一種濕冷汽輪機(jī)運(yùn)行背壓連續(xù)優(yōu)化控制方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種濕冷汽輪機(jī)運(yùn)行背壓連續(xù)優(yōu)化控制方法及系統(tǒng)，屬于燃煤、燃?xì)夂秃四艿却笮蜔崮馨l(fā)電過程的凝汽式汽輪機(jī)循環(huán)的優(yōu)化控制領(lǐng)域，尤其是濕冷凝汽器運(yùn)行背壓或真空的優(yōu)化控制領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]大型濕冷發(fā)電機(jī)組的汽輪機(jī)循環(huán)凝汽器的冷卻系統(tǒng)即冷源系統(tǒng)，通過由多臺(tái)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)、并可配備變頻器進(jìn)行調(diào)速的并聯(lián)水栗系統(tǒng)輸送冷卻介質(zhì)，即循環(huán)水，因此而消耗大量的電能。在配備了變頻器，或水栗自身具有流量調(diào)節(jié)能力的情況下，該冷源系統(tǒng)可以連續(xù)調(diào)節(jié)冷卻介質(zhì)流量。通常冷卻介質(zhì)的流量越大，冷源系統(tǒng)消耗的電能就越多，汽輪機(jī)的背壓也會(huì)相應(yīng)越低，即真空提高，汽輪機(jī)熱耗率會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化。由于輸送冷卻介質(zhì)要消耗大量的電能、真空變化又對(duì)汽輪機(jī)的效率有重要影響，兩種影響的特性存在差異，在相等的發(fā)電功率條件下，不同的冷源運(yùn)行方式，即水栗或風(fēng)機(jī)的臺(tái)數(shù)和轉(zhuǎn)速(或其它流量調(diào)節(jié)參數(shù))，會(huì)導(dǎo)致發(fā)電成本發(fā)生變化。在發(fā)電機(jī)組運(yùn)行過程中，如何通過冷源系統(tǒng)的運(yùn)行方式連續(xù)調(diào)節(jié)冷卻介質(zhì)的流量，使發(fā)電機(jī)組汽輪機(jī)循環(huán)始終保持在最佳的真空，即運(yùn)行背壓或真空的優(yōu)化控制，或稱為冷源優(yōu)化控制，成為汽輪機(jī)循環(huán)優(yōu)化控制領(lǐng)域的歷史性課題。
[0003]在發(fā)電機(jī)組實(shí)際運(yùn)行過程中，不論發(fā)電功率是否穩(wěn)定，當(dāng)調(diào)整循環(huán)水系統(tǒng)的運(yùn)行工作點(diǎn)時(shí)，由于汽輪機(jī)背壓或真空的變化取決于包括循環(huán)水溫度、循環(huán)水流量等多種變化因素的影響，運(yùn)行人員無法預(yù)測(cè)循環(huán)水流量的變化值、循環(huán)水系統(tǒng)的電功率的變化值、汽輪機(jī)背壓或真空的變化值等多種優(yōu)化影響因素，因此沒有必要的調(diào)節(jié)依據(jù)，處于極度盲目的行走的過程之中和狀態(tài)之下，成為實(shí)現(xiàn)運(yùn)行背壓或真空的優(yōu)化控制的根本問題和障礙。解決這個(gè)工程問題不可能通過簡單的方法，只能通過實(shí)時(shí)在線的計(jì)算機(jī)軟件，提供這些數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè)能力，也包括借助于這種預(yù)測(cè)能力提供最優(yōu)的循環(huán)水系統(tǒng)的工作點(diǎn)，并利用最優(yōu)工作點(diǎn)的數(shù)據(jù)對(duì)循環(huán)水栗實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速自動(dòng)控制。因此，冷源優(yōu)化課題的關(guān)鍵是實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)能力，此預(yù)測(cè)能力包括對(duì)當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)的預(yù)測(cè)和調(diào)節(jié)循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)之后的運(yùn)行狀態(tài)。通過同一套完整和系統(tǒng)的數(shù)值方法，對(duì)當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)的預(yù)測(cè)值應(yīng)當(dāng)反映當(dāng)前實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，并與當(dāng)前的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)保持一致，對(duì)調(diào)節(jié)后運(yùn)行狀態(tài)的預(yù)測(cè)值應(yīng)當(dāng)有能夠滿足優(yōu)化運(yùn)行目標(biāo)的足夠的精度，為運(yùn)行人員提供預(yù)測(cè)功能，并實(shí)現(xiàn)優(yōu)化控制。
