（工商管理专业论文）基于节能调度的火电机组发电调度优化研究.pdf

华北电力大学工商管理硕士专业学位论文 摘要 随着电力体制改革的逐步深入，中国电力供需形势发生很大变化。火电机 组负荷优化分配、优化发电节能调度是实现电力工业节约发展的重要措施，对 电力工业节能降耗意义重大。本文旨在研究和探讨节能发电调度模式下火电机 组调度优化方案的解决思路和方法。首先对火电机组供电煤耗在线监测方法进 行了研究，分析获取机组的煤耗特性数据的方法，简要介绍煤耗特性曲线的拟 合原理和拟合工具，并对不同的拟合方法进行比较；其次，对目前国内外出现 的负荷优化分配算法进行比较全面的总结，简要概述各种算法的基本原理，对 其中主要算法的优缺点进行分析和比较，给出等微增率法及动态规划法在负荷 优化分配中的应用模型；最后，将粗糙集理论运用于节能发电调度优化中，并 结合实例对火电机组的能耗情况进行综合评价，给出确定机组运行顺序的方法。 关键词：节能调度，煤耗特性，负荷优化分配 a b s t r a c t 蚴t h eg r a d u a ld e e p e n i n go ft h ep o w e rs y s t e mr e f o r m , c h i n a sp o w e rs u p p l ya n dd e m a n dh a v e u n d e r g o n eg r e a tc h a n g e s o p t i m i z et h ed i s t r i b u t i o no ft h e r m a lp o w e ru n i t l o a da n do p t i m i z ep o w e r g e n e r a t i o ns c h e d u l i n gi si m p o r t a n tt or e a l i z ee n e r g ys a v i n gd e v e l o p m e n ta n ds i g n i f i c a n tt oe n e r g y - s a v i n g f i r s t l y , t h i sa r t i c l es t u d i e dt h em o n i t o r i n gm e t h o d so fc o a l - p o w e r e dt h e r m a lp o w e r - l i n ea n da n a l y z e dt h e d a t aa c q u i s i t i o no fc o a lc h a r a c t e r i s t i c s ，t h e nb r i e f l yi n t r o d u c e dt h ep r i n c i p l eo fc o a lc o n s u m p t i o nc u r v e f i t t i n ga n d 觚i n gt o o l s ，a n dc o m p a r e dt h ea t t i n gm e t h o d s ；s e c o n d l y ，t h i sa r t i c l es u m m a r i z e dt h e a l g o r i t h m so fo p t i m a ll o a dd i s t r i b u t i o na n da n a l y z e dt h em a j o ra d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e so ft h e a l g o r i t h m sa n dg i v e nt h ea p p l i c a t i o nm o d e lw h i c hu s e de q u a li n c r e m e n t a lm e t h o da n dd y n a m i c p r o g r a m m i n gm e t h o di no p t i m a ll o a dd i s t r i b u t i o n ；f i n a l l y , p u tt h er o u g hs e tt h e o r yi n t ot h eg e n e r a t i o n e n e r g y - e f f i c i e n ts c h e d u l i n go p t i m i z a t i o na n de v a l u a t e dt h et h e r m a lp o w e ru n i t sc o m p r e h e n s i v e l yc o m b i n e d w i t he x a m p l e sa n dd e t e r m i n e dt h eo r d e ro fu