摘要：目前来说，我国的火电厂正在运行的大部分大容量机组都是按照基本负荷进行设计的，不能够适应汽轮机变负荷运行以及频繁启停的使用需求，各大火电企业正在积极研究如何保证汽轮机在变工况运行时依然能够保持最佳状态，进而实现降低活力发电成本。汽轮机变工况运行时，设备的运行环境、运行方式、设备的状况等都会影响到其热经济性，这些影响因素中，运行方式能够随时的进行人为的调整。优化运行方式是提高汽轮机热经济性的有效有段，寻找最优运行初压是优化汽轮机运行方式的重要手段，本文主要就火电厂汽轮机运行初压优化方法进行简单的分析。
关键词：火电厂；汽轮机运行；初压优化方法；应用
1、前言
目前，我国的生活用电主要依靠于火电厂发电，随着对电力需求的升高，火电厂机组容量需求不断扩大，但是相应的汽轮机在频繁的启动和停止过程中需要不断地变负荷运行，这不仅会导致汽轮机长期处于低负荷状态，不利于火电厂的热经济性，汽轮机在频繁更换工作状态时的环境、更换方式以及汽轮机设备性能都会影响到汽轮机的工作状态以及火电厂的经济性，通过优化汽轮机的工作状态等可以调整汽轮机运行初压，以提高汽轮机的稳定性，提高火电厂工作的经济性。
2、优化运行初压的评定方式
2.1建立初压数学模型
汽轮机运行的热经济效益与很多的指标有关，包括汽轮机组的煤耗量、热耗率以及使用效率，其中最重要的指标参数是汽轮机的热耗率。为了尽可能地降低运动初压所产生的热消耗，可以针对这几个指标建立一定的运行初压的模型来优化初压的运行。在火电厂汽轮机工作过程中，汽轮机的热消耗率会影响到进入汽轮机中的蒸汽压的压力，锅炉产生的蒸汽压在进入汽轮机时的蒸汽压以及蒸汽流量可以通过人为的去设定，控制汽轮机在一定的负压条件下，蒸汽的蒸汽流量以及气压就会固定好，因此可以建立一定的模型在固定汽轮机的固定运行初压的条件下来计算出最小的热消耗率所对应的主蒸汽压的压强。当然，通过建立数学模型所确定的主蒸汽压的压强所对应的热消耗率不一定是最低的，因此汽轮机的工作还会受到工作环境以及运行条件影响，在实际的工作过程中汽轮机所转化成的机械能在发电的过程中因汽轮机厂家所确定的额定工况有所不同，所以最终确定的热效率也会不相同。
2.2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。
2.3确定最优运行初压
当确定好模型以及可运行压力区间后，就需要对汽轮机在使用一段时间内的相关数据进行随机的实验和验证，来完善模型结构，并且绘制汽轮机在工作状态时一些相关数据的动态变化。不断完善和修改模型来达到预测的热耗率的数据与实际的数值相差不远，误差很小，就能够确定该模型可以用来计算和分析汽轮机在改变工作状态时的情况了。当预测的精确度低于设定的精确度最低值时，构建的模型就会自动的更新相关的参数，如负压值、蒸汽压的压强以及进气量，以确保预测的精准度。随着计算机技术的不断发展，汽轮机运行初压的优化方法被不断地更新和完善，在ALSSVR算法的基础上进一步建立多种预测模型有助于提高计算的效率以及预测的精准度，比如结合万有引力搜索算法(IGSA)进行混合建模的方法以及利用BP神经网络进行预测等方法，但是利用BP神经网络对复合滑压运行参数进行优化时会存在计算时间长，结果的随机性比较大，精确度不高并且适用范围广。当然还可以结合一些仿真实验来确定最优化运行初压所对应的主蒸汽压的压力值，一些仿真实验利用GSA、ABC、WGSA等一些计算方法更有助于对建立模型的预测结果进行对比和分析，通过对比和分析来确定最优的汽轮机的运行初压，其中IGSA是利用13个基准函数进行计算的，通过IGSA计算的精确度和稳定性都更高，运用到汽轮机的运行初压优化上，将会得到最低的热耗率。
3、最优运行初压的数学模型
3.1运行方式最优化分析
