供热机组的热负荷分配

第 3 期 李俊涛 ,等 : 供热机组的热电负荷分配
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对于轴封门杆漏汽进入加热器汽测的情况 , 加 热器入口蒸汽的焓值应为该级抽汽与轴封或门杆漏 汽混合后的焓值 . 因此 , 假设某一加热器的抽汽焓值 为 HJ ,c , i , 轴封漏汽或门杆漏汽的焓值均为 HL , 则该 加热器的入口焓为 HJ , i = ( HL DL + HJ ,c , i D J ,c , i ) / ( DL + DJ ,c , i ) ( 5) 式中 : DL 、 DJ ,c , i 分别为轴封或门杆漏汽量 、 加热器 i γ τ的计算中 , 须将 HJ ,c , i 的抽汽量 . 同样 , 在矩阵 qΟ Ο 替换为 H J , i . 11 4 抽凝机的等效机组特性方程 抽凝机可等效为几个背压机组及 1 个凝汽机组 的并联 . 按照背压机和凝汽机的特性方程 , 假设λ l变 化不大和回水率不变 , 则有如下 4 个线性关系式 [ 12 ] o o o o o ( 6) D I ,cb , i = f ( N cb , i ) = α cb , i +β cb , i N cb , i
摘要 : 根据供热机组的基本特性 ,将复杂的供热机组按照供热循环和凝汽循环划分为一定数目的 简单等效机组 ,为了能更准确地描述机组的热力特性 ,采用考虑辅助汽水系统的单元进水系数法来 确定机组的特性方程 ,然后建立相应的机组热电负荷分配的混合整数线性规划优化模型 . 实例证 明 ,通过划分等效机组建立的负荷优化调度模型可靠性强 ,计算时间短 ,可以实时指导热电厂的最 佳经济运行 ,不需投资仅通过优化调度就可使燃料消耗量约降低 1 %～3 %. 关键词 : 供热机组 ; 进水系数 ; 负荷分配 ; 混合整数线性规划 ; 辅助汽水系统 中图分类号 : T K212 文献标识码 : A 文章编号 : 0253Ο 987X ( 2006 ) 03Ο 0311Ο 04
( 3)
1 1 = 1 1 1 1
( 1)
γ 1 γ 1 … γ 1 τ 1
q2 γ 2 … γ 2 τ 2 ω
q3
k2
ω
k3
… … … γ m- 1
qm km
θn T ,h + ( 1 - θ ) nT ,b ) N T = D T ,c (
( 4)
τ m
1
dG
式中 : nT ,h 、 nT ,b 分别 为回 水 循 环 和 补 水 循 环 排 汽 1 kg时的发电量 , 其计算方法同 11 2 节 .
n ni i, k
i =1 j =1
∑∑Z
Y i , j D c , i , j = Dc , k , k = 1 , …, m
( 11)
( 7) ( 8) ( 9)
Dc , i = f ( N
o cb , i
) =α cb , i +β cb , i N
o cb , i
Dpn = f ( N ) = α pn +β pn N
Abstract : According to t he characters of t he heat2supply t urbine set s , t he co mplicated set s are di2 vided into several equivalent simple unit s in terms of t he heating cycling and co ndensing cycling. To describe t he unit s mo re accurately , t he character f unctio ns of t he equivalent unit s are fo und wit h inflow coefficient of t he heat unit s where t he auxiliary st ream2water system is co nsidered , t hen a mixed integer linear p ro gramming ( M IL P) model is established to op timize t he dist ributio n of t he t hermal and elect ric load in t he heat2supply set s via t he character f unctio ns. The result s verif y t he efficiency and reliabilit y of t his model , which enables t he t hermoelect ricit y set s to oper2 ate optimally under a real time guidance , and t he co nsumptio n of f uel can be cut down by 1 % to 3 %. Keywords : heat2supply t urbine set s ; inflow coefficient ; load dist ributio n ; mixed integer linear p rogramming ; st ream2water auxiliary system
第 40 卷 第3期 西 安 交 通 大 学 学 报 2006 年 3 月 J OU RNAL O F XI′ AN J IAO TON G U N IV ERSI T Y
Vol . 40 № 3 Mar . 2006
供热机组的热电负荷分配
李俊涛 , 冯 霄
( 西安交通大学化学工程系 , 710049 , 西安)
来自百度文库
γ、 τ的定义和 式中 : m 表示单元中加热器的数目 ; q 、 计算参见文献 [ 14 ] ; k1 , k2 , …, k m 的定义参见文献
[ 13 ]. 通过求解矩阵方程 ( 1) , 可得到 d G .
根据进入汇集式加热器的主凝结水量是否为 0 , 加热单元可以分为 2 类 , 如图 1 、 图 2 所示 [ 13 ] .
