具有空气冷却式冷凝器的发电厂的优化控制制造技术

用于使用空气冷却式冷凝器的设施厂的一种优化和控制系统，包括优化器，其具有确定用于与厂的最佳操作点相关的一组控制变量值的数值解算器和在将控制变量设置提供到厂控制器之前监视和修改这些控制变量设置的专家系统。数值解算器使用目标函数和一个或多个厂设备模型来确定最小化每单位由厂产生的有用能的成本的厂的操作点。作为确定最佳厂操作点的一部分，数值解算器可以结合所有在当前在厂处经受的特定环境条件下产生给定量的功率(负荷需求)所需要的，来确定空气冷却式冷凝器内的风扇的数量和/或速度。专家系统可以通过基于例如风扇的可使用性或运转状态、风扇和风扇马达的磨损等等确定在任意特定的时间要实际地使用哪些风扇来修改这些输出。

【技术实现步骤摘要】
具有空气冷却式冷凝器的发电厂的优化控制本申请是2010年9月13日提出的申请号为201010281787.5的“具有空气冷却式冷凝器的发电厂的优化控制”的分案申请。
本专利大体上涉及用于控制设施厂或发电厂操作的控制系统，并且更具体地说，涉及执行包括空气冷却式冷凝器的设施厂或发电厂的最优控制的控制系统。
技术介绍
发电厂或设施厂使用许多不同类型的发电方法中的任意一种来产生电，并且典型地基于它们用来产生电力的原始能量的类型来分类。发电方法包括，例如，热、核、风和水电能转换方法，等等。尽管使用这些各种不同类型的发电方法的电设施厂利用不同的实现技术来操作，但是这些厂总是在可应用于运用的特定方法的一组约束下操作。例如，热发电机的电输出是锅炉中产生的热的量的函数，其中热的量由每小时燃烧的燃料的量和类型决定。核电站的输出同样取决于对核裂变反应的控制，其使用控制杆以抑制裂变过程，以便产生期望水平的辐射和因此的热。在大多数情况下，在由约束允许的可能的操作特性范围内对于厂的特定操作特性的控制能够被实施，以便以更为优化的方式来运行厂，使得最大化厂内的发电效率，最小化操作厂的成本，等等。然而，在许多情况下，如此优化被至多以特定的形式实施。基于热的发电厂是设施发电厂的最普遍的类型。如已知的，热发电机的输出取决于燃烧燃料所使用的锅炉的传热效率。尤其是，燃料燃烧的电力发电机典型地通过燃烧燃料以从经过锅炉内的许多管道和管的水产生蒸汽来操作。这里，蒸汽被用于驱动一个或多个蒸汽涡轮机，蒸汽涡轮机则产生电能。为了最大化热过程中产生的热的利用，设施厂锅炉典型地包括级联的热交换器部分，其中来自一个热交换器部分的热进入接着的热交换器部分。在这些类型的厂(即，使用锅炉或其他类似的蒸汽产生技术的发电厂)中遇到的影响厂的效率的约束的一个示例包括在锅炉的最终过热器和再热器出口处使用的蒸汽温度的设定点。典型地，这些设定点保持恒定，并且必须将蒸汽温度维持在接近于在所有负荷水平下的窄范围内的设定点的这些点，而不管流向锅炉的燃料流量。事实上，在电设施锅炉的操作过程中，对蒸汽温度的控制是关键的，因为离开锅炉并进入蒸汽涡轮机的蒸汽的温度处于最佳期望的温度是重要的。如果蒸汽温度太高，则可能因为各种冶金原因而产生对蒸汽涡轮机的叶片的损坏。另一方面，如果蒸汽温度太低，则可能包含同样可能损坏蒸汽涡轮机的部件的水质点。在这些类型的发电厂中，对蒸汽温度的控制通常是通过在最终热交换器部分，即，就位于蒸汽涡轮机之前的热交换器部分，之前的位置将饱和水喷入蒸汽流体来实现。各种温度传感器被设置在热交换器部分中和热交换器部分之间，以测量蒸汽温度，并且测量的蒸汽温度被用于确定进行喷洒的饱和水的量。然而，典型地通过以在使用最少量的燃料时将蒸汽温度保持在期望设定点的方式控制流向锅炉的燃料流量和在热交换器部分内喷水能够最优化厂的操作。