第55卷第5期汽輪機技術(shù)o.55No.52013年10月TURBINE TECHNOLOG YOct.2013基于遺傳算法的火電廠循環(huán)水泵優(yōu)化運行王洋13,梁俊宇,趙明2,陳鴻偉(1華北電力大學云南電網(wǎng)公司博士后、研究生工作站,昆明650217;2云南電力試驗研究院(集團)有限公司電力研究院,昆明650217;3華北電力大學動力工程系,保定071003)摘要:循環(huán)水泵耗電對廠用電率、機組運行經(jīng)濟性影響很大。在試驗數(shù)據(jù)的基礎上,通過遺傳算法尋優(yōu),找出特定運行工況下的最經(jīng)濟循環(huán)水流量,從而確定該流量下的凝汽器壓力,使得機組在最經(jīng)濟背壓下運行。計算結(jié)果表明,通過遺傳算法獲取的最佳循環(huán)水流量可以優(yōu)化該工況下的運行值,且在不同的循環(huán)水進口水溫和負荷條件下,計算結(jié)果可以指導循環(huán)水泵的投運臺數(shù),從而提高機組的運行經(jīng)濟性。關(guān)鍵詞:循環(huán)水泵;循環(huán)水流量;遺傳算法;運行優(yōu)化分類號:TK262文獻標識碼:A文章編號:10015884(203)05439104The Optimum Operation of Circulating Water Pumps in Power PlantBased on genetic algorithmsWANG Yang", LIANG Jun-yu, ZHAO Ming, CHEN Hong-wei(1 Postdoctoral and Graduate Workstation of North China Electric Power University and Yunnan Power GridCorporation, Kunming 650217, China; 2 Yunnan Electric Power Test& Research Group Co, LtdElectric Power Research Institute, Kunming 650217, China; 3 Department of Power EngineeringNorth China Electric Power University, Baoding 071003, China)Abstract: The power consumption of circulating pumps has a great influence on the auxiliary power and the unit economyOn the basis of the experimental data, the most economical circulating water flow of the specific operating conditions waslgorithms Thus theondenser premake the unit run on theeconomical backpressure. The results show that the best circulating water flow calculated with the genetic algorithms canoptimize the operation conditnd on different inlet temperatures of circulating water and load conditions the results candetermine the number of pumps put into operation to improve the economy of the unitKey words: circulating water pumps; circulating water flow; genetic algorithms; operation optimization最經(jīng)濟壓力,此時循環(huán)水泵處于最優(yōu)運行方式下3+。