復雜循環(huán)水系統經(jīng)濟運行方案的優(yōu)化設計及軟件開(kāi)發(fā)

2008年第8期節能(總第313期)ENERGY CONSERVATION-15-復雜循環(huán)水系統經(jīng)濟運行方案的優(yōu)化設計及軟件開(kāi)發(fā)盧緒祥,喬建,靳攀科,李錄平(長(cháng)沙理工大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院,湖南長(cháng)沙410076)摘要:以金竹山電廠(chǎng)復雜循環(huán)水系統為例,建立循環(huán)水系統的簡(jiǎn)化物理模型以及各主要設備的數學(xué)模型,對該廠(chǎng)復雜循環(huán)水系統經(jīng)濟運行方案進(jìn)行最優(yōu)化設計。在Microsoft Visual Besic 6.0環(huán)境下,開(kāi)發(fā)出循環(huán)水系統經(jīng)濟運行指導系統,根據機組運行方式及季節的變化合理安排江邊泵房和I泵房循環(huán)水泵的運行,實(shí)現循環(huán)水泵的經(jīng)濟調度。關(guān)鍵詞:火電廠(chǎng);循環(huán)水系統;優(yōu)化設計;軟件開(kāi)發(fā)中圖分類(lèi)號:TM621.4文獻標識碼:A 文章編號:1004 - 7948(2008)08 - 0015 -03引言為濕蒸汽,可取多變指數n=1.13。由能量守恒和熱力發(fā)電廠(chǎng)的循環(huán)水系統是-一個(gè)龐大的動(dòng)力系連續性方程可得汽輪機的內功率增量OP:與背壓統，其供水量很大,一般是汽輪機排汽量的50~ 120Pk變化的關(guān)系[4]:倍,其消耗的電能約占總發(fā)電量的1%~1.5%。長(cháng)SP:=βGrx期以來(lái)許多發(fā)電廠(chǎng)結合各自的系統情況,提出和采pGGkn。1.用了一些優(yōu)化運行方案,取得了一定的經(jīng)濟效[FP-8S - poosB2)1. 13FPk.8一p2s ]xmxOP益[1-3]。(1)最優(yōu)化理論及計算方法的發(fā)展以及計算機的廣式(1)中各符號說(shuō)明見(jiàn)文獻[4]。泛應用為實(shí)現循環(huán)水系統的最優(yōu)化提供了良好的基江邊泵房礎I3)。本文根據金竹山電廠(chǎng)循環(huán)水系統的復雜性，凝汽器通過(guò)建立循環(huán)水系統模型,利用計算機和最優(yōu)化理西國論,對該廠(chǎng)復雜循環(huán)水系統的運行方案進(jìn)行最優(yōu)化設計,并開(kāi)發(fā)了循環(huán)水系統的運行指導系統,根據機⑤組運行方式及季節的變化合理安排江邊泵房和I泵C- DQ5"房循環(huán)水泵的運行,以提高機組汽輪機真空,減少廠(chǎng)用電和降低煤耗。1金竹山電廠(chǎng)循環(huán)水系統物理及數學(xué)模型圖1金竹山電廠(chǎng) 循環(huán)水系統簡(jiǎn)圉循環(huán)水系統經(jīng)濟運行優(yōu)化分析中包含循環(huán)水、汽輪機微增出力APT與機組背壓Pk的關(guān)系為凝汽器和汽輪機三組模型。模型除正確反映實(shí)際系OPr=f(Pr,Pk)。金竹山電廠(chǎng)6臺機組的微增出統的運行特性外,還要考慮獲得模型的難易程度以力與機組背壓關(guān)系[6]如下:及對優(yōu)化算法的影響等因素。適當的模型應易于獲(1)對于1#~2#機組:負荷相對于排汽壓力的得,滿(mǎn)足算法簡(jiǎn)單、結果可靠等多方面的要求。1.1循環(huán)水系統簡(jiǎn)化物理模型變化率= - 500x 10kW MPa;aPx金竹山電廠(chǎng)循環(huán)水系統是雙母管制系統。江邊(2)對于3# ~6#機組:負荷相對于排汽壓力的泵房和I泵房通過(guò)耦合管路相互耦合,凝汽器側的aNe5#和6#凝汽器可接受來(lái)自江邊泵房和I泵房的循變化率。= - 776.2x 10kW/MPa;環(huán)水,但這兩處的循環(huán)水不能混合,而且凝汽器側的(3)對于4#機組:負荷相對于排汽壓力的變化1#~4#凝汽器不能接受來(lái)自IHI 泵房的循環(huán)水。系中國煤化工統簡(jiǎn)化模型如圖1所示。