耦合工业供气系统的气电联产机组运行优化方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种耦合工业供气系统的气电联产机组运行优化方法及系统。给定外供气量和供电负荷，采用单变量对比法，以气电联产机组标煤消耗量最低为寻优目标函数，依次调整热再抽汽至背压式蒸汽透平、或中排处抽汽至凝汽式蒸汽透平的蒸汽压力，将机组标煤消耗量与基准工况比较，若大于，则原工况仍为基准工况；若小于，将该参数对应工况作为新的基准工况，继续调整机组热再抽汽至背压式蒸汽透平、或中排处抽汽至凝汽式蒸汽透平的蒸汽压力，进行新的迭代寻优。本发明专利技术以标煤消耗最低为目标函数，在线获得燃煤气电联产机组在不同供气负荷和发电机功率等边界条件下的热再抽汽或中排处抽汽压力的最佳控制值，实现运行成本最低和盈利能力最大化。利能力最大化。利能力最大化。

【技术实现步骤摘要】
耦合工业供气系统的气电联产机组运行优化方法及系统


[0001]本专利技术属于煤炭发电领域，涉及一种耦合工业供气系统的气电联产机组运行优化方法及系统。

技术介绍

[0002]随着风能、太阳能等可再生能源的快速发展，发电量所占比重越来越高。煤电机组开始向承担电网稳压、调峰、调频、托底保供等需求转型，不仅承担着居民采暖、工业用热、工业用高压空气、集中用冷、沿海地区淡水等综合用能需求，还承担城市污泥、垃圾等固废处理的作用。
[0003]煤电+工业园区的组合模式，以煤电为综合能源中心，工业园区为电、热、气等用能中心，近阶段得到了快速发展。其中，集中供热、工业供汽等供应技术较为成熟。近年来，有研究提出煤电机组通过技术改造，增设蒸汽透平拖动空气压缩机，向周边园区企业提供高压空气，替代园区企业设置的分散式电驱压缩空气制取系统，大幅降低了占地、设备投资、检修维护、用气成本，应用前景广阔。
[0004]文献1“徐文庚、杨琳.热、风联产生产压缩空气系统研究[J]，化工设计通讯，2019”。通过研究，介绍了某公司压缩空气生产的现状，使用蒸汽通过汽轮机做功，将蒸汽的热能转换为机械能，带动空压机生产压缩空气，汽轮机的背压蒸汽再通过其他方式利用。文章通过对热、风联产的描述和成本计算得出热风联产比电动生产压缩空气成本低的结论,并得到了实践的检验。
[0005]文献2“孙飞，刘烨，等.火电厂螺杆式空压机余热利用方案及经济性分析[J]，发电技术，2018”。针对某电厂6台250kW空压机组压缩空气系统，开展了余热回收方案设计，回收的热量用于提供生活所需热水，同时进行了经济性分析。结果表明，该余热回收系统节能效果显著。
[0006]文献3“李大明，罗艳丽.火电厂空压系统节能减排新思路及新技术[J]，压缩机技术，2014”。结合火电厂特点介绍目前空压机及其后处理设备在节能减排方面的一些新动态和新技术，尤其对具有低露点、低漂移、零排放以及自带二级冷却功能的半压缩热干燥器进行了详细介绍。
[0007]综上论述，基于余压余热梯级利用的技术思路，设置蒸汽透平拖动空气压缩机，外供高压空气供用户生产，在冶金、炼钢、化工、煤电等行业已有工程业绩，在驱动汽源、后余热回收等工艺设计，以及能耗分析等已有研究，然而在耦合工业供气系统的燃煤气电联产机组运行优化的相关研究，鲜有公开报道。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于解决现有技术中的问题，提供一种耦合工业供气系统的气电联产机组运行优化方法及系统，对外供工业空气量和供电负荷给定，采用单变量对比法，以燃煤气电联产机组标煤消耗量最低作为寻优目标函数，通过运行参数调整，获得燃煤气电联
产机组在不同供电负荷、供气量等边界条件下的热再或中排抽汽参数的最佳控制值。
[0009]为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0010]耦合工业供气系统的气电联产机组运行优化方法，包含以下步骤：
[0011]明确燃煤气电联产机组最佳运行方式的表征参数，建立燃煤气电联产机组盈利值计算模型；
[0012]根据边界参数总供气负荷和供电负荷，划定寻优工况；
[0013]以燃煤气电联产机组总标煤消耗量值最低值为导向，确定各寻优工况的最佳运行方式。
[0014]本专利技术的进一步改进在于：
