燃气负荷（精选4篇）
燃气负荷 篇1
随着我国居民物质生活的改善, 城市居民对燃气的需求量日益增加, 使得燃气供应将进入到大发展时期, 这对社会生活的发展与改善有着重要的促进作用。城市居民燃气负荷规律与预测是一项非常重要的研究课题, 这不仅关系到城市燃气供应规划及投资的效益与安全性, 而且关系到城市居民的生活需求及燃气供应的可持续发展等问题, 都具有重要的意义。本文系统阐述了研究居民燃气使用负荷规律及负荷的预测的研究方法。
1 居民小区的燃气负荷规律
我们城市燃气使用负荷分为两大类:常年性负荷、季节性负荷。常年性负荷是指居民、公共、工业等使用的燃气负荷, 居民生活用气占有主要部分, 具有明显的小时不均匀性的特征, 与此同时随着季节的改变、居民生活方式的转变适应的日不均匀性及月不均匀性。例如某市在04年的元旦燃气负荷统计得出, 在1月1日的6:00—9:00是晚用气高峰, 中午的用气量要比平时的多, 燃气高峰系数分别达到2.98和4.56, 这说明了燃气负荷随着节假日、居民的生活方式的变化而变化, 具有不均匀性和周期性, 随着节假日的到来具有明显的增加。
季节性负荷是指有些地区随着季节的不同, 对燃气的使用量不同, 居民的供暖用气占有主要部分。供暖用气主要与室内外的温差、湿度及太阳辐射等外界条件有关系, 季节气候的温差变化就制约着燃气的使用, 温差大燃气使用负荷就越大。一个月或者一个星期的燃气负荷主要有居民的生活习惯及室内外的温差决定的, 但在一个星期内的日气温的变化不规律, 气温低的时候, 燃气负荷就大, 例如某市03年1月的日负荷及日不均匀系数达到1.205。这说明燃气量与季节有较大的关系。
通过研究分析燃气负荷资料, 得出燃气负荷变化的规律。首先, 时负荷具有趋势性、随机性并且以天为周期进行变化的规律。其次, 日负荷具有与时负荷类似的趋势性和随机性的变化规律。最后, 月负荷具有趋势性、并且以年为周期进行周期性的变化规律。因而对于时负荷、日负荷的短期负荷的变化规律是不同的, 时负荷具有明显的周期性。日负荷的趋势性就是指在一年内受到季节的温度的变化的影响, 使得其具有低温用气大, 高温用气少的确定性的负荷变化规律。通过图1可以看出, 日负荷燃气量随着季节的变化较明显, 类似二次曲线变化规律, 每月的日负荷随气温的变化而略有变化。图2是一年内日负荷在12个月的日负荷曲线图, 反映了燃气的负荷变化规律。
2 燃气短期负荷的预测
我国过去对燃气负荷预测的方法主要是基于统计学的回归分析模型和时间序列分析的两种方法。前者主要是通过对历史数据和数据模式进行序列分析进而找出变化规律, 但是要受到用气量不确定、变化激励及因素之间的关系三方面的限制, 不能较好的去分析预测负荷。后者主要是简化外部的影响因素的复杂作用, 分析历史数据及数据模式来概括整个燃气短期负荷的变化规律, 然而建立数学模型具有不确定性, 用这种方法很难精确地分析预测负荷。随着人工神经网络研究的新进展, 使用基于BP网络燃气短期负荷预测的方法具有明显的优势, 能够有效地预测居民燃气短期负荷。
基于BP网络燃气负荷预测的方法, 就要求已知前n天的燃气负荷X (t) (t=1、2、…、n) , 通过构造BP网络的结构形式, 确定输入输出模型, 进而预测到第n+1天的燃气负荷。通过以下几个步骤来警醒分析。
首先, 确定节点数和训练样本。通过实际问题的类型及解决方式的不同来确定输入输出的节点数目。例如预测某天的燃气负荷, 要选择最高温度、最低温度、天气及日期四个输入节点, 燃气负荷最为计算分析的输出接点。输入层把数据源加到网络上进行缓冲存储, 节点数目取决于数据源的维数, 进行设计时首先要分清正确的数据源是什么, 要剔除未经处理的或者不正确的信息数据, 确定数据源的合适的数目。设计者要根据自己的要求来确定输入输出层的维数, 缩小计算系统的规模减少系统的复杂性。筛选历史数据, 分成两部分即训练部分和检验部分。
