2008年第8期節(jié)能(總第313期)ENERGY CONSERVATION-15-復(fù)雜循環(huán)水系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)及軟件開(kāi)發(fā)盧緒祥,喬建,靳攀科,李錄平(長(zhǎng)沙理工大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院,湖南長(zhǎng)沙410076)摘要:以金竹山電廠復(fù)雜循環(huán)水系統(tǒng)為例,建立循環(huán)水系統(tǒng)的簡(jiǎn)化物理模型以及各主要設(shè)備的數(shù)學(xué)模型,對(duì)該廠復(fù)雜循環(huán)水系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方案進(jìn)行最優(yōu)化設(shè)計(jì)。在Microsoft Visual Besic 6.0環(huán)境下,開(kāi)發(fā)出循環(huán)水系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行指導(dǎo)系統(tǒng),根據(jù)機(jī)組運(yùn)行方式及季節(jié)的變化合理安排江邊泵房和I泵房循環(huán)水泵的運(yùn)行,實(shí)現(xiàn)循環(huán)水泵的經(jīng)濟(jì)調(diào)度。關(guān)鍵詞:火電廠;循環(huán)水系統(tǒng);優(yōu)化設(shè)計(jì);軟件開(kāi)發(fā)中圖分類號(hào):TM621.4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1004 - 7948(2008)08 - 0015 -03引言為濕蒸汽,可取多變指數(shù)n=1.13。由能量守恒和熱力發(fā)電廠的循環(huán)水系統(tǒng)是-一個(gè)龐大的動(dòng)力系連續(xù)性方程可得汽輪機(jī)的內(nèi)功率增量OP:與背壓統(tǒng)，其供水量很大,一般是汽輪機(jī)排汽量的50~ 120Pk變化的關(guān)系[4]:倍,其消耗的電能約占總發(fā)電量的1%~1.5%。長(zhǎng)SP:=βGrx期以來(lái)許多發(fā)電廠結(jié)合各自的系統(tǒng)情況,提出和采pGGkn。1.用了一些優(yōu)化運(yùn)行方案,取得了一定的經(jīng)濟(jì)效[FP-8S - poosB2)1. 13FPk.8一p2s ]xmxOP益[1-3]。(1)最優(yōu)化理論及計(jì)算方法的發(fā)展以及計(jì)算機(jī)的廣式(1)中各符號(hào)說(shuō)明見(jiàn)文獻(xiàn)[4]。泛應(yīng)用為實(shí)現(xiàn)循環(huán)水系統(tǒng)的最優(yōu)化提供了良好的基江邊泵房礎(chǔ)I3)。本文根據(jù)金竹山電廠循環(huán)水系統(tǒng)的復(fù)雜性，凝汽器通過(guò)建立循環(huán)水系統(tǒng)模型,利用計(jì)算機(jī)和最優(yōu)化理西國(guó)論,對(duì)該廠復(fù)雜循環(huán)水系統(tǒng)的運(yùn)行方案進(jìn)行最優(yōu)化設(shè)計(jì),并開(kāi)發(fā)了循環(huán)水系統(tǒng)的運(yùn)行指導(dǎo)系統(tǒng),根據(jù)機(jī)⑤組運(yùn)行方式及季節(jié)的變化合理安排江邊泵房和I泵C- DQ5"房循環(huán)水泵的運(yùn)行,以提高機(jī)組汽輪機(jī)真空,減少?gòu)S用電和降低煤耗。1金竹山電廠循環(huán)水系統(tǒng)物理及數(shù)學(xué)模型圖1金竹山電廠 循環(huán)水系統(tǒng)簡(jiǎn)圉循環(huán)水系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行優(yōu)化分析中包含循環(huán)水、汽輪機(jī)微增出力APT與機(jī)組背壓Pk的關(guān)系為凝汽器和汽輪機(jī)三組模型。模型除正確反映實(shí)際系OPr=f(Pr,Pk)。金竹山電廠6臺(tái)機(jī)組的微增出統(tǒng)的運(yùn)行特性外,還要考慮獲得模型的難易程度以力與機(jī)組背壓關(guān)系[6]如下:及對(duì)優(yōu)化算法的影響等因素。