不管怎样，如以上所述，热以及核设施厂一般实施蒸汽循环，在该蒸汽循环中，蒸汽在锅炉或者核反应容器中产生并且被提供到一个或多个蒸汽涡轮机。在大多数情况下，管道将离开涡轮机的蒸汽引到一个或多个冷凝器，该一个或多个冷凝器冷却蒸汽，使得其回到液体形式，并且此液体随后被返回到锅炉或其他蒸汽发生器中，并且在锅炉或其他蒸汽发生器中再加热。许多不同类型的冷凝器能够被用于冷却蒸汽，且最普通或流行的类型的冷凝器为水冷式冷凝器，例如在许多直流水冷却系统或封闭再循环水冷却系统中使用的冷凝器。在大多数直流水冷却系统中，外部冷却水，例如海水、河水或湖水被用泵抽吸通过冷凝器内的热交换器。来自蒸汽的热被转移到热交换器内的冷却水，并且冷却水随后被返回到海洋、河、湖或其被取出的其他的源。在封闭再循环水冷却系统中，离开冷凝器的冷却水被用泵抽吸到，例如蒸发单元，其中水被冷却并且被再循环回到冷凝器中的热交换器。如已知的，在使用水冷式冷凝器系统的发电厂中使用的新水或新鲜水的大部分被使用在冷凝器冷却循环中。事实上，使用直流冷却的许多老的发电厂加热大量的水，并且随后将带有少量体积损失的该水返回到河、湖或海洋。不幸的是，水通常是有限的或稀有的资源，而因此在任何特定的发电厂位置可能不能充足地供应。许多国家，例如中国，非常关心紧张的供水，并且在这些类型的发电厂中具有非常有限的用水。在一些区域中，尤其是干旱而且贫瘠的区域，对湖和河水的使用被严格地监管，而因此在发电厂冷却系统中使用大量的新鲜水可能是不可能的或可能是非常昂贵的。另外，直流水冷却系统，尽管因为它们将大部分的水返回到源而消耗非常少的水，但是仍然加热了水，这在许多情况下会导致不期望的环境影响。例如，2002EPRI报告发现，在燃烧矿物燃料、生物质或废物的厂处的典型的直流水冷却系统需要收回20,000到50,000gal./MWh(加仑每兆瓦小时)，而其只消耗(损失)300gal./MWh。但是，由直流水冷却系统收回的大量的水能够夹带和撞击水生生物，并且将热释放到地表水，这可能具有不利的生态效应。结果，大多数美国司法现在不鼓励或禁止对使用直流水冷却系统的新发电厂的建设。因此，越来越多的新发电厂被设计成使用闭环(再循环)冷却系统，其中再循环水被用于冷却冷凝器中的蒸汽，并且随后其自身利用，例如，蒸发过程来冷却。然而，因为再循环冷却系统通过塔或冷却池中的蒸发来冷却，所以它们比直流冷却系统消耗更多的水。尽管水收回和消耗的实际比率取决于发电技术和与特定厂相关的特定环境条件，但是根据2002EPRI报告，典型的使用闭环冷却系统的厂需要仅500到600gal./MWh的收回，而蒸发损失480gal./MWh。尽管取得冷却水并将冷却水运送到这些类型的厂的成本能够改变，但是此成本不是不重要的。而且，在再循环冷却系统中，处理和处置冷却水的成本广泛地变化，取决于使用的原水的特性。例如，地表水可适合利用最少的处理来冷却，或者可能只需要去除悬浮的固体。尽管来自废水处理厂的流出物，其典型地被处理以使其适合于排出，通常具有相当高的质量，但是营养物和细菌可能限制废水在冷却系统中的使用，除非这样的水在发电厂中被预处理。甚至淡的地下水能够具有能够变成水垢的高浓度的溶解固体，除非它们在闭环冷却系统中被预处理去除。来自海洋或沿海区的盐水同样需要处理和/或使用特定的防腐材料以使其适合在发电厂中使用。来自煤和油生产的降级的水可能在厂冷却系统的使用中是可利用的，但是这些类型的水具有非常高的预处理要求。