摘要：火力发电厂发电是我国主要的发电方式，汽轮机是火力发电厂的主要组成部分，锅炉蒸汽转化为机械能。为了优化电厂汽轮机的运行效率，本文对汽轮机运行的初始压力优化方法进行了讨论和总结。希望通过本文的分析研究，给行业内人士以借鉴和启发。
关键词：火电厂；运行初压；优化方案；能耗率
引言
在确保机组安全运行的前提下，使机组保持在最佳运行工况，从而最大限度地降低供电煤耗是市场经济对发电企业提出的现实要求。运行方式的选择是关系到机组安全经济运行的重要课题之一。目前，关于采用何种运行方式更有益于机组的经济运行，存在很多争议。该文在就此问题进行深入研究的基础上，提出了最优运行初压的概念，并利用系统分析方法，建立了在线确定单元机组最优运行初压的数学模型。以某电厂N600-16.7/537/537-Ⅰ型汽轮机的运行数据基金项目：“电站设备状态监测与控制”教育部重点实验室基金项目。进行计算，确定了可行压力区间，通过穷举法寻优得到最优初压，并分析了厂家提供的滑压运行曲线的局限性。为火电机组的优化运行提出了一种新思路。
1火电厂汽轮机的工作原理
汽轮机是通过煤炭加热使得水产生大量蒸汽,环形配置喷嘴与锅炉系统可将蒸汽转化为机械能,即蒸汽产生的气压推动汽轮机转动。而汽轮机是与电磁发电机的叶轮连在一起,通过汽轮机的转动,便可带动电磁发电机转动,从而实现电能的储存。火电厂常用汽轮机主要分为两种:单级汽轮机和多级汽轮机。若根据蒸汽能量值可将汽轮机分为三种:速度级、反动级与冲动级。火电厂汽轮机优化方法可分为两种:一种是试验寻优法,另一种是理论寻优法。试验寻优法即对现场的热力进行试验,通过直接获得的某些经济指标对主蒸汽压力进行综合的评价,从而获得最优初压运行曲线。理论寻优法即全方面综合分析汽轮机内部的主要工作情况以及整体状况水平,通过获得适合的计算公式进行理论计算,得到一些预期的参数指标。
2火电厂汽轮机运行初压优化方法的应用
2.1基于ALSSVR的热耗率进行在线预测
利用IGSA-LSSVR混合建模的方法，可以建立一个热耗率的在线预测模型，然后再从有关的历史数据中，随机抽选几组，来进行测试ALSSVR热耗率在线预测，并且根据其效果，评价其是否可以跟踪汽轮机变工况运行，进行动态特性观察。IGSA-LSSVR混合的建模方法，可以保存模型参数和超参数组合后，再次利用ALSSVR的递推公式，然后进行热耗率的在线预测，观察这样是否处于更新模型参数的临界值。基于ALSSVR的热耗率在线预测结果，我们可以观察出，在汽轮机变工况运行时的实时预测值，是否可以很好地跟踪在线测试样本的实际值，是否可以完全能够满足工程需要。只有在预测精度比较低时，用ALSSVR算法时，相关参数才会更新，那么这有效的减小了预测精度计算的工作量，提高了计算速度。
2.2设计工况下最优初压比较
汽轮机在投入生产时，制造商一般都会提供一条滑压运行曲线（如图2所示），并且这种方式决定了汽轮机组变负荷的整体运行方式。图2中的三角形表示了超临界汽轮机组的滑压运行曲线。这条曲线是由汽轮机生产企业提供的，是关于设计工况负荷的最优运行初压值。汽轮机组在电网的调峰状态时，一直处于变工况运行的主要状态，那么，如果在这样的情况下，依然使用生产厂商给的滑压运行曲线，用来控制汽轮机的初压，一定会增加热耗率值，并且会导致汽轮机组的热经济性的整体下滑，严重的会影响整个电厂的经济和社会效益。
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2.3利用试验寻优的方法