[0004]冷源優(yōu)化可以選擇不同的優(yōu)化目標(biāo)，包括考慮當(dāng)前上網(wǎng)電價(jià)、燃料價(jià)格(可以加入其它可變成本，例如與煤耗呈正比的水耗成本)的發(fā)電利潤最大化、供電成本最小化以及不考慮價(jià)格因素的供電煤耗最小化等，甚至采用與實(shí)際運(yùn)行條件并不相符的輸出功率最大化等。
[0005]冷源優(yōu)化控制問題包括兩個(gè)方面，首先是如何確定最優(yōu)的真空或背壓，其次是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。由于最優(yōu)真空、最優(yōu)冷源系統(tǒng)運(yùn)行方式、最優(yōu)冷卻介質(zhì)流量是真空優(yōu)化控制問題之同一個(gè)優(yōu)化解的相互對(duì)應(yīng)的三個(gè)方面，理想的解決方案是同時(shí)得到最優(yōu)背壓、最優(yōu)真空和對(duì)應(yīng)的最優(yōu)冷源系統(tǒng)運(yùn)行方式，并利用最優(yōu)冷源系統(tǒng)運(yùn)行方式的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。
[0006]發(fā)電功率和冷卻介質(zhì)溫度是真空優(yōu)化控制問題的基本影響因素之一。對(duì)于一定的發(fā)電機(jī)組，其運(yùn)行過程中最佳的真空可以被認(rèn)為是一種函數(shù)，即優(yōu)化真空函數(shù)或冷源優(yōu)化函數(shù)。該函數(shù)有包括發(fā)電功率和冷卻介質(zhì)溫度兩個(gè)自變量在內(nèi)的多個(gè)自變量(或時(shí)變因素)，和多種待定的參數(shù)。參數(shù)的差異，決定了每臺(tái)相同冷源系統(tǒng)類型的不同的發(fā)電機(jī)組真空優(yōu)化控制函數(shù)是不同的。時(shí)變因素的存在使得對(duì)于同一臺(tái)發(fā)電機(jī)組，在同樣的發(fā)電功率和冷卻介質(zhì)溫度條件下，在不同的時(shí)刻，真空優(yōu)化控制函數(shù)也是不同的。
[0007]換言之，冷源優(yōu)化控制函數(shù)，除發(fā)電功率和冷卻介質(zhì)溫度兩個(gè)自變量以外，該函數(shù)關(guān)系還受多種因素的影響。這些因素可以分為:
[0008]多種待定參數(shù):完全被每個(gè)具體發(fā)電機(jī)組的設(shè)備系統(tǒng)的實(shí)際設(shè)備的設(shè)計(jì)因素決定的恒定特性參數(shù)，包括完全由實(shí)際運(yùn)行工作點(diǎn)決定的恒定特性參數(shù)(例如凝汽器傳熱系數(shù)受換熱強(qiáng)度和冷卻介質(zhì)溫度的影響)。
[0009]多種時(shí)變因素:除發(fā)電功率和冷卻介質(zhì)溫度以外的，運(yùn)行過程中可能變化的各種時(shí)變因素。一般代表性的時(shí)變因素包括:
[0010]a)汽輪機(jī)循環(huán)熱耗率或冷源損失的變化。
[0011]b)真空測(cè)點(diǎn)的類型、位置和安裝方式等導(dǎo)致的真空或背壓的測(cè)量誤差。
[0012]c)冷卻介質(zhì)溫度測(cè)點(diǎn)的差異導(dǎo)致的溫度測(cè)量誤差。
[0013]d)真空嚴(yán)密性和抽真空系統(tǒng)特性的變化，導(dǎo)致背壓中空氣分壓的變化。
[0014]e)凝汽器清節(jié)度的變化，導(dǎo)致背壓中蒸汽分壓的變化。
[0015]f)閉路濕冷循環(huán)水系統(tǒng)的蓄水池水位的變化，開式濕冷循環(huán)水系統(tǒng)水源入口水位、水源出口水位的變化。
[0016]g)由于換熱管堵塞導(dǎo)致的凝汽器有效冷卻面積的減少。
[0017]h)由于換熱管堵塞導(dǎo)致的凝汽器阻力變化。
[0018]i)循環(huán)水系統(tǒng)阻力變化等。
[0019]時(shí)變因素容易發(fā)生變化，也往往難以直接測(cè)量。一般可以認(rèn)為時(shí)變因素對(duì)真空的影響可能的程度，對(duì)濕冷系統(tǒng)>lkPa，這種影響程度相當(dāng)于一臺(tái)循環(huán)水栗的啟?；蛩酗L(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)30%左右的影響程度，因此真空優(yōu)化控制問題必須考慮時(shí)變因素的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0020]經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，因?yàn)槔湓磧?yōu)化問題涉及汽輪機(jī)循環(huán)模型、冷源模型、凝汽器模型等多方面模型的理論和實(shí)踐問題，尤其是由于上述多方面的時(shí)變因素導(dǎo)致的復(fù)雜性，使得真空優(yōu)化控制問題變得非常困難。作為有使用價(jià)值的系統(tǒng)性的成果的完整的解決方案，【背景技術(shù)】停滯在空白狀態(tài)。