n i to p e r a t i o n z h a n gj u n ( m a s t e ro fb u s i n e s sa d m i n i s t r a t i o n ) d i r e c t e db yp r o f x i ec h u a n s h e n g k e y w o r d s ：e n e r g y - s a v i n gs c h e d u l i n g ，c o a lc h a r a c t e r i s t i c s ，o p t i m a ll o a dd i s t r i b u t i o n 搿“誊gw瓢k，# 华北电力大学工商管理硕士专业学位论文 目录 中文摘要 英文摘要 第一章 引言1 i 1 研究背景及意义1 i i i 节能发电调度的背景及意义一i 1 1 2 火电机组负荷优化分配的背景及意义2 1 2 国内外研究现状3 1 2 1 节能发电调度的研究现状如3 1 2 2 火电机组负荷优化分配的研究现状4 1 3 本文主要研究工作5 第二章火电机组供电煤耗在线监测方法研究7 2 i 机组运行经济指标的研究7 2 2 供电煤耗影响因素分析8 2 3 供电煤耗监测指标体系的确立9 2 4 机组煤耗特性的计算一1 0 2 4 1 锅炉效率1 0 2 4 2 汽轮机发电机组绝对效率的确定1 2 2 4 3 管道效率与厂用电率的计算1 3 2 4 4 单元机组经济指标的计算1 4 第三章火电机组煤耗特性曲线研究1 6 3 i 机组煤耗特性数据的采集1 6 3 i 1 获取机组煤耗特性的方法1 6 3 i 2 原始数据的整理1 6 3 1 3 煤耗特性的获取和更新1 7 3 2 煤耗特性曲线的拟合1 8 3 2 i m a t l a b 曲线拟合工具箱简介1 8 3 2 2 最小二乘法原理一1 9 3 2 3 二次多项式曲线拟合一2 0 3 2 4 加权平均法2 0 3 3 煤耗特性曲线的拟合实现，2 1 华北电力大学工商管理硕士专业学位论文 3 3 1 拟合优度检验2 1 3 3 2 数据预处理。2 2 3 3 3 拟合方法对比。2 2 第四章火电机组负荷优化分配的方法研究2 3 4 1 火电机组负荷优化分配方法概述2 3 4 1 1 传统优化方法。2 4 4 1 2 基于数学规划的方法2 4 4 1 3 现代优化方法2 5 4 1 4 其它算法2 6 4 2 等微增率法在负荷优化分配中的应用2 6 4 3 动态规划法在负荷优化分配中的应用2 8 4 3 1 负荷优化分配的动态规划模型2 8 4 3 2 动态规划法的决策过程2 9 第五章基于粗糙集的节能发电调度优化研究3 2 5 1 粗糙集理论概述3 2 5 2 基于粗糙集的节能发电调度优化模型的构建3 3 5 2 1 指标体系构建的基本原则3 3 5 2 2 指标属性约简3 4 警一 华北电力大学工商管理硕士专业学位论文 第一章引言 1 1 研究背景及意义 1 1 1 节能发电调度的背景及意义 节能发电调度是我国电力行业根据电力供需发展水平，以及近几年来火电机组 能耗高，能源浪费大，煤炭紧张和淡水贫乏等现状，结合国家节能降耗的目标提出 的一个新的发电优化方式。随着电力体制改革的逐步深入，中国电力供需形势发生 了很大变化。国家电网公司公布的2 0 0 6 年夏季电力需求数据，表明中国电力供求 正在缓解、电力开始盈余，我国电力发展进入新的阶段。随着电力供应紧张趋势的 缓解，解决低效发电机组的问题再一次被人们提起，“大平均”的发电调度模式面 临着严峻的挑战，电力调度方式将随之改变。电力供需趋于平衡，为电力行业深化 发电调度方式的改革奠定了一个很好的基础【1 1 。优化发电调度方式是进一步落实国 家能源政策，引导社会节能降耗的重要举措。按照国家“十一五 发展规划提出的 节能降耗的目标要求，国家发展改革委、国家环保总局、国家电力监管委员会等联 合发布关于加快电力工业结构调整，促进健康有序发展有关工作的通知，明确 提出“调整发电调度规则，实施节能、环保、经济调度 。 节能发电调度是指在保障电力可靠供应的前提下，按照节能、经济的原则，优 先调度可再生发电资源，按机组能耗和污染物排放水平由低到高排序，依次调用化 石类发电资源，最大限度地减少能源、资源消耗和污染物排放。确定了节能调度的 基本原则，将按各容量发电机组的供电能耗水平，从低能耗机组到高能耗机组依次 安排发电1 2 】。为实现电力行业大规模的降低能耗，当前最重要的就是要鼓励能耗低、 污染物排放少、节水型机组多发电，改变发电计划的形成方式，尽快将传统的发电 调度转变为节能、环保、经济调度，加快我国节约型社会的建设进程。 优化发电调度方式，实施按照机组发电效率确定次序的调度规则，是实现电力 工业节约发展、安全发展和科学发展的重要措施，是落实科学发展观的具体体现。 可以促进电力系统整体效率的不断提高，对电力工业节能降耗意义重大，也是实现 降耗目标的重要举措。