0前言遺傳算法是一種模擬生物進化和遺傳的尋優(yōu)方法,是智能優(yōu)化算法中應用最為廣泛也最為成功的算法。它基于凝汽器壓力是火電機組運行的一個重要參數(shù),運行機組群體在搜索空間進行搜索,從而實現(xiàn)全局或準全局最優(yōu)。而通常通過調(diào)節(jié)循環(huán)水流量來調(diào)節(jié)凝汽器壓力。通過增加且優(yōu)化求解過程與梯度信息無關(guān)對優(yōu)化問題沒有太多的數(shù)循環(huán)水流量可降低凝汽器壓力,使汽輪機的理想比焓降增學約束,可以處理任意形式的目標函數(shù)和約束條件7大,從而增大汽輪機功率,但同時,增大循環(huán)水流量也會增加利用遺傳算法對不同運行工況下的循環(huán)水流量進行尋循環(huán)水泵功耗,所以凝汽器壓力存在一個最佳值,即最經(jīng)濟優(yōu)計算獲取各工況下的最佳循環(huán)水量,從而得到相應的最壓力。由于海拔和氣候存在差異,凝汽器最經(jīng)濟壓力一般會經(jīng)濟凝汽器壓力,對運行機組的經(jīng)濟性、火電廠的經(jīng)濟效益偏離設計值。以及都目有重要的意義循環(huán)水泵是廠用電的大戶之一,其消耗的電能約占電廠中國煤化工總發(fā)電量的10%-1.5%21。過分增大循環(huán)水量,可能使凝1CNMHG汽器壓力降低而多發(fā)的電反而小于循環(huán)水泵多消耗的電,得不償失。因此,根據(jù)熱經(jīng)濟性最佳的原則,當汽機功率的增基于試驗數(shù)據(jù)的循環(huán)水泵優(yōu)化計算模型是通過機組微量與循環(huán)水泵耗功增量的差值最大時,對應的凝汽器壓力為增出力和循環(huán)水泵耗功綜合優(yōu)化得到的,具體模型如下8收稿日期:20134348作者簡介:王洋(1988-),男,碩士研究生,華北電力大學云南電網(wǎng)公司研究生工作站從事火電廠節(jié)能優(yōu)化方面的學習和研究。汽輪機技術(shù)第55卷(1)通過機組微增岀力試驗,得出機組在不同運行負荷(4)最經(jīng)濟凝汽器壓力是以機組功率、循環(huán)水進口溫度下,微增出力與背壓的關(guān)系和循環(huán)水流量為變量的目標函數(shù),在量值上為汽輪機凈功式中,ΔN為機組微增出力,kW;N為機組負荷,kW;P為(機組功率的增量與循環(huán)水泵耗功增量之差)最大時的凝汽△N,=f1(N,P)器壓力,即組背壓,kPaf(p)=F(N,m,Q)=△V-△P,(2)試驗得出當前循環(huán)水溫度條件下,凝汽器壓力與循式中,AP為循環(huán)水泵耗功增量kW;△V-△P為汽輪機凈水流量的關(guān)系,當循環(huán)水溫度改變時,由凝汽器變工況特功,kW。性予以修正Pk =f(N, tml, Q)2試驗數(shù)據(jù)處理與計算方法式中,tm為循環(huán)水溫度,℃;Q。為循環(huán)水流量,t/h(3)通過試驗得出循環(huán)水泵流量與其耗功的關(guān)系機組概況P=/3(Q.)試驗機組為國內(nèi)某發(fā)電廠的國產(chǎn)300MW機組,汽輪機式中,P為循環(huán)水泵耗功kW。和凝汽器的技術(shù)規(guī)范如表1和表2所示。表1汽輪機技術(shù)規(guī)范定額定額定額定額定額定機組型號機組型式功率主汽壓力主汽溫度再熱壓力再熱溫度主汽流量冷卻水溫背壓℃單軸、四缸、四排汽、N300-16.5/535535次再熱、沖動凝汽式30016.55353.55355.1凝汽器主要技術(shù)參數(shù)凝汽器型號冷卻面積汽器壓力,kPa卻管材料冷卻管根數(shù)N-14300-114300400017120機組配置兩臺循環(huán)水泵,系某廠生產(chǎn)的1800HLWQ-162.2試驗數(shù)據(jù)分析型混流泵,運行中葉片角度可在-6°至+4°之間任意調(diào)整(1)選取循環(huán)水泵運行試驗數(shù)據(jù),對數(shù)據(jù)做最小二乘法工作性能設計參數(shù)如表3所示擬合處理,得到相應條件下循環(huán)泵耗功與循環(huán)水流量的關(guān)系表31800HLWQ-16型混流泵設計參數(shù)線。