[0021]現(xiàn)有技術(shù)不僅沒有實(shí)現(xiàn)運(yùn)行背壓或真空準(zhǔn)確的最優(yōu)真空的確定方法，也沒有實(shí)現(xiàn)運(yùn)行背壓的自動(dòng)控制，也沒有對(duì)冷源系統(tǒng)進(jìn)行連續(xù)調(diào)節(jié)的完整的方案。導(dǎo)致實(shí)際運(yùn)行中，循環(huán)水系統(tǒng)的調(diào)節(jié)和控制，處于深度的盲目和隨意狀態(tài)，成為發(fā)電廠運(yùn)行管理中的難題。
[0022]存在的問題包括:
[0023]僅對(duì)隨著冷卻介質(zhì)流量的增加，真空提高，汽輪機(jī)熱耗率下降的關(guān)系的冷源優(yōu)化問題進(jìn)行過定性的理論性的量化分析的研究，沒有考慮時(shí)變因素和確定實(shí)際發(fā)電機(jī)組的設(shè)備特性的方法，也沒有實(shí)際定量考慮阻塞背壓的影響。
[0024]沒有建立有效的背壓預(yù)測(cè)模型。當(dāng)冷源系統(tǒng)運(yùn)行方式發(fā)生變化時(shí)，汽輪機(jī)熱耗率的變化是與當(dāng)前背壓值和背壓變化量相關(guān)的。因此要得到汽輪機(jī)熱耗率的變化，必須計(jì)算當(dāng)冷源系統(tǒng)運(yùn)行方式從當(dāng)前方式變?yōu)樵O(shè)定方式后的預(yù)測(cè)背壓值。
[0025]沒有建立嚴(yán)謹(jǐn)、實(shí)用的冷源系統(tǒng)流量和功率模型?！颈尘凹夹g(shù)】的冷源系統(tǒng)模型通常是基于流量、壓頭和功率分別與轉(zhuǎn)速的一次、二次和三次防呈正比的理論。這顯然是錯(cuò)誤的:至少對(duì)于并聯(lián)運(yùn)行的循環(huán)水栗系統(tǒng)，經(jīng)常出現(xiàn)并聯(lián)運(yùn)行、臺(tái)數(shù)變化或轉(zhuǎn)速不同的情況，這時(shí)定速運(yùn)行的水栗的流量、壓頭都會(huì)受到影響，每臺(tái)栗的流量、壓頭的變化并非完全取決于轉(zhuǎn)速。例如，單臺(tái)栗運(yùn)行比時(shí)雙臺(tái)栗并聯(lián)運(yùn)行時(shí)的單栗流量明顯要小。
[0026]沒有實(shí)際阻塞背壓的確定方法。
[0027]沒有考慮時(shí)變因素對(duì)冷源優(yōu)化控制問題的影響條件下的建模問題。
[0028]在發(fā)電廠實(shí)際運(yùn)行層面，【背景技術(shù)】中不僅沒有嚴(yán)格和系統(tǒng)的技術(shù)依據(jù)作為真空優(yōu)化的實(shí)際運(yùn)行指導(dǎo)，更沒有相對(duì)完整的真空優(yōu)化控制方案，甚至都沒有設(shè)計(jì)條件下的真空優(yōu)化控制方案。雖然阻塞背壓是汽輪機(jī)低壓缸設(shè)計(jì)及相應(yīng)的理論計(jì)算的重要考量因素之一，但在發(fā)電廠運(yùn)行行業(yè)內(nèi)，阻塞背壓僅僅停留在汽輪機(jī)熱耗率特性的理論概念的水平上，并沒有在汽輪機(jī)運(yùn)行的工程實(shí)踐中被確定、被測(cè)量、或得到量化的應(yīng)用。
[0029]在理論研究層面，【背景技術(shù)】只是提出了根據(jù)發(fā)電功率和循環(huán)水溫度通過建立冷端系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行在線分析、再通過枚舉法循環(huán)對(duì)比計(jì)算得到真空優(yōu)化控制方案的功能思路，并沒有提出完整的或?qū)嶋H可行的方法。
[0030]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)沒有包括阻塞背壓在內(nèi)的所有必要的恒定特性參數(shù)的完整的冷源優(yōu)化數(shù)學(xué)模型；沒有上述恒定特性參數(shù)的測(cè)定方法；沒有考慮主要的時(shí)變因素影響的方法等的不足，提供一種完整的、可行的、通用的濕冷汽輪機(jī)運(yùn)行背壓連續(xù)優(yōu)化控制方法及系統(tǒng)。
[0031]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下:一種濕冷汽輪機(jī)運(yùn)行背壓連續(xù)優(yōu)化控制方法，具體包括以下步驟:
[0032]初級(jí)模型建立步驟:<