CN113882917A - 一种高背压机组深度调峰方法 - Google Patents

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徐德勤
王海彬
陆琮
李芒芒
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韩旭
姜彦辰
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Abstract

本发明公开了一种高背压机组深度调峰方法，涉及深度调峰领域，本发明包括以下步骤：以低负荷时低压缸末级叶片鼓风风险评估为依据，评估高背压机组深度调峰安全性；通过关小供热快开阀提高了供热抽汽量，进一步提高抽凝机组供热能力；以关小中压调门，提高再热蒸汽压力的基础，深度挖掘抽凝机组供汽潜力；通过当日平均环境温度得出当日全厂供热量、供热回水温度、供汽量建立深度调峰负荷优化分配模型。本发明，将电厂高背压机组排汽温度高跳闸值设置在125℃，保证了安全性，为深度调峰工作的开展提供了有利的支持，高背压改造后在保留原有低压缸事故喷水管路的情况下增加了一路事故喷水以避免深度调峰后机组可能产生的鼓风现象。

Description

一种高背压机组深度调峰方法
技术领域
本发明涉及深度调峰技术领域，尤其涉及一种高背压机组深度调峰方法。
背景技术
供暖季热电机组在东北电网占比逐年增大，使得电网无法有效的通过控制网上开机容量来进行调峰，增加了电网的安全风险，同时，由于东北地区采暖季与大风期重合，导致了电网在供暖季消纳风电、光电、核电的能力大幅下降，弃风现象严重，影响了地区的节能减排和能源转型。
近十年来，我国大批机组进行了高背压供热改造，但是考虑到低压缸安全性、热网稳定性、高背压机组调峰经济性等原因，深度调峰技术一直未被用于高背压机组，为此提出一种高背压机组深度调峰方法。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种高背压机组深度调峰方法。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种高背压机组深度调峰方法，包括以下步骤：以低负荷时低压缸末级叶片鼓风风险评估为依据，评估高背压机组深度调峰安全性；通过关小供热快开阀提高了供热抽汽量，进一步提高抽凝机组供热能力；以关小中压调门，提高再热蒸汽压力的基础，深度挖掘抽凝机组供汽潜力；通过当日平均环境温度得出当日全厂供热量、供热回水温度、供汽量建立深度调峰负荷优化分配模型。
优选地，所述步骤1中包括：以热平衡图为基础，深入研究电负荷、主蒸汽流量、低压缸通流量、背压之间的关系；采用低压缸排汽温度控制值和控制方式；结合冷态标高预抬量、缸体转子连接部件膨胀量的计算、机组载荷、轴承比压、轴系其它设计参数等因素，将电厂高背压机组排汽温度高跳闸值设置在125℃；高背压改造后在保留原有低压缸事故喷水管路的情况下增加了一路事故喷水，对低压缸事故喷水量进行了重新核算，第一、第二路事故喷水量设计值7T/H和14T/H，保证了机组事故情况下的安全性；在保证低压缸进汽压力不变的情况下，逐渐增加背压，当计算出排汽温度达到105℃时，得出报警背压限制线，继续增加背压，当计算出的排汽温度为125℃时，得出跳闸背压限制线，结合通流部分数据计算出极限真空，以及最大负荷背压。
优选地，所述步骤2中包括：控制低压缸排汽温度小于70℃，；控制中排抽汽温度小于380℃；控制抽汽压力在0.35-0.75Mpa之间；通过计算合理的选择阀碟与阀体的径向间隙，以固定最小开度来保证低压最小流量，对机蝶阀缝隙与漏气量的关系进行了核算。
优选地，所述步骤3包括：关小中压调门，提高再热蒸汽压力：增加了中压调门手动关小逻辑和CRT手动控制画面，将中压调门最小开度设在18％和设置高排温度达371℃时中压调门自动全开，保证机组安全；提高机工业蒸汽温度，增大热再被引射蒸汽量，压力匹配器调阀开度在80％以上，可提升单台机工业蒸汽供应量2T/H，提高热再蒸汽被引射量将工业蒸汽温度设定值调整至360℃。
优选地，利用现代优化原理中的动态规划方法，求出较为准确符合实际情况的机组煤耗-功率关系曲线(B-P曲线)，需要考虑机组参与调峰运行时的运行方式，实施前通过制造厂的设计数据下的工况数据点来拟定机组煤耗一功率关系曲线，当机组运行一段时间后，再通过运行数据下的工况数据点进行拟定，由于机组采用投油稳燃的方式进行，耗量特性曲线采用直线，其他情况下耗量特性曲线采用二次曲线，机组的耗量特性曲线可以表示为；
B＝a+bP+cP2
设有m个试验工况数据点(B,P)，i＝1,2，...m，可以利用最小二乘法确定出B～P关系二次曲线的系数a.b.c.令