[0015]明确燃煤气电联产机组最佳运行方式的表征参数，建立燃煤气电联产机组盈利值计算模型具体步骤如下：
[0016]对于背压式蒸汽透平，燃煤气电联产机组最佳运行方式的表征参数为热再抽汽压力P
rh
；
[0017]对于凝汽式蒸汽透平，燃煤气电联产机组最佳运行方式的表征参数为中排抽汽压力P
zp
；
[0018]燃煤气电联产机组盈利值M等于对外供气收入A加上供电收入E减去标煤消耗B，表达式为：
[0019]M＝A+E
‑
B
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0020]对外售气收入A为：
[0021]A＝m
a
×
a
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0022]式中，m
a
气电联产机组对外供工业空气总负荷，t/h；a为工业供气单价，元/t；
[0023]供电收入E为：
[0024]E＝(N
ge
‑
N
cy
)
×
e＝N
net
×
e
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0025]式中，N
ge
为发电机功率，MW；N
cy
为厂用电功率，MW；N
net
为主变入口电功率，MW；e为上网电价，元/MWh；
[0026]寻优操作过程的盈利值M的变量仅为燃煤气电联产机组标煤消耗B，即认为标煤消耗B最低值对应的工况为最佳工况；
[0027]对于燃煤气电联产机组，锅炉主蒸汽压力按照已有的定
‑
滑
‑
定曲线调节，主汽温度、再热蒸汽温度按照额定参数调整，此时的机组标煤消耗量B是供电负荷N
net
、中排抽汽流量及压力或热再抽汽流量及压力的多元函数，表达式为：
[0028][0029]式中，h
ms
、h
rh
、h
rc
、h
gs
、h
zj
和h
gj
分别为锅炉过热器出口主蒸汽焓值、锅炉再热器出口和进口蒸汽焓值、锅炉入口给水焓值、锅炉再热器和过热器减温水焓值；通过现场压力和温度测量值计算得出；
[0030]η
b
为锅炉热效率，不同机组的锅炉热效率各不相同，需要根据现场专项试验得出；
[0031]η
b
＝f1(D
ms
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0032]其中，η
p
为管道效率，取定值0.99；
[0033]D
ms
、D
rh
、D
rc
、D
gs
、D
zj
和D
gj
分别为锅炉过热器出口主蒸汽流量、锅炉再热器出口和进
口蒸汽流量、锅炉入口给水流量、锅炉再热器和过热器减温水流量，上述参数并不是各自独立，而是遵循一定关联性；
[0034][0035]式中，D
ex1
、D
ex2
和D
leak
分别为高压缸1段抽汽、2段抽汽和轴封外漏量，其中D
ex1
和D
ex2
根据1段抽汽和2段抽汽对应的高压加热器热平衡计算得出，D
leak
是主蒸汽流量D
ms
和主蒸汽压力P
ms
的二元函数，由汽轮机制造厂给出；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.耦合工业供气系统的气电联产机组运行优化方法，其特征在于，包含以下步骤：明确燃煤气电联产机组最佳运行方式的表征参数，建立燃煤气电联产机组盈利值计算模型；根据边界参数总供气负荷和供电负荷，划定寻优工况；以燃煤气电联产机组总标煤消耗量值最低值为导向，确定各寻优工况的最佳运行方式。2.根据权利要求1所述的耦合工业供气系统的气电联产机组运行优化方法，其特征在于，所述明确燃煤气电联产机组最佳运行方式的表征参数，建立燃煤气电联产机组盈利值计算模型具体步骤如下：对于背压式蒸汽透平，燃煤气电联产机组最佳运行方式的表征参数为热再抽汽压力P
rh
；对于凝汽式蒸汽透平，燃煤气电联产机组最佳运行方式的表征参数为中排抽汽压力P
zp
；燃煤气电联产机组盈利值M等于对外供气收入A加上供电收入E减去标煤消耗B，表达式为：M＝A+E
‑
B
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)对外售气收入A为：A＝m
a
×
a
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)式中，m
