火電廠熱動系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化思路與措施分析

國欽姣 山東?；瘓F有限公司熱力電力分公司

分析火電廠整體運行過程中電廠熱能與動力工程的合理應(yīng)用，結(jié)合國家對電廠指標(biāo)和電廠實際工作過程，分析熱動系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化改造。

一、火電廠熱能與動力工程節(jié)能優(yōu)化的實際情況

對火電廠煙氣和空氣系統(tǒng)進行性能評價的機會。目前研究的火電廠系統(tǒng)由四個子系統(tǒng)組成，有三種可能的狀態(tài)：滿負荷運行、減量運行和故障。假設(shè)所有子系統(tǒng)的故障率和維修率是恒定的。利用馬爾可夫生滅過程和概率方法對問題進行了描述，并用一個轉(zhuǎn)移圖來表示系統(tǒng)的運行行為。充分工作狀態(tài)和簡化工作狀態(tài)之間的相互關(guān)系已得到發(fā)展?？紤]到一些假設(shè)，建立了一個概率模型。從火力發(fā)電廠的調(diào)查中選擇可行范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)，并以可用性矩陣的形式將各子系統(tǒng)對系統(tǒng)可用性的影響制成表格，為各子系統(tǒng)的故障和維修率的不同組合提供不同的性能/可用性水平。

二、火電廠熱動系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化的合理應(yīng)用

根據(jù)熱動系統(tǒng)的運行模式，特定火電系統(tǒng)擴容規(guī)劃中最優(yōu)策略的求解方法。因此，建立了一個兩階段隨機整數(shù)規(guī)劃模型。通過一組有限的情景，該模型包括與當(dāng)前運行的火電廠未來可用性相關(guān)的存在的不確定性。采用L形法對所得到的模型進行數(shù)值求解，并以CPLEX為求解器，利用AMPL軟件進行了實現(xiàn)和開發(fā)。所得結(jié)果驗證了本文所采用方法的有效性。通過負荷頻率控制（LFC）來調(diào)節(jié)互聯(lián)水火電系統(tǒng)的供電，從而使系統(tǒng)的預(yù)定頻率和聯(lián)絡(luò)線功率在規(guī)定的范圍內(nèi)與其它區(qū)域交換，水火電系統(tǒng)的負荷頻率由兩者共同控制但是模糊控制器的峰值超調(diào)量和穩(wěn)定時間比常規(guī)PI控制器要小，這一點從它們的結(jié)果中可以清楚地看出。該控制策略保證了頻率的穩(wěn)態(tài)誤差和聯(lián)絡(luò)線功率的變化在一定的公差范圍內(nèi)。利用matlab/SIMULINK軟件包對這些控制器的性能進行了仿真。

三、熱動系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化改造分析

（一）改變熱動系統(tǒng)的運行方式

根據(jù)各子系統(tǒng)的可用性矩陣和故障/維修率圖中得到的各種可用性值，分析各子系統(tǒng)的性能和最大可用性故障/維修率的最優(yōu)值，進而確定各子系統(tǒng)的維修優(yōu)先級。為了提高系統(tǒng)的可靠性，熱工行業(yè)在過程自動化方面投入了大量的資金。這些系統(tǒng)的適當(dāng)維護和維護頻率一直是工業(yè)界日益重視的一些問題。任何中間系統(tǒng)即使在很短的時間間隔內(nèi)發(fā)生故障，也會影響生產(chǎn)。故障原因可能是設(shè)計不當(dāng)、系統(tǒng)復(fù)雜、維護不善、缺乏溝通和協(xié)調(diào)、規(guī)劃不完善、缺乏專業(yè)知識/經(jīng)驗和庫存不足。因此，運行工藝設(shè)備需要高技能/經(jīng)驗豐富的維護人員。為了有效運行，核電站的各種系統(tǒng)必須盡可能地留在北部。然而，在操作過程中，它們很容易以隨機方式失敗。但是，故障子系統(tǒng)可在維修/更換后重新投入使用[3]。