適當(dāng)?shù)哪Ｐ蛻?yīng)易于獲(1)對(duì)于1#~2#機(jī)組:負(fù)荷相對(duì)于排汽壓力的得,滿足算法簡(jiǎn)單、結(jié)果可靠等多方面的要求。1.1循環(huán)水系統(tǒng)簡(jiǎn)化物理模型變化率= - 500x 10kW MPa;aPx金竹山電廠循環(huán)水系統(tǒng)是雙母管制系統(tǒng)。江邊(2)對(duì)于3# ~6#機(jī)組:負(fù)荷相對(duì)于排汽壓力的泵房和I泵房通過(guò)耦合管路相互耦合,凝汽器側(cè)的aNe5#和6#凝汽器可接受來(lái)自江邊泵房和I泵房的循變化率。= - 776.2x 10kW/MPa;環(huán)水,但這兩處的循環(huán)水不能混合,而且凝汽器側(cè)的(3)對(duì)于4#機(jī)組:負(fù)荷相對(duì)于排汽壓力的變化1#~4#凝汽器不能接受來(lái)自IHI 泵房的循環(huán)水。系中國(guó)煤化工統(tǒng)簡(jiǎn)化模型如圖1所示。HCNMH G1.2循環(huán)水系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型1.2.2凝幾奇村性及俁型1.2.1汽輪機(jī)特性模型凝汽器特性可表述為在- -定的設(shè)備組成和連接當(dāng)新蒸汽參數(shù)和流量不變時(shí)，由于汽輪機(jī)末級(jí)方式下,凝汽器的壓力與循環(huán)水溫、循環(huán)水量和排汽節(jié)能2008年第8期16一ENERGY CONSERVATION. (總第313期)量之間的關(guān)系,即:為水泵臺(tái)數(shù))。P:= fe(twi,qw,D。)(2)約束條件:Pi = f;(Pi,ti,q,Px)式(2)中各符號(hào)說(shuō)明見(jiàn)文獻(xiàn)[4]、[5]。凝汽器系Pki= f(Pe;)統(tǒng)特性的求取,既可理論計(jì)算,也可試驗(yàn)獲得。本文P。i= f&(twi,qwi,Dg;)采用理論計(jì)算求取。{{Pp;lj=1,2,A,n},{qwili=1,2,A,m}}=(1)凝汽器平均傳熱系數(shù)K的確定。其表達(dá)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優(yōu)化變量(2)凝汽器的蒸汽溫度tn的確定。蒸汽溫度t,循環(huán)水系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行調(diào)節(jié)的是循環(huán)水系統(tǒng)的運(yùn)根據(jù)參考文獻(xiàn)[4]可得:行方式,即循環(huán)水系統(tǒng)的運(yùn)行方式是優(yōu)化模型的變2177tn=tw+ucp:w.(N-1)Jk(4)量。循環(huán)水系統(tǒng)中,閥門(mén)的開(kāi)啟狀況為全開(kāi),可改變的是水泵的運(yùn)行方式。優(yōu)化問(wèn)題中的獨(dú)立變量可表(3)汽輪機(jī)的排汽壓力Pk的確定。示為:R(x,y)。其中x表示循環(huán)水泵從1至9臺(tái)Pk= 10x100+ tn(5)的序列號(hào);y=0表示停;y=1則表示開(kāi)。57. 66對(duì)單臺(tái)泵來(lái)講,只有開(kāi)、停泵的問(wèn)題;對(duì)多臺(tái)泵本文采用的是先選定背壓范圍為4~ 11kPa,然來(lái)講,工作方式則是開(kāi)啟水泵的臺(tái)數(shù)及其組合。后以1kPa為間隔依次查閱水和水蒸氣熱力性質(zhì)圖2模型求解策略及程序框圖(見(jiàn)圖2)表獲得其對(duì)應(yīng)飽和溫度ta值,共有8個(gè)te值。C開(kāi)始口(4)凝汽器端差8, 的確定。輸人機(jī)組功率N.()和循環(huán)水人口溫度水溫。8-=31.5+(F +7.5)(6)存儲(chǔ)N.(0)和，(5)循環(huán)水溫升Ot。Ot可利用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算[5]:Ne()>0Ot=540土10(7)是D+10D。在汽輪機(jī)運(yùn)行中可能存在的排汽量范圍內(nèi),假計(jì)算對(duì)應(yīng)機(jī)組所儒循環(huán)水量設(shè)若干不同的汽輪機(jī)排汽量,推導(dǎo)各循環(huán)泵運(yùn)行組判斷機(jī)組臺(tái)數(shù)合下的值,計(jì)算出汽輪機(jī)的排汽溫度。