其次, 确定隐含层及层内节点数目。隐含层在BP网络中进行筛选提取输入数据的特征。隐含层层数越多其处理数据能力就越强。有网络的用途来决定网络中的各层节点数目, 进而制约了BP网络的处理性能。下面是几点处理层数的经验, 隐含层的节点数目是2N+1, 通过估算得出N=logT, 进而得到训练模式数目T, 在进行高维数输入时, 第一层对第二层的最佳节点比例最好是3∶1。通过以上的具体方法确定了隐含层的层数木及层内的节点数目。
最后, 预测计算流程。人工神经网络系统的分析过程要经过初始化、输入参数及建立网络结构、训练网络等操作, 达到实现BP网络算法的流程及最后的数据预测分析功能。下面以实际的例子来说明整个网络的计算分析时显得具体步骤。已知某市的连续21天的日负荷, 要求通过前7天的数据, 来预测第8天的燃气日负荷, 并且由此推算以后的每天日负荷数据。首先确定四个参数即最高温度、最低温度、天气及日期和前7天的燃气负荷数据, 进行统一的归一化处理。通过前7天的四个参数进行辨识燃气负荷网络系统及训练网络模型。进而选出训练好的人工神经网络模型, 然后把第8天的四个参数输入进去, 进而得出第8天的燃气负荷预测值。通过分析每个的预测值误差均小于2%, 满足分析误差的要求。进而表明这种预测分析方法能够有效的预测居民燃气短期负荷。
3 小结
本文系统的阐述了时负荷、日负荷、月负荷、季节性负荷的特征及随外界的变化规律。通过BP网络系统的预测分析居民燃气短期负荷具有一定精确性可靠性, 能够利用历史数据, 建立准确的模型, 这种模型具有通用性和实效性, 进而预测工作日、一般日、节假日的燃气短期负荷。便于有效地对城市燃气管网规划、运行管理及调控, 保证城市的燃气优化运行和可持续发展。
参考文献
[1]焦文玲, 朱宝成, 冯玉刚.基于BP神经网络城市燃气短期负荷预测.煤气与热力.2006.
[2]潘新新, 周伟国, 严铭卿.居民小区燃气负荷规律与短期负荷预测.煤气与热力.2006.
[3]谭羽非, 李持佳, 陈家新等.基于人工神经网络的城市煤气短期负荷预测.煤气与热力.2001.
[4]焦文玲, 展长虹, 廉乐明, 严明卿.城市燃气短期负荷预测的研究.煤气与热力.2001.
燃气负荷 篇2
SZS55-1.25-Q型燃气蒸汽锅炉 (南京奥能锅炉有限公司生产) , 由燃烧区、高温连接烟道 (膨胀节) 、对流区、省煤器连接烟道和省煤器等5部分组成。外部给水由省煤器预热后进入上锅筒, 上锅筒内给水分配管将水输送到沿锅筒长度的不同地方, 上下锅筒之间由大量的对流管连接;燃烧区由上下集箱、膜式壁及前后墙组成;对流区下锅筒与燃烧区下集箱由12根连通管相连, 燃烧区上集箱产生的蒸汽由14根导汽管输送到对流区上锅筒的水汽连通管;由于对流区换热管受烟气冲刷的强度不同, 使得对流区靠近炉前部分为下降管, 炉后部分为上升管, 以此来维持对流区的水动力平衡。锅炉燃烧区产生的蒸汽由导气管导入上锅筒, 与导流管中产生的蒸汽在上锅筒中汇集, 依次通过水下孔板、钢丝网和均汽孔板, 然后通过顶部的管口向外供蒸汽。
2故障现象
锅炉在低负荷运行时蒸汽品质可满足要求, 但高负荷时蒸汽带水, 且前后存在液位差, 炉后液位波动大。
3原因分析
低负荷时燃烧区受辐射热比较弱, 火焰尾部导气管内的蒸汽流速不是很高, 其在锅内封闭区域内对水位的“压迫”不是很强烈;另外低负荷时燃烧区出来的烟气温度还不是很高, 使得其与对流区接触的钢管对流换热强度不是很高。这些原因使得锅炉水位不会抬升, 且汇集后的蒸汽在通过炉后的水下孔板时流速不会很快, 液位可以保持一个稳定的状态。高负荷时, 由于火焰变粗、变长, 炉膛内膜式壁产生的蒸汽过多, 炉膛后部的导气管来不及输送大量蒸汽, 于是此股蒸汽在上锅筒内对水位形成一种“压迫”, 使得水位有可能抬升;另外随着负荷增加, 对流区尾部的管子受热, 对流热强度急剧增加, 管内产生大量蒸汽, 大量蒸汽通过水下孔板区域时, 穿孔流速过大, 使得炉后液位抬升。这些原因综合导致了锅炉尾部液位升高, 过高液位影响钢丝网的汽水分离效果, 使得蒸汽中带水。