建立最优运行初压数学模型时需要首先确立汽轮机组运行优化目标，汽轮机运行机组的热耗率、耗煤率，电厂的效益等等参数中，最能反映出汽轮机热经济性的参数是热耗率，因此，汽轮机组的热耗率最低即为运行优化的目标。机组运行过程中，主蒸汽气压以及主蒸汽流量是汽轮机中能够人为控制的参数。在负荷给定的条件下，主蒸汽压力确定，主蒸汽流量也会随之确定，汽轮机热力系统的热耗率值与主蒸汽压力是对应的，最优运行工况的确定实际上也就是在特定的负荷条件下确定汽轮机的最优运行初压，因此最优运行初压的数学模型建立的主要目标是在汽轮机负荷给定的情况下，求解最小热耗率对应的主蒸汽压力值。汽轮机最优运行初压会受到系统运行条件的影响，汽轮机厂家提供的运行初压是在额定运行工况下设计，但在实际的火力发电过程中，汽轮机不可能完全在额定运行工况下运行，汽轮机的热经济性也与预期会有差别。
3.2可行压力区间的确定
单阀、双阀、三阀、四阀全开时滑压运行曲线分别以图1中od、oc、ob、oa表示，调节气阀的开启情况可以根据压力大小以及负荷进行判断。给定负荷时，主蒸汽压力的变化范围也可以根据图1进行确定。比如，压力POE在oc线以下，也就是说主蒸汽压力在POE时，至少有三个调节气阀全部开启，机组的负荷才能够达到NgE，给定负荷NgE时，主蒸汽压力的变化范围为[POM，POd]。其中，POd指的是机组的额定主蒸汽压力，运行初压的区间下限可以按照
Ngd指的是机组的额定功率。
可运行压力区间确定之后，根据给定的运行条件，可以计算最优运行初压：
汽轮机工况变化时，首先针对其热耗率进行ALSSVR建模，然后寻找最优的输入参数。IGSA智能算法的全局搜索能力较好，在某负荷之下汽轮机的最优运行初压使用该算法进行搜索。最优运行初压求解时，首先需要结合图1确定指定负荷下汽轮机运行初压的可行范围，然后就热损耗率使用ALSSVR算法建立一个预测模型，最后使用ALSSVR在可行范围内搜索热损耗率最低时汽轮机的主蒸汽压力，该值即为最优运行初压。
4、火电厂汽轮机运行初压优化方法的应用
4.1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。
4.2基于IGSA的运行初压的优化
在对LSSVR热耗率建模，比其它常用优化算法有更好的优化效果。由于ALSSVR的实时热耗率预测值，一直都是优化算法中的适应度值，通过搜索最低热耗率时，可以通过对应的主蒸汽压力值，来确定最优的初压值。汽轮机组变工况运行时的
滑压运行曲线（如图1所示），它与实际运行时的初压曲线进行比较，得到了最优初压，从图1中还可以看出，高负荷区域的滑压改为定压运行的曲线发生了变化，优化后的曲线向后移，之后在额定主蒸汽压力下，正常的定压运行。
图 1 可行运行初压分析图
4.3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。
图 2 汽轮机组变工况运行时的滑压运行优化曲线
5、优化汽轮机运行的方法
5.1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。
6、结语
目前，电力行业的发电原料成本不断增加，所以，对发电机组进行优化控制的研究是十分必要。关于火电厂汽轮机运行初压优化方法研究与应用，已经成为越来越重要的研究课题。优化结构来降低发电能耗的成本，可以帮助企业增加经济效益和提升竞争力。
参考文献：
[1]赵宁.汽轮机变工况下流量与压比关系及热力参数应达值研究[D].保定：华北电力大学，2008.
[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.
论文作者:徐庆昶
论文发表刊物:《电力设备》2018年第28期
论文发表时间:2019/3/27
标签：汽轮机论文; 汽轮论文; 工况论文; 压力论文; 火电厂论文; 最优论文; 蒸汽论文; 《电力设备》2018年第28期论文;