大型电站机组低负荷运行特性及节能优化控制系统研究

2018-02-21吴文强

现代工业经济和信息化 2018年18期

吴文强

（河北国华定州发电有限责任公司，河北定州 073000）

引言

随着我国电力工业装机容器的不断增加，大型的火电机组很多时候都会存在负荷运行的状况，这种负荷运行会导致机组的能耗特性和控制特性不断变化。而在具体的设计运行过程中，如果控制系统不能适合低负荷下的变工状态的运行，就不能满足经济安全运行的需求。目前，大型电站机组低负荷运行特性体系内，火电机组自动控制结构往往都是依据给定参数数值和跟踪负荷指令完成对应工作，这就使得机组变负荷运行时运行状态并不一定是最优化，在变工况范围内，要对能耗特性和节能优化控制方法予以深度管理，维护在线性能分析系统和节能优化控制系统的实际水平。

1 大型电站机组低负荷运行特性

1.1 蒸汽初始压力

在对大型电站机组低负荷运行特性进行分析的过程中，蒸汽初始压力的判定非常关键，在相同的负荷条件下，应用较低的初始压力运行方式就能对热经济性产生相应的影响[1]。一方面，利用较低的初始压力，能借助理论循环热效率对其进行合理性调控，热耗率会随之增大。并且，调节级压比的实际变化率也较小，这就使得相应的调节级能维持在较高的内效率范围内，一定程度上就能提升整个系统的经济性价值。另一方面，利用较低的初始压力，能保证高压缸中排汽温度也能维持在一定的范围内，合理性避免欠温问题，确保低压缸的效率能满足实际要求，也能有效提升汽轮机尾部应用效率。

1.2 机组耗差分析模型

为了有效判定大型电站机组低负荷运行特性，就要建立有效的机组耗差分析模型，相较于传统机组节能在线监测系统参数测量不准确以及整体系统静态化较明显的问题，机组耗差分析模型能有效提升对特性参数的判定水平。

1）在电厂建立热经济性状态方程，主要包括电厂热力系统汽水分布标准方程、锅炉吸热方程以及系统内部功率输出方程等，有效结合三个方程的计算结果判定最终的能耗指标，一定程度上合理性分析热力学参数体系和辅助系统的小汽水流量份额，从而结合系统参数建立节能分析框架结构。

2）顺序扰动解除机制下的耗差分析，结合大型电站机组低负荷运行状态，就能将系统进行工况设计，并且充分考量扰动对于实际情况产生的影响，每次解除一个扰动都能实现变工况计算目标，并且扰动解除后就能对能耗率进行集中判定。这种方法能最直观地对扰动原因进行查找，并且也能提升单项能耗能损偏差分析的准确性，维护节能实际效果。

1.3 汽轮机和热力系统最优运行模型

为了有效对大型电站机组低负荷运行特性进行分析，要建立对应的数学模型，从而保证相应参数分析的合理性。在任意符合参数体系下本身就存在蒸汽气压和调解气门开度同时满足负荷的参数关系系统，可以表示为N=f（P0-Fk）。

一方面，若是整个机组能达到最初的设计要求，则整体设计工况结构为Nd=f（P0d-Fkd）；另一方面，若是整个机组不能达到最初的设计要求，或者是在运行过程中相应参数偏离了最初的设计数值，则整体设计工况结构为Nd=f（P0d-Fkd）。

另外，如果整个体系中，负荷参数从额定出力数值逐渐降低，要想保证蒸汽初始压力参数相同，对应就要减小气门开度，也就是说在纯定压条件下运行。而要想保证调节门开度参数维持不变，就要形成纯滑压运行。为了满足大型电站机组运行要求，在对应差异化负荷参数的过程中，选择蒸汽初始压力时，保证P0小于P0d即可。

1.4 锅炉部分经济性分析

在对大型电站机组特性进行分析的过程中，传统的分析方式是反平衡处理机制，主要是从运行的结果数值出发，测定的运行状态参数和损失计算过程都要对锅炉热效率进行系统化分析，但是这种处理方式和计量机制最大的弊端就是不能有效对损失原因进行分析，这就会造成在线耗差参数和分析机制并不能满足实际要求，必然会导致特性分析和运行工况处理过程受到限制的现象，也会影响大型电站机组节能管理工作水平。

一方面，锅炉若是出现不完全燃烧，就要对解析评估模型和排烟温度解析评估模型进行对比处理[2]。另一方面，就要利用规划数学原理对最佳炉膛出口过量空气系数予以判定。

结合正平衡计算机制和反平衡计算原理借助推导验证的过程就能分析锅炉的实际效率，只有保证其应用效率和应用水平满足节能管理的需求，才能真正提高数据在线计算项目的基本水平，维护管理控制结构的综合价值。

2 大型电站机组节能优化措施

为了进一步对大型电站机组进行节能评估和管理，就要结合实际情况建立完整的管控机制，从实际管理要求出发，确保能建构合理性较好的机组监督管控模式，维护管理结构的完整性和约束效果。本文建立的是依托工程项目单位300 MW机组的管理模式建立的集散控制系统，多数参数都能满足DCS的应用要求，其中主要辅设备功率信号的收集和处理对电能变送器采集工作具有一定的价值，能实现节能优化的目标[3]。

1）要对高精度机组耗差结构进行分析和监管，确保能从基本上提升对能量管理工作的重视程度，维护管理模式和管理效率，积极建立健全统筹性较好的监督维护体系，优化分析模式的合理性，并且要保证能真正意义上提升火电厂热力系统监管机制。高精度的基础耗能通过模型分析的建立，可以有效的对于热力系统的经济性进行及时的监测，解决监测中存在的难题，保证经济指标的准确性和能耗偏差的准确率。确保在线监测项目的完整性和经济指标在线计算的准确性，也能全面提升机组耗能偏差的找出率，这必然会实现节能管理的目标，在一定程度上提高管控模式和管理体系的应用价值。

2）在对大型电站机组相应负荷特性予以研究后，就要对蒸汽初压的热经济学影响因素进行判定，从根本上建立健全热力系统最优运行模式和经济分析管理模式，确保能提升经济分析效果。在大型电站机组节能管理工作中，只有全面建立最优经济学分析体系，才能按照机组优化方案科学化开展运营监管流程，并且保证具体问题都能得到具体分析。

3）主要是利用串级控制系统对不确定模型的相应数据予以分析，合理性完善整定工作后，就能提出鲁律性指标分析体系，要将鲁棒性控制在3～5之间，才能取得较好的效果，为大型电站机组节能管理工作的顺利开展奠定基础，保证相应问题和对应处理机制之间的协调运行，也能实现宽负荷范围内稳定性和快速性控制的目标，维护管理模式的综合价值，也为最终实现监管要求奠定坚实基础。

4）要结合大型电站机组的运行特性开展对应的负荷特性分析以及控制管理，保证工程机组相应运行机制都能符合节能优化控制的目标。值得一提的是，要选取最适宜的参数判定机制，确保能有效提升管理模型的稳定性，也能在分析监管结构和完整性的同时，实现机组耗差节能分析和优化控制工作的融合，将提高电厂经济性能以及生产自动化水平作为关键，确保能维护经济可持续运行的管理要求，为全面提高大型电站机组应用管理模式的综合价值奠定坚实基础。