o o o o o D I ,pn = f ( N pn ) = α pn +β pn N pn
2 供热机组热电负荷分配的模型
21 1 目标函数
在满足用户热和电需求的条件下 , 使供热机组 的总进汽量达到最小值
n
min D =
i =1
∑D
I, i
( 10)
式中 : n 表示供热机组汽轮机的数目 . 21 2 约束条件 ( 1) 蒸汽需求约束
Distribution of Thermal and Electric Load in Heat2Supply Turbine Sets
Li J untao , Feng Xiao
(Depart ment of Chemical Engineering , Xi′ an Jiaotong Universit y , Xi′ an 710049 , China)
上标 o
火电厂单纯凝汽机组负荷分配的研究已经比较 成熟 , 有 一 套 切 实 可 行 的 方 法 , 如 等 微 增 热 耗 率 法 [ 1 ] . 对于供热机组蒸汽动力系统的研究 , 国内外也
提出了很多方法 , 如混合整数线性规划 [ 2 , 3 ] 、 混合整 [4 ] 数非线性规划 等数学规划算法 , 但这些方法在模 型 复杂 、 变量数较多的情况下容易产生组合爆炸现
q1 k1
对单个供热循环或凝汽循环而言 , 当循环的全 部加热单元出水量为 1 时 ,不计工质损失 ,该循环进 水量为
s
λ l =
i =1
∏d
G, i
l = K,T
( 2)
式中 :s 为该循环所包含的加热单元数目 . λ l 与循环 进汽量 D l , I 以 及 电 功 率 N l 之 间 的 关 系 参 见 文 献 [ 12 ]. 11 3 考虑辅助汽水因素的单元进水系数 热电厂中供热汽轮机除有凝汽流和供热汽流 外 , 还有类型繁多的辅助汽水系统 , 因此要得到更为 准确的结果 , 还应考虑这些因素 . 辅助汽 、 水返回热 力系统主要分为两种形式 , 一种是以水的形式进入 加热器水侧 , 如补充水等 , 另一种是以汽或水的形式 进入加热器的汽侧 , 如轴封漏汽等 [ 12 ] . 对于第 1 种情况 , 假设补充水量等于供热抽汽 量减去供热回水量 , 将供热循环再分为回水循环和 补水循环 , 分别计算出回水循环和补水循环的进水 λ 量λ , 则该供热循环的 T ,h 、 T ,b . 假设循环回水率为 θ 进汽量和功率分别为 ) θ D T ,cθ D T ,c ( 1 - θ 1 -θ + DT ,I = + = λT ,h λT ,b D T ,c λT ,h λ T ,b
象 [ 5 ] . 最近 , 研究人员又提出了几种近代优化算法 , 如模拟退火算法 [ 6 ] 、 进化规划法 [ 7Ο9 ] 、 遗传算法 [ 10 ] . 在这 3 种方法中 , 模拟退火法的计算时间较长[ 5 ] ; 进 化规划法的应用和理论研究在国内还相对较少 , 有 待深入探讨 [ 11 ] ; 遗传算法虽能很快地接近最优解 , 但是要达到真正的最优解 , 则要花很长时间 , 而且这 种算法在蒸汽动力系统的应用中还处于理论研究阶 段 [ 5 ] . 由于用等微增热耗率的分配方法很难进行分 配 [ 1 ] , 而采用其他优化方法进行负荷分配 , 则存在模 型复杂 , 计算时间比较长 , 难以满足实时性要求的缺 点 , 因此需要找到一种变量数尽可能少 , 又能比较准 确地反映系统特性 , 从而减少计算量的方法来进行 系统的优化 . 由于供热机组一般由背压机组和抽汽机组组 成 , 因此本文将供热机组看成几个背压机和凝汽机 的并联机组 , 用简单的等效机组来描述抽汽机复杂 的做功过程 , 并据此建立热电负荷混合整数线性规 划优化模型 , 最后对一个具体实例进行了最优化 .
图1 加热单元 1
图2 加热单元 2
11 2 dG 与机组功率及进汽量的关系
1 供热机组的等效划分及特性方程
的确定
按照供热循环和凝汽循环的个数 , 抽凝机组可 看成几台等效背压机和一台等效凝汽机并联 , 抽背 机组可看成几台等效背压机并联 . 相应原机组的回 热系统被划分成等效背压回热系统和等效凝汽回热 系统 ( 或称为供热循环回热系统和凝汽循环回热系 统) , 相应的进汽量被分成等效背压进汽量和等效凝 汽进汽量 ( 或称为供热循环进汽量和凝汽循环进汽 量) , 机组的发电量被划分为等效背压发电量和等效 凝汽发电量 ( 或称为供热循环发电量和凝汽循环发 电量) . 等效机组划分以后 , 下面采用单元进水系数 法确定供热机组的特性方程 . 11 1 加热单元的单元进水系数 加热单元的出水量为 1 时 , 它的进水量被称为 单元进水系数[ 12 ] . 考虑到通用性 , 本文采用单元进 水系数的矩阵计算模型 [ 13 ] , 用矩阵表示为
o pn
o pn
已知抽汽量 Dc , i 、 排汽量 Dpn , 利用单元进水系数法
o o o 计算出 DoI ,cb , i 、 D I ,pn 、 N cb , i 、 N pn , 经过线性拟合 , 就可 以得到式 ( 6) ～式 ( 9 ) 中的常系数 , 然后就可以建立 优化的数学模型 . 如果是抽背机组 , 只需将抽凝机特性方程中的 等效凝汽机去掉 , 留下等效背压机的方程即可 . 方程 中各个常系数的求法与抽凝机相同 , 这里不再赘述 . 经实例验证 ( 见表 1 ) , 根据此种划分方法得到 的结果与实际工况数据吻合得很好 ( 绝大多数工况 下误差都在 1 %以下) , 因此为下一步优化模型的建 立奠定了良好的基础 .
收稿日期 : 2005Ο 06Ο 13 . 作者简介 : 李俊涛 ( 1980～) , 男 , 硕士生 ; 冯 霄 ( 联系人 ) , 女 , 教授 , 博士生导师 . 基金项目 : 国家自然科学基金资助项目 ( 20436040) .
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西 安 交 通 大 学 学 报 第 40 卷
符号表 D 蒸汽流量 , t/ h N 电功率 , kW α、 β 常数项系数 d G λ 单元进水系数 循环进水量 下标 T 供热循环 K 凝汽循环 I c 进汽 抽汽
p n 凝汽机 pb cb
背压机 ( 排汽供热循环) 背压机 ( 抽汽供热循环) 等效机组