4改进措施
(1) 将锅内原挡板拆除后沿着锅筒纵向方向开槽, 槽宽度为40 mm, 正对导气管中心左右各150 mm范围内不开槽。这是为减轻导气管内蒸汽流经水下孔板时对穿孔速度的影响, 使所有燃烧区产生的蒸汽通过导气管后从开槽的缝隙中流出, 既减缓密封区内压力, 也降低蒸汽穿孔时炉后水位的抬升。
(2) 在原挡板外50 mm处加装挡板, 其底部距离锅筒中心线175 mm, 这是为促使通过槽内的蒸汽遇到此挡板后向下流动, 然后向上流经主蒸汽阀, 蒸汽沿S形路径流动, 蒸汽中的水滴在重力作用下与蒸汽分离。
(3) 取消原V形钢丝网, 改为水平钢丝网, 且在钢丝网进口处安装均汽孔板, 这是为增加蒸汽空间, 提升汽水分离高度, 改善汽水分离效果。
5改进效果
燃气负荷 篇3
关键词：燃气轮机,负荷变化速率,AGC
上海某燃气轮机发电厂采用的是美国GE公司生产的PG9171E型燃气轮机。燃气轮机控制系统为机组出厂配置的MarkV控制系统。
燃机轮机机组最初的负荷变化速率为:升负荷速率———10MW/m in;降负荷速率——10MW/m in, 在AGC投入情况下, 这一升/降负荷速率可以满足电网对机组负荷响应的要求。但经过了十几年的运行, 整个机组设备因为深度调峰的原因, 都不同程度的出现了老化的情况, 性能下降, 此负荷变化速率在这种情况下, 就并非是最优化的了, 因此进行了试验, 挑选一台燃气轮机机组, 修改燃气轮机升/降负荷速率, 采集在AGC投入情况下, 机组运行数据, 并对所得数据进行对比和理论分析, 得到一个既能满足电网负荷响应要求, 有最佳经济效益同时尽量减少机组寿命损耗的负荷变化速率。
1 燃气轮机负荷变化速率的修改
由逻辑图中可见, L70R_GX逻辑信号由L70R (设定升负荷) 逻辑信号决定。而TNR1_LMT的值又由常数TNR1_DCS来决定。当L70R_GX信号逻辑置“0”时, TNKR1_4输出等于常数TNKR1_4L的值;当L70R_GX信号逻辑置“1”时, TNKR1_4输出等于TNR1_LMT的值, 即等于常数TNR1_DCS的值。TNKR1_4的输出值最终决定转速基准TNR, 从而改变燃料量指令FSR来改变机组负荷。所以, 可以通过修改常数TNR1_DCS的值来修改燃气轮机升负荷的变化速率;修改常数TNKR1_4L的值来修改燃气轮机降负荷的变化速率。
2 燃气轮机负荷变化速率的选择
对于燃气轮机在AGC中的负荷变化速率, 可以参考机组制造厂提供的数据对控制系统进行初步设定, 然后在此基础上进行负荷变动试验, 试验研究首先考虑机组安全和可靠性, 同时研究运行经济性, 在确保设备不受损伤、保证安全的前提下, 既要满足电网的调节要求, 又要使电厂得到较好的经济性。由此得出适合具体机组的负荷变化速率。
根据GE公司出厂要求, 燃机在单循环方式正常运行时, 负荷变化的速率限制一般为10MW/min;燃机在联合循环方式运行时, 燃机本身负荷变化速率最大允许值为8MW/min。
试验研究分析主要有三方面:1) 不同升/降负荷速率对机组寿命损耗的影响;2) 不同升/降负荷速率对机组本身效率的影响;3) 满足电网负荷响应要求。
试验一、不同升/降负荷速率对机组寿命损耗的影响。
在燃气轮机加减负荷的工况中, 机组的燃气温度在不断变化, 热部件的温度则随之不断地变化。对于零件来说, 温度的变化有一传热过程。显然, 与燃气接触的外表变得快, 而离外表远的部位变得慢。这样, 即使原来温度较均匀的零件内部也要产生温度差别, 从而产生热应力。当燃气温度重新稳定后, 随着时间的推移, 零件内部的温度差别和由此引起的热应力就随之消除。因此, 在这样的工况下, 热部件要承受附加的、暂时的热应力, 不断循环最终会导致零件断裂。
