程中的标煤消耗量B最低值对应的最终的最佳运行工况，此时中压缸排汽处抽汽压力为Pzpb，标煤消耗量为Bbest；
④完成剩余15个工况的最佳运行方式确定，得出燃煤气电联产机组在不同供电负荷Nnet和总供气负荷ma下的最佳中压缸排汽处抽汽压力值。
根据总供气负荷ma不同，将16个工况下的最佳运行方式，以供电负荷Nnet为变量，绘制最佳中压缸排汽处抽汽压力Pzp或热再抽汽压力随供电负荷Nnet的变化曲线；
根据总供气负荷ma和供电负荷Nnet参数，根据线性内插或外推法，得出燃煤气电联产机组在总供气负荷ma和供电负荷Nnet的最佳中排处抽汽压力值或热再抽汽压力值，以取得运行成本最低，盈利能力最大化的目的；
若汽轮机、锅炉、蒸汽透平-空气压缩机相关设备经过技术改进导致性能发生变化，需重新进行上述操作，以确定燃煤气电联产机组在不同供电负荷Nnet和总供气负荷ma下的最佳中排处抽汽压力值或热再抽汽压力值。
耦合工业供气系统的气电联产机组运行优化系统，包含：
盈利值计算模型建立模块，所述盈利值计算模型建立模块用于明确燃煤气电联产机组最佳运行方式的表征参数，建立燃煤气电联产机组盈利值计算模型；
寻优工况划定模块，所述寻优工况划定模块用于根据边界参数总供气负荷和供电负荷，划定寻优工况；
寻优工况的最佳运行方式确定模块，所述寻优工况的最佳运行方式确定模块用于以燃煤气电联产机组总标煤消耗量值最低值为导向，确定各寻优工况的最佳运行方式。
一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法的步骤。
一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提出一种耦合工业供气系统的气电联产机组运行优化方法及系统。对外供气量和供电负荷给定，采用单变量对比法，以气电联产机组标煤消耗量最低作为寻优目标函数，依次调整热再抽汽至背压式蒸汽透平、或中排处抽汽至凝汽式蒸汽透平的蒸汽压力，将机组标煤消耗量与基准工况比较，若大于，则原基准工况仍作为基准工况；若小于，将该参数对应运行工况作为新的对比基准工况，继续调整机组热再抽汽至背压式蒸汽透平、或中排处抽汽至凝汽式蒸汽透平的蒸汽压力，进行下一次迭代寻优。本发明在满足电网和工业空气用户调度的前提下以标煤消耗最低为目标函数，在线获得燃煤气电联产机组在不同供气负荷和发电机功率等边界条件下的热再抽汽或中排处抽汽压力的最佳控制值，实现运行成本最低和盈利能力最大化。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为一种煤电机组耦合的工业供气系统流程示意图；
图2为另一种煤电机组耦合的工业供气系统流程示意图；
图3为本发明的耦合工业供气系统的气电联产机组运行优化方法流程示意图；
图4为本发明的耦合工业供气系统的气电联产机组运行优化系统的结构示意图。
其中：1-锅炉；2-高压缸；3-中压缸；4-低压缸；5-凝汽器；6-凝结水泵；7-低压加热器组；8-除氧器；9-给水泵；10-高压加热器组；11-中压缸进汽调节阀；12-除湿过滤装置；13-压缩机；14-联轴器；15-背压式蒸汽透平；16-换热器；17-高压空气联箱；19～22阀门组；23-凝汽式蒸汽透平；24-低压缸进汽调节阀。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“水平”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，若出现术语“水平”，并不表示要求部件绝对水平，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参见图1和图2，图1和图2分别公布了一种煤电机组耦合的工业供气系统；两者主要的区别在于根据压缩机13驱动装置的形式不同，可分为背压式和凝汽式两种。