利用水蒸氣性質(zhì)圖表查出各排汽溫度對(duì)應(yīng)的飽和壓力,即汽輪每臺(tái)機(jī)組dWi.Jj)>0機(jī)的排汽壓力,作出一系列凝汽器特性曲線。1.2.3循環(huán)水泵特性及模型上是機(jī)組循環(huán)水量組合運(yùn)算水泵一般是在變工況下運(yùn)行,為適應(yīng)負(fù)荷變化的需要,傳統(tǒng)方法是采用節(jié)流調(diào)節(jié),當(dāng)負(fù)荷變化時(shí)，計(jì)算總循環(huán)水t電機(jī)所需功率變化不大,而大量的能量消耗在閥門(mén)n否的節(jié)流中。水泵的功率為:對(duì)循環(huán)水泵運(yùn)行臺(tái)數(shù)進(jìn)行組合，組合泵總水量Ed.(i>d_?N = pghQ/1000(8)否|1.2.4優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)機(jī)組凈功dNe=[ ENe()- EPe()- EPex(/)+0.8>max?在某種循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行方式下,機(jī)組出力與水水泵組合結(jié)束泵耗功之差為最大,則該方式為循環(huán)水泵的最佳運(yùn)行方式,此時(shí)電廠運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性最高。故優(yōu)化目標(biāo)循環(huán)水量組合結(jié)束函數(shù)定義為:輸出各機(jī)組負(fù)荷及開(kāi)啟的各臺(tái)水泵編號(hào)maxOP=SPu-部Pw(9)中國(guó)煤化工式中:P一第i臺(tái)機(jī)組的發(fā)電量,i=1,2,A,m(mYHCNMHG圖2主程序流程圖.為機(jī)組臺(tái)數(shù));Pp;- 第j臺(tái)水泵的耗電量,j= 1,2,A,n(n因?yàn)樯鲜鰯?shù)學(xué)模型是用程序表示的模型,所以2008年第8期節(jié)能(總第313期)ENFRGY CONSERVATION7-它可用直接方法來(lái)求解。由于模型中輸出變量對(duì)輸最佳組合程序的調(diào)用。人變量在理論上都是連續(xù)可變的,因此任何基于梯TTTT度或不用梯度的最優(yōu)化算法都可使用[6]。在上述數(shù)學(xué)模型中,循環(huán)水初溫、取水水位、排水水位、凝汽w器端差、汽輪機(jī)排汽量和循環(huán)水泵的運(yùn)行臺(tái)數(shù)及其組合等系統(tǒng)參數(shù)被作為紀(jì)知的外界條件來(lái)對(duì)待,這W些參數(shù)的變化可通過(guò)改變數(shù)學(xué)模型得到體現(xiàn),對(duì)改變后數(shù)學(xué)模型的求解就可得到這些參數(shù)變化對(duì)系統(tǒng)最優(yōu)解的影響。在其他參數(shù)不變的情況下,循泵的不同運(yùn)行臺(tái)數(shù),不同運(yùn)行組合對(duì)應(yīng)著不同的目標(biāo)函數(shù)值(能滿足實(shí)際運(yùn)行需要的臺(tái)數(shù)及其組合是比較圄3循環(huán)水系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行指導(dǎo) 系統(tǒng)主界面有限的),這些目標(biāo)函數(shù)值中的最大值對(duì)應(yīng)的臺(tái)數(shù)和取循環(huán)水人口溫度為20C,分別計(jì)算幾種典型組合即為最優(yōu)臺(tái)數(shù)和最優(yōu)組合。負(fù)荷下循環(huán)水泵經(jīng)濟(jì)調(diào)度結(jié)果,運(yùn)行結(jié)果如表1所3金竹山電廠循環(huán)水系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行指導(dǎo)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)示。從程序運(yùn)行時(shí)間來(lái)看,是能滿足現(xiàn)場(chǎng)調(diào)度需要筆者利用Visual Basic 的可視化開(kāi)發(fā)平臺(tái),進(jìn)行的,是可行的。