（二）熱動系統(tǒng)中節(jié)能應(yīng)用中降溫技術(shù)的改造

在電廠中，實現(xiàn)熱動系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化需要依靠先進的技術(shù)量的支撐，電廠實際應(yīng)用中經(jīng)常采用的降溫方式中，會用噴水的方式降低熱度，實現(xiàn)溫控。在控制蒸汽過熱的方式中，供熱蒸汽過度熱的應(yīng)用，經(jīng)濟性較強，成本低，在熱動系統(tǒng)運行的過程中，通過特殊裝置將供熱蒸汽熱量傳送到系統(tǒng)中，完成整個系統(tǒng)的熱度轉(zhuǎn)化，促使汽輪機工作達到降溫效果，從而改善熱動系統(tǒng)的耗能，實現(xiàn)節(jié)能優(yōu)化。在技術(shù)上不斷改進，科學(xué)合理利用，使凝汽機組達到發(fā)電多耗能少的效果[4]。

（三）熱動系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化中補水技術(shù)的改造

該方法能幫助電力系統(tǒng)運行人員進行最優(yōu)的提前計劃，即使風(fēng)電信息不確定。采用一種新的無參數(shù)自適應(yīng)粒子群算法求解隨機單元組合問題。通過高壓和中溫蒸汽的熱循環(huán)來產(chǎn)生能量的方法，它允許通過熱循環(huán)將熱能轉(zhuǎn)換為機械能或電能，從而提高能量和操作效率，在熱循環(huán)中，蒸汽的生成溫度被限制在中等值，包括以下步驟：在65巴以上的壓力和400巴以下的中等溫度下產(chǎn)生蒸汽°，在蒸汽輪機中膨脹所述蒸汽，中壓蒸汽，包括10-40巴之間，獲得中等濕度，低于15%，通過汽水分離器干燥所述蒸汽并重新加熱所述蒸汽，在蒸汽輪機中膨脹所述蒸汽，以及通過從渦輪機中抽取的多個蒸汽來加熱用于產(chǎn)生蒸汽的鍋爐水，以便與所述鍋爐水進行熱交換。數(shù)值結(jié)果表明，采用隨機模型代替確定性模型時，日前電力系統(tǒng)規(guī)劃所涉及的風(fēng)險較低。

（四）改進鍋爐排煙技術(shù)，充分利用排放污水

電廠發(fā)電的過程中，廢氣再循環(huán)系統(tǒng)和控制廢氣再循環(huán)的方法。包括用于感測發(fā)動機進氣歧管中絕對氣體壓力的第一壓力傳感器、用于感測排氣歧管中絕對氣體壓力的第二壓力傳感器、用于檢測轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速傳感器，檢測指令加油率的加油率傳感器，檢測進氣歧管中進氣溫度的溫度傳感器，將排氣從排氣歧管引導(dǎo)至進氣歧管，導(dǎo)管中的電子驅(qū)動機械閥用于控制廢氣流量，電子控制器用于分析來自傳感器的信號，并將控制信號輸出到控制閥位置的電動步進電機。

（五）對母管系統(tǒng)進行優(yōu)化改造

在熱動系統(tǒng)節(jié)能中，對相關(guān)設(shè)備的改造，流在支管中引發(fā)空腔流，熱水進入支管形成旋流，并在該旋流與滯流冷水之間形成熱分層。研究表明，當(dāng)熔深波動時，溫度波動過大會引起熱疲勞。為了提高侵徹長度的估計，本研究測量了均勻溫度條件下的侵徹長度。將三種實驗情況與采用簡單風(fēng)管干管和支管的基本情況進行了比較：切邊支管、帶連接間隙的支管和模擬圓形干管的拐角處圓形干管。切邊情況下的穿透長度結(jié)果比簡單管道結(jié)果（即基礎(chǔ)情況）小約1個支管直徑。