图1的工作流程为：
锅炉1过热器出口主蒸汽进入高压缸2做功后排汽进入锅炉1二次提温，出口热再蒸汽进入中压缸3，排汽经进入低压缸4继续做功，排汽经凝汽器5冷凝，凝结水依次经凝结水泵6、低压加热器组7、除氧器8、给水泵9、高压加热器组10升温升压后再进入锅炉，完成纯凝模式下的热力循环。
煤电机组增设工业空气供应系统后，工艺流程简述如下：环境空气经电驱除湿过滤装置12后以干净干燥状态进入压缩机13升压后，以高温高压状态进入换热器16降温后，以常温高压状态进入空气联箱17后对外供出。压缩机13通过联轴器14由背压式蒸汽透平15驱动，蒸汽透平为变转速配置。背压式蒸汽透平15的汽源为汽轮机中压缸进汽调节阀11前的热再蒸汽，做功后的排汽进入厂区工业供汽联箱；煤电机组低电负荷区间段，可通过调节汽轮机中压缸进汽调节阀11开度以抬升蒸汽透平进汽压力，改变蒸汽透平出力以调节外供工业空气压力。
自凝结水泵6出口引部分凝结水进入换热器16，吸收压缩机13出口的高温高压空气热量，升温后进入除氧器8入口。
图2的工作流程为：
锅炉1过热器出口主蒸汽进入高压缸2做功后排汽进入锅炉1二次提温，出口热再蒸汽进入中压缸3，排汽经进入低压缸继续做功，排汽经凝汽器5冷凝，凝结水依次经凝结水泵6、低压加热器组7、除氧器8、给水泵9、高压加热器组10升温升压后再进入锅炉，完成纯凝模式下的热力循环。
煤电机组增设工业空气供应系统后，工艺流程简述如下：环境空气经电驱除湿过滤装置12后以干净干燥状态进入压缩机13升压后，以高温高压状态进入换热器16降温后，以常温高压状态进入空气联箱17后对外供出。压缩机13通过联轴器14由凝汽式蒸汽透平23驱动，蒸汽透平为变转速配置。凝汽式蒸汽透平23的汽源为汽轮机低压缸进汽调节阀24前的热再蒸汽，做功后的排汽冷却后进入凝汽器5。煤电机组低电负荷区间段，可通过调节汽轮机低压缸进汽调节阀24开度以抬升蒸汽透平进汽压力，改变蒸汽透平出力以调节外供工业空气压力。
自凝结水泵6出口引部分凝结水进入换热器16，吸收压缩机13出口的高温高压空气热量，升温后进入除氧器8入口。
参见图3，图3公布了一种耦合工业供气系统的气电联产机组运行优化方法，包含以下步骤：
步骤1、明确燃煤气电联产机组最佳运行方式的表征参数，建立燃煤气电联产机组盈利值计算模型。
对于背压式蒸汽透平，燃煤气电联产机组最佳运行方式的表征参数为热再抽汽压力Prh。
对于凝汽式蒸汽透平，燃煤气电联产机组最佳运行方式的表征参数为中排抽汽压力Pzp。
燃煤气电联产机组盈利值M等于对外供气收入A加上供电收入E减去标煤消耗B，见式(1)。
M＝A+E-B (1)
对外售气收入A按式(2)计算。
A＝ma×a (2)
式中，ma气电联产机组对外供工业空气总负荷，t/h；a为工业供气单价，元/t；
供电收入E按式(3)计算。
E＝(Nge-Ncy)×e＝Nnet×e (3)
式中，Nge为发电机功率，MW；Ncy为厂用电功率，MW；Nnet为主变入口电功率(即为供电负荷)，MW；e为上网电价，元/MWh。
燃煤气电联产机组对外供工业空气、供电服务，上网电量受当地电网根据地区供需关系实时调度，对外供工业空气负荷受园区企业根据需求实时调度，燃煤气电联产机组自身并无独立自主的电、气调节权限。
寻优操作过程的盈利值M的变量仅为燃煤气电联产机组标煤消耗B，可认为标煤消耗B最低值对应的工况为最佳工况。
对于燃煤气电联产机组，锅炉主蒸汽压力按照已有的定-滑-定曲线调节，主汽温度、再热蒸汽温度按照额定参数调整，此时的机组标煤消耗量B是供电负荷Nnet、中排抽汽流量及压力或热再抽汽流量及压力的多元函数，见式(4)。
Figure BDA0003234266040000131