單泵運行和雙泵運行的擬合圖分別如圖1和圖2所葉片安裝角流量Q揚程配用功率28296160042588331922000397801200180032000340003600038000循環(huán)水流量/h)61361600圖1單泵運行時循環(huán)水流量與耗功的關(guān)系30780單泵運行擬合得到的曲線方程為2023116.96P=4.33185×10-0.22430+3865.7092311214.831400中國煤化工為266l0l1.00CNMHG24670+669.785L減增山力叭孤效據(jù),對數(shù)據(jù)做線性擬合處16.60理,得到相應條件下機組實際功率與背壓的關(guān)系曲線,以199081200300MW為例,如圖3所示。21210擬合得到的線性方程為第5期王洋等:基于遺傳算法的火電廠循環(huán)水泵優(yōu)化運行393冷卻水進口溫度修正系數(shù),=1-0,429(35-1為冷卻水流程數(shù)z的修正系數(shù),甲=1+221-4;為凝汽器單位負荷d修正系數(shù),設計負荷且0DD1時,=1。(4)凝汽器端差計算48000500005200054000560005800060000式中,F為冷卻水管外表總冷卻面積,m2;K為由蒸汽到冷卻循環(huán)水流量/Uh)水的平均總傳熱系數(shù),kJ/(m2·h·K)。圖2雙泵運行時總循環(huán)水流量與總耗功的關(guān)系(5)凝汽器壓力計算凝汽器正常運行時,其壓力可由其對應的飽和蒸汽溫度確定。由經(jīng)驗公式”可得凝汽器壓力0.009857,66式中,t、為凝汽器內(nèi)的飽和蒸汽溫度,=t1+M+&。3基于遺傳算法的最佳循環(huán)水流量確定由于上網(wǎng)電量由調(diào)度分配,電廠不能隨意改變,在汽輪機凈功最大的時候,機組運行于最經(jīng)濟背壓下,這時電廠可以適當?shù)馗鶕?jù)上網(wǎng)電量的要求減少部分汽輪機的輸出功率相當于減少了耗煤量,從而可以提高電廠自身的經(jīng)濟效益。圖3機組實際出力與背壓的關(guān)系(300MW)3.1算法實現(xiàn)P=-1.9264p+313.54選取汽輪機凈功為優(yōu)化目標函數(shù),在一定的運行工況使用同樣的方法,得到不同負荷下的機組實際出力與背下,建立循環(huán)水流量的初始種群通過不斷的尋優(yōu)計算,得出壓關(guān)系擬合方程使得凈功最大時的循環(huán)水流量。在Mala環(huán)境中運用英國 Sheffield大學遺傳算法工具250MW:P=-2.1728p+262.93220MW:P=-1.6354D+229.84箱進行代碼開發(fā),該工具箱出現(xiàn)較早、影響較大且較為完備。2.3計算方法單個染色體采用20位二進制數(shù)編碼表示,初始種群總量N(1)冷卻水溫升100,交叉率p=0.7,變異率p=0.01,最大迭代次數(shù)為3,60BP計算過程中,首先通過給定的當前機組運行參數(shù)及其修cn(Q。-6760)P正參數(shù)計算得到循泵耗功等指標的基準值。通過函數(shù) crbp式中,Q為凝汽器熱負荷,30V時額定值為38930:B創(chuàng)建循環(huán)水流量的初始種群,函數(shù)生成的隨機數(shù)可以很好地為凝汽器負荷修正系數(shù),取為1.032;P、P為試驗時的機組功率和計算時的機組功率,考慮到凝汽器負荷隨機組功率的適應度函數(shù),計算個體的適應度,在最大選代次數(shù)內(nèi),反復迭變動,所以用PP來修正代計算。迭代過程中使用 select函數(shù)從父代中選擇個體時,(2)管內(nèi)換熱系數(shù)以 ranking函數(shù)返回的適應度值作為預期選擇概率,考慮子對于管內(nèi)強制對流換熱,采取下面關(guān)聯(lián)式計算代與父代的代溝,設置部分選擇參數(shù)為0.9,并將選擇的子代Nu,=0.023Re/ Pr/用 reins函數(shù)插人當前種群中進行計算。通過觀察循環(huán)水流冷卻水被加熱,所以n取0.4,則a=a…Nu量的圖形顯示,算法的收斂效果較好。