加负荷时, 叶片的温度随燃气温度不断升高, 其外表由于和燃气接触而温升快, 中心部分截面积较大则慢, 即外表温度比中心高, 使叶片产生中心受拉、外表受压的热应力。外表的热应力与叶片的离心拉伸应力相互抵消一部分, 而中心部分的热应力与离心拉伸应力一致, 加大了其应力。减负荷时, 燃气温度不断降低, 这时必然是叶片外表温度降低快, 使表面温度低于中心部位, 产生与上述方向相反的暂时热应力, 即外表受拉而中心受压。
在加减负荷过程中, 叶片中心、表面在一段时间内要承受很大的应力, 这种因温度变化而产生暂时热应力的现象, 即所谓的热冲击。显然, 热冲击的程度与机组加减负荷的速率密切相关, 加减速率快, 燃气温升就快, 热冲击的程度相对来说就要严重。
对电厂投用AGC前后的燃气轮机负荷曲线 (图2、图3) 进行分析, 可见:在投用AGC前, 发电机组功率设定值调整频度约为20~60m in/次;在投用AGC后, 发电机组功率设定值调整频度约为4~5m in/次。
在AGC投入的情况下, 由于快速频繁变负荷造成燃气工质瞬态升、降温, 从而不可避免地产生频繁的热应力变化, 与一般稳定负荷运行的机组相比, 会带来额外的寿命损耗。这种损耗的作用与启停所造成的寿命损耗类似, 会加速转子应力集中部位疲劳裂纹的产生速度和烈度。若干次剧烈变负荷过程带来的寿命损耗与1次温态正常启停带来的寿命损耗相差不大, 根据最新的研究结果, 机组在每次常规启停循环过程中, 因为转子内部存在冷却空气流通部位, 增大了转子金属各部位之间的温度变化梯度, 因此在燃气轮机转子中冷却空气抽气或放气截面的燕尾槽、止口槽和枞树根槽等部位都是最大应力集中点, 而机组运行过程中频繁的变负荷运行进一步加剧了该部位热应力的变化。从应力场计算结果来看, 由于降负荷时转子承受拉应力, 并且应力绝对值大于以相同负荷变化速率升负荷时转子承受的压应力值, 故在机组减负荷时更应注意。
燃机加减负荷采用不一样的速率, 考虑到加减负荷时, 燃机热通道部分的温度变化幅度是不同的, 减负荷变化幅度大, 加负荷变化幅度小, 故采取加负荷快, 减负荷慢的方式。现在设定的负荷变化速率为:升负荷速率———8MW/min;降负荷速率———6MW/min, 避免因升/降负荷速率过快而加速机组的老化。
试验二、不同升/降负荷速率对机组本身效率的影响。
挑选一台燃气轮机机组进行试验, 修改燃气轮机升/降负荷速率, 采集机组加减负荷的运行数据 (图4、图5、图6) , 包括:燃气轮机负荷 (MW) 、燃料流量 (t/h) 、燃料/空气比 (%) 、热耗 (g/kw·h) 、机组效率 (%) 、燃烧室效率 (%) 、压气机效率 (%) 等, 进行分析和比较。
对采集的数据进行分析和比较, 可见, 当燃气轮机负荷相同, 升/降负荷速率不同时, 其燃料流量 (t/h) 、燃料/空气比 (%) 、热耗 (g/kw·h) 、机组效率 (%) 、燃烧室效率 (%) 、压气机效率 (%) 等机组运行性能数据基本相同。因此得出结论:不同负荷变化速率对燃气轮机本身运行效率的影响不大。
试验三、满足电网负荷响应要求的判定。
在AGC投入情况下, 电网要求燃气轮机负荷响应的速率为, 且响应延时应≤15s。由图7可见, 当升负荷速率设定为8MW/min、降负荷速率设定为6MW/min时, 燃气轮机升、降负荷时, 能够满足电网的要求。
3 结论
通过对PG9171E型燃气轮机的负荷变化速率参数TNR1_DCS、TNKR1_4L进行修改, 从1) 不同升/降负荷速率对机组寿命损耗的影响;2) 不同升/降负荷速率对机组本身效率的影响;3) 满足电网负荷响应要求这三方面考虑, 对燃气轮机负荷变化速率进行选择并进行试验比较, 得到燃气轮机在AGC投入情况下最优的负荷变化速率:升负荷速率———8MW/min;降负荷速率———6MW/min。
参考文献
[1]杨顺虎.燃气-蒸汽联合循环发电设备及运行[M].北京:中国电力出版社, 2003.
