火電廠汽輪機(jī)運(yùn)行初壓優(yōu)化方法的研究

何鎮(zhèn)威

摘 要：火電廠發(fā)電是目前我國電力能源來源的主要方式，汽輪機(jī)是火電廠的主要部件，將鍋爐中的蒸汽轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。許多火電廠的汽輪機(jī)的運(yùn)行設(shè)計不合理導(dǎo)致汽輪機(jī)長期處于低負(fù)荷的工作狀態(tài)，影響到汽輪機(jī)的熱經(jīng)濟(jì)性，為了優(yōu)化火電廠汽輪機(jī)的運(yùn)行效率，該文對火電廠汽輪機(jī)的運(yùn)行初壓優(yōu)化方法進(jìn)行了論述和概括，以促進(jìn)火電廠的經(jīng)濟(jì)性。

關(guān)鍵詞：火電廠 運(yùn)行初壓 優(yōu)化方案 能耗率

中圖分類號：TM621 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）06（c）-0060-02

目前，我國的生活用電主要依靠于火電廠發(fā)電，隨著對電力需求的升高，火電廠機(jī)組容量需求不斷擴(kuò)大，但是相應(yīng)的汽輪機(jī)在頻繁的啟動和停止過程中需要不斷地變負(fù)荷運(yùn)行，這不僅會導(dǎo)致汽輪機(jī)長期處于低負(fù)荷狀態(tài)，不利于火電廠的熱經(jīng)濟(jì)性，汽輪機(jī)在頻繁更換工作狀態(tài)時的環(huán)境、更換方式以及汽輪機(jī)設(shè)備性能都會影響到汽輪機(jī)的工作狀態(tài)以及火電廠的經(jīng)濟(jì)性，通過優(yōu)化汽輪機(jī)的工作狀態(tài)等可以調(diào)整汽輪機(jī)運(yùn)行初壓，以提高汽輪機(jī)的穩(wěn)定性，提高火電廠工作的經(jīng)濟(jì)性。

1 火電廠汽輪機(jī)的工作原理

汽輪機(jī)是通過煤炭加熱使得水產(chǎn)生大量蒸汽，環(huán)形配置噴嘴與鍋爐系統(tǒng)可將蒸汽轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，即蒸汽產(chǎn)生的氣壓推動汽輪機(jī)轉(zhuǎn)動。而汽輪機(jī)是與電磁發(fā)電機(jī)的葉輪連在一起，通過汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)動，便可帶動電磁發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)電能的儲存。火電廠常用汽輪機(jī)主要分為兩種：單級汽輪機(jī)和多級汽輪機(jī)。若根據(jù)蒸汽能量值可將汽輪機(jī)分為三種：速度級、反動級與沖動級。火電廠汽輪機(jī)優(yōu)化方法可分為兩種：一種是試驗尋優(yōu)法，另一種是理論尋優(yōu)法。試驗尋優(yōu)法即對現(xiàn)場的熱力進(jìn)行試驗，通過直接獲得的某些經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對主蒸汽壓力進(jìn)行綜合的評價，從而獲得最優(yōu)初壓運(yùn)行曲線。理論尋優(yōu)法即全方面綜合分析汽輪機(jī)內(nèi)部的主要工作情況以及整體狀況水平，通過獲得適合的計算公式進(jìn)行理論計算，得到一些預(yù)期的參數(shù)指標(biāo)。

