基于灰色关联度的抽凝机节能改造方案经济性分析

0引言

(抽)背压式机组由于没有冷源损失、供热效益好、节能环保及折算后的发电煤耗低等优点,在热电联产的企业中得到了越来越多的运用^[1]。抽凝机组虽调节灵活,但是存在冷源损失、发电煤耗高等缺点,政策上已经不再允许新上抽凝机组,但在某些运行时间较久的热电厂,仍有部分抽凝机组在运行的情况。受近两年煤价飙升的影响,抽凝机组运行经济性差的劣势愈加凸显,甚至出现了亏本发电的情况,为响应国家“碳达峰、碳中和”政策,抽凝机组节能改造势在必行。

由于不同热电厂供热改造周期、资金投入等实际情况不一样,抽凝机节能改造的评价方法不同,则选择的改造方式也不尽相同。文献[2]采用最优动态规划法的数学模型,以工程年总费用最小为 目标函数,以确定的供热负荷为实例优化选取装机方案;文献[3]把基于空间概念的灰色关联分析方法同供热机组方案优选相结合,为装机方案的优选提供了一种科学有效的方法。目前,抽凝机节能改造方案主要有:利旧原汽轮机本体删减部分叶片^[4]、利旧原汽轮机汽缸更换通流^[5]、拆除原抽凝机新上背压机组^[6-8]。本文通过分析某热电厂现有装机及未来热负荷增长的需求,列举了三种改造方案,并进行详细的技术参数对比;基于灰色关联度分析理论,对三种改造方案进行了经济性分析。

1改造需求

某热电厂现有三台机组,#1机组CB15.8-8.83/2.55/0.98,#2机组CC25-8.83/2.55/0.98,#3机组B15-8.83/0.98。其中,B15-8.83/0.98在运行,CC25机组停运,CB15.8在运行(在原另一台CC25-8.83/2.55/0.98机组基础上经过拆除叶片改造而来),各机组额定进 汽量、抽汽量(对外供热量)、排汽量(对外供热量)如表1所示。

目前,由于煤价高企以及发电煤耗限制,#2机组 CC25抽凝机目前处于停运状态。根据初步调研情况,预计2024年2.55 Mpa.a等级热负荷将要增加60 t/h,0.98 Mpa.a等级热负荷将要增加80 t/h。该热电厂迫切需要进行节能技改,来满足热用户的用汽需求,同时增加电厂的经济效益。

2抽凝机节能改造方案

抽凝机节能改造主要方法有利旧原汽轮机本体删减部分叶片、利旧原汽轮机前汽缸更换整个通流及排汽缸、拆除原抽凝机组新上背压机组。

利用原汽轮机本体删减部分叶片改造(图1),按照所需排汽压力在适当位置增加盲板及轴封隔热挡板(使蒸汽不进入汽缸后部及排汽缸),并增加配重轮防止临界转速靠近额定转速,该热电厂已经有此类改造经验。这种改造方案,改造工作量小(无须改动原基础)、投资小、周期短,根据多个热电厂实际的改造经验,改造后汽轮机内效率差(无法通过增加叶片级数提高效率)、漏汽量大,转子对外界干扰变得敏感,导致振动大、运行不稳定。

利旧原汽轮机前汽缸更换整个通流及排汽缸,拆除原冷凝排汽缸,重新进行汽轮机通流设计,增加背压排汽缸,如图2所示。这种改造方案,改造工作量稍大(需要改造部分基础)、投资较小、周期较短,改造后汽轮机内效率不高,运行不稳定。

拆除原抽凝机组新上背压机组,如图3所示,改造工作量大(需要改造部分基础)、投资大、周期相对长,根据多个热电厂实际的改造经验,改造后汽轮机内效率高、运行可靠稳定,经济效益显著。

3抽凝机三种改造方案经济性分析比对

根据前面所述的利旧原汽轮机本体删减部分叶片、利旧原汽轮机前汽缸更换整个通流及排汽缸、拆除原抽凝机组新上背压机组三种改造方案,改造为抽背机组后的技术参数对比如表2所示,三种改造方案的年收益对比如表3所示,三种改造方案投资回收期对比如表4所示。

4灰色关联度理论及分析步骤

灰色关联分析^[9]的基本思想是根据序列曲线的几何形状的相似程度来判断其联系是否紧密。曲线越接近,相应序列之间的关联度就越大,反之就越小。灰色关联分析有两个应用:一是可以用来进行系统分析,分析每个因素对结果的影响程度;二是用来解决随时间变化的综合评价类问题。其分析的基本步骤如下:

1)确定分析数列。确定反映系统行为特征的参考数列和影响系统行为的比较数列。反映系统行为特征的数据序列,称为参考数列;影响系统行为的因素组成的数据序列,称为比较数列。

母序列(又称参考数列、母指标):能反映系统行为特征的数据序列。类似于因变量Y,此处记为X0。

子序列(又称比较数列、子指标):影响系统行为的因素组成的数据序列。类似于自变量X,此处记为(X1,X2,…,Xm)。

2)对变量进行无量纲化预处理。由于系统中各因素列中的数据可能因量纲不同,不便于比较或在比较时难以得到正确的结论,因此在进行灰色关联度分析时,一般都要进行数据的无量纲化处理。处理方法:

3)计算子序列中各个指标与母序列的关联系数。

记两极最小差为a=min_jmin_k|X₀(k)-X_j(k)|,两极最大差为b=max_jmax_k|X₀(k)-X_j(k)|,则关联度计算方法为:

其中,P为分辨系数,它通常取0.5。

4)计算灰色关联度。

结合前三步,可以最终计算得到X0和Xi之间的灰色关联度为:

5)关联度排序。因素间的关联程度,主要是用关联度的大小次序描述,而不仅是关联度的大小。通过大小次序的比较,得出子序列对母序列关联度的大小,即影响力度。

5 基于灰色关联度的三种改造方案经济性分析

根据灰色关联度理论及分析步骤,结合三种改造方案收益及投资回收期对比,分析改造后年净收益与投资及投资回收期之间的关联度。

1)确定分析序列。母序列:年净收益,记为X0;子序列:投资、投资回收期,分别记为X1,X2。

2)对变量进行无量纲化预处理,结果如表5所示。

3)计算子序列中各个指标与母序列的关联系数。借助关联系数公式结合Excel求得各个指标与母序列的关联系数如表6所示,然后求得a=min_jmin_k|X₀(k)- Xj (k)|=0.241,b=max_jmax_k|X₀ (k)-Xj (k)|=0.885。

4)计算灰色关联度。由公式y[X₀(k),Xj(k)]=

5)关联度排序。y2 >y1,关联度对比说明投资回收期对年收益的影响更大。该热电厂如果为追求更大的年收益,则要接受更长的改造回收周期、更大的资金投入,这也符合现实情况。

6结论

经济效益是企业赖以生存的基础,小型抽凝机供热存在能耗高、效率低、供热效益差等缺点,在 目前高煤价的市场形势下,不管是考虑政策还是企业经营要求,对抽凝机进行节能改造都刻不容缓。

本文根据某热电厂的现有装机方案以及未来热负荷增长情况,分析抽凝机改造为背压机的实际需求;列举了三种可选的改造方案,并进行了详细的技术参数分析对比;再通过灰色关联度分析理论进行了经济性分析,得到以下结论:为获得更大的经济效益,需要投入更多的改造资金以及更长的改造周期。

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《机电信息》2024年第17期第17篇