HCNMH G1.2循環(huán)水系統數學(xué)模型1.2.2凝幾奇村性及俁型1.2.1汽輪機特性模型凝汽器特性可表述為在- -定的設備組成和連接當新蒸汽參數和流量不變時(shí)，由于汽輪機末級方式下,凝汽器的壓力與循環(huán)水溫、循環(huán)水量和排汽節能2008年第8期16一ENERGY CONSERVATION. (總第313期)量之間的關(guān)系,即:為水泵臺數)。P:= fe(twi,qw,D。)(2)約束條件:Pi = f;(Pi,ti,q,Px)式(2)中各符號說(shuō)明見(jiàn)文獻[4]、[5]。凝汽器系Pki= f(Pe;)統特性的求取,既可理論計算,也可試驗獲得。本文P。i= f&(twi,qwi,Dg;)采用理論計算求取。{{Pp;lj=1,2,A,n},{qwili=1,2,A,m}}=(1)凝汽器平均傳熱系數K的確定。其表達fw(R(x,y)),其中:Cow≤Ph;≤Cp,Cx和Cq是.式[4]:Px;的上、下限。K =4.069β。βββa .(3)1.3優(yōu)化變量(2)凝汽器的蒸汽溫度tn的確定。蒸汽溫度t,循環(huán)水系統經(jīng)濟運行調節的是循環(huán)水系統的運根據參考文獻[4]可得:行方式,即循環(huán)水系統的運行方式是優(yōu)化模型的變2177tn=tw+ucp:w.(N-1)Jk(4)量。循環(huán)水系統中,閥門(mén)的開(kāi)啟狀況為全開(kāi),可改變的是水泵的運行方式。優(yōu)化問(wèn)題中的獨立變量可表(3)汽輪機的排汽壓力Pk的確定。示為:R(x,y)。其中x表示循環(huán)水泵從1至9臺Pk= 10x100+ tn(5)的序列號;y=0表示停;y=1則表示開(kāi)。57. 66對單臺泵來(lái)講,只有開(kāi)、停泵的問(wèn)題;對多臺泵本文采用的是先選定背壓范圍為4~ 11kPa,然來(lái)講,工作方式則是開(kāi)啟水泵的臺數及其組合。后以1kPa為間隔依次查閱水和水蒸氣熱力性質(zhì)圖2模型求解策略及程序框圖(見(jiàn)圖2)表獲得其對應飽和溫度ta值,共有8個(gè)te值。C開(kāi)始口(4)凝汽器端差8, 的確定。輸人機組功率N.()和循環(huán)水人口溫度水溫。8-=31.5+(F +7.5)(6)存儲N.(0)和，(5)循環(huán)水溫升Ot。Ot可利用經(jīng)驗公式計算[5]:Ne()>0Ot=540土10(7)是D+10D。在汽輪機運行中可能存在的排汽量范圍內,假計算對應機組所儒循環(huán)水量設若干不同的汽輪機排汽量,推導各循環(huán)泵運行組判斷機組臺數合下的值,計算出汽輪機的排汽溫度。利用水蒸氣性質(zhì)圖表查出各排汽溫度對應的飽和壓力,即汽輪每臺機組dWi.Jj)>0機的排汽壓力,作出一系列凝汽器特性曲線(xiàn)。1.2.3循環(huán)水泵特性及模型上是機組循環(huán)水量組合運算水泵一般是在變工況下運行,為適應負荷變化的需要,傳統方法是采用節流調節,當負荷變化時(shí)，計算總循環(huán)水t電機所需功率變化不大,而大量的能量消耗在閥門(mén)n否的節流中。水泵的功率為:對循環(huán)水泵運行臺數進(jìn)行組合，組合泵總水量Ed.(i>d_?N = pghQ/1000(8)否|1.2.4優(yōu)化目標函數機組凈功dNe=[ ENe()- EPe()- EPex(/)+0.8>max?在某種循環(huán)水系統運行方式下,機組出力與水水泵組合結束泵耗功之差為最大,則該方式為循環(huán)水泵的最佳運行方式,此時(shí)電廠(chǎng)運行的經(jīng)濟性最高。故優(yōu)化目標循環(huán)水量組合結束函數定義為:輸出各機組負荷及開(kāi)啟的各臺水泵編號maxOP=SPu-部Pw(9)中國煤化工式中:P一第i臺機組的發(fā)電量,i=1,2,A,m(mYHCNMHG圖2主程序流程圖.為機組臺數);Pp;- 第j臺水泵的耗電量,j= 1,2,A,n(n因為上述數學(xué)模型是用程序表示的模型,所以2008年第8期節能(總第313期)ENFRGY CONSERVATION7-它可用直接方法來(lái)求解。由于模型中輸出變量對輸最佳組合程序的調用。人變量在理論上都是連續可變的,因此任何基于梯TTTT度或不用梯度的最優(yōu)化算法都可使用[6]。