Figure BDA0003214322620000031
要使J最小，则令
Figure BDA0003214322620000032
Figure BDA0003214322620000033
Figure BDA0003214322620000034
整理为
Figure BDA0003214322620000035
Figure BDA0003214322620000036
进行直线拟合时，c为0；
根据各个拟合工况点的值(Bi，Pi)，便可以求出机组耗量特性系数a、b、c,利用前面得到的单元机组的煤耗-功率关系式B＝F(P)可以知道单元机组在任何工况下的煤耗量值的大小，从而计算出总煤耗量最小时各机组负荷大小，在负荷优化问题当中，边界约束条件在采用了基本的系统负荷平衡约束和机组负荷上下限制约束的同时将单元机组的辅助设备综合状态作为负荷，分配的约束条件之一，使得系统在考虑负荷经济调度的同时可以兼顾单元机组的设备运行状况；
优化模型:
Figure BDA0003214322620000041
约束条件：
负荷上下范围约束:负荷上下限制是每台机组允许带经济负荷的最低或最高限制，也是保证机组安全稳定运行的条件；
Figure BDA0003214322620000042
上式中:PD----调度符合MW
Pj----第j台机组的负荷MW；
N----总的机台数；
j---第j台机组数；
Figure BDA0003214322620000043
---第j台机组数的最小负荷；
Figure BDA0003214322620000044
---第j台机组数的最大负荷。
相比现有技术，本发明的有益效果为：
1、将电厂高背压机组排汽温度高跳闸值设置在125℃，保证了安全性，又留下足够的安全裕度，为深度调峰工作的开展提供了有利的支持，高背压改造后在保留原有低压缸事故喷水管路的情况下增加了一路事故喷水同时采用低压缸排汽温度控制值和控制方式，以避免深度调峰后机组可能产生的鼓风现象，对低压缸事故喷水量进行了重新核算，第一、第二路事故喷水量设计值7T/H和14T/H，保证了机组事故情况下的安全性，减轻了末级叶片水蚀的可能。
2、本发明通过关小中压调门，可提高再热蒸汽压力：增加了中压调门手动关小逻辑和CRT手动控制画面，实现了机组正常运行状态下手动关小中压调门，将中压调门最小开度设在18％和设置高排温度达371℃时中压调门自动全开，保证机组安全。
附图说明
图1为本发明提出的一种高背压机组深度调峰方法的步骤流程图；
图2为本发明提出的一种高背压机组深度调峰方法高背压机组的流程图；
图3为本发明提出的一种高背压机组深度调峰方法的高背压机组安全运行曲线。
具体实施方式
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实施例，而不是全部的实施例。
参照图1-3，一种高背压机组深度调峰方法，包括以下步骤：以低负荷时低压缸末级叶片鼓风风险评估为依据，评估高背压机组深度调峰安全性；通过关小供热快开阀提高了供热抽汽量，进一步提高抽凝机组供热能力；以关小中压调门，提高再热蒸汽压力的基础，深度挖掘抽凝机组供汽潜力；通过当日平均环境温度得出当日全厂供热量、供热回水温度、供汽量建立深度调峰负荷优化分配模型。
所述步骤1中包括：以热平衡图为基础，深入研究电负荷、主蒸汽流量、低压缸通流量、背压之间的关系；采用低压缸排汽温度控制值和控制方式，以对应高背压改造后额定背压的升高使排汽温度由32.5℃升高至83.2℃，导致低压缸的安全裕度降低和深度调峰期间可能产生的鼓风现象；结合冷态标高预抬量、缸体转子连接部件膨胀量的计算、机组载荷、轴承比压、轴系其它设计参数等因素，将电厂高背压机组排汽温度高跳闸值设置在125℃，保证了安全性，又留下足够的安全裕度，为深度调峰工作的开展提供了有利的支持；高背压改造后在保留原有低压缸事故喷水管路的情况下增加了一路事故喷水，以避免深度调峰后机组可能产生的鼓风现象，对低压缸事故喷水量进行了重新核算，第一、第二路事故喷水量设计值7T/H和14T/H，保证了机组事故情况下的安全性，减轻了末级叶片水蚀的可能；在保证低压缸进汽压力不变的情况下，逐渐增加背压，当计算出排汽温度达到105℃时，得出报警背压限制线，继续增加背压，当计算出的排汽温度为125℃时，得出跳闸背压限制线，结合通流部分数据计算出极限真空，以及最大负荷背压。
所述步骤2中包括：控制低压缸排汽温度小于70℃，必要时开启减温水、开大快开阀、关小减压阀、增加机组负荷；控制中排抽汽温度小于380℃，必要时开大快开阀和减压阀；控制抽汽压力在0.35-0.75Mpa之间；通过计算合理的选择阀碟与阀体的径向间隙，以固定最小开度来保证低压最小流量，对机蝶阀缝隙与漏气量的关系进行了核算，保证在蝶阀故障阀碟不能打开时，低压缸的最小流量，最终均选择了10.6mm。
