复杂循环水系统经济运行方案的优化设计及软件开发

2008年第8期节能(总第313期)ENERGY CONSERVATION-15-复杂循环水系统经济运行方案的优化设计及软件开发卢绪祥,乔建,靳攀科,李录平(长沙理工大学能源与动力工程学院,湖南长沙410076)摘要:以金竹山电厂复杂循环水系统为例,建立循环水系统的简化物理模型以及各主要设备的数学模型,对该厂复杂循环水系统经济运行方案进行最优化设计。在Microsoft Visual Besic 6.0环境下,开发出循环水系统经济运行指导系统,根据机组运行方式及季节的变化合理安排江边泵房和I泵房循环水泵的运行,实现循环水泵的经济调度。关键词:火电厂;循环水系统;优化设计;软件开发中图分类号:TM621.4文献标识码:A 文章编号:1004 - 7948(2008)08 - 0015 -03引言为湿蒸汽,可取多变指数n=1.13。由能量守恒和热力发电厂的循环水系统是-一个庞大的动力系连续性方程可得汽轮机的内功率增量OP:与背压统，其供水量很大,一般是汽轮机排汽量的50~ 120Pk变化的关系[4]:倍,其消耗的电能约占总发电量的1%~1.5%。长SP:=βGrx期以来许多发电厂结合各自的系统情况,提出和采pGGkn。1.用了一些优化运行方案,取得了一定的经济效[FP-8S - poosB2)1. 13FPk.8一p2s ]xmxOP益[1-3]。(1)最优化理论及计算方法的发展以及计算机的广式(1)中各符号说明见文献[4]。泛应用为实现循环水系统的最优化提供了良好的基江边泵房础I3)。本文根据金竹山电厂循环水系统的复杂性，凝汽器通过建立循环水系统模型,利用计算机和最优化理西国论,对该厂复杂循环水系统的运行方案进行最优化设计,并开发了循环水系统的运行指导系统,根据机⑤组运行方式及季节的变化合理安排江边泵房和I泵C- DQ5"房循环水泵的运行,以提高机组汽轮机真空,减少厂用电和降低煤耗。1金竹山电厂循环水系统物理及数学模型图1金竹山电厂 循环水系统简圉循环水系统经济运行优化分析中包含循环水、汽轮机微增出力APT与机组背压Pk的关系为凝汽器和汽轮机三组模型。模型除正确反映实际系OPr=f(Pr,Pk)。金竹山电厂6台机组的微增出统的运行特性外,还要考虑获得模型的难易程度以力与机组背压关系[6]如下:及对优化算法的影响等因素。适当的模型应易于获(1)对于1#~2#机组:负荷相对于排汽压力的得,满足算法简单、结果可靠等多方面的要求。1.1循环水系统简化物理模型变化率= - 500x 10kW MPa;aPx金竹山电厂循环水系统是双母管制系统。江边(2)对于3# ~6#机组:负荷相对于排汽压力的泵房和I泵房通过耦合管路相互耦合,凝汽器侧的aNe5#和6#凝汽器可接受来自江边泵房和I泵房的循变化率。= - 776.2x 10kW/MPa;环水,但这两处的循环水不能混合,而且凝汽器侧的(3)对于4#机组:负荷相对于排汽压力的变化1#~4#凝汽器不能接受来自IHI 泵房的循环水。系中国煤化工统简化模型如图1所示。HCNMH G1.2循环水系统数学模型1.2.2凝几奇村性及俣型1.2.1汽轮机特性模型凝汽器特性可表述为在- -定的设备组成和连接当新蒸汽参数和流量不变时，由于汽轮机末级方式下,凝汽器的压力与循环水温、循环水量和排汽节能2008年第8期16一ENERGY CONSERVATION. (总第313期)量之间的关系,即:为水泵台数)。P:= fe(twi,qw,D。)(2)约束条件:Pi = f;(Pi,ti,q,Px)式(2)中各符号说明见文献[4]、[5]。凝汽器系Pki= f(Pe;)统特性的求取,既可理论计算,也可试验获得。本文P。i= f&(twi,qwi,Dg;)采用理论计算求取。{{Pp;lj=1,2,A,n},{qwili=1,2,A,m}}=(1)凝汽器平均传热系数K的确定。其表达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优化变量(2)凝汽器的蒸汽温度tn的确定。蒸汽温度t,循环水系统经济运行调节的是循环水系统的运根据参考文献[4]可得:行方式,即循环水系统的运行方式是优化模型的变2177tn=tw+ucp:w.(N-1)Jk(4)量。循环水系统中,阀门的开启状况为全开,可改变的是水泵的运行方式。优化问题中的独立变量可表(3)汽轮机的排汽压力Pk的确定。示为:R(x,y)。其中x表示循环水泵从1至9台Pk= 10x100+ tn(5)的序列号;y=0表示停;y=1则表示开。57. 66对单台泵来讲,只有开、停泵的问题;对多台泵本文采用的是先选定背压范围为4~ 11kPa,然来讲,工作方式则是开启水泵的台数及其组合。后以1kPa为间隔依次查阅水和水蒸气热力性质图2模型求解策略及程序框图(见图2)表获得其对应饱和温度ta值,共有8个te值。C开始口(4)凝汽器端差8, 的确定。输人机组功率N.()和循环水人口温度水温。8-=31.5+(F +7.5)(6)存储N.(0)和，(5)循环水温升Ot。