一种工业供汽电厂热负荷厂级优化分配系统及方法

摘要

本发明公开了一种工业供汽电厂热负荷厂级优化分配系统及方法，构建由多台机组组成的工业供汽电厂的厂级盈利计算模型；通过现场试验结合理论分析计算，得出各煤电机组标煤消耗量随电负荷和热负荷的关系特性；以平均分配作为基准对比工况为，通过调整工业供汽负荷在各机组之间的分配，以厂级盈利值最大为寻优目标，得出工业供汽电厂在不同总供汽负荷、分机组供电负荷下的各机组供热负荷分配。本发明适用于承担对外工业供汽的由多台热电联产机组组成的电厂，以厂级盈利值最大化为目标，在总供汽负荷、机组供电负荷、电力辅助调峰服务要求等多边界约束下，通过本发明提供的方法，实现总供汽负荷在厂内各机组间的分配，取得厂级盈利值最大化。

说明书

技术领域

本发明属于节能降耗领域，涉及一种工业供汽电厂热负荷厂级优化分配系统及方法。

背景技术

随着电力能源结构转型优化的持续推进，在装机占比和发电量占比均过半的火电机组，其定位和作用从电源电量主体，逐渐向提供有价值的电、热、汽、气、水等多种形式能源，以及承担城市固废消纳、新能源电力高比例消纳等社会性服务转变。

以高参数、大容量的热电联产+供热管网的集中供热，替代分散布置、污染重、能耗高的燃煤燃油供热锅炉房。受经济结构以及气候地理环境等因素影响，工业发达地区，轻纺类、化工类、及其他企业在生产经营过程中，对热在品质及量方面要求各异。早期用汽企业往往自备锅炉房，存在能耗和成本高、占地及检修维护工作量大、污染重、可靠性低等缺点，并存在一定的安全隐患。热电联产集中供热+工业园区的模式，较好的兼顾供热成本、大气污染排放减控、清洁绿色城市建设及发展、煤电转型升级等综合需求，得到了快速推广和发展。

工业园区各用汽企业受生产工艺及规律的影响，用汽参数(压力及温度)和负荷(蒸汽量)各不相同。但燃煤发电机组通过技术改造对外供汽，通过在参数离散分布的汽源点抽汽外供，典型汽源点有锅炉过热器出口、锅炉再热器入口及出口、中压缸排汽口、以及汽轮机各级回热抽汽口等，见图1。为了消弱因电网调度导致煤电机组电负荷宽负荷变化引起的抽汽外供参数大幅变化，通过在煤电机组汽水热力循环的某处加装调节阀，根据煤电机组变电负荷工况下的抽汽口蒸汽参数、用户需求进行调节阀开度调整，该方式称之为可调整抽汽供热。其中基于中压缸进汽调门参调的热再可调整抽汽方式，单机供汽能力强、供汽压力范围宽，在诸多大型工业园区集中供热场景得到了应用。以300MW机组为例，实施基于中压缸进汽调门参调的热再可调整抽汽改造，供汽压力范围为1.6-3MPa、供汽温度高达～530℃、供汽流量高达200-250t/h。

煤电机组对外工业供汽，属于典型的市场行为，追求供汽利润化是企业的永恒。改造阶段应根据煤电机组设备及系统具体特性、工业用汽参数和负荷的需求、可选改造技术的优缺点、电网关于电力辅助调峰服务的要求及政策等因素进行改造方案的优选。改造后应进行供热运行优化，实现运行节能挖潜。然而，现有研究多侧重于工业供汽方案的优选，关于供热负荷，特别是工业供热负荷在厂级多机组间的优化分配，鲜有公开报道。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中的问题，提供一种工业供汽电厂热负荷厂级优化分配系统及方法，以厂级盈利值最大化为目标函数，将总供热负荷在供热电厂各机组之间合理分配，实现节能降耗，有助于全社会碳排放的减控。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种工业供汽电厂热负荷厂级优化分配方法，包括以下步骤：

