一種火電機組雙背壓冷端系統雙速泵循環水流量優化方法與流程

2023-10-17 20:13:29

本發明涉及火電優化控制
技術領域：
，具體地，涉及一種用於雙背壓冷端系統循環水質量流量優化控制的方法，尤其是一種基於機組淨增功率最大化的火電機組雙背壓冷端、裝備雙速泵(即循環水質量流量非連續可調)系統的循環水質量流量優化方法。
背景技術：
：冷端系統是火電機組重要組成部分。隨著機組容量的擴大，汽輪機排汽量和排汽口數量增多，為提高機組效率，電站大多採用雙背壓或多背壓冷端系統。冷端系統中各設備的工作狀態不僅通過冷凝器壓力影響機組的出力，而且因自身電力消耗影響供電煤耗，其中循環水泵尤為明顯。當循環水量增大時，冷凝器壓力降低，機組出力增加，然而循環水泵功耗也隨之增大，反之亦然。對現有技術的檢索發現，公開號為CN102279565A、申請號為CN201110118579.8的中國發明專利，該專利中涉及一種火力發電機組冷端設備優化系統，根據冷凝器實際運行的壓力值與壓力應達值之間的偏差量獲得機組的微增功率，並將其與循環水泵功耗相減得到冷端綜合功率耗差，然後比較不同工況下的耗差，選取性能較優的冷端設備調整方式。但上述發明計算冷凝器應達值過程中需用到總體換熱係數，在計算微增功率時需用到機組功率修正曲線，然而總體換熱係數很難精確確定，機組功率修正曲線也是通過專門試驗得到的擬合曲線，在大部分機組只能一年做一次試驗的條件下，它顯然不能反映設備的性能動態變化，因此無法保證冷端系統中循環水流量實際最優。技術實現要素：針對現有技術的不足，本發明提出一種基於機組淨增功率最大化的火電機組雙背壓冷端、裝備雙速泵系統的循環水質量流量優化方法。該方法不需計算冷凝器總體換熱係數，同時機組微增功率通過計算而非根據修正曲線得到。為實現上述目的，本發明採用以下技術方案：一種火電機組雙背壓冷端系統變頻泵循環水流量優化方法，具體步驟如下：步驟1：從現場DCS(DistributedControlSystem，即分布式控制系統)實時資料庫中獲取給定時刻的機組運行數據，具體包括：低壓冷凝器循環水入口溫度、高壓冷凝器循環水出口溫度，主蒸汽質量流量，高壓和低壓冷凝器真空度及環境大氣壓力；步驟2：根據步驟1參數，計算低壓缸排汽溼度，並在抽汽份額給定的條件下，根據可覆蓋全操作工況的工質物性參數資料庫，分別計算該給定時刻高壓和低壓冷凝器入口排汽質量流量、入口排汽比焓、凝結水比焓和飽和蒸汽溫度；步驟3：根據步驟2的結果，根據低壓冷凝器和高壓冷凝器內換熱過程能量衡算模型，計算循環水實際質量流量、低壓冷凝器循環水出口溫度及高壓冷凝器的當前端差；步驟4：根據步驟3的結果，保持步驟2的保持排汽溼度和抽汽份額不變，改變雙速泵運行方式，計算與之對應的低壓冷凝器循環水出口溫度以及高壓和低壓冷凝器的飽和蒸汽溫度，並計算與之對應的高壓和低壓冷凝器入口排汽比焓，用於步驟5的尋優；步驟5：定義雙速泵運行方式改變後機組的微增功率與循環水泵的功耗增量之差(即淨功率增量)為循環水質量流量增量優化效益函數，在給定的低壓缸機械效率和發電機效率下，以雙速泵運行方式為待尋優變量，優化效益函數，得到最優雙速泵運行方式，其對應的循環水質量流量即為最優循環水質量流量；在每一採樣時刻，重複上述步驟1～5，即實現冷端系統循環水質量流量的滾動優化。優選地，步驟3中，所述低壓冷凝器和高壓冷凝器內換熱過程能量衡算模型為：DLEB(hLEB-hcw1)＝Dwcpw(tw2-tw1)DLEA(hLEA-hcw2)＝DLEB(hcw2-hcw1)+Dwcpw(tw3-tw2)式中：DLEB和DLEA分別為低壓冷凝器和高壓冷凝器的入口排汽質量流量,kg/s；hLEB和hLEA分別為低壓冷凝器和高壓冷凝器的入口排汽比焓,J/kg；hcw1和hcw2分別為低壓冷凝器和高壓冷凝器的凝結水比焓,J/kg；Dw為循環水質量流量,kg/s；tw1和tw3分別為低壓冷凝器循環水入口溫度和高壓冷凝器循環水出口溫度,K；tw2為低壓冷凝器循環水出口水溫,K；cpw為水的等壓比熱容，通常取為4.1868J/(kg*K)。DLEB和DLEA的計算為：DLE＝Dms(1-α)DLEB＝0.5DLEDLEA＝DLE-DLEB式中：DLE為低壓缸總排汽質量流量,kg/s；Dms為機組主蒸汽質量流量,kg/s；α為主蒸汽抽汽份額,％。步驟3中，所述高壓冷凝器當前端差δtA計算方法為：δtA＝tsA-tw3tsA為高壓冷凝器飽和蒸汽溫度,K；tw3為高壓冷凝器循環水出口溫度,K。