式中，hms、hrh、hrc、hgs、hzj和hgj分别为锅炉过热器出口主蒸汽焓值、锅炉再热器出口和进口蒸汽焓值、锅炉入口给水焓值、锅炉再热器和过热器减温水焓值，kJ/kg。可通过现场压力和温度测量值计算得出。
ηb为锅炉热效率，见式(5)，不同机组的锅炉热效率各不相同，需要根据现场专项试验得出。
ηb＝f1(Dms) (5)
其中，ηp为管道效率，取定值0.99。
Dms、Drh、Drc、Dgs、Dzj和Dgj分别为锅炉过热器出口主蒸汽流量、锅炉再热器出口和进口蒸汽流量、锅炉入口给水流量、锅炉再热器和过热器减温水流量，t/h。上述参数并不是各自独立，而是遵循一定关联性，见式(6)。
Figure BDA0003234266040000141
式中Dex1、Dex2和Dleak分别为高压缸1段抽汽、2段抽汽和轴封外漏量，t/h。其中Dex1和Dex2根据1段抽汽和2段抽汽对应的高压加热器热平衡计算得出，Dleak是主蒸汽流量Dms和主蒸汽压力Pms的二元函数，见式(7)，由汽轮机制造厂给出。
Dleak＝f3(Dms,Pms) (7)
综合式(4)、(5)、(6)和(7)，得出燃煤气电联产机组标煤消耗量B。
综上，给定总供气负荷ma和供电负荷Nnet条件下的寻优操作，燃煤气电联产机组标煤消耗量B值最低值即为最优工况，对应的热再抽汽压力Prh或中排抽汽压力Pzp为最佳运行方式。
步骤2、根据边界参数总供气负荷ma和供电负荷Nnet，进行寻优工况划定。
统计最近一个完整自然年的机组运行数据，主要包括：
总对外供气负荷ma：ma,min、ma,max
供电负荷Nnet：Nnet,min、Nnet,max
再按照总对外供气负荷ma和供电负荷Nnet的分布，各自划分4个区间段并取平均值，作为本发明寻优工况的次划分依据，具体如下：
Nnet,min＜Nnet≤Nnet,min+(Nnet,max-Nnet,min)×0.2；
Nnet,min+(Nnet,max-Nnet,min)×0.2＜Nnet≤Nnet,min+(Nnet,max-Nnet,min)×0.4；
Nnet,min+(Nnet,max-Nnet,min)×0.6＜Nnet≤Nnet,min+(Nnet,max-Nnet,min)×0.8；
Nnet,min+(Nnet,max-Nnet,min)×0.8＜Nnet≤Nnet,max；
ma,min＜ma≤ma,min+(ma,max-ma,min)×0.2；
ma,min+(ma,max-ma,min)×0.2＜ma≤ma,min+(ma,max-ma,min)×0.4；
ma,min+(ma,max-ma,min)×0.4＜ma≤ma,min+(ma,max-ma,min)×0.6；
ma,min+(ma,max-ma,min)×0.6＜ma≤ma,min+(ma,max-ma,min)×0.8；
ma,min+(ma,max-ma,min)×0.8＜ma≤ma,max；
综上，按照本发明的寻优工况划定方法，最佳方式确定工况共计16个。
步骤3、以燃煤气电联产机组总标煤消耗量B值最低值为导向，进行各寻优工况的最佳运行方式确定。
1)对于背压式蒸汽透平技术方案
①总供气负荷ma和供电负荷Nnet固定，以中压缸进汽调节阀11全开对应的热再抽汽压力Prh0，作为寻优的基准工况，燃煤气电联产机组主要运行参数稳定后记录30min的运行数据，取其平均值，按照公式(4)-(7)，计算得出燃煤气电联产机组标煤消耗量B0。
②通过调整中压缸进汽调节阀11开度，以每次0.1MPa的幅度抬升中压缸排汽处抽汽至背压式蒸汽透平15的入口蒸汽压力Prh，此时需调整热再抽汽流量ms-rh、燃煤气电联产机组主蒸汽流量Dms等参数，以维持总供气负荷ma和供电负荷Nnet固定不变，机组主要运行参数稳定后记录30min的运行数据，取其平均值，根据公式(4)-(7)计算确定机组标煤消耗B1。