[2]焦树建.燃气-蒸汽联合循环.北京:机械工业出版社, 2003.
燃气负荷 篇4
1 现像描述
某日机组启动至并网瞬间, 负荷出现大幅摆动, 当时从DCS上机组具体参数如表1。
从表1中可看出, 并网前发电机频率与系统频率差值为0.20Hz, 这是同期装置允许的最大值。从电气故障录波装置上看, 并网后0.3s, 有功达到115mw, 并网后0.7s, 有功变为-65MW。但从录波上对比发电机电压及220kV母线电压, 并网时相位一致, 电压差在合格范围内。并网时机组转速3008转, 电网频率折算成转速为2996转, 相当于频差0.2Hz (转差12转) 。当GCB合上瞬间, 发电机电压与系统电压基本一致功角为零, 但转子转速比系统感应磁场转速高12转, 0.3s拉开角度为12×360×0.3/60=21.6°, 即功角为21.6°, 转子转速与定子磁场转速一致, 此时发电机有功输出达1 1 5 M W。随后, 由于定子磁场力的作用, 转子转速低于定子磁场转速, 并在0.4s内, 功角变负值, 即输出有功为负值。
2 原因分析
我厂同期装置定值整定值与300WM级燃煤机组一致, 但出现如此大的有功摆动, 与燃机转子转动惯量大, 调速系统反应较灵敏等因素有关, 从机组以往并网数据看, 也时常伴随着有功摆动, 而此次并网时机组与系统的频差达最大允许值0.2Hz, 造成发电机需要经历一个较大的暂态过程才能进入同步运行状态, 出现较大的有功波动。
为了保证并网瞬间能带起初始负荷20MW, M701F燃机空载时的转速基准值设定为3008rpm。机组定速在3008rpm后, 当同期条件满足, 机组并网, 并网瞬间, 转速从3008rpm突变为3000rpm左右, 部分动能转化为有功, 初负荷2 0 M W将会在瞬间带起, 由此可知, 机组每次并网前机组转速3008rpm与系统正常频率50Hz存在的固有频差为8/60=0.13Hz, 在系统频率不低的情况下, 该频差在允许值0.2Hz以内, 并网时, 同期系统的调节转速信号ASS GOV RAISE和ASS GOV LOWER基本无需发挥调速作用。而当系统频率低于49.93Hz时, 调节器调整频差至0.2Hz, 必然又将给发电机带来冲击。
3 修改方案
从以上分析可知, 要想降低并网时对发电机的冲击, 就要减少并网时的频率差, 有两种方法可考虑。
(1) 修改同期装置频差定值:考虑机组空载时转速基准为3008rpm (50.13Hz) , 将频率差的整定值由±0.2Hz (±12rpm) 改为±0.15Hz (±9rpm) , 但由于我厂机组转速的基准3008rpm, 转速的固有偏差 (8rpm) 已接近频率差的整定值 (±9rpm) , 在系统频率偏低或发电机转速不稳时, 或者由于主燃料控制阀等元件出现偏差使实际转速略有上升, 频率差很容易超出整定值, 这时需要同期装置发出脉冲调整发电机转速, 延长了发电机并网时间, 调速回路上元器件动作过多, 也容易造成元器件损坏使调速失灵, 造成发电机不能并网, 为了避免这一限制, 还需组合第二种方法。
(2) 修改机组空载转速基准值:由于并网时同期装置发出的调速脉冲所改变的实际上也是机组转速的基准值, 所以发电机并网时机组转速的基准值也会发生变化, 可能不是3008rpm。三菱在设计时, 基于确保能带起初始负荷的考虑, 以3008rpm为空载基准值, 以便有足够的动能转化成有功, 但在实际运行中, 空载转速3008rpm时所对应的燃料量, 在并网后会下降约3%, 空载转速时的燃料量输出值对于满足并网初负荷20MW还是有足够余量的, 可以考虑将机组的转速基准值定由3008rpm改为3006rpm。
