火电厂汽轮机运行初压优化方法的研究

何镇威

摘 要：火电厂发电是目前我国电力能源来源的主要方式，汽轮机是火电厂的主要部件，将锅炉中的蒸汽转化为机械能。许多火电厂的汽轮机的运行设计不合理导致汽轮机长期处于低负荷的工作状态，影响到汽轮机的热经济性，为了优化火电厂汽轮机的运行效率，该文对火电厂汽轮机的运行初压优化方法进行了论述和概括，以促进火电厂的经济性。

关键词：火电厂 运行初压 优化方案 能耗率

中图分类号：TM621 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）06（c）-0060-02

目前，我国的生活用电主要依靠于火电厂发电，随着对电力需求的升高，火电厂机组容量需求不断扩大，但是相应的汽轮机在频繁的启动和停止过程中需要不断地变负荷运行，这不仅会导致汽轮机长期处于低负荷状态，不利于火电厂的热经济性，汽轮机在频繁更换工作状态时的环境、更换方式以及汽轮机设备性能都会影响到汽轮机的工作状态以及火电厂的经济性，通过优化汽轮机的工作状态等可以调整汽轮机运行初压，以提高汽轮机的稳定性，提高火电厂工作的经济性。

1 火电厂汽轮机的工作原理

汽轮机是通过煤炭加热使得水产生大量蒸汽，环形配置喷嘴与锅炉系统可将蒸汽转化为机械能，即蒸汽产生的气压推动汽轮机转动。而汽轮机是与电磁发电机的叶轮连在一起，通过汽轮机的转动，便可带动电磁发电机转动，从而实现电能的储存。火电厂常用汽轮机主要分为两种：单级汽轮机和多级汽轮机。若根据蒸汽能量值可将汽轮机分为三种：速度级、反动级与冲动级。火电厂汽轮机优化方法可分为两种：一种是试验寻优法，另一种是理论寻优法。试验寻优法即对现场的热力进行试验，通过直接获得的某些经济指标对主蒸汽压力进行综合的评价，从而获得最优初压运行曲线。理论寻优法即全方面综合分析汽轮机内部的主要工作情况以及整体状况水平，通过获得适合的计算公式进行理论计算，得到一些预期的参数指标。

2 优化运行初压的评定方式

2.1 建立初压数学模型

汽轮机运行的热经济效益与很多的指标有关，包括汽轮机组的煤耗量、热耗率以及使用效率，其中最重要的指标参数是汽轮机的热耗率。为了尽可能地降低运动初压所产生的热消耗，可以针对这几个指标建立一定的运行初压的模型来优化初压的运行。在火电厂汽轮机工作过程中，汽轮机的热消耗率会影响到进入汽轮机中的蒸汽压的压力，锅炉产生的蒸汽压在进入汽轮机时的蒸汽压以及蒸汽流量可以通过人为的去设定，控制汽轮机在一定的负压条件下，蒸汽的蒸汽流量以及气压就会固定好，因此可以建立一定的模型在固定汽轮机的固定运行初压的条件下来计算出最小的热消耗率所对应的主蒸汽压的压强。当然，通过建立数学模型所确定的主蒸汽压的压强所对应的热消耗率不一定是最低的，因此汽轮机的工作还会受到工作环境以及运行条件影响，在实际的工作过程中汽轮机所转化成的机械能在发电的过程中因汽轮机厂家所确定的额定工况有所不同，所以最终确定的热效率也会不相同。

2.2 确定可行压力区间

汽轮机在工作时会有单阀、双阀、三阀、四阀4个进蒸汽的方式，这4个阀全打开的情况下，会影响到滑压的运行初压，因此可以根据所需要的压力大小以及汽轮机的工作负荷来决定气阀的开启状态。在固定的负荷条件下，主蒸汽压的压强变化区间会随着气阀的打开状态而改变，在选定固定的负荷后就能够确定汽轮机的可运行压力区间，确定了运行的压力区间就可以对汽轮机的运行热耗率进行ALSSVR建模，从而计算出最优的压力。其中最小二乘支持向量回归（ALSSVR）建模是一种在线预测的建模方法，它是利用原始的数据进行随机的挑选几组数据然后进行预测，来评价汽轮机改变工作状态时的性能以及热耗率。这种建模的方法是利用模型中的推断方法对热耗率进行计算预测，为判断是否需要更新建模的临界值提供依据。这种模型的建立不一定能够满足火电厂的发电需求，是由于在进行建模运算时预算结果的精确度会很低，导致预测值与实际偏差很大。

