配置暖风器的火电机组最佳入炉风温的确定系统及方法

摘要

本发明公开了一种配置暖风器的火电机组最佳入炉风温的确定系统及方法，采用现场运行数据，以定锅炉入口煤量和环境气温条件下的火电机组供电负荷最高为寻优目标函数，采用单变量对比法，通过暖风器热侧蒸汽或热水流量的方式调整机组入炉风温，将火电机组供电负荷与基准工况相比，若小于，则原基准工况仍作为基准工况；若大于，则该入炉风温对应运行工况作为新的对比基准工况，机组调整入炉风温，进行下一次迭代寻优。本发明以定锅炉入口煤量和环境气温条件下的火电机组供电负荷最高为寻优目标函数，在线获得火电机组在不同锅炉入口煤量和环境气温等边界条件下锅炉入炉风温最佳控制值，实现供电负荷最高，盈利能力最大化的目的。

说明书

技术领域

本发明属于节能降耗技术领域，涉及一种配置暖风器的火电机组最佳入炉风温的确定系统及方法。

背景技术

电站燃煤锅炉通常采取设置暖风器来避免尾部受热面发生低温腐蚀的危害。暖风器布置于一次风机(含送风机)出口至空气预热器进口的风道中。按照热源形式，暖风器可分为蒸汽暖风器和热水暖风器，其中蒸汽暖风器为燃煤电站设计和建设的标准配置，汽源取自辅汽联箱；热水暖风器是运行机组节能改造系列中出现的一种余热利用形式，在锅炉空气预热器出口至除尘器入口的烟道中设置烟气-水换热器，在一次风机(含送风机)出口至空气预热器进口的风道中设置空气-水换热器，以水为热载体，引锅炉空气预热器出口烟气余热用于加热入炉冷风，多余部分进入5号低压加热器入口，排挤汽轮机低压缸部分抽汽，这种系统称之为低温省煤器与暖风器联合系统，该系统能够有效利用排烟余热，部分替代蒸汽暖风器，降低机组发电煤耗，提高除尘器效率，提高空气预热器入口风温和出口烟温，大大缓解空气预热器的堵灰状况，还可以降低引风机电耗和脱硫系统水耗。

锅炉实际运行中，由于受热面积灰、结渣或堵灰，燃用煤种变化(如水分、灰分增加)，运行操作水平等各种原因，一般排烟温度均高于设计值。基于能量的梯级利用原理，应尽量在炉内降低排烟温度，对于无法在炉内降低排烟温度的机组，一般采用烟气余热回收技术来降低排烟温度，锅炉空气预热器出口至除尘器入口的烟道中设置烟气-水换热器，引入低温凝结水吸收空气预热器出口烟气余热，吸热后的高温凝结水再进入低压加热器，排挤低压缸部分回热抽汽。

总之，暖风器和低温省煤器联合，组成火电机组余热回收系统。

参见图1，图1为蒸汽暖风器和低温省煤器联合系统的工艺示意见。锅炉1过热器出口蒸汽进入高压缸2做功，排汽进入锅炉1再热器二次提温后再进入中压缸2做功，排汽分为两路，一路进入低压缸3做功，排汽进入凝汽器5冷凝；另一路进入蒸汽暖风器13。高中压缸2和低压缸3同轴连接，共同驱动发电机4发电。凝汽器5出口凝结水依次经过8号低压加热器6、7号低压加热器7、6号低压加热器8、5号低压加热器9、给水泵10和高压加热器组11升温升压后，进入锅炉，完成热力循环。

锅炉1省煤器出口热烟气进入空气预热器12加热蒸汽暖风器13出口热风后，再依次流经低温省煤器14、除尘器15、引风机16、脱硫塔17和烟囱18，经脱硫脱硝除尘降温后，排入大气环境。

从8号低压加热器6和7号低压加热器7分别取水，混合后经循环升压泵19加压后进入低温省煤器14吸热升温后，再进入6号低压加热器8出口水管道。

参见图2，图2为热水暖风器和低温省煤器联合系统的工艺示意图。

锅炉省煤器出口热烟气进入空气预热器12加热热水暖风器20出口热风后，再依次流经低温省煤器14、除尘器15、引风机16、脱硫塔17和烟囱18，经脱硫脱硝除尘降温后，排入大气环境。

从8号低压加热器6和7号低压加热器7分别取水，混合后经循环升压泵19加压后进入低温省煤器14吸热升温，低温省煤器14出口的高温凝结水分为两路，一路进入热水暖风器20加热风机出口冷风，另一路进入6号低压加热器8出口水母管。

