锅炉启动过程优化方法的研究

电力18讯：    摘要：随着经济的快速发展，我国电网容量以及用电负荷逐年增加，电网的峰谷差也逐年增大。这就要求大容量火电机组要参与调峰运行。机组频繁的启停和变负荷运行将增加设备的寿命损耗。电力体制改革的实施，使得火电厂更加重视自身的发电成本，实现机组的快速启停可以降低电厂的发电成本，提高电厂的经济性。本文从锅炉的角度出发，对锅炉启动曲线优化的方法进行了研究。利用模糊推理方法，结合锅炉启动过程的模拟计算和汽包应力分析，对锅炉启动过程的燃料量曲线进行了优化。利用优化后的燃料量曲线可以达到在不降低汽包寿命损耗的前提下，缩短锅炉启动时间的目的。

关键词：锅炉；启动过程；优化；模糊推理

1 前言
　　近20年来，我国电力工业一直处于高速发展时期，在装机容量快速增长的同时，单机容量也在转向大型化，300MW及以上容量机组已成为电网的主力机组。国内运行中的单机容量300MW及以上的机组已有200余台。其中，按CE公司技术设计制造的300MW、600MW亚临界控制循环和自然循环锅炉占据主导地位。

　　电网负荷的增加以及用电负荷的多样化，特别是商业性和生活用电的增加，使电网所带负荷的峰谷差不断增大。目前电网的峰谷差已经达到30%～40%以上，今后还会继续增大。

　　我国电力结构以火电为主。由于电网中水力发电机组的调峰性能有限，而核电机组只适合带基本负荷，因此，这就要求大容量火电机组参与调峰，周末停机和两班制运行方式势在必行。

　　机组参与调峰运行，除了应保证在各种负荷下具有高的效率，具有快速变负荷的能力，具有连续、稳定地带最小负荷运行的能力之外，还应能够快速启停，尽可能的减小启停过程中的热损失。

　　通过研究、优化锅炉机组的启动过程，可显著降低机组点火油耗，减少工质损失，节省启动费用，提高启动的经济性，为机组参与调峰运行创造条件。以每次冷态启动缩短1小时计，可节约轻油约12吨，节水、节电、降低启动费用，合计约10万元。启动过程中，根据优化的结果合理控制燃烧率，避免过热器、再热器超温事故发生，降低厚壁部件的热应力，提高启动的安全性。

　　本文从锅炉的角度出发，对锅炉启动曲线优化的方法进行了研究。利用模糊推理方法，结合锅炉启动过程的模拟计算和汽包应力分析，对锅炉启动过程的燃料量曲线进行了优化。利用优化后的燃料量曲线可以达到在不降低汽包寿命损耗的前提下，缩短锅炉启动时间的目的。

2 基于模糊推理的锅炉启动过程优化
　　锅炉启动过程的汽包单次寿命损耗与启动过程应力循环的应力峰谷差有关，峰谷差越大，疲劳寿命损耗越大。启动过程的应力峰值出现在汽包压力达到额定值时，这时汽包壁内温度分布基本均匀，热应力已经很小，可以忽略不计，汽包主要承受机械应力的作用。因此，峰值应力可以由汽包额定负荷下的压力确定。应力谷值出现在启动初期，这时压力较低，汽包主要受热应力作用。

　　在启动初期，通过合理的控制燃料量可以控制汽包热应力的大小。投入燃料量多，汽包升温升压速度快，汽包热应力大，启动时间短。投入燃料量少，汽包升温升压速度慢，汽包热应力小，启动时间长。由此可见，在确定了单次启动汽包寿命寿命损耗率后，可以求出应力循环的应力峰谷差，由于应力峰值是确定的，根据应力峰谷差可以确定启动过程允许的应力谷值。在启动过程中，控制燃料量，使汽包应力在启动过程中接近但不超过应力谷值的允许值，这样既可以保证汽包的寿命损耗满足要求，同时也可以加快锅炉的启动速度。

　　从上面的分析可知，在已知锅炉启动过程燃料量曲线后，利用锅炉启动模拟计算程序和汽包应力计算程序，计算出锅炉启动过程中参数的变化和汽包的应力变化以及过程持续的时间。利用应力计算结果对燃料量曲线进行修正，将计算得到的谷值应力与允许的谷值应力比较，如果计算得到的谷值应力比允许的谷值应力小，则可以适当增大相应阶段的燃料量，反之则减小燃料量。这样就得到了一条新的燃料量曲线。利用这条新的曲线重新计算锅炉启动过程，直到满足计算结束的要求为止，这时可以认为得到的最新的燃料量曲线就是优化后的结果。

　　锅炉启动过程燃料量曲线的寻优过程可以理解为通过调整燃料量控制汽包应力在允许的范围内的过程。模糊推理方法由于充分的利用了人的思维活动特点，所以很适合启动过程优化。