[发明专利]直接空冷发电机组冷端系统建模与优化方法

说明书

本发明公开了一种直接空冷发电机组冷端系统建模与优化方法，包括如下步骤：(1)将冷端系统分为5个部分，分别为汽轮机低压缸、蒸汽分配管、空冷凝汽器、凝结水箱和轴流风机群；(2)分别对5个部分进行动态机理建模得到相应的模型，将5个部分按照工作流程依次相连得到冷端系统的动态机理模型，模型输入量为环境温度以及64台风机转速，模型输出量为汽轮机背压以及各列凝结水温度。本发明建立了直接空冷机组冷端系统尤其是蒸汽分配和凝结过程的详细动态数学模型，能够准确反映冷端系统的动态特性，同时给出了给定负荷下的最优经济背压和各列风机最优转速的优化方法和结果，为机组安全经济运行提供理论依据。

技术领域

本发明涉及热力系统动态分析领域，尤其是一种直接空冷发电机组冷端系统建模与优化方法。

背景技术

基于对我国的能源分布特点、区域地理地形特性及工业化产区分布的三点考虑，燃煤电厂势必在今后一段时间内仍将占据我国电力产业较大的份额；另一方面，我国总体水资源缺乏及水资源区域分布不均决定了节水技术在燃煤电厂建设中的重要性，特别是我国北方富煤地区同时又是缺水干旱地区，火电机组采用空冷技术代替湿冷技术是火力发电厂颇为有效的一项节水技术。直接空冷机组将汽轮机排出的蒸汽通过大直径蒸汽管道输送到空冷岛各蒸汽分配联箱后进入翅片管束，冷空气经过轴流风机作用掠过翅片管冷凝管内蒸汽。

由于采用空气代替水作为冷却介质，直接空冷系统节水优势明显，但冷却空气温度随季节、昼夜时间变化明显，由此造成机组背压随环境温度大幅度频繁波动，夏季高温天气下背压升高，影响汽轮机出力，而冬季气温低凝汽器容易发生冰冻危险。直接空冷机组背压的控制是通过调节变频冷却风机转速实现，以吉林白城电厂660MW直接空冷机组为例，冷端系统配有64台变频轴流风机成8×8矩阵排列，单台风机额定轴功率约82.2kW，则风机群总功率占机组额定功率达0.8％，使得厂用电率也相应提高。因此了解掌握直接空冷机组冷端系统动态特性，建立具有一定准确度同时易于控制的低阶动态数学模型，优化冷端系统背压控制对于电厂的安全运行、节能降耗具有重要意义。

空冷凝汽器作为直接空冷机组冷端的重要组成部分，受到环境风温、风向、风速、汽轮机排汽参数等众多因素影响。对此已有很多学者展开研究工作，分析讨论了排汽热负荷、排汽管道压损、迎面风速和环境温度对排汽压力的影响规律，分别以锅炉效率、管道效率、年运行小时数以及燃煤价格、节水效果等因素为优化目标得到空冷凝汽器的最优设计参数。然而这些研究工作都仅仅是建立了直接空冷机组冷端系统的静态数学模型，无法体现冷端系统的动态特性，更无法用于背压控制系统的设计与后续经济优化问题的研究。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种直接空冷发电机组冷端系统建模与优化方法，能够准确反映冷端系统的动态特性，同时给出了给定负荷下的最优经济背压和各列风机最优转速的优化方法和结果，为机组安全经济运行提供理论依据。

为解决上述技术问题，本发明提供一种直接空冷发电机组冷端系统建模与优化方法，包括如下步骤：

(1)将冷端系统分为5个部分，分别为汽轮机低压缸、蒸汽分配管、空冷凝汽器、凝结水箱和轴流风机群；

(2)分别对5个部分进行动态机理建模得到相应的模型，将5个部分按照工作流程依次相连得到冷端系统的动态机理模型，模型输入量为环境温度以及64台风机转速，模型输出量为汽轮机背压以及各列凝结水温度。

优选的，冷轮机低压缸的动态机理建模包括如下步骤：

(1)机组背压变化对汽轮机低压缸排汽的影响主要体现在排汽流量变化和排汽焓变化两方面；汽轮机排汽流量变工况计算如下：对汽轮机回热系统各加热器列出能量守恒方程如下：

加热器#1：

D_t1(h_t1-h_d1)＝D_fw(h_w1-h_w2) (1)