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燃煤發(fā)電機(jī)組檢修間隔優(yōu)化研究

時(shí)間:2021年04月25日 分類:電子論文 次數(shù):

摘要:煤炭?jī)r(jià)格波動(dòng)、發(fā)電負(fù)荷降低及電力市場(chǎng)改革對(duì)燃煤發(fā)電企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益帶來(lái)了越來(lái)越大的影響,為降低燃煤火電機(jī)組的檢修費(fèi)用,本文建立了考慮到機(jī)組上網(wǎng)電量、檢修投入、非計(jì)劃停運(yùn)以及機(jī)組能耗變化等因素的檢修優(yōu)化模型,并以某2300MW機(jī)組電廠為例為研

  摘要:煤炭?jī)r(jià)格波動(dòng)、發(fā)電負(fù)荷降低及電力市場(chǎng)改革對(duì)燃煤發(fā)電企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益帶來(lái)了越來(lái)越大的影響,為降低燃煤火電機(jī)組的檢修費(fèi)用,本文建立了考慮到機(jī)組上網(wǎng)電量、檢修投入、非計(jì)劃停運(yùn)以及機(jī)組能耗變化等因素的檢修優(yōu)化模型,并以某2×300MW機(jī)組電廠為例為研究目標(biāo)進(jìn)行了計(jì)算。計(jì)算結(jié)果顯示,隨著檢修投入的增加,機(jī)組檢修優(yōu)化后的收益變大:在機(jī)組檢修費(fèi)用為1000萬(wàn)元/次、且檢修時(shí)間為500h時(shí),每?jī)?yōu)化減少一次檢修所獲得的收益可以超過(guò)1500萬(wàn)元。但另一方面,機(jī)組檢修優(yōu)化的收益大小還要受非計(jì)劃停運(yùn)事件次數(shù)、非計(jì)劃停運(yùn)設(shè)備維修費(fèi)用以及機(jī)組能耗變化的影響,因此機(jī)組檢修間隔的延長(zhǎng)也需要有一定的范圍。該模型的計(jì)算結(jié)果表明,文中所建模型可以用于機(jī)組檢修間隔優(yōu)化的定量分析,能夠?yàn)殡姀S合理安排檢修次數(shù)提供技術(shù)參考。

  關(guān)鍵詞:安全工程;設(shè)備管理;燃煤發(fā)電;機(jī)組檢修;檢修模型;檢修優(yōu)化;檢修間隔

燃煤發(fā)電機(jī)

  目前,隨著我國(guó)發(fā)電裝機(jī)容量的迅速發(fā)展[1],發(fā)電企業(yè)的設(shè)備利用小時(shí)數(shù)在呈現(xiàn)逐年下降趨勢(shì):2019年,我國(guó)6MW及以上容量發(fā)電廠發(fā)電設(shè)備利用小時(shí)數(shù)為3828h,同比下降了51h[2]。與此同時(shí),受新能源發(fā)展及電力市場(chǎng)化改革的影響,燃煤發(fā)電廠協(xié)議售電量在不斷增加,售電價(jià)格也有所下降,對(duì)其經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)生了嚴(yán)重的影響。因此,降低發(fā)電機(jī)組的檢修成本也成了目前燃煤火力發(fā)電廠所面臨的一個(gè)重要問(wèn)題[3,4]。在現(xiàn)有的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)發(fā)電機(jī)組的檢修等級(jí)及檢修周期做了規(guī)定[5],但很多發(fā)電企業(yè)并不一定完全按照該標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行執(zhí)行,因此在電廠實(shí)際日常維護(hù)中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)該修不修或者過(guò)度檢修的問(wèn)題[6,7]。

  發(fā)電論文范例:光伏發(fā)電站在紡織企業(yè)的應(yīng)用

  另一方面,隨著發(fā)電設(shè)備生產(chǎn)、制造工藝技術(shù)水平不斷提高,加之現(xiàn)在各種狀態(tài)監(jiān)控技術(shù)也在不斷發(fā)展,發(fā)電設(shè)備的整體可靠性在不斷提高,為設(shè)備狀態(tài)較好、技術(shù)水平較高的發(fā)電機(jī)組檢修優(yōu)化提供了有利條件,國(guó)內(nèi)部分電廠或?qū)<覍W(xué)者對(duì)檢修優(yōu)化問(wèn)題做了大量的研究。發(fā)電機(jī)組或設(shè)備的優(yōu)化檢修研究的主要目的是在保證設(shè)備安全可靠的情況下如何降低機(jī)組的檢修成本:2017年,鄧旭陽(yáng)等將機(jī)械工程領(lǐng)域的設(shè)備等劣化理論引入到電力設(shè)備運(yùn)行分析中,推導(dǎo)出了各檢修周期內(nèi)設(shè)備可靠度之間的關(guān)系,建立了設(shè)備基于風(fēng)險(xiǎn)的檢修策略優(yōu)化模型結(jié)合一個(gè)具體算例,求得了最優(yōu)檢修間隔[8]。