对缓解我国能源供应压力，保障国家能源安全具有重要的战 略意义。 从环境保护方面看，大量燃用煤炭带来了许多环境污染问题。采取更加有力的 措施，促进电力工业节能降耗对保护环境是十分必要的。从国民经济和社会全面、 协调和可持续发展看，电力工业节能降耗，不仅可以降低一次能源消费，还可以节 约交通运力，降低水、土地等其他资源消耗，提高整个国民经济发展质量，是落实 科学发展观的具体体现。通过建立提高能源效率的新机制、新体制，改进发电调度 华北电力大学t 商管理硕士专业学位论文 方式，实施按照机组发电效率确定次序的调度规则，可以促进电力系统整体效率的 不断提高，实现节能降耗的目标。 在电力市场环境下，火电企业必然会被推向市场，迎接市场竞争。如果要在激 烈的市场竞争中立于不败之地，在竞价上网的环境下就要有足够的优势，一个重要 的因素就是价格，为了实现价格上的优势则必须降低成本，在这样的背景和情况下， 提高发电机组运行效率就成了火力发电厂工作中的重中之重。机组运行效率提高 了，就能使火力发电厂更加适应电力市场竞争，并在竞争中不断发展。 中国是一个发展中的大国，节约能源是实施可持续发展战略的优先选择，是缓 解中长期能源供应压力、有效缓解环境压力、增强经济竞争力的客观需要。能源问 题不单纯是能源消耗和供需平衡的问题，同时还是一个影响到国际关系、环境保护、 可持续发展的重大战略问题。当前能源和电力需求增长很快，由于我国电力工业“以 煤为主”，是最大的耗能大户，为实现国家要求单位g d p 能耗水平下降的约束性指 标，在今后相当长的时期内，节能任务十分繁重。 1 1 2 火电机组负荷优化分配的背景及意义 能源是社会发展的重要物质基础，也是人类赖以生存的基本条件。近年来随着 我国国民经济的发展和人民生活水平的日益提高，对能源的需求越来越大，能源的 供需矛盾日渐突出，成了制约国民经济发展的重要因素。我国的能源利用效率目前 仅为3 3 ，比发达国家落后2 0 年，相差1 0 个百分点，能源消费强度大大高于发达 国家及世界平均水平，约为美国的3 倍，日本的7 2 倍。我国的单位产值能耗是世 界上最高的国家之一，每千克标准煤产出的国内生产总值仅为o 3 6 美元，而日本为 5 5 8 美元，世界平均值为1 8 6 美元。所以要实现中国经济的高速发展一半靠开发， 一半靠节约。 国民经济的发展和人民生活水平的提高，不仅导致电力负荷的需求增长迅速， 而且用电结构也发生了很大的变化，其结果是各大电网的负荷峰谷差值约为电网总 容量的3 0 ，个别的地区高达5 0 ，预计今后缺电局面缓解后，其值还会更高。峰 谷值的增加直接导致机组增减负荷、调停次数的增加，如果没有合理规划对哪台机 组增负荷，哪台机组减负荷，将对电厂经济效益造成很大影响。所以怎样在满足用 电需要的基础上，合理分配给各机组负荷使机组保持在较经济的状态运行，成为当 今急需探讨的问题之一【3 】。 厂网分开与竞价上网的试行，电力作为一种特殊的商品已进一步走向市场。我 国电力供需矛盾已逐渐从供方市场转向需方市场，促使发、供电企业加强内部管理， 降低消耗，增加产出。而目前电力企业成本较高，利润不高，依靠设备改造、电价 改革来提高经济效益的空间又比较有限，因此充分挖掘内部潜力并努力降低成本， 增强发电企业的投入产出，以加强企业在市场的竞争能力，就变得非常重要。所以 2 我国能源探明储量中，煤炭占9 4 ，石油占5 4 ，天然气占0 6 ，这种“富 煤贫油少气”的能源资源特点，决定了我国能源生产与消费以煤为主的格局将在长 期内难以改变。火力发电是一个资源消耗巨大的产业，我国目前的燃煤机组占全国 总装机容量的7 4 ，对不可再生的煤炭资源消耗巨大。据统计，目前火电厂用煤占 我国煤炭消耗总量的5 0 左右，预计以后仍有较大的增长趋势，所以降低火电厂的 煤耗，提高电厂的生产效率就显得非常重要【4 l 。因此通过优化火电机组的运行，最 大限度地节约煤炭资源的消耗，使我国有限的资源得以长久持续利用，以最小的资 源实现国民经济的持续和健康发展，具有重要的社会意义。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 节能发电调度的研究现状 节能发电调度是我国电力行业根据电力供需发展水平，以及近几年来火电机组 能耗高、能源浪费大、煤炭紧张和淡水贫乏等现状，结合国家节能降耗的目标提出 的一个新的发电优化方式。以往针对发电调度的研究，从单纯考虑煤耗过渡到单纯 考虑上网电价( 经济性) 进行机组调度，随着对环境、资源的关注度不断提高，节能 发电调度成为当前研究的热点问题。文献 5 】指出节能发电调度是在保障安全可靠运 行的前提下，按照各类发电机组类型、能耗水平和环保指标事先排序，对发电机组 的启停和出力分配进行优化，优先利用可再生和清洁发电资源，并用排序法实现了 节能发电调度。文献【6 】依据节能减排发电排序表，结合四川电网发电运行特点，采 用小步长最优次序法，以发电能耗最少为目标函数建立调度模型。