大型電站機組低負荷運行特性及節能優化控制系統研究

吳文強

（河北國華定州發電有限責任公司， 河北 定州 073000）

引言

隨著我國電力工業裝機容器的不斷增加，大型的火電機組很多時候都會存在負荷運行的狀況，這種負荷運行會導致機組的能耗特性和控制特性不斷變化。而在具體的設計運行過程中，如果控制系統不能適合低負荷下的變工狀態的運行，就不能滿足經濟安全運行的需求。目前，大型電站機組低負荷運行特性體系內，火電機組自動控制結構往往都是依據給定參數數值和跟蹤負荷指令完成對應工作，這就使得機組變負荷運行時運行狀態并不一定是最優化，在變工況范圍內，要對能耗特性和節能優化控制方法予以深度管理，維護在線性能分析系統和節能優化控制系統的實際水平。

1 大型電站機組低負荷運行特性

1.1 蒸汽初始壓力

在對大型電站機組低負荷運行特性進行分析的過程中，蒸汽初始壓力的判定非常關鍵，在相同的負荷條件下，應用較低的初始壓力運行方式就能對熱經濟性產生相應的影響[1]。一方面，利用較低的初始壓力，能借助理論循環熱效率對其進行合理性調控，熱耗率會隨之增大。并且，調節級壓比的實際變化率也較小，這就使得相應的調節級能維持在較高的內效率范圍內，一定程度上就能提升整個系統的經濟性價值。另一方面，利用較低的初始壓力，能保證高壓缸中排汽溫度也能維持在一定的范圍內，合理性避免欠溫問題，確保低壓缸的效率能滿足實際要求，也能有效提升汽輪機尾部應用效率。

1.2 機組耗差分析模型

為了有效判定大型電站機組低負荷運行特性，就要建立有效的機組耗差分析模型，相較于傳統機組節能在線監測系統參數測量不準確以及整體系統靜態化較明顯的問題，機組耗差分析模型能有效提升對特性參數的判定水平。

1）在電廠建立熱經濟性狀態方程，主要包括電廠熱力系統汽水分布標準方程、鍋爐吸熱方程以及系統內部功率輸出方程等，有效結合三個方程的計算結果判定最終的能耗指標，一定程度上合理性分析熱力學參數體系和輔助系統的小汽水流量份額，從而結合系統參數建立節能分析框架結構。

2）順序擾動解除機制下的耗差分析，結合大型電站機組低負荷運行狀態，就能將系統進行工況設計，并且充分考量擾動對于實際情況產生的影響，每次解除一個擾動都能實現變工況計算目標，并且擾動解除后就能對能耗率進行集中判定。這種方法能最直觀地對擾動原因進行查找，并且也能提升單項能耗能損偏差分析的準確性，維護節能實際效果。

1.3 汽輪機和熱力系統最優運行模型

為了有效對大型電站機組低負荷運行特性進行分析，要建立對應的數學模型，從而保證相應參數分析的合理性。在任意符合參數體系下本身就存在蒸汽氣壓和調解氣門開度同時滿足負荷的參數關系系統，可以表示為N=f（P0-Fk）。

一方面，若是整個機組能達到最初的設計要求，則整體設計工況結構為Nd=f（P0d-Fkd）；另一方面，若是整個機組不能達到最初的設計要求，或者是在運行過程中相應參數偏離了最初的設計數值，則整體設計工況結構為Nd=f（P0d-Fkd）。

另外，如果整個體系中，負荷參數從額定出力數值逐漸降低，要想保證蒸汽初始壓力參數相同，對應就要減小氣門開度，也就是說在純定壓條件下運行。而要想保證調節門開度參數維持不變，就要形成純滑壓運行。為了滿足大型電站機組運行要求，在對應差異化負荷參數的過程中，選擇蒸汽初始壓力時，保證P0小于P0d即可。