4 出现负荷波动的影响
由以上简明逻辑可知:负荷在5.5s内突然由7 2 M W以上降到2 4 M W以下的情况时, 为了保证燃烧状态, 而产生了一个应急信号:House load operation, 此信号将会维持1min, 1min后如果状态正常, 信号会自动消失。信号消失后如果没有操作, 上述燃烧状态依然维持 (如图1) 。
燃机方面影响:house load operation是复位“load limit (负荷控制) ”条件之一 (或的关系) , “governor (转速控制) ”是由“load limit”取非, “load limit”的控制模式被复位为0, 则“governor”控制模式为1, 所以机组自动切为governor控制模式, 即机组会由负荷控制切为转速控制, 主燃料控制输出值由以负荷为计算基准切为以转速为计算基准, 在保证转速变化率受到严格控制的前提下尽量维持当前的燃烧状态和燃料量。House load operation信号将会维持1min, 1min后如果状态正常, 信号会自动消失, 此时可手动将主控制系统切为负荷控制, 则主燃料输出值重新调整, 若没有操作, 上述燃烧状态依然维持。
汽机方面影响:由于此时未达到进汽条件 (冷态启动时, 需在54MW暖机结束后才进汽) , 所以高中压调阀处于关闭状态, 仅低压主汽调门保留20%的冷却开度, 由于house load operation是OPC动作的条件之一, 当house load operation条件满足后, OPC actuated条件为1 (经过3.8s后变成0) , O P C动作给L P C V发一个强制关信号, 所以, LPCV迅速全关, 由于低压缸冷却蒸汽由辅汽提供, 辅汽压力会随之波动, 随着OPC actuated信号消失, 延时20s后LPCV force close信号消失, LPCV重新打开至冷却开度20%, 因汽机未达到进汽条件, 所以整个过程高中低压汽包水位及旁路阀开度均未受到影响。
机组已并网, house load operation信号出现且已经过5s保护区或者没有出现, 此时若根据中压进汽压力经函数计算出来的值比发电机输出经过函数计算后的值大13, 则延时0.2s后机组判断为火焰消失跳机。此次事件并网时, house load operation信号出现且经过5s (60s后house load operation才复位) , 但逆功率是发生在house load operation出现后1s内, 所以此条件未满足, 另外, 当时IP汽机未进汽, 所以中压进汽压力为0, 则经过函数计算出来的值为0, 那么发电机输出经过函数计算后的值必须小于-13此条件才满足, 根据逻辑提供的函数可算出, 当时发电机输出须小于-53MW, 也就是说逆功率值在达到-53MW且其它条件满足才会跳机, 当天逆功率值虽最大值达-65MW, 但由于时间短, 因此机组没有跳机。
由此可见, house load是机组处于极端运行方式下一种快速的调节方法, 虽然没有造成严重后果, 但从以上分析可知, 若并网时冲击过大, 仍可能出现逆功率值大至跳机值的情况。
5 结语
由于M701燃机为保证并网初始负荷而设定的转速基准值, 并网前与电网系统额定频差0.13Hz, 当电网系统频率偏低, 使并网频差大而造成M701F燃气轮机并网负荷波动。此次虽没有造成大影响, 但还是存在较大风险, 出于保护机组的角度, 作以下建议。
(1) 修改频率差的整定值由±0.2Hz (±12rpm) 改为±0.15Hz (±9rpm) 。