将B1与B0比较，若B1≥B0，原基准工况仍作为基准工况；若B1＜B0，将该热再抽汽压力对应运行工况作为新的对比基准工况，继续以每次0.1MPa的幅度抬升热再抽汽至背压式蒸汽透平的入口蒸汽压力，进行下一次寻优迭代。
③热再抽汽至背压式蒸汽透平的入口蒸汽压力抬升，直至机组安全运行最高限制值Prh,s(由汽轮机厂家给出)和中压缸进汽调阀节流调整手段可实现的抽汽压力最高值Prh,max之间的低值为止，通过热再抽汽压力调整的寻优迭代结束。该过程中的标煤消耗量B最低值对应的最终的最佳运行工况，此时热再抽汽压力为Prhb，标煤消耗量为Bbest；
④完成剩余15个工况的最佳运行方式确定，得出燃煤气电联产机组在不同供电负荷Nnet和总供气负荷ma下的最佳热再抽汽压力值。
2)对于凝汽式蒸汽透平技术方案
①总供气负荷ma和供电负荷Nnet固定，以低压缸进汽调节阀11全开对应的中压缸排汽处抽汽压力Pzp0，作为寻优的基准工况，燃煤气电联产机组主要运行参数稳定后记录30min的运行数据，取其平均值，按照公式(4)-(7)，计算得出燃煤气电联产机组标煤消耗量B0。
②通过调整低压缸进汽调阀11开度，以每次0.05MPa的幅度抬升中压缸排汽处抽汽至凝汽式蒸汽透平15的入口蒸汽压力Pzp，此时需调整中压缸排汽处抽汽流量ms-zp、燃煤气电联产机组主蒸汽流量Dms等参数，以维持总供气负荷ma和供电负荷Nnet固定不变，机组主要运行参数稳定后记录30min的运行数据，取其平均值，根据公式(4)-(7)计算确定机组标煤消耗B1。
将B1与B0比较，若B1≥B0，原基准工况仍作为基准工况；若B1＜B0，将该中压缸排汽处抽汽压力对应运行工况作为新的对比基准工况，继续以每次0.05MPa的幅度抬升中压缸排汽处抽汽至凝汽式蒸汽透平的入口蒸汽压力，进行下一次寻优迭代。
③中压缸排汽处抽汽至凝汽式蒸汽透平的入口蒸汽压力抬升，直至机组安全运行最高限制值Pzp,s(由汽轮机厂家给出)和低压缸进汽调阀节流调整手段可实现的抽汽压力最高值Pzp,max之间的低值为止，通过中压缸排汽处抽汽压力调整的寻优迭代结束。该过程中的标煤消耗量B最低值对应的最终的最佳运行工况，此时中压缸排汽处抽汽压力为Pzpb，标煤消耗量为Bbest；
④完成剩余15个工况的最佳运行方式确定，得出燃煤气电联产机组在不同供电负荷Nnet和总供气负荷ma下的最佳中压缸排汽处抽汽压力值。
步骤4、寻优结果应用于生产节能挖潜指导。
根据总供气负荷ma不同，将上述16个工况下的最佳运行方式，以供电负荷Nnet为变量，绘制最佳中压缸排汽处抽汽压力Pzp或热再抽汽压力随供电负荷Nnet的变化曲线。
生产运行中，技术人员根据总供气负荷ma和供电负荷Nnet等参数，根据线性内插或外推法，得出燃煤气电联产机组在总供气负荷ma和供电负荷Nnet的最佳中排处抽汽压力值或热再抽汽压力值，以取得运行成本最低，盈利能力最大化的目的。
若汽轮机、锅炉、蒸汽透平-空气压缩机等相关设备经过技改导致性能发生变化，需重新进行上述操作，以确定燃煤气电联产机组在不同供电负荷Nnet和总供气负荷ma下的最佳中排处抽汽压力值或热再抽汽压力值。
参见图4，图4公布了一种耦合工业供气系统的气电联产机组运行优化系统，包含：
盈利值计算模型建立模块，所述盈利值计算模型建立模块用于明确燃煤气电联产机组最佳运行方式的表征参数，建立燃煤气电联产机组盈利值计算模型；
寻优工况划定模块，所述寻优工况划定模块用于根据边界参数总供气负荷和供电负荷，划定寻优工况；
寻优工况的最佳运行方式确定模块，所述寻优工况的最佳运行方式确定模块用于以燃煤气电联产机组总标煤消耗量值最低值为导向，确定各寻优工况的最佳运行方式。
本发明一实施例提供的终端设备的示意图。该实施例的终端设备包括：处理器、存储器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序。所述处理器执行所述计算机程序时实现上述各个方法实施例中的步骤。或者，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述各装置实施例中各模块/单元的功能。