1.4 鍋爐部分經濟性分析

在對大型電站機組特性進行分析的過程中，傳統的分析方式是反平衡處理機制，主要是從運行的結果數值出發，測定的運行狀態參數和損失計算過程都要對鍋爐熱效率進行系統化分析，但是這種處理方式和計量機制最大的弊端就是不能有效對損失原因進行分析，這就會造成在線耗差參數和分析機制并不能滿足實際要求，必然會導致特性分析和運行工況處理過程受到限制的現象，也會影響大型電站機組節能管理工作水平。

一方面，鍋爐若是出現不完全燃燒，就要對解析評估模型和排煙溫度解析評估模型進行對比處理[2]。另一方面，就要利用規劃數學原理對最佳爐膛出口過量空氣系數予以判定。

結合正平衡計算機制和反平衡計算原理借助推導驗證的過程就能分析鍋爐的實際效率，只有保證其應用效率和應用水平滿足節能管理的需求，才能真正提高數據在線計算項目的基本水平，維護管理控制結構的綜合價值。

2 大型電站機組節能優化措施

為了進一步對大型電站機組進行節能評估和管理，就要結合實際情況建立完整的管控機制，從實際管理要求出發，確保能建構合理性較好的機組監督管控模式，維護管理結構的完整性和約束效果。本文建立的是依托工程項目單位300 MW機組的管理模式建立的集散控制系統，多數參數都能滿足DCS的應用要求，其中主要輔設備功率信號的收集和處理對電能變送器采集工作具有一定的價值，能實現節能優化的目標[3]。

1）要對高精度機組耗差結構進行分析和監管，確保能從基本上提升對能量管理工作的重視程度，維護管理模式和管理效率，積極建立健全統籌性較好的監督維護體系，優化分析模式的合理性，并且要保證能真正意義上提升火電廠熱力系統監管機制。高精度的基礎耗能通過模型分析的建立，可以有效的對于熱力系統的經濟性進行及時的監測，解決監測中存在的難題，保證經濟指標的準確性和能耗偏差的準確率。確保在線監測項目的完整性和經濟指標在線計算的準確性，也能全面提升機組耗能偏差的找出率，這必然會實現節能管理的目標，在一定程度上提高管控模式和管理體系的應用價值。

2）在對大型電站機組相應負荷特性予以研究后，就要對蒸汽初壓的熱經濟學影響因素進行判定，從根本上建立健全熱力系統最優運行模式和經濟分析管理模式，確保能提升經濟分析效果。在大型電站機組節能管理工作中，只有全面建立最優經濟學分析體系，才能按照機組優化方案科學化開展運營監管流程，并且保證具體問題都能得到具體分析。

3）主要是利用串級控制系統對不確定模型的相應數據予以分析，合理性完善整定工作后，就能提出魯律性指標分析體系，要將魯棒性控制在3～5之間，才能取得較好的效果，為大型電站機組節能管理工作的順利開展奠定基礎，保證相應問題和對應處理機制之間的協調運行，也能實現寬負荷范圍內穩定性和快速性控制的目標，維護管理模式的綜合價值，也為最終實現監管要求奠定堅實基礎。

4）要結合大型電站機組的運行特性開展對應的負荷特性分析以及控制管理，保證工程機組相應運行機制都能符合節能優化控制的目標。值得一提的是，要選取最適宜的參數判定機制，確保能有效提升管理模型的穩定性，也能在分析監管結構和完整性的同時，實現機組耗差節能分析和優化控制工作的融合，將提高電廠經濟性能以及生產自動化水平作為關鍵，確保能維護經濟可持續運行的管理要求，為全面提高大型電站機組應用管理模式的綜合價值奠定堅實基礎。

3 結語

在對大型電站機組低負荷運行特性進行分析的基礎上，就能結合相應的基礎信息建立對應的優化管控機制，確保能提升穩定性和研究水平，真正意義上建立完整的管控流程，確保能突出采集的實時性要求，也為參數管理工作的全面落實創設良好的環境，實現優化控制和節能管理的并行目標。