2 優(yōu)化運(yùn)行初壓的評定方式

2.1 建立初壓數(shù)學(xué)模型

汽輪機(jī)運(yùn)行的熱經(jīng)濟(jì)效益與很多的指標(biāo)有關(guān)，包括汽輪機(jī)組的煤耗量、熱耗率以及使用效率，其中最重要的指標(biāo)參數(shù)是汽輪機(jī)的熱耗率。為了盡可能地降低運(yùn)動初壓所產(chǎn)生的熱消耗，可以針對這幾個指標(biāo)建立一定的運(yùn)行初壓的模型來優(yōu)化初壓的運(yùn)行。在火電廠汽輪機(jī)工作過程中，汽輪機(jī)的熱消耗率會影響到進(jìn)入汽輪機(jī)中的蒸汽壓的壓力，鍋爐產(chǎn)生的蒸汽壓在進(jìn)入汽輪機(jī)時的蒸汽壓以及蒸汽流量可以通過人為的去設(shè)定，控制汽輪機(jī)在一定的負(fù)壓條件下，蒸汽的蒸汽流量以及氣壓就會固定好，因此可以建立一定的模型在固定汽輪機(jī)的固定運(yùn)行初壓的條件下來計算出最小的熱消耗率所對應(yīng)的主蒸汽壓的壓強(qiáng)。當(dāng)然，通過建立數(shù)學(xué)模型所確定的主蒸汽壓的壓強(qiáng)所對應(yīng)的熱消耗率不一定是最低的，因此汽輪機(jī)的工作還會受到工作環(huán)境以及運(yùn)行條件影響，在實際的工作過程中汽輪機(jī)所轉(zhuǎn)化成的機(jī)械能在發(fā)電的過程中因汽輪機(jī)廠家所確定的額定工況有所不同，所以最終確定的熱效率也會不相同。

2.2 確定可行壓力區(qū)間

汽輪機(jī)在工作時會有單閥、雙閥、三閥、四閥4個進(jìn)蒸汽的方式，這4個閥全打開的情況下，會影響到滑壓的運(yùn)行初壓，因此可以根據(jù)所需要的壓力大小以及汽輪機(jī)的工作負(fù)荷來決定氣閥的開啟狀態(tài)。在固定的負(fù)荷條件下，主蒸汽壓的壓強(qiáng)變化區(qū)間會隨著氣閥的打開狀態(tài)而改變，在選定固定的負(fù)荷后就能夠確定汽輪機(jī)的可運(yùn)行壓力區(qū)間，確定了運(yùn)行的壓力區(qū)間就可以對汽輪機(jī)的運(yùn)行熱耗率進(jìn)行ALSSVR建模，從而計算出最優(yōu)的壓力。其中最小二乘支持向量回歸（ALSSVR）建模是一種在線預(yù)測的建模方法，它是利用原始的數(shù)據(jù)進(jìn)行隨機(jī)的挑選幾組數(shù)據(jù)然后進(jìn)行預(yù)測，來評價汽輪機(jī)改變工作狀態(tài)時的性能以及熱耗率。這種建模的方法是利用模型中的推斷方法對熱耗率進(jìn)行計算預(yù)測，為判斷是否需要更新建模的臨界值提供依據(jù)。這種模型的建立不一定能夠滿足火電廠的發(fā)電需求，是由于在進(jìn)行建模運(yùn)算時預(yù)算結(jié)果的精確度會很低，導(dǎo)致預(yù)測值與實際偏差很大。

2.3 確定最優(yōu)運(yùn)行初壓

當(dāng)確定好模型以及可運(yùn)行壓力區(qū)間后，就需要對汽輪機(jī)在使用一段時間內(nèi)的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行隨機(jī)的實驗和驗證，來完善模型結(jié)構(gòu)，并且繪制汽輪機(jī)在工作狀態(tài)時一些相關(guān)數(shù)據(jù)的動態(tài)變化。不斷完善和修改模型來達(dá)到預(yù)測的熱耗率的數(shù)據(jù)與實際的數(shù)值相差不遠(yuǎn)，誤差很小，就能夠確定該模型可以用來計算和分析汽輪機(jī)在改變工作狀態(tài)時的情況了。當(dāng)預(yù)測的精確度低于設(shè)定的精確度最低值時，構(gòu)建的模型就會自動的更新相關(guān)的參數(shù)，如負(fù)壓值、蒸汽壓的壓強(qiáng)以及進(jìn)氣量，以確保預(yù)測的精準(zhǔn)度。隨著計算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，汽輪機(jī)運(yùn)行初壓的優(yōu)化方法被不斷地更新和完善，在ALSSVR算法的基礎(chǔ)上進(jìn)一步建立多種預(yù)測模型有助于提高計算的效率以及預(yù)測的精準(zhǔn)度，比如結(jié)合萬有引力搜索算法（IGSA）進(jìn)行混合建模的方法以及利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行預(yù)測等方法，但是利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對復(fù)合滑壓運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化時會存在計算時間長，結(jié)果的隨機(jī)性比較大，精確度不高并且適用范圍廣。當(dāng)然還可以結(jié)合一些仿真實驗來確定最優(yōu)化運(yùn)行初壓所對應(yīng)的主蒸汽壓的壓力值，一些仿真實驗利用GSA、ABC、WGSA等一些計算方法更有助于對建立模型的預(yù)測結(jié)果進(jìn)行對比和分析，通過對比和分析來確定最優(yōu)的汽輪機(jī)的運(yùn)行初壓，其中IGSA是利用13個基準(zhǔn)函數(shù)進(jìn)行計算的，通過IGSA計算的精確度和穩(wěn)定性都更高，運(yùn)用到汽輪機(jī)的運(yùn)行初壓優(yōu)化上，將會得到最低的熱耗率。