通过对现场的热力进行试验，从而直接得到某些热经济指标，然后再利用这些热经济指标，对主蒸汽压力进行综合评价，最后得出一个最优的初压运行曲线[1]。理论寻优的办法，主要是通过对汽轮机组的内部工作情况，和整体状况水平，进行全方面的综合分析，并且总结相应的可计算公式，通过理论计算，一般可以得出一些预期的参数指标。比如：首先要确定一个初压的数学模型，然后在可行压力区间，寻找最优初压，然后对汽轮机工作情况进行主要分析，这样的模型的实用性好。
2.4确定可行压力区间
汽轮机在工作时会有单阀、双阀、三阀、四阀4个进蒸汽的方式,这4个阀全打开的情况下,会影响到滑压的运行初压,因此可以根据所需要的压力大小以及汽轮机的工作负荷来决定气阀的开启状态。在固定的负荷条件下,主蒸汽压的压强变化区间会随着气阀的打开状态而改变,在选定固定的负荷后就能够确定汽轮机的可运行压力区间,确定了运行的压力区间就可以对汽轮机的运行热耗率进行ALSSVR建模,从而计算出最优的压力。其中最小二乘支持向量回归(ALSSVR)建模是一种在线预测的建模方法,它是利用原始的数据进行随机的挑选几组数据然后进行预测,来评价汽轮机改变工作状态时的性能以及热耗率。这种建模的方法是利用模型中的推断方法对热耗率进行计算预测,为判断是否需要更新建模的临界值提供依据。这种模型的建立不一定能够满足火电厂的发电需求,是由于在进行建模运算时预算结果的精确度会很低,导致预测值与实际偏差很大。
3优化节能运行
在汽轮机工作过程中,除了通过优化运行初压来提高火电厂的热经济效率,还可以通过一些其他的辅助方式来提高工作的经济效益。对气流机的汽轮初压进行优化时可以通过降低能源损耗率来节约热能的消耗,锅炉在长期的使用过程中会积累大量的灰尘,这些灰尘的积累会影响到锅炉的受热面积并且降低锅炉的传热性能,降低锅炉压力的承受范围,因此要对锅炉进行定期的清理,保证蒸汽压力的承受范围,以免蒸汽压过低而产生较大的能源损耗率,甚至发生因压力过低而爆炸的危险,并且还要合理控制锅炉内的空气含量和流速,空气含量以及空气流速过高或者过低,都容易导致燃料燃烧不充分,从而浪费资源,因此要合理控制空气的含量和流速。
结语
怎样提高火电厂汽轮机的热经济性是目前我国火电厂面临的主要问题,通过优化运行初压可以计算出最优的汽轮机工作的热蒸汽压力,热蒸汽压力对应着相应的热经济性,因此如何优化热蒸汽压力即汽轮机的蒸汽初压是目前很多学者所着重研究的内容。在汽轮机工作过程中所涉及的众多参数中只有蒸汽压力和蒸汽量可以调节,对运行初压进行优化可以提高火电厂的热经济效益。对运行初压的优化首先要建立合适的数学模型,然后根据阀门打开的情况确定压力运行区间,最终利用历史数据进行推算和优化来确定最终的运行初压。对汽轮机热效率的优化还可以通过优化节能运行,提高蒸汽能转化为机械能的效率,降低蒸汽能的消耗,并且优化油封装置提高密闭性,来降低蒸汽的损耗率。
参考文献
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[2]陈建革.水电厂自动发电控制工程的设计思路及具体方法分析[J].南方农机，2015，(6):57+60.
[3]王惠杰.基于混合模型的机组状态重构及运行优化研究[D].保定：华北电力大学，2009.
[4]郭瑞.状态检修在汽轮机检修中的应用[J].南方农机，2015，(7):65+67.
论文作者:钟媛,仝豪
论文发表刊物:《电力设备》2018年第21期
论文发表时间:2018/12/12
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