  2020年,史進(jìn)淵提出了基于疲勞與蠕變壽命設(shè)計(jì)結(jié)果的汽輪機(jī)起動(dòng)加權(quán)系數(shù)與負(fù)荷變動(dòng)加權(quán)系數(shù)的計(jì)算方法、汽輪機(jī)第二種等效運(yùn)行小時(shí)數(shù)的計(jì)算方法、汽輪機(jī)檢修周期的優(yōu)化方法、汽輪機(jī)年均壽命損耗與機(jī)組年均等級(jí)檢修費(fèi)用的計(jì)算方法,并給出了應(yīng)用實(shí)例[9]。周小藝等于2014年對(duì)電力系統(tǒng)檢修計(jì)劃優(yōu)化問(wèn)題的研究歷史、現(xiàn)狀和有待研究的問(wèn)題做了比較系統(tǒng)的總結(jié)和展望,指出了電力網(wǎng)絡(luò)檢修優(yōu)化領(lǐng)域有待研究的問(wèn)題和面臨的挑戰(zhàn)[10]。

  2012年,孟祥萍等建立了考慮經(jīng)濟(jì)性與技術(shù)性的新檢修計(jì)劃優(yōu)化模型,并將改進(jìn)算法應(yīng)用到機(jī)組檢修計(jì)劃優(yōu)化模型,仿真驗(yàn)證了改進(jìn)算法及模型可取得良好效果[11]。發(fā)電機(jī)組延長(zhǎng)檢修周期可以有效降低檢修成本,降低檢修現(xiàn)場(chǎng)安全管控風(fēng)險(xiǎn),但延長(zhǎng)檢修周期可能會(huì)造成設(shè)備可靠性下降,帶來(lái)設(shè)備的非停風(fēng)險(xiǎn)[12~14],同時(shí)也會(huì)造成設(shè)備經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)如機(jī)組效率的下降,間接影響機(jī)組效益。

  因此,為全面衡量、科學(xué)決策機(jī)組是否具備檢修間隔延長(zhǎng)條件,在本文中建立了考慮了機(jī)組非停風(fēng)險(xiǎn)及機(jī)組能耗變化的檢修間隔優(yōu)化模型,并對(duì)某300MW機(jī)組的檢修間隔進(jìn)行了研究。 另一方面,檢修對(duì)于機(jī)組的能效指標(biāo)即供電煤耗可能有一定的影響,如果機(jī)組開(kāi)展A級(jí)檢修,那么汽輪機(jī)的效率會(huì)有所改善。或者其他級(jí)別的檢修,比如通過(guò)檢修降低了空氣預(yù)熱器的漏風(fēng)率,清洗可以清除凝汽器結(jié)垢,或者提高了吹灰器的效能降低了鍋爐排煙溫度等,不同的檢修級(jí)別對(duì)機(jī)組能耗指標(biāo)的影響可能有所不同,因此機(jī)組通過(guò)不同級(jí)別的檢修,檢修后的機(jī)組煤耗會(huì)有不同程度的降低。

  隨著檢修費(fèi)用的增加,每減少一次檢修所帶來(lái)的收益也逐漸增加,在機(jī)組檢修費(fèi)用達(dá)到1000萬(wàn)元/次時(shí),減少一次檢修所帶來(lái)的收益則超過(guò)了1500萬(wàn)元。考慮到機(jī)組非計(jì)劃停運(yùn)時(shí)不同部位的修復(fù)費(fèi)用并不相同,所以在本圖的計(jì)算中,修復(fù)費(fèi)用取值從10萬(wàn)元到1000萬(wàn)元。不過(guò)從計(jì)算結(jié)果看,對(duì)于機(jī)組非計(jì)劃停運(yùn),修復(fù)故障部位費(fèi)用對(duì)整個(gè)機(jī)組的收益影響并不明顯,主要是因?yàn)樵撾姀S兩臺(tái)機(jī)組的非計(jì)劃停運(yùn)次數(shù)較低所致。在本圖計(jì)算中,兩臺(tái)機(jī)組非計(jì)劃停運(yùn)概率的差異僅有0.005次/年。

