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汽轮机启动过程中安全经济优化的研究

张志明  
【摘要】:电力是中国经济的命脉,保证电网和电站运行的安全对我国可持续发展是十分必要的。随着我国电网已进入到了以“高参数、大容量、自动化”为标志的新阶段,电网的稳定运行对自动发电控制(简称AGC)技术的发展提出了更高的要求。AGC是现代电网控制的一项基本和重要技术,是建立在电网调度自动化系统与发电机组协调控制系统间闭环控制的一种先进的技术手段。实施AGC可获得以高质量电能为前提的电力供需实时平衡,提高电网运行的经济性,减少调度运行人员的劳动强度。 火力发电厂实施AGC的关键是要对主要发电设备的安全经济性和运行状况有十分清楚地了解,并有准确和客观的定量数学模型对其状态进行评价、对其工况变化过程进行控制。在参考了国际上几大著名汽轮机制造公司,如GE,Siemens等,机组自启动概念模型的基础上,提出了以汽轮机安全性为约束、经济性为目标的实施系统构架。 在上述构架中,本文在圆筒壁非稳态导热理论的基础上,首次推导出在外壁绝热、内部介质温度变化时圆筒壁温度分布的解析模型,该模型具有求解精度高、可以直接应用于实时分析系统的特点。论文提出了一种有限子结构计算方法,用于解决汽缸等复杂结构的温度场解析求解问题。针对有限子结构中不稳态温度分布,定义了反映不同形状下各段汽缸膨胀的特征值――膨胀特征温度,用来表征不规则物体的变形和膨胀能力,由膨胀特征温度计算各段的膨胀量。以上提出的一些创新方法使得在线监测汽轮机各级轴向膨胀差成为可能。 在满足汽轮机安全性约束条件的前提下,对影响机组启动经济性的各种因素进行了分析,提出了一种综合考虑燃料消耗、设备损耗、人员费用等因素的归一化评价方法,采用该方法可以对机组在启动过程中的安全性和经济性的进行综合评价,对国产300MW机组的实际启动过程优化计算和分析表明,本文提出的方法全面考虑了汽轮机组安全性和经济性因素,可以使以自动发电控制(AGC)为目的的汽轮机自启动过程更加合理。 开发了启动综合评价系统,具有汽缸温度场和变形实时分析、汽轮机各级轴向膨胀差实时监测、启动过程优化等功能,并成功应用于电站实际运行之中,取得了明显的经济效益。


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