例如，对于从已用过的煤矿抽取的水，低pH值是一问题，而油和气井操作的废水能够具有高等级的盐、硅石和硬度。因此，许多水源必须被预处理，以在再循环水冷却系统中使用。而且，因为再循环冷却水还聚集冷却塔或冷却池中的溶解成分，所以这样的水如果要被排放到地表水的话，可能需要后处理。不管怎样，因为水正在变成稀缺商品，并且在再循环冷却系统中使用水能够是昂贵的，所以厂设计者正在越来越多地考虑直接干式冷却系统，也称作空气冷却式冷凝器。一般来讲，直接干式冷却系统在一组翅管内冷凝涡轮机排汽，其被环境空气而不是地表水或再循环水外部地冷却。在这些干式冷却系统中，环境空气在冷凝器内循环，以便使用自然通风系统或使用电风扇来实施冷却。自然通风系统使用能够超过例如300英尺高的、其底部设置有一系列的热交换器的双曲线塔。在此系统中，环境本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种厂优化系统，用于在控制具有包括蒸汽发生器、蒸汽消耗器和耦合在所述蒸汽消耗器和所述蒸汽发生器之间的冷凝器系统的蒸汽循环的厂中使用，所述厂优化系统包括：优化器，所述优化器包括计算单元和目标函数，其中，所述计算单元分析与所述蒸汽循环的操作相关的多个厂操作点中的每个，以便确定最佳地满足所述目标函数的初始厂操作点，所述初始厂操作点包括用于多个冷凝器系统变量的多个值，其中，所述多个厂操作点中的每个包括用于一组蒸汽循环操作变量中的每个的值；以及专家引擎，所述专家引擎存储一组规则，并且使用所述一组规则来调整与所述初始厂操作点相关的用于所述蒸汽循环操作变量的所述值中的一个或多个，以便确定用于在控制所述厂中使用的最佳厂操作点。

【技术特征摘要】
2009.09.11 US 12/558,2361.一种厂优化系统，用于在控制具有包括蒸汽发生器、蒸汽消耗器和耦合在所述蒸汽消耗器和所述蒸汽发生器之间的冷凝器系统的蒸汽循环的厂中使用，所述厂优化系统包括：优化器，所述优化器包括计算单元和目标函数，其中，所述计算单元分析与所述蒸汽循环的操作相关的多个厂操作点中的每个，以便确定最佳地满足所述目标函数的初始厂操作点，所述初始厂操作点包括用于多个冷凝器系统变量的多个值，其中，所述多个厂操作点中的每个包括用于一组蒸汽循环操作变量中的每个的值；以及专家引擎，所述专家引擎存储一组规则，并且使用所述一组规则来调整与所述初始厂操作点相关的用于所述蒸汽循环操作变量的所述值中的一个或多个，以便确定用于在控制所述厂中使用的最佳厂操作点。2.根据权利要求1所述的厂优化系统，其中，所述计算单元是混合整数线性规划优化器或者混合整数非线性规划优化器。3.根据权利要求1所述的厂优化系统，其中，所述优化器还包括对在所述厂的所述蒸汽循环内的设备的操作建模的一组设备模型，并且其中，所述计算单元使用所述设备模型来预测所述厂的所述蒸汽循环在所述多个厂操作点中的每个处的操作。4.根据权利要求1所述的厂优化系统，其中，所述计算单元接收与所述厂的操作限制相关的一组约束，并且其中，所述计算单元将所述多个厂操作点确定为不违背所述一组约束中的任意一个的厂操作点。5.根据权利要求4所述的厂优化系统，其中，所述专家引擎基于所述专家引擎内的所述规则来确定所述一组约束中的一个或多个，并且向所述计...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·N·弗朗希诺，F·C·赫夫，H·R·文恩，D·G·弗斯特，
申请(专利权)人：爱默生过程管理电力和水解决方案公司，
类型：发明
国别省市：美国;US