分析熱電廠鍋爐汽輪機的優化調度

韓磊磊

【摘 要】熱電廠的能源節約、效率提升的關鍵策略就是調度優化以及管理，這也是能夠有效降低環境污染的一項舉措。借助熱電廠鍋爐汽輪機優化軟件，結合鍋爐設計變化運行數據與特性曲線，形成了優化調度的數學模型；采用優化算法，分析汽輪機的優化調整方案；最后綜合考慮影響調度的相關因素，并提出相應的解決方案。本文則探討熱電廠鍋爐汽輪機的優化調度，旨在減少原材料消耗，提高熱效能。

【關鍵詞】熱電廠 鍋爐 汽輪機

1熱電廠鍋爐汽輪機優化調度可行性分析

熱電廠汽輪機產生能源耗損的原因較多，因此，在開展對熱電廠汽輪機節能降耗研究時，要綜合考量各種因素。從系統節能的層面探究，為了確保熱電廠的運行能實現節能減耗的效果，研究汽輪機燃煤系統本身的機組性能具有十分重要的現實意義。出于經濟效益考量，單單通過熱電廠汽輪運行方式調度節能減耗是不足的。降低運營成本不能從根本上實現真正意義上的節能，不可否認，此種方式在短期內會取得一定成效，然而對企業的長期發展是不利的。

2建構鍋爐汽輪機優化調度的數學模型

由于鍋爐實際運行過程中常出現復雜情況，相同的鍋爐實際效率往往與設計值有著較大的偏差，使得對鍋爐效率的影響也較大。因此，可根據鍋爐效率和蒸發量兩者間的關系，從具體過濾出發，得出實驗數據。對燃油鍋爐，可容易地檢測出燃油量。一般情況下，運用正平衡法測量計算鍋爐效率，得出相應鍋爐蒸發量與效率的曲線圖， 用作數學模型的優化調度計算。對燃煤的鍋爐，并不能準確地計算出耗煤量，可通過測量鍋爐計算各種損失，用反平衡法對獲取鍋爐變化的效率特征進行計算。圖1為實測的某410 t/h燃油鍋爐的效率特性。

圖1 410 t/h燃油鍋爐的效率特性曲線

3優化算法

本次所采用的優化算法則是指兩級優化，主要是由于熱電廠采用的是母管制，每一臺汽輪機的負荷與每一臺的鍋爐負荷并沒有較直接的關系，為了有效進行兩者負荷分配，則需要確定熱電廠的熱電負荷后，方可優化計算，才能夠得到最佳的計算結果，最大限度滿足汽輪機所需要的進氣量，達到降低原材料的消耗率，提高經濟利潤的目的。通過分析汽輪機的影響因素，可得到最大電功率、最小排汽量是其主要因素，而其他的限制性因素則是次要因素。綜合以上的因素分析，可得到熱電廠的優化調度模型。針對鍋爐： min B =f（X），s.t . Gj （X），j = 1，2，…，n，在此公式中，n 是約束條件個數。針對汽輪機： min D = f（X，Y），s. t.Gi（ X，Y），i=1，2，…，m，在這個公式中： X、Y、m分別表示連續變量0/1 變量、約束條件個數。在優化調度的過程中，往往出現停機后者投運的情況，若分開非線性的汽輪機工況圖，可實現較好的分區線性化，極易采用分枝限界反向跟蹤法容易求解。根據不同鍋爐效率，用邏輯判斷方法，確定投運鍋爐，簡化問題。考慮鍋爐效率曲線非線性度大，構成非線性規劃問題時，需轉動坐標軸，通過直接搜索的方式獲取合適的方向法，進行求解。

4考慮因素

4.1保障真空條件下凝汽器良好運行

凝汽設備的工作性能直接影響整個汽輪機組的安全性、可靠性。未使凝汽器始終處在真空下，機組人員要在規定的時間內，密閉性檢驗系統；嚴格落實檢修工作，保障循環水泵與真空泵能在真空環境中正常運轉。在檢測進程中中，需測量水溫與水位，控制在偏差范圍內，適當調整。強化監督管線內部循環水質，搞好管線的清潔工作，當啟動機組后，需及時運行膠球清洗裝置，防止管內出現結垢，加劇熱阻。針對凝汽器，要預留充足的冷卻面積，避免機組在高運行狀態下不能及時散熱，出現故障。

4.2完善高壓缸通流部分

早期服役的汽輪機不僅熱耗率高、通流效率低，而且主要部件長期運行后逐漸暴露出各種安全隱患。轉子構成：1個單列調節級與15個壓力級。動葉型與靜葉型也可使用先進的葉型與光滑子午通道。全部動葉片使用整體圍帶，強化了葉片動強度。為了確保運行中的機組不受限于差脹，需增大高壓隔板汽封軸的間隙。替換隔板靜葉，使用焊接隔板，去掉原有的加強筋，針對分流葉柵結構，可結合使用寬葉片與和窄葉片。改變高壓軸封與部分隔板汽封，使之形成自動調整汽封，有助于確保機組安全運行，節省維修成本，減少維修量。

4.3改良低壓缸通流部分

以200MW機組的低壓缸優化調度為例，使用焊接鋼格板，增大根徑，低壓轉子前4級動葉片不使用拉筋，可使用整體圍帶，為保障動葉具有較高的抗疲勞性與耐水蝕性，可將高強度的動葉材料應用到末級動葉。

5應用實例

我廠熱電廠共有7臺汽輪機與6臺鍋爐。1# 、2 #機為背壓式，鍋爐額定負荷為220t /h， 3#～6#機是50MW 的抽汽凝汽式，額定負荷為410t/ h。，7 #機是抽背式，額定負壓為25 MW。所有鍋爐具有相同的蒸汽參數，并全部匯入新汽母管， 后經過母管進入各臺汽輪機。汽輪機需符合中壓管3.3MPa中壓蒸汽要求，1 #管供應1.4Mpa，2#管供應1.1MPa 低壓蒸汽， 此外，滿足總廠小電網與外電網電負荷的要求，3#與4#機產生的電輸送往到總廠小電網， 除此之外，所有機發的電送往外電網。為了確保熱電廠在滿足外供電與外供汽的條件下消耗最低的能量， 要合理將負荷分配給各臺鍋爐與各臺汽輪機間。所以，構建鍋爐與汽輪機的變工況性能模型非常必要。考慮到我廠鍋爐燃油爐的真實情況， 使用正平衡法，結合運行數據可，通過計算，最終得到各臺鍋爐的效率特性曲線。針對汽輪機，考慮廠家提供的設計工況圖，構建簡答模型。

當汽輪機運營后，強化汽輪機監督工作，一旦發生意外情況，立刻采取有效措施，及時補救，有助于企業獲得長期利益。所以，當改造汽輪機時，需將切入點定位在數學模型的構建上，由于凝汽器在熱電廠發電系統中起著非常突出的作用，良好模型的構建為后續的計算、分析及實際運用，提供了保障前提，將直接影響到系統運營的經濟性與安全性。