文献【7 】简要分析 了发电调度的影响因素，分别建立了以消耗燃料最少、购电电价最低、违约补偿最 少及污染排放最小为目标的模型，把各种经济要素和环境要素有机地整合入模型 中，同时又考虑了政策发展的适应性，从而最大限度地保证了调度的科学性和可操 作性。文献【8 】指出节能发电调度与电力市场不但能够兼顾，而且是适合中国具体情 况的最好运营方式。按节能发电调度的要求来运营电力市场，可以使全网电厂的总 煤耗最低，效率最高，而且污染的排放量最小。文献 9 】提出在日前竞价市场通过厂 网合作进行节能调度的策略。基于日前市场不同市场主体的收益模型，对市场竞价 过程进行求解，并通过对竞价过程的图形化表示，分析独立发电商竞价策略对竞价 模型和调度结果的影响。文献 1 0 】以“多时间级优化协调、逐时间级细化”为原则 提出了基于时间尺度的节能发电调度协调模型及算法。该模型不仅考虑了当前时间 级的电力系统安全稳定运行、连续可靠供电约束和节能减排优化目标，还考虑了当 前时间级与上、下时间级之间节能发电调度计划的协调，以确保调度的流畅性，最 大限度地实现电力系统节能减排的目标。文献【l l 】先给出了在设计节能发电调度模 3 华北电力大学工商管理硕士专业学位论文 式及运作机制时需要遵循的一般原则；然后结合中国国情，以电网安全稳定运行及 连续可靠供电为约束，以节能、环保、经济、公平为目标，从节能发电调度的纯行 政命令模式、计划调控与市场机制相结合模式到完全市场竞争模式，设计了实施节 能发电调度的7 种主要模式并进行了比较研究，分析了每种模式的优缺点。 1 2 2 火电机组负荷优化分配的研究现状 电网中机组负荷分配是以电力系统安全经济运行为目的，对电能的生产、输送、 分配和消费等问题进行研究。对于发电厂家，经济负荷分配( e l d ) 问题是考虑在一 个包括多个发电单元的发电系统中如何最优分配每个发电单元的发电量，使得在满 足系统约束条件下达到发电成本最小的目标【t 2 l 。 长期以来，以古典变分原理为基础的等微增率法和协调方程式法普遍应用于指 导电力系统的经济运行。电力系统负荷经济调度过去主要就是采用该方法。随着优 化方法的发展，陆续又有线性规划法、非线性规划法、动态比较法、动态规划法、 二次规划法、整数规划法、神经网络算法、模拟退火算法、遗传算法等应用于该领 域的理论研究，具体将在第二章作详细介绍。基于此，直接以电厂为单位，根据机 组运行状况分配负荷，以提高电厂自主控制经济性方面的研究目前正成为许多科研 机构和高校的研究方向。 目前在经济负荷分配方面的主要研究动态有：华中科技大学的侯云鹤、吴耀武、 鲁丽娟等提出了一种可用于求解一般形式的非凸、非线性约束优化问题的广义蚁群 算法，以解决电力系统经济负荷分配问题；北京交通大学的韩芳、土爽心、郭小宝 等提出了一种改进的变尺度混沌优化方法，并将该方法应用于电力系统的经济负荷 分配【t ，】；清华大学的赵子臣、相年德等人，提出了一种机组优化的新型启发式方法， 即应用启发式和逐步动态规划进行最优组合的求解；西安交通大学的朱振青、土东 平、孙启宏将遗传算法应用于负荷优化，提出了一种机组组合的扩散并行遗传算法， 认为采用扩散并行遗传算法可以加速运算过程，并找到最好的解，且异步法性能优 于同步法；西安交通大学系统工程研究所赖菲、管晓宏认为在电力系统经济调度问 题上比较有效的方法是拉格朗口松弛法；浙江大学生产工程研究所王剑峰、顾新建 和浙江省电力公司中心调度所高国宁、那志强等人在研究中，提出了一种基于递减 编制法的电网调度计划编制方法，主要考虑短期调度问题，用于解决机组组合、短 期水电计划、水火电协调问题；中国电科院的王平洋、王广生等人对遗传算法在电 力系统经济调度中的应用进行了广泛研究，认为对于寻求电力系统问题全局最优解 而言遗传算法是最强有力的工具，它具有随机搜索、灵活高效、稳定、多目标处理 和对复杂因素进行处理等优点，并针对遗传算法收敛比较慢、耗时过多的问题提出 了一种模糊控制遗传算法，这种算法主要是设置了交叉控制器和突变控制器，能在 最优过程中自动修改遗传参数，模糊控制遗传算法已用电力系统经济调度问题测试 4 华北电力大学工商管理硕士专业学位论文 过，与传统遗传算法相比，收敛速度更快；上海交通大学的忻建华等人提出的基于 动态规划法的汽轮发电机组负荷分配的优化模型考虑了机组的主要部件低周疲劳 寿命损耗、机组最小运行时间和最小停运时间、负荷最大爬升和降负荷速度限制等 约束条件；d a v i dcw a i t e r s ，g e r a l dbs h e b l e 采用遗传算法( g a ) 求解该类问题，考 虑了耗量曲线的阀点效应和网络损耗，取得了与动态规划相似的结果 1 4 1 。 另外，随着人们对可持续发展重视程度的不断提高，在火力发电过程中燃料燃 烧所产生的n 0 2 和s 0 2 等的排放引起的环境污染问题越来越受到关注，对污染的 控制和治理将直接影响到e l d 问题，所以如果仅仅考虑使发电成本最小将不是一个 很合理的准则。