3.2(3)總傳熱系數(shù)中國煤化工其中負荷P=300MW,循由蒸汽到冷卻水的平均總傳熱系數(shù)采用全蘇熱工研究環(huán)水CNMH量Q0=41000h,使用所(BT)的經(jīng)驗公式單臺循環(huán)水泵運行,計算優(yōu)化結(jié)果如圖4所示。K=14654.54n9:9由圖4可知,在迭代計算20次左右算法收斂,優(yōu)化得到式中,φ為冷卻面積清潔修正系數(shù)循環(huán)供水時取.75-0.8;q。的最經(jīng)濟循環(huán)水流量為40064t/h,相應的汽機凈功為70071.1un0(1+a.5a)為冷卻水流速和管徑修正系數(shù),φ;為kW,此時的凝汽器最佳壓力為4.14kPa。計算得到的最經(jīng)濟d1循環(huán)水流量比運行值小2.28%左右,這能很好地降低循環(huán)水394汽輪機技術(shù)第55卷表5300MW時不同循環(huán)水進口水溫對應的最佳運行參數(shù)4.020循環(huán)水進口水溫最佳循環(huán)水流量凝汽器壓力汽輪機凈功4.十--}--十--}-h--171944870948955643492193.980迭代次數(shù)圖4某工況下循環(huán)水流量的遺傳算法尋優(yōu)結(jié)果泵耗功,提高電廠的經(jīng)濟效益。50000由于循環(huán)水進水溫度受季節(jié)等外部因素影響較大,水溫由48000的升高必將使用更多的循環(huán)水流量來維持機組運行的最佳46000真空。然而由于循環(huán)水泵設計參數(shù)等因素的限制,在循環(huán)水量達到一定數(shù)值時,就要使用雙泵運行才能滿足流量需求仍以滿負荷為例,改變循環(huán)水進口水溫tn,分別使用38000300MW單、雙泵運行,可以得到不同的t對應的最佳運行參數(shù),計36000250MW34000算中循環(huán)水流量初值采用設計值Q.o=44000/h。不同進口水溫下單、雙泵運行的汽輪機凈功如表4所示。循環(huán)水進口水溫rC表4300MW時不同進口水溫下單、雙泵運行的汽輪機凈功5不同負荷下各循環(huán)水入口水溫對應的最經(jīng)濟循環(huán)水流量循環(huán)水進口水溫汽機凈功△P,kW由圖5可知,在負荷一定的情況下,最經(jīng)濟循環(huán)水流量單泵運行雙泵運行都是隨著循環(huán)水入口水溫的升高而增大。在循環(huán)水入口水7648溫相同時,負荷越高,所需的循環(huán)水流量越大。300MW、74317396250MW和20MW負荷條件下所對應的單、雙泵的切換溫度分別是12℃、17℃和28℃,隨著負荷的降低而升高。即在較低負荷下,單泵運行可以在較高的循環(huán)水進口水溫下維持機6938695l組在最經(jīng)濟背壓下運行。計算獲取的數(shù)據(jù)和圖線與實際運6663行情況相符,對該機組的經(jīng)濟運行具有較好的指導作用1415605261484結(jié)論由表4的計算結(jié)果可知,汽機凈功都隨著循環(huán)水溫的升(1)本文采用基于試驗數(shù)據(jù)的循環(huán)水泵優(yōu)化計算模型,高而減小。在300MW下,當循環(huán)水進口水溫低于12℃時,單在試驗數(shù)據(jù)的基礎上,使用遺傳算法對循環(huán)水流量進行了優(yōu)泵運行的汽機凈功較大;當水溫超過12℃后,單泵運行的循化。結(jié)果顯示,計算得到的最經(jīng)濟循環(huán)水流量比實際運行值環(huán)水流量已不滿足最佳流量的需要,汽機凈功小于雙泵運行小2.28%左右;300MW、250MW和220MW負荷條件下所對時的值,此時雙泵運行的經(jīng)濟性更佳應的單、雙泵切換溫度分別是12℃、17℃和28℃,隨著負荷在300MW的負荷條件下,以12℃作為單、雙泵切換的溫的降低而升高。計算結(jié)果對該機組循環(huán)水泵的投運和調(diào)節(jié)度點,分別計算各個循環(huán)水進口水溫下的最經(jīng)濟運行參數(shù),具有較好的指導作用。表5給出了部分的計算結(jié)果。