建立工业供汽电厂的厂级盈利值计算模型；

根据边界参数厂级总供汽负荷、分机组调度的供电负荷，进行寻优工况划定；

以工业供汽电厂全厂标煤消总耗量值最低值为导向，进行各寻优工况的供汽负荷厂内分配方式确定。

本发明进一步的改进在于：

所述工业供汽电厂的厂级盈利值计算模型如下：

PRO＝(N

式中，PRO为厂级盈利值，元/h；N

所述寻优工况划定的具体方法如下：

统计最近一个完整自然年的工业供汽电厂运行数据，包括：总对外供汽负荷D

以总对外供汽负荷D

D

D

D

D

D

D

D

在每个离散的总对外供汽负荷D

N

N

N

N

共列出24组寻优工况。

所述供电负荷N

式中，f

所述进行各寻优工况的供汽负荷厂内分配方式确定的具体方法如下：

输入1号机组供电负荷N

D

若D

所述迭代寻优的具体方法如下：

令：D

根据式(3)计算1号和2号机组的标煤消耗量，得出全厂总标煤消耗量B

进行如下判定：

B

若B

令：D

当1号机组供汽负荷等于0，或者2号机组供汽负荷达到供电负荷对应的最大值D

得出最优工况B

所述基准工况的确定方法如下：

以1号机组在供电负荷N

根据式(3)计算1号和2号机组的标煤消耗量，得出全厂总标煤消耗量B

令B

根据所述24个寻优结果，得出在全厂总对外供汽负荷、分机组供电负荷条件下总供汽负荷在厂内各机组间的分配，取得厂级盈利值最大化；

以总供汽负荷为因变量，绘制出1号机组和2号机组分别承担的供汽负荷随各自供电负荷的变化曲线；

根据总供汽负荷线性内插或外推法，1号机组和2号机组在给定供电负荷条件下的最佳供汽负荷分配值。

一种工业供汽电厂热负荷厂级优化分配系统，包括：

模型建立模块，所述模型建立模块用于建立工业供汽电厂的厂级盈利值计算模型；

寻优工况划定模块，所述寻优工况划定模块用于根据边界参数厂级总供汽负荷、分机组调度的供电负荷，进行寻优工况划定；

分配方式确定模块，所述分配方式确定模块用于以工业供汽电厂全厂标煤消总耗量值最低值为导向，进行各寻优工况的供汽负荷厂内分配方式确定。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明适用于承担对外工业供汽的由多台热电联产机组组成的电厂。以厂级盈利值最大化为目标，在总供汽负荷、分机组供电负荷、电力辅助调峰服务要求等多边界约束下，采用单变量对比法，依次调整机组承担的供汽负荷，将全厂总标煤消耗量与基准工况比较，若大于，则原基准工况仍作为基准工况；若小于，将该参数对应运行工况作为新的对比基准工况，继续调整机组承担的供汽负荷，进行下一次迭代寻优。本发明在满足总对外供汽负荷和分机组供电负荷的条件下，以厂级盈利值最大化为目标函数，得出工业供汽电厂在全厂总对外供汽负荷、分机组供电负荷条件下总供汽负荷在厂内各机组间的分配方式，取得厂级盈利值最大化。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为现有抽汽外供位置及需考虑的影响因素的示意图。

图2为本发明工业供汽电厂热负荷厂级优化分配方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“水平”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，若出现术语“水平”，并不表示要求部件绝对水平，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参见图2，本发明实施例公开了一种工业供汽电厂热负荷厂级优化分配方法，为了清晰说明本发明的具体实施方式，以某个由2台工业供汽机组(命名为1号机组、2号机组)构成的供汽电厂为例进行说明。

为了使得本发明提出的厂级热负荷优化分配方法具备典型性和普适性，约定如下边界：

电网根据各个机组的供电负荷进行实时调度，两台机组实时供电负荷并不相同。

两台机组从各自的蒸汽流程的某处抽汽，汇集到厂内供汽母管后对外供出。两台机组供汽抽汽位置不同，供汽方式不同。

供热电厂总供汽负荷根据外部热用户需求实时变化，对外供汽后的凝结水不回收。为保障工业供汽机组热力循环汽水质量平衡，需在凝汽器补入等对外供汽负荷的除盐水。

本发明所述的厂级盈利值，专指与生产直接相关，不涉及非生产领域诸如检修维护、财务利息、折旧分摊、人员工资、税等。

步骤1，建立工业供汽电厂的厂级盈利值计算模型。

2台工业供汽机组构成的供汽电厂，对外提供供电、供汽服务，并承担地区电网电力辅助调峰服务。生产运行成本为标煤消耗、除盐水补水的外购及制水费用等。工业供汽电厂的厂级盈利值计算模型见式(1)。

PRO＝(N

式中，PRO为厂级盈利值，元/h。N

燃煤发电机组通过技术改造对外供汽，供电负荷受当地电网根据地区供需关系分机组实时调度，对外供汽负荷根据工业园区各用汽企业根据生产工艺等因素实时调度，故工业供汽电厂并无自主的电、热调节权限。

综上，在价格e、h、b、w以及电网电力辅助调峰辅助补偿政策不变的情况下，工业供汽电厂的厂级盈利值PRO仅与B

推理认为，标煤消耗B

步骤2，基础数据准备。

煤电机组通过技术改造，在蒸汽流程某处抽汽外供，工业供汽流负荷D时供电负荷N

式中，f

特别的，采用某种工业供汽方案的煤电机组的供汽负荷D，在给定供电负荷N

煤电机组标煤消耗量B是供电负荷N

式中，f

步骤3，根据边界参数厂级总供汽负荷D

统计最近一个完整自然年的工业供汽电厂运行数据，主要包括：总对外供汽负荷D

以总对外供汽负荷D

D

D

D

D

D

D

D

在每个离散的总对外供汽负荷D

N

N

N

N

综上，共列出24组寻优工况。

步骤4，以工业供汽电厂全厂标煤消总耗量B值最低值为导向，进行各寻优工况的供汽负荷厂内分配方式确定。

输入1号机组供电负荷N

D

否，则不能迭代寻优程序终止。

是，进入寻优流程。

基准工况

以1号机组在供电负荷N

根据式(3)计算1号和2号机组的标煤消耗量，得出全厂总标煤消耗量B

令B

迭代寻优

令：D

根据式(3)计算1号和2号机组的标煤消耗量，得出全厂总标煤消耗量B

进行如下判定：

B

否，B

是，B

令：D

当1号机组供汽负荷等于0，或者2号机组供汽负荷达到供电负荷对应的最大值D

得出最优工况B

步骤5，寻优结果应用于生产节能挖潜指导。

根据上述24个寻优结果，得出在全厂总对外供汽负荷、分机组供电负荷条件下总供汽负荷在厂内各机组间的分配，取得厂级盈利值最大化。

以总供汽负荷为因变量，绘制出1号机组和2号机组分别承担的供汽负荷随各自供电负荷的变化曲线。

生产运行中，技术人员根据总供汽负荷线性内插或外推法，1号机组和2号机组在给定供电负荷条件下的最佳供汽负荷分配值，以取得运行成本最低，盈利能力最大化的目的。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。