所述计算机程序可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器中，并由所述处理器执行，以完成本发明。
所述终端设备可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述终端设备可包括，但不仅限于，处理器、存储器。
所述处理器可以是中央处理单元(CentralProcessingUnit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(DigitalSignalProcessor，DSP)、专用集成电路(ApplicationSpecificIntegratedCircuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-ProgrammableGateArray，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。
所述存储器可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现所述终端设备的各种功能。
所述终端设备集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccessMemory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.耦合工业供气系统的气电联产机组运行优化方法，其特征在于，包含以下步骤：
明确燃煤气电联产机组最佳运行方式的表征参数，建立燃煤气电联产机组盈利值计算模型；
根据边界参数总供气负荷和供电负荷，划定寻优工况；
以燃煤气电联产机组总标煤消耗量值最低值为导向，确定各寻优工况的最佳运行方式。
2.根据权利要求1所述的耦合工业供气系统的气电联产机组运行优化方法，其特征在于，所述明确燃煤气电联产机组最佳运行方式的表征参数，建立燃煤气电联产机组盈利值计算模型具体步骤如下：
对于背压式蒸汽透平，燃煤气电联产机组最佳运行方式的表征参数为热再抽汽压力Prh；
对于凝汽式蒸汽透平，燃煤气电联产机组最佳运行方式的表征参数为中排抽汽压力Pzp；
燃煤气电联产机组盈利值M等于对外供气收入A加上供电收入E减去标煤消耗B，表达式为：
M＝A+E-B (1)
对外售气收入A为：
A＝ma×a (2)
式中，ma气电联产机组对外供工业空气总负荷，t/h；a为工业供气单价，元/t；
供电收入E为：
E＝(Nge-Ncy)×e＝Nnet×e (3)
式中，Nge为发电机功率，MW；Ncy为厂用电功率，MW；Nnet为主变入口电功率，MW；e为上网电价，元/MWh；
寻优操作过程的盈利值M的变量仅为燃煤气电联产机组标煤消耗B，即认为标煤消耗B最低值对应的工况为最佳工况；
对于燃煤气电联产机组，锅炉主蒸汽压力按照已有的定-滑-定曲线调节，主汽温度、再热蒸汽温度按照额定参数调整，此时的机组标煤消耗量B是供电负荷Nnet、中排抽汽流量及压力或热再抽汽流量及压力的多元函数，表达式为：
Figure FDA0003234266030000021
式中，hms、hrh、hrc、hgs、hzj和hgj分别为锅炉过热器出口主蒸汽焓值、锅炉再热器出口和进口蒸汽焓值、锅炉入口给水焓值、锅炉再热器和过热器减温水焓值；通过现场压力和温度测量值计算得出；
ηb为锅炉热效率，不同机组的锅炉热效率各不相同，需要根据现场专项试验得出；
ηb＝f1(Dms) (5)
其中，ηp为管道效率，取定值0.99；