在上述數學(xué)模型中,循環(huán)水初溫、取水水位、排水水位、凝汽w器端差、汽輪機排汽量和循環(huán)水泵的運行臺數及其組合等系統參數被作為紀知的外界條件來(lái)對待,這W些參數的變化可通過(guò)改變數學(xué)模型得到體現,對改變后數學(xué)模型的求解就可得到這些參數變化對系統最優(yōu)解的影響。在其他參數不變的情況下,循泵的不同運行臺數,不同運行組合對應著(zhù)不同的目標函數值(能滿(mǎn)足實(shí)際運行需要的臺數及其組合是比較圄3循環(huán)水系統經(jīng)濟運行指導 系統主界面有限的),這些目標函數值中的最大值對應的臺數和取循環(huán)水人口溫度為20C,分別計算幾種典型組合即為最優(yōu)臺數和最優(yōu)組合。負荷下循環(huán)水泵經(jīng)濟調度結果,運行結果如表1所3金竹山電廠(chǎng)循環(huán)水系統經(jīng)濟運行指導系統開(kāi)發(fā)示。從程序運行時(shí)間來(lái)看,是能滿(mǎn)足現場(chǎng)調度需要筆者利用Visual Basic 的可視化開(kāi)發(fā)平臺,進(jìn)行的,是可行的。了金竹山電廠(chǎng)循環(huán)水系統經(jīng)濟運行方案的設計和指4主要結論導系統的開(kāi)發(fā),運行指導系統主界面如圖3所示。分別建立了循環(huán)水系統的簡(jiǎn)化物理模型以及各該指導系統由一個(gè)主程序和4個(gè)子程序構成。主要設備如凝汽器、汽輪機、循環(huán)水泵的數學(xué)模型以由主程序完成對4個(gè)子程序:(1)循環(huán)水人口溫度和及整個(gè)系統的經(jīng)濟運行優(yōu)化模型,并且實(shí)現了計算機組負荷的取值程序;(2)單元機組循環(huán)水量計算程機優(yōu)化軟件的開(kāi)發(fā),該軟件有助于指導電廠(chǎng)運行以序;(3)循環(huán)水量的最佳組合程序;(4)循環(huán)水泵調用及管理人員進(jìn)行循環(huán)水系統的優(yōu)化運行和循環(huán)水泵表1幾種典型負荷下循環(huán)水泵經(jīng)濟調度方案機組臺數測試時(shí)間機組負荷運行建議計算時(shí)間12007-6-2 18:00:36 4# 機組負荷:125MW江邊4*泵0小時(shí)0分0秒2007-6-2 18:00:02 2# 機組負荷: 50MW江邊1*泵.江邊2#泵、4#機組負荷:125MW江邊5#泵2007-6-2 17:58:59 2# 機組負荷:50MW3"機組負荷: 125MW2泵房3*泵、江邊5#泵、0小時(shí)0分1秒江邊4#泵5#機組負荷:125MW2007-6-2 17:58:04 2# 機組負荷:50MW3#機組負荷:125MW2泵房3*泵、江邊5*泵、0小時(shí)0分23秒江邊4#泵、江邊3"泵2007-6-2 17:56:12 2# 機組負荷:50MW4#機組負荷: 125MW2泵房1#泵.2泵房3"泵、0小時(shí)4分56秒江邊4泵、江邊5*泵6#機組負荷:125MW的合理調度,一方面可使電廠(chǎng)在不增加設備改造和[4]翦天聰.汽輪機最優(yōu)經(jīng)濟運行[M].北京:水利電力出版資金投人的基礎上,獲得較高的經(jīng)濟效益;同時(shí)也改社, 1989.善了電廠(chǎng)運行人員的操作手段,使循環(huán)水系統的調[5]周利慶,胡熾昌,顧彤,等.循環(huán)水泵運行方式優(yōu)化方法及其在華能南通電廠(chǎng)中的應用[J].電站輔機2000,(3):33度有依據可循。-.37.參考文獻[6]余俊,周濟.優(yōu)化方法程序OPB- 1原理及使用說(shuō)明[1]葛曉霞,繆國鈞.循環(huán)水系統運行方式優(yōu)化分析[J].電站中國煤化工輔機2000.(1):28-32.[2]王秋穎.火電廠(chǎng)循環(huán)水系統經(jīng)濟運行方式的探討([].節作者士,剮教授,主要從事電站動(dòng)C NMHC運行面的研究和能, 199,.(8):3-6.J示機叭心血內、以降必四漢江[3]李偉.循環(huán)水系統的優(yōu)化分析[J].節能技術(shù),2006,(5):教學(xué)工作。470-473.收稿日期:2008 -04- 28