（六）概率模型分析系統(tǒng)性

特定系統(tǒng)中子系統(tǒng)的故障率取決于使用的操作條件和維修策略。對給定運行條件下的系統(tǒng)進行概率分析有助于預(yù)測設(shè)備的性能，進而有助于設(shè)計以實現(xiàn)系統(tǒng)的最小故障，即優(yōu)化系統(tǒng)的工作。火力發(fā)電廠是一個復(fù)雜的工程系統(tǒng)，由輸煤系統(tǒng)、蒸汽發(fā)生系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)、破碎系統(tǒng)、除灰系統(tǒng)、發(fā)電系統(tǒng)、給水系統(tǒng)、汽水分析系統(tǒng)、煙氣空氣系統(tǒng)等組成。這些系統(tǒng)以復(fù)雜的結(jié)構(gòu)連接在一起。煙氣和空氣系統(tǒng)是火力發(fā)電廠最重要的功能之一。各系統(tǒng)之間的相互關(guān)系的優(yōu)化是使工廠盈利和可行運行的必要條件?；痣姀S的有效性主要取決于電廠的可用性、可靠性和可維護性，以及電廠按預(yù)期運行的能力。本文提供了一個概率模型，供電廠人員分析系統(tǒng)性能，以實現(xiàn)最大可用性。

可靠性分析技術(shù)已逐漸成為自動化和復(fù)雜火力發(fā)電廠規(guī)劃和運行的標(biāo)準(zhǔn)工具。對于可修復(fù)系統(tǒng)的設(shè)計者和操作者來說，最重要的性能指標(biāo)是系統(tǒng)的可靠性和可用性?？捎眯院涂煽啃允菍ο到y(tǒng)性能的良好評估。它們的值取決于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及組件的可用性和可靠性。系統(tǒng)中部件的故障率取決于使用的操作條件和維修策略。從經(jīng)濟角度來看，高可靠性有利于降低系統(tǒng)的維護成本。由于故障無法完全預(yù)防，因此重要的是盡量減少故障發(fā)生的概率和故障發(fā)生時的影響。為了保持設(shè)計的可靠性、可用性和可維修性，達到預(yù)期的性能，必須制定有效的維修方案，有效的維修具有維修成本低的特點?？尚尴到y(tǒng)的維修問題已經(jīng)得到了許多學(xué)者的廣泛研究，包括維修/更換策略、定期檢查、降級、優(yōu)化問題等。復(fù)雜系統(tǒng)的行為可以從可靠性、可用性和可維護性的角度來研究。例如，開發(fā)了一個模擬模型，用于分析飛機訓(xùn)練設(shè)施的可靠性和可用性。該模型可用于評估各種維修方案，影響可修系統(tǒng)RAM的因素包括機械運行條件、維護和基礎(chǔ)設(shè)施。

一個典型的系統(tǒng)由許多子系統(tǒng)組成，在大多數(shù)情況下，這些子系統(tǒng)在邏輯上相互串聯(lián)或并聯(lián)。系統(tǒng)的性能取決于其子系統(tǒng)的配置和性能。在分析故障數(shù)據(jù)之前，最好描述燃氣和空氣系統(tǒng)的配置，并將其分為不同的子系統(tǒng)，以便對故障進行分類。本系統(tǒng)由以下四個子系統(tǒng)組成：四個加熱器和省煤器（串聯(lián)）組成一個子系統(tǒng)的組件，用A表示，其中任何一個的故障都會導(dǎo)致系統(tǒng)故障。兩個靜電除塵器組成一個子系統(tǒng)，用B表示，任何一個故障都會導(dǎo)致系統(tǒng)故障。兩臺FD（強制通風(fēng)）風(fēng)機并聯(lián)，構(gòu)成一個子系統(tǒng)，用C表示。任何一個設(shè)備的故障都會降低設(shè)備的容量和生產(chǎn)損失。當(dāng)兩個單元都發(fā)生故障時，就會發(fā)生完全故障。三臺引風(fēng)機并聯(lián)，組成一個子系統(tǒng)，用D表示。任何一個設(shè)備的故障都會降低設(shè)備的容量和生產(chǎn)損失。當(dāng)所有單元都發(fā)生故障時，就會發(fā)生完全故障。

四、結(jié)束語

通過熱動系統(tǒng)在火電廠中節(jié)能優(yōu)化的詳細分析，將火電廠中存在的缺陷強化改造，加大其工藝方面的技術(shù)水平，制定可行性優(yōu)化策略，是未來電廠發(fā)展方向。