a
气电联产机组对外供工业空气总负荷，t/h；a为工业供气单价，元/t；供电收入E为：E＝(N
ge
‑
N
cy
)
×
e＝N
net
×
e
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)式中，N
ge
为发电机功率，MW；N
cy
为厂用电功率，MW；N
net
为主变入口电功率，MW；e为上网电价，元/MWh；寻优操作过程的盈利值M的变量仅为燃煤气电联产机组标煤消耗B，即认为标煤消耗B最低值对应的工况为最佳工况；对于燃煤气电联产机组，锅炉主蒸汽压力按照已有的定
‑
滑
‑
定曲线调节，主汽温度、再热蒸汽温度按照额定参数调整，此时的机组标煤消耗量B是供电负荷N
net
、中排抽汽流量及压力或热再抽汽流量及压力的多元函数，表达式为：式中，h
ms
、h
rh
、h
rc
、h
gs
、h
zj
和h
gj
分别为锅炉过热器出口主蒸汽焓值、锅炉再热器出口和进口蒸汽焓值、锅炉入口给水焓值、锅炉再热器和过热器减温水焓值；通过现场压力和温度测量值计算得出；η
b
为锅炉热效率，不同机组的锅炉热效率各不相同，需要根据现场专项试验得出；η
b
＝f1(D
ms
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)其中，η
p
为管道效率，取定值0.99；D
ms
、D
rh
、D
rc
、D
gs
、D
zj
和D
gj
分别为锅炉过热器出口主蒸汽流量、锅炉再热器出口和进口蒸汽流量、锅炉入口给水流量、锅炉再热器和过热器减温水流量，上述参数并不是各自独立，而是遵循一定关联性；
式中，D
ex1
、D
ex2
和D
leak
分别为高压缸1段抽汽、2段抽汽和轴封外漏量，其中D
ex1
和D
ex2
根据1段抽汽和2段抽汽对应的高压加热器热平衡计算得出，D
leak
是主蒸汽流量D
ms
和主蒸汽压力P
ms
的二元函数，由汽轮机制造厂给出；D
leak
＝f3(D
ms
,P
ms
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)综合式(4)、(5)、(6)和(7)，得出燃煤气电联产机组标煤消耗量B；给定总供气负荷m
a
和供电负荷N
net
条件下的寻优操作，燃煤气电联产机组标煤消耗量B值最低值即为最优工况，对应的热再抽汽压力P
rh
或中排抽汽压力P
zp
为最佳运行方式。3.根据权利要求1所述的耦合工业供气系统的气电联产机组运行优化方法，其特征在于，所述根据边界参数总供气负荷和供电负荷，划定寻优工况的具体步骤如下：统计最近一个完整自然年的机组运行数据，主要包括：总对外供气负荷m
a
：m
a,min
、m
a,max
供电负荷N
net
：N
net,min
、N
net,max
再按照总对外供气负荷m
a
和供电负荷N
net
的分布，各自划分4个区间段并取平均值，作为寻优工况的次划分依据，具体如下：N
net,min
＜N
net
≤N
net,min
+(N
net,max
‑
N
net,min
)
×
0.2；N
net,min
+(N
net,max
‑
N
net,min
)
×
0.2＜N
net
≤N
net,min
+(N
net,max
‑
N
net,min
)
×
0.4；N
net,min
+(N
net,max
‑
N
net,min
)
×
0.6＜N
net
≤N
net,min
+(N
net,max
‑
N
net,min
)
×
0.8；N
net,min
+(N
net,max
‑
N
net,min
)
×
0.8＜N
net
≤N
net,max
；m
a,min
＜m
a
≤m
a,min
+(m
a,max
‑
m
a,min
)
×
0.2；m
a,min
+(m
a,max
‑
m
a,min
)
×
0.2＜m
a
≤m
a,min
+(m
a,max
‑
m
a,min
)
×
0.4；m
a,min
+(m
a...

【专利技术属性】
技术研发人员：马汀山，吕凯，王妍，居文平，程东涛，谢天，石慧，薛朝囡，张建元，邓佳，许朋江，
申请(专利权)人：西安西热节能技术有限公司，
类型：发明
国别省市：