如何在满足系统发电约束条件情况下，将发电成本和污染控制成本 一起优化，即环境经济负荷调度问题( e e l d ) ，已经成为许多研究人员关注的课题。 虽然在解决e e l d 问题上已经提出了一些传统的或改进的数字方法，如文献【1 5 】中 提出了h o p f i e l d 神经网络方法，文献【1 6 】提出了基于线性加权的神经网络方法，文 献 1 7 】中采用的n e w t o nr a p h s o n 技术，文献【1 8 】中n a n d a 等人也提出了解决e e l d 问题的一些方法。但是由于这些方法本身的缺陷，如局部最优解、收敛速度慢等， 使得问题的求解并不理想。 总之，几十年来随着计算机技术的迅速发展和优化理论的深入研究，国内外电 力科学工作者已经尝试了很多优化算法来解决电力系统负荷优化分配问题。不过这 些解法要么考虑因素太少，优化结果不符合实际；要么算法过于复杂，如果靠手工 编程很难普及。到目前为止，还没有找到一种既理想又实用的算法。究其根本原因， 该问题本身是一个复杂的大型、动态、有约束的混合整数非线性规划问题，因此如 何在已有的研究成果的基础上继续完善、改进和探索新的求解方法，是电力系统经 济运行所面临的一个亟待解决的问题。 1 3 本文主要研究工作 随着工农业的发展和居民生活水平的提高，人们对电负荷的需求越来越大，致 使电厂的负荷经常较大幅度地进行调整。机组设计工况一般都是在满负荷附近，这 时煤耗比较低，随着机组的负荷降低煤耗升高，机组的效率显著降低，因此在系统 负荷发生变化的情况下，合理的分配各台机组应承担的负荷，进而本着“节能调度” 的精神，对各机组进行节能调度，尽量的提高机组的效率，降低能耗就显得尤为重 要。研究火电厂机组间的负荷优化分配，也对于提高电厂的安全性、经济性及可靠 性具有重要的意义。论文主要内容有： 1 、对火电机组供电煤耗在线监测方法进行研究，包括影响因素分析、指标体 系的确立、机组煤耗特性的计算等； 2 、分析获取机组的煤耗特性数据的方法，简要介绍煤耗特性曲线的拟合原理 和拟合工具，并对不同的拟合方法进行比较； s 华北电力大学工商管理硕士专业学位论文 3 、对目前国内外出现的负荷优化分配算法进行比较全面的总结，简要概述各 种算法的基本原理，对其中主要算法的优缺点进行分析和比较，给出等微增率法及 动态规划法在负荷优化分配中的应用模型； 4 、将粗糙集理论运用于节能发电调度优化中，并结合实例对火电机组的能耗 情况进行综合评价，给出确定机组运行顺序的方法。 其中，第1 、2 部分内容是全文的理论基础及节能调度在实践中的应用基础， 第3 部分是对单个电厂内火电机组负荷优化分配的方法研究，第4 部分则是将粗糙 集理论运用于火电机组节能发电调度优化的初步探索，以便更好地应用于省、市发 电调度的优化中。 6 论文 测方法研究 2 1 机组运行经济指标的研究 目前，衡量火电机组运行经济性通常使用的指标有以下几种，他们分别是热耗 率、能耗率、供电成本和供电煤耗。 l 、热耗率 热耗率指机组承担某一负荷时，每单位负荷所消耗的热量。相对于汽耗量微增 率而言，热耗率使用的是热量，使得这一指标较前述几个指标完善，各单元机组之 间有一定的可比性。但机组运行时，不仅仅是消耗热量，还消耗电能。由于各机组 的厂用电不能忽略。所以热耗率也不能全面的衡量一台机组性能的好坏。 2 、能耗率 机组运行时，在不断的消耗热能的同时，也不断的消耗电能。由于它们的品位 高低不同，不能简单相加，需经过一定的换算之后再相加，才能正确的衡量机组经 济性的好坏。 3 、供电成本 供电成本能全面准确反映机组性能的优劣，但由于供电成本包括的因素太多， 使其所建数学模型过于复杂，难于求解。而且又由于诸如工资、燃料价格等因素随 市场的变化而不断波动，还可能导致其数学模型失真。 4 、供电煤耗 机组在运行时候，不断的消耗煤量，反映的是机组单位出力所消耗的煤量。它 在不考虑电厂环保性的时候能够反映出机组运行的经济性，能够衡量机组效率的高 低。 煤耗率是评价机组经济性的一个重要指标，机组煤耗率越小，经济性就越高。 一般情况下机组煤耗率是通过煤耗量求得的。其关系式非常简单，如下式所示： 勿= 巧z 公式( 2 i ) 其中，历为机组的煤耗率，z 为机组对应负荷为z 时的煤耗量。供电煤耗又称 供电标准煤耗，是指火电厂每生产l 千瓦小时的电能所消耗标准煤的数量，单位是 克( 千瓦，j 、时) ( # k w h ) 。 从理论上说，以上衡量机组经济性的几个主要指标，均能在一定程度上反映机 组性能的优劣，但是均不能全面地衡量一个火电机组的总体的经济性。因此，观察 火电机组经济性应以供电成本衡量。由于供电成本包括的因素太多，而且如工资、 燃料价格等因素均随市场的变化而不断波动。因此，从直观性方面考虑，我们以供 电煤耗( 标准煤) 作为衡量机组效率高低的经济指标，这也符合当前国家提倡节能 的精神。 