Dms、Drh、Drc、Dgs、Dzj和Dgj分别为锅炉过热器出口主蒸汽流量、锅炉再热器出口和进口蒸汽流量、锅炉入口给水流量、锅炉再热器和过热器减温水流量，上述参数并不是各自独立，而是遵循一定关联性；
Figure FDA0003234266030000022
式中，Dex1、Dex2和Dleak分别为高压缸1段抽汽、2段抽汽和轴封外漏量，其中Dex1和Dex2根据1段抽汽和2段抽汽对应的高压加热器热平衡计算得出，Dleak是主蒸汽流量Dms和主蒸汽压力Pms的二元函数，由汽轮机制造厂给出；
Dleak＝f3(Dms,Pms) (7)
综合式(4)、(5)、(6)和(7)，得出燃煤气电联产机组标煤消耗量B；
给定总供气负荷ma和供电负荷Nnet条件下的寻优操作，燃煤气电联产机组标煤消耗量B值最低值即为最优工况，对应的热再抽汽压力Prh或中排抽汽压力Pzp为最佳运行方式。
3.根据权利要求1所述的耦合工业供气系统的气电联产机组运行优化方法，其特征在于，所述根据边界参数总供气负荷和供电负荷，划定寻优工况的具体步骤如下：
统计最近一个完整自然年的机组运行数据，主要包括：
总对外供气负荷ma：ma,min、ma,max
供电负荷Nnet：Nnet,min、Nnet,max
再按照总对外供气负荷ma和供电负荷Nnet的分布，各自划分4个区间段并取平均值，作为寻优工况的次划分依据，具体如下：
Nnet,min＜Nnet≤Nnet,min+(Nnet,max-Nnet,min)×0.2；
Nnet,min+(Nnet,max-Nnet,min)×0.2＜Nnet≤Nnet,min+(Nnet,max-Nnet,min)×0.4；
Nnet,min+(Nnet,max-Nnet,min)×0.6＜Nnet≤Nnet,min+(Nnet,max-Nnet,min)×0.8；
Nnet,min+(Nnet,max-Nnet,min)×0.8＜Nnet≤Nnet,max；
ma,min＜ma≤ma,min+(ma,max-ma,min)×0.2；
ma,min+(ma,max-ma,min)×0.2＜ma≤ma,min+(ma,max-ma,min)×0.4；
ma,min+(ma,max-ma,min)×0.4＜ma≤ma,min+(ma,max-ma,min)×0.6；
ma,min+(ma,max-ma,min)×0.6＜ma≤ma,min+(ma,max-ma,min)×0.8；
ma,min+(ma,max-ma,min)×0.8＜ma≤ma,max；
按照寻优工况划定方法，最佳方式确定工况共计16个。
4.根据权利要求2所述的耦合工业供气系统的气电联产机组运行优化方法，其特征在于，所述对于背压式蒸汽透平技术方案，确定各寻优工况的最佳运行方式的步骤如下：
①总供气负荷ma和供电负荷Nnet固定，以中压缸进汽调节阀全开对应的热再抽汽压力Prh0，作为寻优的基准工况，燃煤气电联产机组主要运行参数稳定后记录30min的运行数据，取其平均值，按照公式(4)-(7)，计算得出燃煤气电联产机组标煤消耗量B0；
②通过调整中压缸进汽调节阀开度，以每次0.1MPa的幅度抬升中压缸排汽处抽汽至背压式蒸汽透平的入口蒸汽压力Prh，此时需调整热再抽汽流量ms-rh、燃煤气电联产机组主蒸汽流量Dms参数，以维持总供气负荷ma和供电负荷Nnet固定不变，机组主要运行参数稳定后记录30min的运行数据，取其平均值，根据公式(4)-(7)计算确定机组标煤消耗B1；
将B1与B0比较，若B1≥B0，原基准工况仍作为基准工况；若B1<B0，将该热再抽汽压力对应运行工况作为新的对比基准工况，继续以每次0.1MPa的幅度抬升热再抽汽至背压式蒸汽透平的入口蒸汽压力，进行下一次寻优迭代；