3 優(yōu)化汽輪機(jī)運(yùn)行的方法

3.1 優(yōu)化節(jié)能運(yùn)行

在汽輪機(jī)工作過程中，除了通過優(yōu)化運(yùn)行初壓來提高火電廠的熱經(jīng)濟(jì)效率，還可以通過一些其他的輔助方式來提高工作的經(jīng)濟(jì)效益。對氣流機(jī)的汽輪初壓進(jìn)行優(yōu)化時可以通過降低能源損耗率來節(jié)約熱能的消耗，鍋爐在長期的使用過程中會積累大量的灰塵，這些灰塵的積累會影響到鍋爐的受熱面積并且降低鍋爐的傳熱性能，降低鍋爐壓力的承受范圍，因此要對鍋爐進(jìn)行定期的清理，保證蒸汽壓力的承受范圍，以免蒸汽壓過低而產(chǎn)生較大的能源損耗率，甚至發(fā)生因壓力過低而爆炸的危險，并且還要合理控制鍋爐內(nèi)的空氣含量和流速，空氣含量以及空氣流速過高或者過低，都容易導(dǎo)致燃料燃燒不充分，從而浪費(fèi)資源，因此要合理控制空氣的含量和流速。

3.2 油封系統(tǒng)優(yōu)化

汽輪機(jī)在運(yùn)行過程中所涉及的軸端油封系統(tǒng)還可以成為汽輪機(jī)的軸封，用來防止空氣進(jìn)入汽輪機(jī)內(nèi)部，影響汽輪機(jī)內(nèi)部本身的氣流量，對油封系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化主要是提高油封系統(tǒng)的密閉性，盡可能地降低從汽輪機(jī)中產(chǎn)生的蒸汽被泄漏，這樣就能夠提高汽輪機(jī)對熱蒸汽的利用率。油封系統(tǒng)在運(yùn)行過程中很容易受到磨損等情況而導(dǎo)致靈敏性不足、氣密性不好，因此為了保證汽輪機(jī)的正常工作，并盡可能地降低能源的損耗率，要及時更新對火電廠汽輪機(jī)密封技術(shù)的應(yīng)用和檢查，來提高生產(chǎn)的效率。

4 結(jié)語

怎樣提高火電廠汽輪機(jī)的熱經(jīng)濟(jì)性是目前我國火電廠面臨的主要問題，通過優(yōu)化運(yùn)行初壓可以計算出最優(yōu)的汽輪機(jī)工作的熱蒸汽壓力，熱蒸汽壓力對應(yīng)著相應(yīng)的熱經(jīng)濟(jì)性，因此如何優(yōu)化熱蒸汽壓力即汽輪機(jī)的蒸汽初壓是目前很多學(xué)者所著重研究的內(nèi)容。在汽輪機(jī)工作過程中所涉及的眾多參數(shù)中只有蒸汽壓力和蒸汽量可以調(diào)節(jié)，對運(yùn)行初壓進(jìn)行優(yōu)化可以提高火電廠的熱經(jīng)濟(jì)效益。對運(yùn)行初壓的優(yōu)化首先要建立合適的數(shù)學(xué)模型，然后根據(jù)閥門打開的情況確定壓力運(yùn)行區(qū)間，最終利用歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行推算和優(yōu)化來確定最終的運(yùn)行初壓。對汽輪機(jī)熱效率的優(yōu)化還可以通過優(yōu)化節(jié)能運(yùn)行，提高蒸汽能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的效率，降低蒸汽能的消耗，并且優(yōu)化油封裝置提高密閉性，來降低蒸汽的損耗率。

參考文獻(xiàn)

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