摘要：煤炭是经济发展的重要能源，其对于国家经济发展社会的进步有着较为积极的促进作用。但是，当前随着能源需求量的不断增长，煤炭数量大幅度减少。而我国电力供应发展趋势正在迈向高参数、大容量阶段，在大力发展超临界火电技术的同时，配合我国电网负荷波动，深入研究大机组调峰性能。本文将结合大型燃煤机组深度调峰运行经济性安全进行分析，同时探讨其负荷优化的方法，以求更好的发挥燃煤机组的作用，提升运行效率。
关键词：大型燃煤机组；深度调峰；经济性；安全性；负荷优化
大型燃煤机组是电厂重要的能源设施，将大型燃煤机组应用于电网调峰中，合理的选择合适的调峰运行方式，能够有效的节约能源，达到最佳经济安全性指标，延长机组使用寿命这对于电厂供电效率的增长，经济的发展等都有着一定的促进作用。下面，笔者将结合自身的理解和认识等对相关问题进行详细的分析。
一、调峰问题与智能优化负荷分配
1、调峰问题
在电厂供电过程中之所以要对大型燃煤机组进行深度调峰就是因为我国电网的负荷高峰和低谷之间存在的差异越来越明显，不同时间段，如每天下午的17点至21点，在夏季时由于天气比较炎热属于用电高峰时段，同时，不同的地域如沿海发达地区属于用电高峰区域，峰谷差异达到10000MW以上，差异比较明显，而且该问题不仅在我国存在，国外都在机组高参数化、大容量化的基础之上，在大型燃煤机组运行过程中，挖掘其深度调峰的潜力，这种新变化也就对机组的性能提出了更高的要求，如何结合不同时段、地区用电的差异，合理的进行调峰就显得十分的重要了，做好调峰工作就显得十分必要了，能够科学合理地、进行用电规划，提供用电效率，节约能源。
2、智能优化负荷分配
传统的火电厂及负荷优化分配是以机组煤耗特性曲线为基础的，通过满足系统的约束条件，进而达到全厂煤耗最少，这一经济性目标，以优化分配机组负荷。
智能化算法主要是通过模拟或揭示某些自然现象或者是过程发展而来的，与普通的搜索算法一样可以说是一种迭代算法，在使用数学知识对相关问题进行描述的时候，不需要进行满足可微性、凸性，是以一组讲解作为迭代的初始值，将问题的参数进行编码，其在应用过程中不必使用目标函数的导数信息，搜索策略是结构化和随机化，其主要优点为：具有全局的、并行高效的优化性能，通用性强等，文章将该方法应用于电厂厂级负荷优化分配，也是着眼于智能化算法的适用范围广泛，特别适用大规模并行计算的优势。
随着时代的发展，最优化算法不再适用于数学的理论研究，而是越来越向实际应用靠拢，并且为了达到与实际应用契合的目的在不同方面不同程度上做出了改进。在1975年，有学者提出了遗传算法，1977年，学者提出了禁忌搜索算法，这些新算法的提出大大提高了寻优效率；进入到二十世纪90年代，有学者借鉴蚂蚁群体，利用信息素相互传递信息来实现路径优化的机理，从而提出蚁群优化算法，解决组合优化问题。此外还有模仿食物链中物种互相依存的人工生命算法，其是模拟人类社会多种文化的认同、排斥、交流和改变的那个特性的文化算法。在大型燃煤机组深度调峰运行过程中，将这些数学性极强的智能化优化算法应用于厂级负荷分配的规划中，能够精确的测算出相应的分配方案，其对于电厂的实际运行是极为有利的，有效的提高了电厂运行的经济性，但是随着科技的不断发展和进步，我国电力市场向更高参数发展，国家开始注重环境保护，环境污染治理受到了越来越多人的重视，经济性已经不再是电厂负荷分配的唯一追求，负荷优化分配时越来越重视安全、环保等多重目标，这对于大型燃煤机组深度调峰运行的影响也越来越大。
二、大型燃煤机组深度调峰运行经济性研究
1、低负荷调峰
低负荷调峰运行方式是根据电网负荷高低峰谷的需求量改变机组的负荷功率的调峰运行形势，在电网负荷高峰时段，机组能够满足达到的最高负荷下运行，而在电网低估时段，机组则在较低的负荷下运行，以比较快的速度来升降负荷从而满足电网负荷的变化。低负荷调峰运行方式的操作，在运行过程中只需要改变机组的负荷来配合电网需求，不需要通过启停机组来实现，降低了对机组本身的损伤。
由于机组存在最低安全负荷，限制了低负荷调峰运行方式的调峰幅度，通常情况下汽轮机允许的最低负荷要比锅炉低，要求在25%连续最大运行工况以上，但是由于汽轮机本体膨胀、排汽湿度、排气温度、胀差等等的变化不大，所以低负荷调峰运行方式的最低负荷主要来自锅炉机组。
低负荷调峰运行方式主要是通过维持蒸汽参数、改变调节汽门]的开度( 即定压运行)或者保持阀门开度不变、改变主蒸汽压力(即滑压运行)来实现，调峰能力受锅炉低负荷稳燃的限制。根据西安热工研究院的研究结果表明，低负荷调峰负荷变化率可达到3%/min,考虑到不同机组不同情况，若取负荷变动率为29%/min的话，则半小时内就可以调整60MW负荷，相对两班制运行来说，低负荷运行方式的机动性要更好一些。然而由于目前国产机组大多是带基本负荷设计，采用低负荷调峰当负荷低于70%时机组效率就急剧下降，如果夜间负荷降至可能的最低值时，效率会降至很低，因此相比两班制运行，低负荷调峰的经济性很差。
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2、两班制调峰