③热再抽汽至背压式蒸汽透平的入口蒸汽压力抬升，直至机组安全运行最高限制值Prh,s和中压缸进汽调阀节流调整手段实现的抽汽压力最高值Prh,max之间的低值为止，通过热再抽汽压力调整的寻优迭代结束；该过程中的标煤消耗量B最低值对应的最终的最佳运行工况，此时热再抽汽压力为Prhb，标煤消耗量为Bbest；
④完成剩余15个工况的最佳运行方式确定，得出燃煤气电联产机组在不同供电负荷Nnet和总供气负荷ma下的最佳热再抽汽压力值。
5.根据权利要求2所述的耦合工业供气系统的气电联产机组运行优化方法，其特征在于，所述对于凝汽式蒸汽透平技术方案，确定各寻优工况的最佳运行方式的步骤如下：
①总供气负荷ma和供电负荷Nnet固定，以低压缸进汽调节阀全开对应的中压缸排汽处抽汽压力Pzp0，作为寻优的基准工况，燃煤气电联产机组主要运行参数稳定后记录30min的运行数据，取其平均值，按照公式(4)-(7)，计算得出燃煤气电联产机组标煤消耗量B0；
②通过调整低压缸进汽调阀开度，以每次0.05MPa的幅度抬升中压缸排汽处抽汽至凝汽式蒸汽透平的入口蒸汽压力Pzp，此时需调整中压缸排汽处抽汽流量ms-zp、燃煤气电联产机组主蒸汽流量Dms参数，以维持总供气负荷ma和供电负荷Nnet固定不变，机组主要运行参数稳定后记录30min的运行数据，取其平均值，根据公式(4)-(7)计算确定机组标煤消耗B1；
将B1与B0比较，若B1≥B0，原基准工况仍作为基准工况；若B1<B0，将该中压缸排汽处抽汽压力对应运行工况作为新的对比基准工况，继续以每次0.05MPa的幅度抬升中压缸排汽处抽汽至凝汽式蒸汽透平的入口蒸汽压力，进行下一次寻优迭代；
③中压缸排汽处抽汽至凝汽式蒸汽透平的入口蒸汽压力抬升，直至机组安全运行最高限制值Pzp,s和低压缸进汽调阀节流调整手段实现的抽汽压力最高值Pzp,max之间的低值为止，通过中压缸排汽处抽汽压力调整的寻优迭代结束；该过程中的标煤消耗量B最低值对应的最终的最佳运行工况，此时中压缸排汽处抽汽压力为Pzpb，标煤消耗量为Bbest；
④完成剩余15个工况的最佳运行方式确定，得出燃煤气电联产机组在不同供电负荷Nnet和总供气负荷ma下的最佳中压缸排汽处抽汽压力值。
6.根据权利要求3所述的耦合工业供气系统的气电联产机组运行优化方法，其特征在于，根据总供气负荷ma不同，将16个工况下的最佳运行方式，以供电负荷Nnet为变量，绘制最佳中压缸排汽处抽汽压力Pzp或热再抽汽压力随供电负荷Nnet的变化曲线；
根据总供气负荷ma和供电负荷Nnet参数，根据线性内插或外推法，得出燃煤气电联产机组在总供气负荷ma和供电负荷Nnet的最佳中排处抽汽压力值或热再抽汽压力值，以取得运行成本最低，盈利能力最大化的目的；
若汽轮机、锅炉、蒸汽透平-空气压缩机相关设备经过技术改进导致性能发生变化，需重新进行上述操作，以确定燃煤气电联产机组在不同供电负荷Nnet和总供气负荷ma下的最佳中排处抽汽压力值或热再抽汽压力值。
7.耦合工业供气系统的气电联产机组运行优化系统，其特征在于，包含：
盈利值计算模型建立模块，所述盈利值计算模型建立模块用于明确燃煤气电联产机组最佳运行方式的表征参数，建立燃煤气电联产机组盈利值计算模型；
寻优工况划定模块，所述寻优工况划定模块用于根据边界参数总供气负荷和供电负荷，划定寻优工况；
寻优工况的最佳运行方式确定模块，所述寻优工况的最佳运行方式确定模块用于以燃煤气电联产机组总标煤消耗量值最低值为导向，确定各寻优工况的最佳运行方式。
8.一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1-6任一项所述方法的步骤。
9.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-6任一项所述方法的步骤。
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