7 华北电力大学工商管理硕十专业学位论文 2 2 供电煤耗影响因素分析 l 、电厂运行人员运行水平的影响 运行人员的素质高低、运行经验的丰富与否都将直接影响机组经济性的变化。 因此，加强对运行人员的培训与规范运行操作工作，可以减少在运行过程中人为因 素对经济性的影响。也可以减少在不同班次运行人员操作机组时引起能耗特性变化 的影响。 2 、机组运行方式的影响 机组运行时，采用不同的运行方式，其经济性也是不同的。比如在机组负荷变 化时，机组是采用定压运行还是滑压运行都将使机组经济性及能耗特性受到不同程 度的影响。一般来说，滑压运行的经济性较定压运行高，所以该过程相应的能耗特 性曲线应位于定压运行方式的下方。在理论上应根据机组不同的运行方式分别做出 机组能耗特性曲线，供负荷分配时选用。 3 、单元机组设备热力特性改变的影响 单元制机组的热力特性不是一成不变的，这种特性是随机组运行时间的增加、 机组检修次数的增多、设备技改工作的进行而不断变化的。随着环境因素的变化再 加上机组设备状态的不断变化，机组设备的热力特性也要发生相应的变化，比如在 机组投运到一定年限后，机组的热力设备工作状态变差，效率降低，这必将引起热 力特性变差，同时，能耗特性也会相应朝着不利十经济性的方向变化。反之，如果 我们通过采用合理的技术经济比较手段，对机组进行了相应的改造工作，机组设备 的热力特性变得对提高经济性有利，那么机组的能耗特性也将朝经济性提高的方向 变化。所以机组的能耗特性曲线绝不是保持不变的，它必将随机组的热力特性变化 而变化。 4 、煤种变化的影响 煤种变化也会对机组的经济性带来有利或不利的影响，煤种的变化影响主要是 针对机组的锅炉设备而言的。当机组煤种变化时，锅炉的辅机工作状况首先发生变 化，例如：当煤的可磨性系数发生变化时，制粉系统的耗功量将发生相应的变化， 煤种的可磨性系数越大，则能耗越低。另外煤的各种成分组成也将使经济性发生相 应的变化，如：煤种的水分增加将使得干燥、磨制能耗增大，同时也将使得炉膛燃 烧火焰中心温度降低，多余的水分还将吸收一部分热量，使炉内传热温差减小，同 时排烟量增大，排烟损失增大，锅炉设备的经济性降低。煤种中灰分含量的变化对 锅炉也有类似的经济性影响。总之煤种变化时为了保证机组负荷优化分配工作的准 确性，也要想办法对相应的机组能耗特性曲线进行修正，以避免对分配结果带来不 利的影响。 5 、季节变化的影响 华北电力大学工商管理硕士专业学位论文 众所周知，火力发电厂的经济性随季节的变化而产生不同的变化。夏季的经济 性略高于冬季的经济性，这主要是由循环水温的变化造成的。夏季循环水温高，气 温也高，在相同机组运行方式的情况下，机组经济性有所提高，而冬季循环水温、 气温较低，在相同机组运行方式下，机组经济性将降低。对于能耗特性曲线而言， 表现为，冬季整体上移，而夏季整体下移。因此在不同季节和气候情况下，机组的 能耗特性曲线将发生不同的变化，对于基于能耗特性进行全厂负荷分配工作而言， 这种影响是不能忽视和回避的。因此，如果能根据机组实时的循环水温求出能耗特 性曲线，对于提高经济分配负荷的准确性更为有利。 综上所述，除了加强对运行人员的运行操作能力、水平的提高培训外，我们还 必须对机组的实际可行的运行方式进行讨论，并加以确定，同时还应该实时针对机 组设备的运行状态进行数据采集和数据分析工作，以最新的数据拟合出机组实时的 能耗特性，这样才能为机组负荷优化分配工作及出力调整研究打下坚实的基础。 2 3供电煤耗监测指标体系的确立 饿炉簸事 汽轮机肉效攀 机械薤奉 厂屠电事 捧烟燕损失 化学不宪全燃烧热援失 帆镶不完全燃烧热损失 散热损失 藏渣物理熬擐失 锻炉燕负荷 枫壤热耗 主蒸汽暇热量 再煞蒸汽嚷热量 非生产甩汽量 震电机功率 发电机容量 麓奄机输出功率 发电饥綮人均事 概棱有用琦 帆麓孽聩 厂高变商援错有功功率 蓑屯机功率 图2 1供电煤耗监测指标体系 9 华北电力大学工商管理硕士专业学位论文 2 4 机组煤耗特性的计算 2 4 1 锅炉效率 锅炉效率的计算有正平衡和反平衡两种方法，正平衡法需要测取煤的流量，但 目前国内外尚未找到精确测量煤粉流量的方法，故用正平衡法难以在线确定机组的 煤耗特性；反平衡法需要知道煤的成分与热值，这些数据一般来自化学车间的分析 结果，而且近年来采用，射线在线测定煤的热值已取得一定的进展，但锅炉排烟氧 量与飞灰可燃物的测取还没有得到很好的解决，对于具体的电厂，目前可以根据运 行经验将这些无法准确测定的参数指定为定值，如有需要可根据机组大修前后试验 的结果随时调整。 锅炉效率的反平衡计算式为： r b2 1 0 0 一( 仍+ 磊+ 吼+ 办+ 魄) 公式( 2 2 ) 式中，7 7 彦：锅炉反平衡效率； 仍：排烟热损失； 绲：化学不完全燃烧热损失； 吼：机械不完全燃烧热损失； 舔：锅炉散热损失： 绲：灰渣物理热损失。 1 、排烟热损失绣 该项损失是由于排烟带走了一部分锅炉的热量造成的，是大容量锅炉所有的热 损失中最大的一项，一般为5 一1 2 。