(2)運用英國 Sheffield大學遺傳算法工具箱在 Matlab環(huán)由表5數(shù)據(jù)可知,采用雙泵運行計算的流量有了一個明境中開發(fā)的代碼迭代20次左右就能收斂,耗時在2s以內(nèi),顯的突變,這與雙泵并聯(lián)運行后的特性改變有直接的聯(lián)系。計算中國煤化工可見代碼開發(fā)過程中各參照循環(huán)泵的設計參數(shù),為了獲得更好的經(jīng)濟效益,可以調(diào)參數(shù)節(jié)雙泵的葉角均在0以下運行算方法 MCNMHG較好。同時程序化的計進仃仇化,具有較強的實用性機組負荷受調(diào)度和調(diào)峰的影響而變化,在不同的負荷條(3)通過計算得到的最佳循環(huán)水流量指導循環(huán)水泵的優(yōu)件下,都可以采用類似的處理手段得到不同循環(huán)水進口水溫化運行,使得機組運行于最經(jīng)濟背壓下,對電廠的節(jié)能降耗對應的最經(jīng)濟循環(huán)水流量,如圖5所示。和經(jīng)濟效益都具有重要的意義(下轉(zhuǎn)第350頁)350汽輪機技術(shù)第55卷16.11.75138理論流量計算流噴嘴號10.012.515.0圖167個鉆孔噴嘴流量不均勻性圖18計算流量和理論流量比較值模擬,可以得出以下結(jié)論1)高壓進汽部分具有明顯的減溫減壓能力,鍋爐來的0.7s新蒸汽538℃,24.1MPa經(jīng)過調(diào)節(jié)閥、鉆孔噴嘴后,出口溫度在247℃~321℃,速度948ms~1095m/s(2)調(diào)節(jié)閥和鉆孔噴嘴都是超音速流動,根據(jù)閥杄行程,調(diào)節(jié)閥出口段存在多個激波系出0.65(3)高壓進汽總壓損失明顯,至少達到58%,調(diào)節(jié)閥門開度越小,總壓損失越大;4)7個鉆孔噴嘴流量相當,與離汽源遠近沒有關(guān)系。參考文獻閥桿行程h/mm[1]沙曾炘.鍋爐給水泵汽輪機汽源匹配與切換方式的探討[J]圖17總壓損失系數(shù)汽輪機技術(shù),1996,38(5):314-319對不同閥桿行程,計算理想流量和本次數(shù)值模擬流量進2]張嵐,仇前峰軸助蒸汽切換給水泵汽輪機[門.熱力透平行了比較,如圖18所示,數(shù)值計算的結(jié)果要比理想臨界流量2012,41(1):66-68小,最大達到5%的差距,同時,也說明本次模擬與理論計算[3]王富美,何崇杰給水泵汽輪機汽源切換方式的比較[J].電比較吻合。站系統(tǒng)工程,1997,13(51):29-32[4]陶文銓.計算傳熱學的近代進展[M].北京:科學出版社4結(jié)論[5]沈維道,童鈞耕,工程熱力學[M].北京:高等教育出版社本文對100MW給水泵汽輪機高壓進汽流道進行了數(shù)(上接第394頁)[6]劉定平,肖蔚然,基于神經(jīng)網(wǎng)絡和混合遺傳算法的凝汽器真空參考文獻優(yōu)化控制[J].汽輪機技術(shù),2006,48(1):52-54[1]沈士一,等.汽輪機原理[M].北京:中國電力出版社,1992[7]蔡杰進,馬曉茜.基于遺傳算法的火電機組運行優(yōu)化[J].華[2]黃新元,趙麗,安越里,等.火電廠單元制循環(huán)水系統(tǒng)離散優(yōu)南理工大學學報,2006,34(4):102-103化模型及其應用[J.熱能動力工程,2004,19(3):02-306.[8]傅程燕,郭棟等.循環(huán)水泵優(yōu)化運行計算模型的優(yōu)化及應用實[3]王瑋,曾德良,等.基于凝汽器壓力估計算法的循環(huán)水泵最例[冂].制冷空調(diào)與電力機械,2011,32(1):82-84,81優(yōu)運行[J].中國電機工程學報,2010,30(14):7-12中國煤化工汽設備和冷卻系統(tǒng)[M.北[4]黃萍力,徐君詔.基于最佳真空算法的汽輪機循環(huán)水泵優(yōu)化運行研究[J].熱力透平,2010,39(3):166-167CNMHG啦傳算法工具箱及應用M[5]汪定偉,王俊偉,等,智能優(yōu)化算法[M].北京:高等教育出版西安:西安電子科技大學出版社,2005