蒸汽暖风器13布置在热水暖风器20出口和空气预热器入口之间的风道内，作为热水暖风器故障时应急备用。蒸汽暖风器13热源取自火电机组中排抽汽，疏水回至凝汽器。

暖风器和低温省煤器组成的电站余热回收系统，除保留暖风器原有安全防护作用(即就是避免尾部受热面发生低温腐蚀的危害)，还应具备节能提效的作用。

然而，暖风器和低温省煤器组成的电站余热回收系统，并不是孤立运行的，其参数的调节影响电站锅炉热效率、汽轮机回热抽汽分配以及厂用电的变化，影响范围广且机理复杂。分析可知，电站余热回收系统的核心调节参数为暖风器出口至空气预热器的风温。以保证锅炉尾部受热面不发生低温腐蚀的最低风温为基准，抬升空气预热器出口风温，有利影响为：1)进入锅炉的空气温度越高，有利于改善锅炉燃烧，提升锅炉热效率；2)抬升空气预热器出口排烟，提高低温省煤器余热回收量，不利影响为：1)加大了热源蒸汽量的消耗，降低汽轮机做功能力；2)抬升空气预热器出口排烟，降低锅炉热效率。故存在一个最佳入炉风温，兼顾锅炉、汽轮机的整体能效，使得机组整体经济性最佳。

关于暖风器和低温省煤器组成的电站余热回收系统的相关研究较多，分别涉及热力系统技术方案及设计、暖风器防冻、性能试验及修正方法等方面。但关于空气预热器出口最佳风温相关研究，鲜有公开报道。

文献“低温省煤器与暖风器联合系统参数优化[J].热力发电2018,47(03)，张知翔，等”，计算了低温省煤器换热面积及暖风器出口风温对整个系统节煤量、静态投资及静态投资回收期的影响，得出了联合系统静态投资回收期随暖风器出口风温的提高先降低后升高的变化规律。

文献“低低温省煤器联合暖风器系统运行优化[J].热力发电2018,47(06)，吕凯，等”，采用现场热力性能试验的技术方法，以采用热水暖风器和低温省煤器联合系统的某300MW等级机组为研究对象，采用供电煤耗最低值为寻优目标函数，测量锅炉热效率、汽轮机热耗率及厂用电的变化，得出最佳风温。

文献“暖风器与低温省煤器联合系统变参数热力特性模拟[J].热力发电2018,47(07)，谢天，等”，以某亚临界330MW机组为例，采用Ebsilon软件建立了包含锅炉、汽轮机和发电机的完整模型，在此模型基础上对常规低温省煤器和暖风器与低温省煤器联合系统进行了热力特性模拟，着重分析了设计不同的暖风器出口风温时，联合系统的特性变化，及其对汽轮机热耗率、锅炉效率、发电煤耗、辅机功耗和供电煤耗的影响。得到了供电煤耗下降值随暖风器出口风温的变化规律：供电煤耗降幅随风温升高而增加，但风温升高至一定程度后，节能量不再变大。

综上分析，现有研究有采用现场热力试验或数值模拟两种，现场热力试验以供电煤耗最低值为目标函数，测试不同风温条件下的锅炉热效率、汽轮机热耗率和厂用电率，求取最佳风温值，该方法精确度高，遵循现有行业标准对锅炉、汽轮机性能试验的，对试验条件、系统隔离、测点安装、工况调整、数据整理及后续修正计算等要求较高，投入的人力、物力较多，可操作性和推广度相对不强；理论计算基于机组设计及运行资料，建立包含锅炉、汽轮机及热力系统、发电机的电站整体模型，通过改变暖风器出口风温，进行变工况计算，以供电煤耗最低值为寻优目标，获得最佳风温值，该方法工作量相对较低，可操作性和推广度高，但在部分负荷甚至低负荷工况下，理论建模计算中关于锅炉、汽轮机及热力系统边界诸如抽汽压损、加热器端差、泵效率等的取值，依据设备厂家设计资料，和实际运行存在一定偏差，理论计算结果偏离实际真实值。再者，上述方法要求从业人员具备一定的数据处理计算修正、理论建模计算的水平，除高校学者、电科院专业技术人员外，普通电力行业技术工作者均不具备该要求，一定程度限制了寻优方法的推广应用。

综上，亟需一种可操作性强、精确度高、符合具体机组实际运行情况的火电机组最佳入炉风温的在线确定方法。

发明内容

本发明的目的在于现有火电机组最佳入炉风温寻优方法存在工作量大、部分工况偏离实际结果、操作要求高等问题，提供一种配置暖风器的火电机组最佳入炉风温的确定系统及方法，本发明采用火电机组现场DCS运行数据，以定锅炉入煤量条件下的机组供电负荷最高为寻优目标函数，采用单变量对比法，通过运行参数调整，获得配置暖风器的火电机组在不同环境气温、供电负荷等边界条件下的入炉风温最佳控制值。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种配置暖风器的火电机组最佳入炉风温的确定方法，包括以下步骤：