了金竹山電廠循環(huán)水系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方案的設(shè)計(jì)和指4主要結(jié)論導(dǎo)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā),運(yùn)行指導(dǎo)系統(tǒng)主界面如圖3所示。分別建立了循環(huán)水系統(tǒng)的簡(jiǎn)化物理模型以及各該指導(dǎo)系統(tǒng)由一個(gè)主程序和4個(gè)子程序構(gòu)成。主要設(shè)備如凝汽器、汽輪機(jī)、循環(huán)水泵的數(shù)學(xué)模型以由主程序完成對(duì)4個(gè)子程序:(1)循環(huán)水人口溫度和及整個(gè)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行優(yōu)化模型,并且實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)組負(fù)荷的取值程序;(2)單元機(jī)組循環(huán)水量計(jì)算程機(jī)優(yōu)化軟件的開(kāi)發(fā),該軟件有助于指導(dǎo)電廠運(yùn)行以序;(3)循環(huán)水量的最佳組合程序;(4)循環(huán)水泵調(diào)用及管理人員進(jìn)行循環(huán)水系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行和循環(huán)水泵表1幾種典型負(fù)荷下循環(huán)水泵經(jīng)濟(jì)調(diào)度方案機(jī)組臺(tái)數(shù)測(cè)試時(shí)間機(jī)組負(fù)荷運(yùn)行建議計(jì)算時(shí)間12007-6-2 18:00:36 4# 機(jī)組負(fù)荷:125MW江邊4*泵0小時(shí)0分0秒2007-6-2 18:00:02 2# 機(jī)組負(fù)荷: 50MW江邊1*泵.江邊2#泵、4#機(jī)組負(fù)荷:125MW江邊5#泵2007-6-2 17:58:59 2# 機(jī)組負(fù)荷:50MW3"機(jī)組負(fù)荷: 125MW2泵房3*泵、江邊5#泵、0小時(shí)0分1秒江邊4#泵5#機(jī)組負(fù)荷:125MW2007-6-2 17:58:04 2# 機(jī)組負(fù)荷:50MW3#機(jī)組負(fù)荷:125MW2泵房3*泵、江邊5*泵、0小時(shí)0分23秒江邊4#泵、江邊3"泵2007-6-2 17:56:12 2# 機(jī)組負(fù)荷:50MW4#機(jī)組負(fù)荷: 125MW2泵房1#泵.2泵房3"泵、0小時(shí)4分56秒江邊4泵、江邊5*泵6#機(jī)組負(fù)荷:125MW的合理調(diào)度,一方面可使電廠在不增加設(shè)備改造和[4]翦天聰.汽輪機(jī)最優(yōu)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行[M].北京:水利電力出版資金投人的基礎(chǔ)上,獲得較高的經(jīng)濟(jì)效益;同時(shí)也改社, 1989.善了電廠運(yùn)行人員的操作手段,使循環(huán)水系統(tǒng)的調(diào)[5]周利慶,胡熾昌,顧彤,等.循環(huán)水泵運(yùn)行方式優(yōu)化方法及其在華能南通電廠中的應(yīng)用[J].電站輔機(jī)2000,(3):33度有依據(jù)可循。-.37.參考文獻(xiàn)[6]余俊,周濟(jì).優(yōu)化方法程序OPB- 1原理及使用說(shuō)明[1]葛曉霞,繆國(guó)鈞.循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行方式優(yōu)化分析[J].電站中國(guó)煤化工輔機(jī)2000.(1):28-32.[2]王秋穎.火電廠循環(huán)水系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式的探討([].節(jié)作者士,剮教授,主要從事電站動(dòng)C NMHC運(yùn)行面的研究和能, 199,.(8):3-6.J示機(jī)叭心血內(nèi)、以降必四漢江[3]李偉.循環(huán)水系統(tǒng)的優(yōu)化分析[J].節(jié)能技術(shù),2006,(5):教學(xué)工作。470-473.收稿日期:2008 -04- 28