機組運行經濟負荷分析

蘇紅剛 張永強

摘 要：本文通過對雁北熱電廠汽輪機組的一般特性分析，利用數學建模等數學方法推演計算，建立了煤耗率與機組負荷之間的數學關系，并以實際運行參數為數據基礎，將雁北熱電廠運行經濟負荷量化，為機組運行提供了準確可靠的理論依據。

關鍵詞：經濟負荷；煤耗率；發電量；數學建模

1 目的

對于汽輪發電機組而言，運行經濟性始終是企業最為關心的問題，而通過經驗我們知道，發電機組的輸出功率同煤耗率之間存在一定的內在聯系。但由于我廠為多年運行的老廠，許多種原始設計資料已經缺失，并且許多設備實際運行參數已經偏離當初的原設計，無法通過機組原設計的汽耗量和變工況運行特性曲線進行計算，于是我們對今年全年運行參數進行了分析和計算推演，希望找到我廠發電量與煤耗率之間的函數關系，進而確定一般情況下我廠機組單機最佳負荷。

2 原理

2.1 建模依據

燃煤量與燃煤發熱量之間的乘積為輸入的總熱量，而發電量則是發電機組輸出地有用功率，那么這些物理量之間存在怎樣的聯系呢？首先，我們需要確定煤耗量與發電量之間的聯系，這個問題我們可以通過建立數學模型來模擬計算；眾所周知，汽輪機組的變工況運行是相當復雜的，很難通過簡單的數學模型來完美的實現。但是我們僅是希望通過簡單的數學分析來近似確定在一般情況下機組的最佳負荷范圍。通過對機組運行特性的分析，我們知道：

①假設機組的各項運行參數保持一定，內效率不變，那么機組煤耗量只與輸出功率有關，所有負荷點在煤耗量～負荷特性圖上應該是一條直線，函數表現形式為正比例函數；

②在實際運行中，機組內效率是隨著機組各項運行參數變化而變化的，并且存在最大值，因此在機組的實際煤耗量～負荷特性曲線上必定有一點低于任意兩個負荷點之間連線，也就是說，煤耗量～負荷特性曲線是一條略向下凹，具有拋物線的一般特性，但形狀接近直線的曲線。

2.2 數學建模

根據以上分析，我們大膽進行以下假設：

①在整個負荷變化區間，單元機組煤耗量-負荷特性線為向下凹的曲線且接近于線性；

②在整個負荷變化區間，鍋爐燃燒效率和循環熱效率變化不大；

③在整個負荷變化區間，鍋爐的各項損失與鍋爐效率相比都是小量；

根據假設煤耗量與機組功率之間存在二次函數的關系，那么函數表達式為：

我們建立了煤耗量與機組功率的函數關系，接下來需要確定機組在負荷為多少時單位功率的煤耗量最小。為了準確表征這一關系，我們引入一個概念——煤耗率，指火力發電廠每生產或供應1千瓦小時電能所需消耗的燃煤量。煤耗率指標是發電廠主要的技術經濟指標，它是反映電廠發電能源利用效率的指標。煤耗率最小則說明此時機組運行最經濟。由煤耗率的定義可知：

至此，我們已經找到了機組負荷與運行經濟性之間的聯系，只要將以往的運行參數方程（1），計算出a0，a1，a2，就可以通過數學方法計算出該時間段內的機組最佳負荷。

3 數據整理

接下來我們需要對實際運行參數進行整理、篩選。由于客觀條件的限制，我們只能將母管制的兩臺機組視為一個整體，選取24小時的煤耗量和發電量作為一個計算單元進行計算。根據假設條件可以看出，實際運行數據并不是所有情況都符合上述規律的，如要該規律成立，需要滿足下述條件：

①選取單元是連續的；即在24小時內不應發生運行方式的改變，如停爐、停機等事件的發生。

②在整個負荷變化區間，鍋爐的各項損失占總熱量份額不大；

③在整個負荷變化區間，鍋爐燃燒效率和循環熱效率變化不大；

④在整個負荷變化區間，燃料品質不應發生較大波動；

⑤在整個負荷變化區間，發電量等機組運行基礎參數不應發生大幅度的波動；

根據運行原始記錄，從2010年4月～2010年8月共153組數據中篩選出了符合條件的85組，并根據實際運行方式分為兩組：

①冬季機組帶余熱運行（4月～5月）；

②夏季機組投水塔運行（5月～8月）；

4 結論

由于機組在投余熱與純冷凝方式運行時的實際情況是不同的，因此必須分別考慮：

4.1 機組投余熱運行方式

我們選取了2010年4月～2010年5月共36組數據進行計算，由于樣本數目較多，計算過程較繁復，我們利用Excel的計算功能使用計算機計算，并在計算過程中剔除了17組運算過程明顯錯誤的數據，通過剩余的19組數據得出最終結論：機組投余熱運行方式機組功率為4221kW時煤耗率最低。

4.2 機組純冷凝運行方式

我們選取了2010年6月～2010年8月共72組數據利用計算機進行了推演計算，并在計算過程中剔除了35組運算過程明顯錯誤的數據，通過剩余的37組數據得出結論為：機組純冷凝運行方式機組功率為4989.55kW時煤耗率最低。