所述步骤3包括：关小中压调门，提高再热蒸汽压力：增加了中压调门手动关小逻辑和CRT手动控制画面，实现了机组正常运行状态下手动关小中压调门，将中压调门最小开度设在18％和设置高排温度达371℃时中压调门自动全开，保证机组安全；提高机工业蒸汽温度，增大热再被引射蒸汽量，压力匹配器调阀开度在80％以上，可提升单台机工业蒸汽供应量2T/H，影响深调电量10MW，提高热再蒸汽被引射量将工业蒸汽温度设定值调整至360℃。
利用现代优化原理中的动态规划方法，求出较为准确符合实际情况的机组煤耗--功率关系曲线(B-P曲线)，需要考虑机组参与调峰运行时的运行方式，实施前通过制造厂的设计数据下的工况数据点来拟定机组煤耗一功率关系曲线，当机组运行一段时间后，再通过运行数据下的工况数据点进行拟定，由于机组采用投油稳燃的方式进行，耗量特性曲线采用直线，其他情况下耗量特性曲线采用二次曲线，机组的耗量特性曲线可以表示为；
B＝a+bP+cP2；
设有m个试验工况数据点(B,P)，i＝1,2，...m，可以利用最小二乘法确定出B～P关系二次曲线的系数a.b.c.令
Figure BDA0003214322620000071
要使J最小，则令
Figure BDA0003214322620000081
Figure BDA0003214322620000082
Figure BDA0003214322620000083
整理为
Figure BDA0003214322620000084
Figure BDA0003214322620000085
进行直线拟合时，c为0；
根据各个拟合工况点的值(Bi，Pi)，便可以求出机组耗量特性系数a、b、c,利用前面得到的单元机组的煤耗-功率关系式B＝F(P)可以知道单元机组在任何工况下的煤耗量值的大小，从而计算出总煤耗量最小时各机组负荷大小，在负荷优化问题当中，边界约束条件在采用了基本的系统负荷平衡约束和机组负荷上下限制约束的同时将单元机组的辅助设备综合状态作为负荷，分配的约束条件之一，使得系统在考虑负荷经济调度的同时可以兼顾单元机组的设备运行状况；
优化模型:
Figure BDA0003214322620000086
约束条件：
负荷上下范围约束:负荷上下限制是每台机组允许带经济负荷的最低或最高限制，也是保证机组安全稳定运行的条件；
Figure BDA0003214322620000091
上式中:PD----调度符合MW
Pj----第j台机组的负荷MW；
O----总的机台数；
j---第j台机组数；
Figure BDA0003214322620000092
---第j台机组数的最小负荷；
Figure BDA0003214322620000093
---第j台机组数的最大负荷。
经过了电厂技术人员的不懈地探索和实践，电厂高背压机实现了协调状态下减负荷至85MW(负荷率24.3％)，成为了行业内首家开展深度调峰的高背压机组，，开创性地开展高背压机组深度调峰工作对增强电网调峰能力、推进火电机组灵活性进程具有极其深远的意义，同时也为行业内同类型机组做出了示范作用，树立了行业新标杆，具有极强的推广价值。
在过去的十几年中，风能和太阳能对全球电力系统脱碳化做出了巨大的贡献，与此同时风能和太阳能波动性的特点又从根本上改变了电力系统，提高了整个电力系统供给侧和需求侧对灵活性的需求，开展火电机组灵活性工作必然会使运行设备的压力变大、机组的煤耗上升，增加了企业的运营和维护成本，但是从整个电力系统经济性角度出发，可再生能源占比的提高却大大的节约了整个系统的燃料成本，且节约的这部分燃料成本远大于火电机组增加的运营和维护成本。
供热季高背压机共发电4.468亿千万时，供热270万GJ，相比去年同期的87万GJ，提高了210.34％，改造后高背压机供电煤耗146.26g/kwh，相比去年同期的284.12g/kwh，下降了137.86g/kwh，节约标煤61596T，整个供热季节约燃料成本5219万元；
高背压机深度调峰工作的深入使全厂四台机组整体的灵活性与深度调峰能力得到了充分的释放，2018-2019供热季，电厂全厂总负荷在协调状态下可减至350MW(负荷率25％)，达到行业顶尖水平，截止到3月，电厂2019年深度调峰收入达到8700万元，相比去年同期的5625万元增加了3075万元，同比增长54.7％，同时，前3个月深度调峰收入达到了2019年全年税前利润目标9841万元的88.4％，为完成2019年度绩效、破解高煤价经营困境、推进企业转型升级和高质量发展做出了极大的贡献。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种高背压机组深度调峰方法，其特征在于，包括以下步骤：