優選地，步驟4中，保持排汽溼度和抽汽份額不變，改變雙速泵運行方式，計算與之對應的高壓和低壓冷凝器飽和蒸汽溫度的方法為：tw2′=tw1+DLEB(hLEB-hcw1)cpwDw1]]>t′sB＝tsB+(t'w2-tw2)δtA′=δtA(31.5+tw2)31.5+tw2′]]>tsA′=tw2′+DLEA(hLEA-hcw2)+DLEB(hcw1-hcw2)cpwDw1+δtA′]]>以上式中：Dw1為雙速泵運行方式改變後循環水質量流量,kg/s；tsB為雙速泵運行方式改變前低壓冷凝器飽和蒸汽溫度,K；t'w2為雙速泵運行方式改變後低壓冷凝器出口循環水溫度,K；t′sB為雙速泵運行方式改變後低壓冷凝器飽和蒸汽溫度,K；δ′tA為雙速泵運行方式改變後高壓冷凝器端差,K；t′sA為雙速泵運行方式改變後高壓冷凝器飽和蒸汽溫度,K。優選地，步驟5中，循環水質量流量增量優化效益函數為：J=maxcs{ΔP-ΔPp}]]>ΔP＝[DLEA(hLEA-h'LEA)+DLEB(hLEB-h'LEB)]ηmηgΔPp＝P2-P1cs＝1,2,…,ncs式中：ΔP為雙速泵運行方式改變後機組的微增功率,W；ΔPp為循環水泵的功耗增量,W；h'LEA和h'LEB為雙速泵運行方式改變後高壓冷凝器和低壓冷凝器的入口排汽比焓,J/kg；P1為當前運行方式的雙速泵功耗，kW；P2為運行方式改變後的雙速泵功耗，kWηm為低壓缸機械效率,％；ηg為發電機效率,％；cs為雙速泵運行方式變量；ncs為雙速泵運行方式個數。與現有技術相比，本發明具有如下的有益效果：本發明根據冷凝器內換熱過程能量平衡關係，給出了一種火電機組冷端、裝備雙速泵系統的循環水質量流量優化方法。該方法能夠實時計算冷凝器熱力特性和機組微增功率，但避免了整體換熱係數的計算，也無需應用機組功率修正曲線，提高了計算速度和機組冷端系統性能跟蹤的實時性。另外，該方法所需的測點數據均來自現場DCS控制系統的實時資料庫，不需要額外增加測點，僅需在已有的控制系統中增加相應的軟體計算模塊，實施成本低。最後，藉助可覆蓋全工況的工質物性參數資料庫，該方法還可適用於不同工況和負荷條件，擴大其應用範圍。附圖說明通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發明的其它特徵、目的和優點將會變得更明顯：圖1為本發明一實施例雙背壓冷端系統示意圖；圖2為實施例冷端系統優化效果圖；具體實施方式下面結合具體實施例對本發明進行詳細說明。以下實施例將有助於本領域的技術人員進一步理解本發明，但不以任何形式限制本發明。應當指出的是，對本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬於本發明的保護範圍。如圖1所示，以下提供一種基於機組淨增功率最大化的火電機組雙背壓冷端、裝備雙速泵(即循環水質量流量非連續可調)系統的循環水質量流量優化方法的實施例說明。以某300MW火電機組為例，該冷端系統主要包括低壓冷凝器、高壓冷凝器和循環水系統三個部分。其中，低壓冷凝器的凝結水進入高壓冷凝器再次換熱後和高壓冷凝器的凝結水一起排出，循環水系統由三臺相同的雙速循環泵供水，常用的運行方式對應的流量和功耗數據如下表1所示，其中「高」和「低」分別表示雙速泵處於高速和低速狀態，cs為雙速泵運行方式變量。表1cs運行方式流量(kg/s)功耗(kW)1二低1512934322一高一低2022139483二高2182545584三低2142553885一高二低2367260746二高一低239526221上述方法具體包括以下步驟：步驟1：從DCS控制系統的實時資料庫中讀取給定的某一時刻的機組運行實時數據，具體如下：低壓冷凝器循環水入口溫度tw1為296.31K；高壓冷凝器循環水出口溫度tw3為307.52K；高壓冷凝器真空度為-0.0937MPa；低壓冷凝器真空度為-0.0951MPa；主蒸汽質量流量為587.94kg/s；環境大氣壓力為0.101MPa。步驟2：利用現有技術計算低壓缸排汽溼度為4％，並在抽汽份額給定為35％的條件下，根據可以覆蓋全操作工況的工質物性參數資料庫，計算該給定時刻低壓冷凝器入口排汽質量流量DLEB為191.08kg/s、入口排汽比焓hLEB為2469.27kJ/kg、凝結水比焓hcw1為149.75kJ/kg和飽和蒸汽溫度tsB為308.89K；高壓冷凝器入口排汽質量流量DLEA為191.08kg/s、入口排汽比焓hLEA為2476.95kJ/kg、凝結水比焓hcw2為166.77kJ/kg和飽和蒸汽溫度tsA為312.96K。