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直接空冷机组背压优化及控制策略研究
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热工 469 直接空冷机组背压优化及控制策略研究 中国电力工程顾问集团西北电力设计院有限公司,李涛、刘新龙、徐斌、申景军、郑冠捷 摘要:与传统水冷机组相比,直接空冷机组具有显著的节水效果。本文建立了空冷凝汽器的简化数学模型,结合 电厂实例对影响空冷机组背压的各因素进行了分析,同时结合先进的控制策略,将量子遗传算法应用于直接空冷机组的 背压优化,实现背压调节回路中设定值的自动给定,并据此优化 PID 控制策略,从而在空冷机组厂用电和机组效率找到 最佳平衡点,改善空冷凝汽器的控制性能,保证凝汽器的高效工作,提高机组的运行经济性,达到节能降耗的目的。 关键词:背压优化;变工况;控制算法;控制策略;PID;仿真 1 引言 近年来,我国大容量、高参数的火力发电机组 装机容量不断增加,不仅消耗大量的一次能源,同 时也消耗大量的水资源。直接空冷机组作为火力发 电工程中的一种新的节水途径,与传统水冷形式相 比,可以节水 65% 以上 [1]。随着直接空冷技术的发 展,近几年来在我国“富煤缺水”地区以及北方干 旱地区,新建及投产机组大多为直接空冷机组,这 样既可以缩减煤炭的运输距离,又可以大大减少水 资源的消耗 [2]。 直接空冷机组的空冷凝汽器是通过风机强制空 气对流带走汽轮机排汽的热量,并且将汽轮机排汽 凝结成水。在理论上,提高冷凝器的真空度对改善 循环的热效率总是有利的。空冷风机为了保证凝汽 器换热,确保机组背压,需要消耗相当一部分厂用 电;当机组背压过高时,空冷风机消耗的电量相对 较少,但此时汽轮发电机组效率较低,经济性较差; 当机组背压过低时,空冷风机消耗的电量非常大, 机组效率提高带来的好处不足以抵消空冷风机电量 的消耗,经济性并不在最优点;因此直接空冷机组 凝汽器运行存在一个最佳点,在此点时,直接空冷 机组运行在最优的状态。通过对直接空冷机组优化 运行状态的研究,有利于更好的指导运行人员进行 空冷机组的运行操作,同时对空冷系统控制策略的 优化意义重大。 本文建立了空冷凝汽器系统简化的变工况数学 模型,对影响排汽压力的各因素进行了分析,得出 直接空冷系统经济运行的背压的优化算法,同时结 合先进的控制策略,提出了空冷风机的运行优化控 制方案,从而提高机组的运行经济性。 2 直接空冷机组最佳背压的确定及控制方法 2.1 直接空冷凝汽器变工况数学模型 凝汽器是直接空冷机组重要的组成部分,直接 空冷凝汽器真空的高低直接关系到整个机组运行的 安全性和经济性。直接空冷机组凝汽器真空受许多 因素的影响,如机组负荷(排汽热负荷) 、凝汽器入 口空气温度、凝汽器迎风面风速等. 直接空冷凝汽器变工况计算是进行空冷机组冷 端运行优化的基础。空冷凝汽器变工况计算是在已 知凝汽器进口蒸汽参数及进口空气参数的条件下计 算排汽压力。直接空冷凝汽器的变工况特性一般采 用传热单元数法ε-NTU 进行研究计算 [3]。 凝汽器管内蒸汽的凝结放热量为 [4]: () nnnsn QD hh (2-1) 式中: n Q——管内蒸汽凝结放热量,kW; n D——汽轮机排汽量,kg·s -1; sn h——空冷凝汽器的凝结水焓,kJ·kg -1; n h——汽轮机排汽焓,kJ·kg -1;

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