启停两班制调峰运行方式，顾名思义，就是通过启动或者停运部分机组的操作来满足电网调峰需要，即在电网低谷时段选择一部分机组降荷、停机、解列，当电网高峰负荷时段来临之前再重新启动，投入运行。这些机组平均每天停运6小时到8小时。另外还有一些采取部分机组在每周低峰负荷时间(通常是周六、周日)停运，其他时间投入运行。
国外在设计用于两班制调峰运行的机组时，针对其特殊性从结构和启停性能方面对主、辅机和全面热力系统做了考虑，不仅要适应频繁的启停操作，还要操作简单可靠。而对于国内机组来说，原设计通常针对带基本负荷，两班制调峰运行方式最严重亟待解决的问题就是安全性保障。整个机组启停中负荷下降，锅炉点火，汽机冲转、并网，机组升负荷这一系列直至稳定运行的过程都会损耗经济效益，使用经典理论公式计算或者实验数据均可获得累计的经济损失，且对于确定的机组来说，这部分损失几乎是固定的。
根据目前国内电站大型机组运行数据的研究，发现主要调峰运行方式为两班制运行和两班制启停运行，因此本文也正是针对这两种运行方式的经济性进行比较。机组设计时，考虑的是设备处于基本负荷状态运行，机组效率最佳值也是基于此设计计算，但是低负荷运行时设备工况、工质参数偏离设计值，负荷越低，偏离的程度越大，机组效率下降程度越严重。
采用低负荷调峰运行，具体的可以进行定压运行、变压(滑压)运行和混合变压运行。定压运行时，保持主蒸汽压力不变，通过改变汽门开度来满足负荷变化的需要，操作简便，易于实现，但是在负荷较低时，节流损失太大，级间效率下降剧烈，经济性不佳，因此不建议采用;而变压运行则是保持汽门开度不变，通过改变主汽压力来满足负荷变动，此时级间效率几乎不变，经济性高，但是蒸汽品质的降低使得热效率降低，热耗上升，因此变压运行、定压运行之间也存在了一定的临界范围，应站在对热经济性的利弊角度同时比照滑压、定压运行的特点，选取针对定、滑压运行的合适的负荷范围。
对于整个降负荷过程来说，采用复合变压运行方式一“ 定压-变压-定压”——可使机组既满足了变负荷过程调峰的需要又保持了较高的经济性，同时保证了机组安全性。根据具体机组的实际情况，采用合适的优化算法对负荷的变动进行预测计算和合理分配，保证机组在低负荷时取得更为经济的运行效果。算例显示，对于国产200MW机组负荷在50%~ 80%额定值范围内运行时采用变压运行;负荷高于80%及低于50%时采用定压运行。
三、大型燃煤机组深度调峰运行安全性分析
低负荷调峰由100%~70%负荷区间运行时,这一过程应平行减少四层给粉机煤粉量并少切火嘴，且该过程的操作可快些;但在70%~45%负荷运行时四层需多切火嘴,操作应缓慢稳定并密切注视炉膛负压被动情况,尽量保证下层给粉机转速在400 r/min以，上(俗称底火足)，采取对称切火嘴保持燃烧稳定。
合理调整一、二次风配比，保证适当的氧量和磨煤机运行方式;需减小风量时,应避免大幅度关小送风机档板,一次风压过低会烧坏一次风管。同时避免风速过高(一般不超35m/s)造成火嘴根部火焰燃烧不稳而灭火,副司空炉启停制粉系统时,应力求平稳以防负压波动大,炉灭火。
应装设不同量程的炉膛负压表,定期试验灭火保护装置，及时记录炉前煤数据,将每班炉前煤数据进行交接,以便司炉准确组织燃烧。此项工作对燃用大矿煤尤为重要,只有正确组织燃烧,才能避免灭火的发生。
防止超温爆管事故的发生:如调峰负荷变化快,燃烧调整一时跟不上，高温再热器易发生超温现象。此时，司水应及时降低再热汽温(应在510℃以上)防止高温再热器超温。同时,应利用大修更换耐温性能更好的T91型钢管，防止管子长期超温产生蠕变爆管。
四、大型燃煤机组深度调峰运行负荷优化
为了适应目前电力市场向高参数、大容量改革的步伐和对节能减排的要求，本文提出了将供电煤耗率和转子寿命损耗为两大目标的多目标调峰机组负荷分配模型，针对传统遗传算法容易存在陷入局部最优的现象，采用并行的NSGA-II多目标负荷优化分配结构，通过设定计算量相当的不同的初始参数，有效地避免局部最优解的产生，为进一步选择最优解提供了丰富的信息，最终实现指导负荷优化分配的功能。
将转子寿命损耗最小加入到调峰负荷分配的优化目标中，与多台机组供电煤耗最低共同约束分配优化是可行的，采用改进的非劣分层遗传算法计算得到煤耗随负荷升高而升高，寿命损耗随负荷升高而降低，尽管安全性经济性两者之间存在目标冲突，总能寻找到一个权衡的临界点，使得获得机组在调峰时比较理想的方案。
总之，中国电力市场进一步向高参数、高容量迈进，同时对设备的原材料、制造、监测、维护提出了更高的要求，安全稳定的机组调峰，以经济性和安全性指标作为目标合理优化负荷分配仍值得深入研究，不断创新，以适应更高、更先进的技术要求，这是值得我们电力人毕生探究的课题。
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论文作者:李亮,徐丽娟
论文发表刊物:《电力设备》2018年第15期
论文发表时间:2018/8/20
标签：负荷论文; 机组论文; 算法论文; 燃煤论文; 电网论文; 经济论文; 分配论文; 《电力设备》2018年第15期论文;