仍主要与排烟容积和排烟温度有关，简化的 计算公式为： 铌= ( 局口+ 乞) ( o 一白) 2 1 a 2 瓦酉 式中，属，乞：简化函数，大小和煤种有关，推荐值见表2 1 ； a ：过量空气系数； o ：排烟温度。c ，来自原始数据； 白：送风机进口温度。c ，一般取平均环境温度，= 2 0 。f ； 谚：烟气中氧含量的体积百分数，可测得。 l o 公式( 2 - 3 ) 公式( 2 4 ) 褐煤 燃料煤 3 0 2 3 5 5 o 9 0 o 3 2 2 、化学不完全燃烧热损失磊 该项损失是由于烟中含有残余的可燃气体( c o , 、c h 4 等) 造成的。对于煤 粉炉，该项损失一般0 5 ；对于燃油炉，该项损失在l 3 之间。具体的计算公式 为： 矿 舻兹( 3 0 1 8 c o + 2 5 7 9 h z + 8 5 5 5 c h 4 彬 ( 公式2 - 5 ) y 口, = 1 8 6 6 锗署 。剞 式中，名：干烟气容积饽； 彩：应用基燃料的低位发热量驯缸； c o , 乌、c h 4 ：烟气中c o , 岛、c h 4 含量的体积百分数，可测得； 肥( c 0 2 + 嬲) ：烟气中月谚含量的体积百分数，可测得； 、：应用基燃料中碳、硫含量的百分数，可由燃料特性得到。 3 、机械不完全燃烧热损失吼 该项损失是由于灰中含有不完全燃烧的碳造成的，在煤粉炉中，它是由炉渣和 飞灰中的残碳造成的，在火床炉中还有炉蓖漏煤造成的热损失。它是锅炉损失中的 主要项目之一，通常仅次于排烟热损失，约为1 一5 。具体的计算公式为： q 4 ：1 8 7 6 2 , yi 盟- - z - - z + 盟1 公式( 2 - 7 ) 2 百i 而百+ 而蔫i 龋心。7 ：燃料中的灰分，由燃料特性得到； 鳞：应用基燃料的低位发热量驯饽； q 、f 场：炉渣、飞灰中残碳的含量百分数，可由取样分析结果得到7 、口屑：炉渣、飞灰中的灰占燃料灰分的份额，对固态排渣煤粉炉，a 应= o 0 5 ， 。0 9 5 。 4 、散热损失吼 锅炉在运行中，汽包、联箱、汽水管道、炉墙等的温度均高于周围空气的温度， 因而部分热量会散失到空气中，形成散热损失。其大小随着机组负荷的不同而不同， 华北电力大学工商管理硕士专业学位论文 但都可以转换到锅炉额定蒸发量下计算，公式如下： 舔= 菇告 菇：额定蒸发量下锅炉的散热损失，可查经验曲线得到； 口：锅炉的额定蒸发量t h ； d ：锅炉的实际蒸发量t h 。 5 、灰渣物理热损失q 6 是指锅炉炉渣排出炉外时带出的热量，可由下式计算： 吼= 乞竽 公式( 2 8 ) 公式( 2 9 ) 式中，( 卯) 彦为炉渣比热与其温度的乘积，即l k g 灰在温度0 时的焓，查表为 5 5 9 8 2 k j k g ；其他同( 3 ) 。 2 4 2 汽轮机发电机组绝对效率的确定 汽轮发电机组绝对电效率是汽轮机绝对内效率与发电机效率以及机械效率的 乘积，以7 7 表示： 叼2 r j r g o , , 公式( 2 1 0 ) 式中，叼，：汽轮机绝对内效率，； ，7 ，：发电机效率，； 叼。：机械效率，； 通常情况下发电机效率r g 和机械效率的变化都不大，其数值均在0 9 8 0 9 9 左右，可以设定为默认值。决定汽轮发电机组绝对电效率的主要因素是汽轮机的绝 对内效率叼，。 1 、 汽轮机绝对内效率7 ，的计算： 7 7 ，= 3 6 0 0 q 公式( 2 1 1 ) 矿2 蛾+ q 一纺) 尸1 0 0 公式( 2 1 2 ) 式中，矿：汽轮机热效率，m k w h ； 玩：主蒸汽吸热量，m h ； q ：再热蒸汽吸热量，驯乃： 1 2 华北电力大学r t 商管理硕士专业学位论文 易：非生产用汽量，k j i b ； 尸：发电机功率，膨； 2 、主蒸汽吸热量的计算： 玖= d o & 一一名名 公式( 2 1 3 ) 式中，d o ：主蒸汽流量，t l 力o ：主蒸汽焓值，饽； 比：主给水流量，t l k ； ：主给水焓值，别饽； 历：主蒸汽喷水减温水流量，t l k ； 么：主蒸汽喷水减温水焓值，k a r l 匆； 3 、 再热蒸汽吸热量的计算： q = 皿( 饬一) + 伤( 饬一乃) 公式( 2 1 4 ) 式中，口：再热蒸汽流量，t l h ； 忽：再热蒸汽出口焓值，l r j i 匆5 允：再热蒸汽进口焓值，k j i 磨； 仍：再热蒸汽减温水流量，t l h ； 忽：再热蒸汽减温水焓值，驯詹。 2 4 3 管道效率与厂用电率的计算 管道效率叩。，是锅炉热负荷和机组热耗的比值，在计算过程中由于涉及到较多 的汽水参数值，情况比较复杂。但是现代大型单元机组的管道都布置了很好的保温 绝热措施，因此管道效率一般均在o 9 8 0 9 9 之间。本文在确定机组能耗特性时，默 认为o 9 8 。 由于采用供电标准煤耗量作为评价指标，就必须考虑厂用电率。一般参与厂用 电率计算的设备包括：汽动给水泵、备用电动给水泵、凝结水泵、循环水泵、磨煤 机、引风机、送风机、一次风机。