本實施例中，所述工質物性參數資料庫，是指根據水和水蒸氣熱力性質工業公式(IAPWS-IF97)開發的具有可並行調用的、區域自動判別、批處理運算等特點的用於在線計算的工質物性參數資料庫，具體可以採用現有技術實現，比如文獻：王旭輝，於彤，惠兆宇，袁景淇，用於火電全範圍仿真的工質物性參數資料庫，控制工程，2011,18:131-133。所述低壓缸排汽溼度可以採用現有方法計算，比如按以下文獻提供的方法計算：LiangXu,JingqiYuan.Onlineapplicationorientedcalculationoftheexhauststeamwetnessfractionofthelowpressurecylinderinthermalpowerplant.AppliedThermalEngineering,2015,76:357-366。步驟3：根據低壓冷凝器和高壓冷凝器內換熱過程能量衡算模型，計算循環水實際質量流量Dw、低壓冷凝器循環水出口溫度tw2及高壓冷凝器的當前端差δtA。本實施例中，步驟3所述低壓冷凝器和高壓冷凝器內換熱過程能量衡算模型為：DLEB(hLEB-hcw1)＝Dwcpw(tw2-tw1)DLEA(hLEA-hcw2)＝DLEB(hcw2-hcw1)+Dwcpw(tw3-tw2)式中，DLEB和DLEA分別為低壓冷凝器和高壓冷凝器的入口排汽質量流量,kg/s；hLEB和hLEA分別為低壓冷凝器和高壓冷凝器的入口排汽比焓,J/kg；hcw1和hcw2分別為低壓冷凝器和高壓冷凝器的凝結水比焓,J/kg；tw1和tw3分別為低壓冷凝器循環水入口溫度和高壓冷凝器循環水出口溫度,K；tw2為低壓冷凝器循環水出口溫度，也即高壓冷凝器的循環水入口溫度,K；cpw為水的等壓比熱容，通常取為4.1868J/(kg*K)。本實施例中，步驟3所述高壓冷凝器當前端差δtA計算方法為δtA＝tsA-tw3結合步驟2中的計算結果，可得該給定時刻的Dw、tw2和δtA分別為1881.85kg/s、301.94K和5.47K。步驟4：保持排汽溼度和抽汽份額不變，改變雙速泵運行方式，令循環水質量流量從Dw增加為Dw1，計算與之對應的低壓冷凝器循環水出口溫度t'w2以及高壓和低壓冷凝器的飽和蒸汽溫度t′sA和t′sB，並計算與之對應的高壓和低壓冷凝器入口排汽比焓h'LEA和h'LEB。本實例中，步驟4所述雙速泵運行方式改變後的低壓冷凝器出口水溫t'w2為tw2′=tw1+DLEB(hLEB-hcw1)cpwDw1]]>雙速泵運行方式改變後的低壓冷凝器飽和蒸汽溫度為ts'B＝tsB+(t'w2-tw2)雙速泵運行方式改變後的高壓冷凝器的端差為δtA′=δtA(31.5+tw2)31.5+tw2′]]>雙速泵運行方式改變後的高壓冷凝器飽和蒸汽溫度為tsA′=tw2′+DLEA(hLEA-hcw2)+DLEB(hcw1-hcw2)cpwDw1+δtA′]]>步驟5：定義效益函數為即淨功率增量，在給定的低壓缸機械效率和發電機效率條件下，以雙速泵運行方式為待尋優變量，優化效益函數，得到最優雙速泵運行方式，其對應的循環水質量流量即為最優循環水質量流量。在每一採樣時刻，重複上述計算步驟，即可實現冷端系統循環水質量流量的滾動優化。本實例中，步驟5所述的循環水質量流量增量優化的效益函數為J=maxcs{ΔP-ΔPp}]]>ΔP＝[DLEA(hLEA-h'LEA)+DLEB(hLEB-h'LEB)]ηmηgΔPp＝P2-P1cs＝1,2,…,6式中，ΔP為雙速泵運行方式改變後機組的微增功率,W；ΔPp為循環水泵的功耗增量,W；h'LEA和h'LEB為雙速泵運行方式改變後高壓冷凝器和低壓冷凝器的入口排汽比焓,J/kg；P1為當前運行方式的雙速泵功耗，kW；P2為運行方式改變後的雙速泵功耗，kWηm為低壓缸機械效率,99％；ηg為發電機效率,98.5％；cs為雙速泵運行方式變量。求解以上效益函數，得到該給定時刻雙速泵最優運行方式為3，即「二高」形式，因此最優循環水質量流量為21825kg/s。此時淨功率增量為178.99kW。本實施例中，對某一天的循環水質量流量進行了優化，結果見圖2。以上對本發明的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本發明並不局限於上述特定實施方式，本領域技術人員可以在權利要求的範圍內做出各種變形或修改，這並不影響本發明的實質內容。當前第1頁1&nbsp2&nbsp3&nbsp