2.3 确定最优运行初压

当确定好模型以及可运行压力区间后，就需要对汽轮机在使用一段时间内的相关数据进行随机的实验和验证，来完善模型结构，并且绘制汽轮机在工作状态时一些相关数据的动态变化。不断完善和修改模型来达到预测的热耗率的数据与实际的数值相差不远，误差很小，就能够确定该模型可以用来计算和分析汽轮机在改变工作状态时的情况了。当预测的精确度低于设定的精确度最低值时，构建的模型就会自动的更新相关的参数，如负压值、蒸汽压的压强以及进气量，以确保预测的精准度。随着计算机技术的不断发展，汽轮机运行初压的优化方法被不断地更新和完善，在ALSSVR算法的基础上进一步建立多种预测模型有助于提高计算的效率以及预测的精准度，比如结合万有引力搜索算法（IGSA）进行混合建模的方法以及利用BP神经网络进行预测等方法，但是利用BP神经网络对复合滑压运行参数进行优化时会存在计算时间长，结果的随机性比较大，精确度不高并且适用范围广。当然还可以结合一些仿真实验来确定最优化运行初压所对应的主蒸汽压的压力值，一些仿真实验利用GSA、ABC、WGSA等一些计算方法更有助于对建立模型的预测结果进行对比和分析，通过对比和分析来确定最优的汽轮机的运行初压，其中IGSA是利用13个基准函数进行计算的，通过IGSA计算的精确度和稳定性都更高，运用到汽轮机的运行初压优化上，将会得到最低的热耗率。

3 优化汽轮机运行的方法

3.1 优化节能运行

在汽轮机工作过程中，除了通过优化运行初压来提高火电厂的热经济效率，还可以通过一些其他的辅助方式来提高工作的经济效益。对气流机的汽轮初压进行优化时可以通过降低能源损耗率来节约热能的消耗，锅炉在长期的使用过程中会积累大量的灰尘，这些灰尘的积累会影响到锅炉的受热面积并且降低锅炉的传热性能，降低锅炉压力的承受范围，因此要对锅炉进行定期的清理，保证蒸汽压力的承受范围，以免蒸汽压过低而产生较大的能源损耗率，甚至发生因压力过低而爆炸的危险，并且还要合理控制锅炉内的空气含量和流速，空气含量以及空气流速过高或者过低，都容易导致燃料燃烧不充分，从而浪费资源，因此要合理控制空气的含量和流速。

3.2 油封系统优化

汽轮机在运行过程中所涉及的轴端油封系统还可以成为汽轮机的轴封，用来防止空气进入汽轮机内部，影响汽轮机内部本身的气流量，对油封系统进行优化主要是提高油封系统的密闭性，尽可能地降低从汽轮机中产生的蒸汽被泄漏，这样就能够提高汽轮机对热蒸汽的利用率。油封系统在运行过程中很容易受到磨损等情况而导致灵敏性不足、气密性不好，因此为了保证汽轮机的正常工作，并尽可能地降低能源的损耗率，要及时更新对火电厂汽轮机密封技术的应用和检查，来提高生产的效率。

4 结语

怎樣提高火电厂汽轮机的热经济性是目前我国火电厂面临的主要问题，通过优化运行初压可以计算出最优的汽轮机工作的热蒸汽压力，热蒸汽压力对应着相应的热经济性，因此如何优化热蒸汽压力即汽轮机的蒸汽初压是目前很多学者所着重研究的内容。在汽轮机工作过程中所涉及的众多参数中只有蒸汽压力和蒸汽量可以调节，对运行初压进行优化可以提高火电厂的热经济效益。对运行初压的优化首先要建立合适的数学模型，然后根据阀门打开的情况确定压力运行区间，最终利用历史数据进行推算和优化来确定最终的运行初压。对汽轮机热效率的优化还可以通过优化节能运行，提高蒸汽能转化为机械能的效率，降低蒸汽能的消耗，并且优化油封装置提高密闭性，来降低蒸汽的损耗率。

参考文献

[1] 刘建庆，杨占军.火电厂汽轮机运行初压优化方法研究与应用[J].中国石油和化工标准与质量，2016（21）：53-55.

[2] 李雨熙.火电厂汽轮机运行初压优化方法及应用[J].南方农机，2016（1）：85，87.