由于这些设备在运行过程中，工况在不断发生变 化，其用电量在一定的时间内较难以统计。因此，本文采用发电机端的厂高变高压 侧有功功率来确定厂用电率，是一种准确而简便的方法，具体的公式为： p = 乞p 公式( 2 - 1 5 ) 华北电垄奎兰三塑篁里堡主皇些兰堡垒壅 _ _ _ _ _ - _ _ 一 式中，矿：厂用电率，； 尸：厂高变高压侧有功功率，k w ； 尸：发电机功率，k w ； 2 4 4 单元机组经济指标的计算 l 、单元机组热耗率的计算 r 矿2r b r a r e 式中，叼矿：单元机组热耗率，； 仉：锅炉效率，； 7 7 ：汽轮机组绝对电效率，； ”，：管道效率，： 2 、单元机组净热耗率的计算 叼= r 驴( 1 一e 1 0 0 ) 式中，町三：单元机组净热耗率，； 叼驴：单元机组热耗率，； p ：厂用电率，； 3 、发电标准煤耗率的计算 彦：! 鱼q 壁1 0 s 2 9 3 1 0 n 矿 式中，b ：标准发电煤耗率，g k l c b ； 叩矿：单元机组热耗率，； 4 、供电标准煤耗率的计算 = 而b 二l o o 式中，6 ，：供电标准煤耗率，g l k w h ： 矿：厂用电率，； 5 、发电煤耗量的计算 猡：! 鱼旦q 竺1 0 s 2 9 3 1 0 l l 掣 式中，刀：发电标准煤耗量，t h ； 公式( 2 1 6 ) 公式( 2 - 1 7 ) 公式( 2 1 8 ) 公式( 2 1 9 ) 公式( 2 - 2 0 ) 位论文 式中，忍：供电标准煤耗量，彦； 刀：发电标准煤耗量，乃； p ：厂用电率，； 公式( 2 2 1 ) 华北电力大学工商管理硕士专业学位论文 第三章火电机组煤耗特性曲线研究 3 1 机组煤耗特性数据的采集 3 1 1 获取机组煤耗特性的方法 目前，有三种可行的方法来获取机组煤耗特性：第一种方法是利用机组制造厂 家提供的数据获取机组煤耗特性；第二种方法是在定期进行机组热力试验的基础上 用理论结合试验的手段对煤耗特性曲线进行修正；第三种方法是从机组实时性能监 测系统得到煤耗特性 1 9 1 。 就第一种方法而言，机组制造厂家提供的数据与实际运行状态有较大的差别， 而且不能体现外界环境的变化。 第二种方法不是通过直接的测量，在精度上难以保证，而且这样获得的煤耗特 性与机组的实际煤耗特性存在差异：( 1 ) 现有电厂热力试验，分为锅炉侧试验、汽 机侧试验和发电机侧试验等，均为将各部分割裂开来加以试验。这样得到的实验数 据只是反映了单元机组各个组成部分的运行性能，没能从整体上给予直观的反应； ( 2 ) 实验负荷点与运行负荷点的环境温度和燃料成分可能不同；( 3 ) 实验条件与 运行条件可能不同( 系统的隔离情况) ；( 4 ) 机组性能可能发生退化。另外，在生产 实际中长时间效率试验的代价是相当大的，需要调度和生产部分的大力协助，因此 这种试验很少做。 第三种方法的前提是机组必须配备完善的性能监测系统，这样可以在线计算机 组的煤耗量，并保证一定的精度。随着计算机监测技术的发展，许多机组都装有计 算机在线监测系统。借助该系统，通过建立机组各单元的性能模型，可以实时得到 机组的煤耗特性。当前，为大型机组配备性能监测系统已成为一种趋势，这项基础 性工作的推广和完善，为机组负荷优化调度系统提供准确的运行费用曲线，从而为 提高机组的经济效益创造更为便利的条件。 3 1 2 原始数据的整理 获取煤耗特性计算所需原始数据，这是编制煤耗特性曲线的第一步。为了比较 真实地反映机组的煤耗特性，每一个工况点，均选取若干组数据。由于运行表计和 人工抄表等原因，一些数据可能不够合理。因此，必须对所选取数据进行分析，从 中舍弃不合理的数据组，然后将剩下的各组数据中的同名数据加以算术平均，即： 岸 z 一 = 上l公式( 3 1 ) 式( 3 - 1 ) d p ：z 表示经筛选后的数据；刀表示经筛选后工况点的数据组数。其平 1 6 论文 l 、根据物理常识或者工程技术方面的原理判断数据的合理性。例如，在汽轮 机调节阀门开度不变的情况下，如果没有其它操作而且设备运行正常，当主蒸汽压 力升高时，主蒸汽流量、监视段压力、各段抽汽压力以及机组功率都应相应增大。 在这种情况下，若发现其中某个数据反而减小，显然不合理，应将这个数据剔除。 2 、应用g r u b b s 检测方法判断若某个数据有m 个原始数据，分别为必，必， 织，于是有 必 _ 一 - 五= 兰= l 一 历 公式( 3 - 2 ) 残差为圪= 必一五，假定原始数据是正态分布，则均方根误差按b e s s e l 式估 计，即 公式( 3 - 3 ) g r u b b s 方法是先选定一个危险率，然后根据彬和y 查表得到临界值及彬，y ) ， 若其中某个数据满足公式( 3 - 4 ) 则认为是异常数据，该数据应该舍弃。 屹i 仃及彬，) 公式( 3 - 4 ) 在舍弃一组数据后应该重新计算以和仃，再重复上述方法