以低负荷时低压缸末级叶片鼓风风险评估为依据，评估高背压机组深度调峰安全性；
通过关小供热快开阀提高了供热抽汽量，进一步提高抽凝机组供热能力；
以关小中压调门，提高再热蒸汽压力的基础，深度挖掘抽凝机组供汽潜力；
通过当日平均环境温度得出当日全厂供热量、供热回水温度、供汽量建立深度调峰负荷优化分配模型。
2.根据权利要求1所述的一种高背压机组深度调峰方法，其特征在于，所述步骤1中包括：
以热平衡图为基础，深入研究电负荷、主蒸汽流量、低压缸通流量、背压之间的关系；
采用低压缸排汽温度控制值和控制方式；结合冷态标高预抬量、缸体转子连接部件膨胀量的计算、机组载荷、轴承比压、轴系其它设计参数等因素，将电厂高背压机组排汽温度高跳闸值设置在125℃；
高背压改造后在保留原有低压缸事故喷水管路的情况下增加了一路事故喷水，对低压缸事故喷水量进行了重新核算，第一、第二路事故喷水量设计值7T/H和14T/H，保证了机组事故情况下的安全性；
在保证低压缸进汽压力不变的情况下，逐渐增加背压，当计算出排汽温度达到105℃时，得出报警背压限制线，继续增加背压，当计算出的排汽温度为125℃时，得出跳闸背压限制线，结合通流部分数据计算出极限真空，以及最大负荷背压。
3.根据权利要求1所述的一种高背压机组深度调峰方法，其特征在于，所述步骤2中包括：
控制低压缸排汽温度小于70℃，；
控制中排抽汽温度小于380℃；
控制抽汽压力在0.35-0.75Mpa之间；
通过计算合理的选择阀碟与阀体的径向间隙，以固定最小开度来保证低压最小流量，对机蝶阀缝隙与漏气量的关系进行了核算。
4.根据权利要求1所述的一种高背压机组深度调峰方法，其特征在于，所述步骤3包括：
关小中压调门，提高再热蒸汽压力：增加了中压调门手动关小逻辑和CRT手动控制画面，将中压调门最小开度设在18％和设置高排温度达371℃时中压调门自动全开，保证机组安全；
提高机工业蒸汽温度，增大热再被引射蒸汽量，压力匹配器调阀开度在80％以上，可提升单台机工业蒸汽供应量2T/H，提高热再蒸汽被引射量将工业蒸汽温度设定值调整至360℃。
5.根据权利要求1所述的一种高背压机组深度调峰方法，其特征在于，利用现代优化原理中的动态规划方法，求出较为准确符合实际情况的机组煤耗-功率关系曲线(B-P曲线)，需要考虑机组参与调峰运行时的运行方式，实施前通过制造厂的设计数据下的工况数据点来拟定机组煤耗一功率关系曲线，当机组运行一段时间后，再通过运行数据下的工况数据点进行拟定，由于机组采用投油稳燃的方式进行，耗量特性曲线采用直线，其他情况下耗量特性曲线采用二次曲线，机组的耗量特性曲线可以表示为；
B＝a+bP+cP2
设有m个试验工况数据点(B,P)，i＝1,2，...m，可以利用最小二乘法确定出B～P关系二次曲线的系数a.b.c.令
Figure FDA0003214322610000031
要使J最小，则令
Figure FDA0003214322610000032
Figure FDA0003214322610000033
Figure FDA0003214322610000034
整理为
Figure FDA0003214322610000035
Figure FDA0003214322610000036
进行直线拟合时，c为0；
根据各个拟合工况点的值(Bi，Pi)，便可以求出机组耗量特性系数a、b、c,利用前面得到的单元机组的煤耗-功率关系式B＝F(P)可以知道单元机组在任何工况下的煤耗量值的大小，从而计算出总煤耗量最小时各机组负荷大小，在负荷优化问题当中，边界约束条件在采用了基本的系统负荷平衡约束和机组负荷上下限制约束的同时将单元机组的辅助设备综合状态作为负荷，分配的约束条件之一，使得系统在考虑负荷经济调度的同时可以兼顾单元机组的设备运行状况；
优化模型:
Figure FDA0003214322610000041
约束条件：
负荷上下范围约束:负荷上下限制是每台机组允许带经济负荷的最低或最高限制，也是保证机组安全稳定运行的条件；
Figure FDA0003214322610000042
上式中:PD----调度符合MW
Pj----第j台机组的负荷MW；
M----总的机台数；
j---第j台机组数；
Figure FDA0003214322610000043
---第j台机组数的最小负荷；
Figure FDA0003214322610000044
---第j台机组数的最大负荷。
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