Ot可利用经验公式计算[5]:Ne()>0Ot=540土10(7)是D+10D。在汽轮机运行中可能存在的排汽量范围内,假计算对应机组所儒循环水量设若干不同的汽轮机排汽量,推导各循环泵运行组判断机组台数合下的值,计算出汽轮机的排汽温度。利用水蒸气性质图表查出各排汽温度对应的饱和压力,即汽轮每台机组dWi.Jj)>0机的排汽压力,作出一系列凝汽器特性曲线。1.2.3循环水泵特性及模型上是机组循环水量组合运算水泵一般是在变工况下运行,为适应负荷变化的需要,传统方法是采用节流调节,当负荷变化时，计算总循环水t电机所需功率变化不大,而大量的能量消耗在阀门n否的节流中。水泵的功率为:对循环水泵运行台数进行组合，组合泵总水量Ed.(i>d_?N = pghQ/1000(8)否|1.2.4优化目标函数机组净功dNe=[ ENe()- EPe()- EPex(/)+0.8>max?在某种循环水系统运行方式下,机组出力与水水泵组合结束泵耗功之差为最大,则该方式为循环水泵的最佳运行方式,此时电厂运行的经济性最高。故优化目标循环水量组合结束函数定义为:输出各机组负荷及开启的各台水泵编号maxOP=SPu-部Pw(9)中国煤化工式中:P一第i台机组的发电量,i=1,2,A,m(mYHCNMHG图2主程序流程图.为机组台数);Pp;- 第j台水泵的耗电量,j= 1,2,A,n(n因为上述数学模型是用程序表示的模型,所以2008年第8期节能(总第313期)ENFRGY CONSERVATION7-它可用直接方法来求解。由于模型中输出变量对输最佳组合程序的调用。人变量在理论上都是连续可变的,因此任何基于梯TTTT度或不用梯度的最优化算法都可使用[6]。在上述数学模型中,循环水初温、取水水位、排水水位、凝汽w器端差、汽轮机排汽量和循环水泵的运行台数及其组合等系统参数被作为紀知的外界条件来对待,这W些参数的变化可通过改变数学模型得到体现,对改变后数学模型的求解就可得到这些参数变化对系统最优解的影响。在其他参数不变的情况下,循泵的不同运行台数,不同运行组合对应着不同的目标函数值(能满足实际运行需要的台数及其组合是比较圄3循环水系统经济运行指导 系统主界面有限的),这些目标函数值中的最大值对应的台数和取循环水人口温度为20C,分别计算几种典型组合即为最优台数和最优组合。负荷下循环水泵经济调度结果,运行结果如表1所3金竹山电厂循环水系统经济运行指导系统开发示。从程序运行时间来看,是能满足现场调度需要笔者利用Visual Basic 的可视化开发平台,进行的,是可行的。了金竹山电厂循环水系统经济运行方案的设计和指4主要结论导系统的开发,运行指导系统主界面如图3所示。分别建立了循环水系统的简化物理模型以及各该指导系统由一个主程序和4个子程序构成。主要设备如凝汽器、汽轮机、循环水泵的数学模型以由主程序完成对4个子程序:(1)循环水人口温度和及整个系统的经济运行优化模型,并且实现了计算机组负荷的取值程序;(2)单元机组循环水量计算程机优化软件的开发,该软件有助于指导电厂运行以序;(3)循环水量的最佳组合程序;(4)循环水泵调用及管理人员进行循环水系统的优化运行和循环水泵表1几种典型负荷下循环水泵经济调度方案机组台数测试时间机组负荷运行建议计算时间12007-6-2 18:00:36 4# 机组负荷:125MW江边4*泵0小时0分0秒2007-6-2 18:00:02 2# 机组负荷: 50MW江边1*泵.江边2#泵、4#机组负荷:125MW江边5#泵2007-6-2 17:58:59 2# 机组负荷:50MW3"机组负荷: 125MW2泵房3*泵、江边5#泵、0小时0分1秒江边4#泵5#机组负荷:125MW2007-6-2 17:58:04 2# 机组负荷:50MW3#机组负荷:125MW2泵房3*泵、江边5*泵、0小时0分23秒江边4#泵、江边3"泵2007-6-2 17:56:12 2# 机组负荷:50MW4#机组负荷: 125MW2泵房1#泵.2泵房3"泵、0小时4分56秒江边4泵、江边5*泵6#机组负荷:125MW的合理调度,一方面可使电厂在不增加设备改造和[4]翦天聪.汽轮机最优经济运行[M].北京:水利电力出版资金投人的基础上,获得较高的经济效益;同时也改社, 1989.善了电厂运行人员的操作手段,使循环水系统的调[5]周利庆,胡炽昌,顾彤,等.循环水泵运行方式优化方法及其在华能南通电厂中的应用[J].电站辅机2000,(3):33度有依据可循。-.37.参考文献[6]余俊,周济.优化方法程序OPB- 1原理及使用说明[1]葛晓霞,缪国钧.循环水系统运行方式优化分析[J].电站中国煤化工辅机2000.(1):28-32.[2]王秋颖.火电厂循环水系统经济运行方式的探讨([].节作者士,剮教授,主要从事电站动C NMHC运行面的研究和能, 199,.(8):3-6.J示机叭心血内、以降必四汉江[3]李伟.循环水系统的优化分析[J].节能技术,2006,(5):教学工作。470-473.收稿日期:2008 -04- 28