步骤1，建立配置暖风器的火电机组最佳入炉风温的表征参数；

步骤2，根据边界参数锅炉入口煤量B和环境气温t

步骤3，以火电机组供电负荷N

一种配置暖风器的火电机组最佳入炉风温的确定系统，包括以下步骤：

表征参数建立模块，所述参数建立模块用于建立配置暖风器的火电机组最佳入炉风温的表征参数；

测试工况划定模块，所述测试工况划定模块用于根据边界参数锅炉入口煤量B和环境气温t

风温确定模块，所述风温确定模块用于以火电机组供电负荷N

一种配置暖风器的火电机组最佳入炉风温的确定装置，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述方法的步骤。

一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述方法的步骤。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明采用现场运行数据，以定锅炉入口煤量和环境气温条件下的火电机组供电负荷最高为寻优目标函数，采用单变量对比法，通过暖风器热侧蒸汽或热水流量的方式调整机组入炉风温，将火电机组供电负荷与基准工况相比，若小于，则原基准工况仍作为基准工况；若大于，则该入炉风温对应运行工况作为新的对比基准工况，机组调整入炉风温，进行下一次迭代寻优。本发明以定锅炉入口煤量和环境气温条件下的火电机组供电负荷最高为寻优目标函数，在线获得火电机组在不同锅炉入口煤量和环境气温等边界条件下锅炉入炉风温最佳控制值，实现供电负荷最高，盈利能力最大化的目的。

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为蒸汽暖风器和低温省煤器联合系统示意图。

图2为热水暖风器和低温省煤器联合系统示意图。

图3为本发明配置暖风器的火电机组最佳入炉风温的确定流程图。

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3，本发明实施例公开了一种配置暖风器的火电机组最佳入炉风温的确定方法，包括以下步骤：

步骤1，建立配置暖风器的火电机组最佳入炉风温的表征参数

将火电机组的锅炉、汽轮机、发电机、相关辅机及热力系统视为整体，在锅炉侧输入燃煤，输出为主变压器出口的供电负荷。

供电煤耗定义为单位供电量下的机组标煤消耗量，g/kWh，综合反映了是锅炉热效率、汽轮机热耗率、辅机总耗电占发电机输出功率比值，通过锅炉、汽轮机及厂用电热力试验分别测出热效率、汽轮机热耗率及厂用电率后，计算得出。

本发明将供电煤耗的计算公式稍加转化，以锅炉入炉煤量B给定条件下的供电负荷N

火电机组供电负荷定义N

锅炉入口煤量B给定，通过改变暖风器加热蒸汽流量，改变出口风温，读取不同工况的供电负荷N

步骤2，根据边界参数锅炉入口煤量B和环境气温t

统计火电机组近一年的运行数据，主要包括：

锅炉入口煤量B：B

环境气温t

按照锅炉入口煤量B和环境气温t

①B

B

B

B

B

②t

t

t

t

t

t

综上，按照本发明的寻优工况划定方法，最佳入炉风温在线确定工况共计5×5＝25组。

步骤3，以火电机组供电负荷N

①寻优试验期间，锅炉入口煤质给定不变。

②火电机组锅炉入口煤量B和环境气温t

③以基准工况的暖风器出口风温t

将N

④抬升暖风器出口风温的操作，直至暖风器热侧蒸汽或热水流量最大值对应的出口风温t

⑥完成剩余14个工况的最佳入炉风温确定，得出火电机组在不同入炉煤量B和环境气温t

步骤4，寻优结果应用于生产节能挖潜指导。

将上述25各工况的最佳入炉风温值，以锅炉入口煤量B和环境气温t

生产运行中，技术人员根据锅炉入口煤量B和环境气温t

若锅炉入口煤质发生变化，需重新进行上述操作，以确定火电机组在不同锅炉入口煤量B、不同环境气温t

本发明一实施例提供的配置暖风器的火电机组最佳入炉风温的确定装置的示意图。该实施例的配置暖风器的火电机组最佳入炉风温的确定装置包括：处理器、存储器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序。所述处理器执行所述计算机程序时实现上述各个方法实施例中的步骤，例如图3所示的步骤。或者，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述各装置实施例中各模块/单元的功能。

所述计算机程序可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器中，并由所述处理器执行，以完成本发明。

所述配置暖风器的火电机组最佳入炉风温的确定装置可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述配置暖风器的火电机组最佳入炉风温的确定装置可包括，但不仅限于，处理器、存储器。

所述处理器可以是中央处理单元(CentralProcessingUnit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(DigitalSignalProcessor，DSP)、专用集成电路(ApplicationSpecificIntegratedCircuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-ProgrammableGateArray，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。

所述存储器可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现所述配置暖风器的火电机组最佳入炉风温的确定装置的各种功能。

所述配置暖风器的火电机组最佳入炉风温的确定装置集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccessMemory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。

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。