  當(dāng)非計(jì)劃停運(yùn)概率差異增加時(shí),非計(jì)劃停運(yùn)修復(fù)費(fèi)用帶來(lái)的影響則會(huì)有顯著增加。給出了全國(guó)300MW機(jī)組不同服役年限與非計(jì)劃停運(yùn)次數(shù)的統(tǒng)計(jì)值,從中可以看出,在總體趨勢(shì)上,隨著機(jī)組服役年限的增加,機(jī)組非計(jì)劃停運(yùn)次數(shù)先降低后增加,符合“澡盆曲線”理論。該電廠兩臺(tái)機(jī)組服役年限為16年,因此進(jìn)一步分析結(jié)果表明,該服役年限下相同容量機(jī)組計(jì)劃?rùn)z修1次與2之間的非計(jì)劃停運(yùn)次數(shù)差異大約為0.33次。

  如果以0.33次為基準(zhǔn)計(jì)算,減少一次檢修的收益結(jié)果,所呈現(xiàn)出的規(guī)律類似,隨著檢修費(fèi)用的增加,每減少一次檢修所帶來(lái)的收益也逐漸增加,不過(guò)由于圖7中非計(jì)劃停運(yùn)次數(shù)增加,所以機(jī)組修復(fù)故障部位的檢修費(fèi)用也隨之增加,因此在機(jī)組檢修費(fèi)用同樣達(dá)到1000萬(wàn)元/次時(shí),減少一次檢修所帶來(lái)的收益則降低至約1200萬(wàn)元。應(yīng)用本文所建模型,經(jīng)過(guò)對(duì)某2×300MW檢修優(yōu)化計(jì)算,結(jié)果表明,減少一次機(jī)組的檢修可以帶來(lái)較大的收益,收益與檢修費(fèi)用密切相關(guān),檢修費(fèi)用越高,則收益越大。

  由于該電廠機(jī)組目前處于故障率較低的時(shí)期,而且減少檢修后的收益較高,因此建議可以對(duì)機(jī)組的檢修周期適當(dāng)優(yōu)化,以取得更好的效果。不過(guò),由于機(jī)組延長(zhǎng)檢修間隔后,非計(jì)劃停運(yùn)事件的概率將會(huì)增加,同時(shí)機(jī)組的能耗水平也會(huì)有所增加,一定程度上抵消了部分收益,所以機(jī)組檢修間隔的延長(zhǎng)需要有一定的范圍。

  不過(guò)需指出的是,由于模型參考數(shù)據(jù)為電廠提供數(shù)據(jù),受數(shù)據(jù)收集周期及前期測(cè)點(diǎn)、試驗(yàn)數(shù)據(jù)不完全準(zhǔn)確影響,所以計(jì)算結(jié)果勢(shì)必有一定誤差。首先是在計(jì)算中做了一定的簡(jiǎn)化假設(shè),其次是兩次檢修減少一次,那么在這一次檢修過(guò)程中可能需要檢修更多的項(xiàng)目,從而增加時(shí)間和費(fèi)用。不過(guò)本文的目的在于提供一個(gè)合理的檢修優(yōu)化決策模型,因此盡管在計(jì)算中采取了簡(jiǎn)化假設(shè),其結(jié)果仍能夠定性的分析問(wèn)題。在實(shí)際使用模型的過(guò)程中建議盡量代入電廠運(yùn)行管理的實(shí)際數(shù)據(jù),或者根據(jù)該模型的需求,電廠盡量安排電力試驗(yàn)單位做機(jī)組有關(guān)性能試驗(yàn),以使得該模型在使用過(guò)程中邊界條件更為準(zhǔn)確,這樣計(jì)算的結(jié)果更為精確,對(duì)電廠檢修為周期的合理選取參考性更強(qiáng)。

  結(jié)論

  (1)由于充分考慮了燃煤機(jī)組上網(wǎng)電量、檢修投入、非計(jì)劃停運(yùn)以及機(jī)組能耗變化等因素,本文所建的檢修優(yōu)化模型可以用于定量分析機(jī)組的檢修優(yōu)化收益;(2)對(duì)于本文中所研究的機(jī)組,由于狀態(tài)較為穩(wěn)定,機(jī)組發(fā)生非計(jì)劃停運(yùn)的次數(shù)較低,所以適當(dāng)延長(zhǎng)檢修周期的收益較高,在機(jī)組檢修費(fèi)用為1000萬(wàn)元/次,當(dāng)檢修時(shí)間為500h時(shí),每?jī)?yōu)化減少一次檢修所獲得的收益可以超過(guò)1500萬(wàn)元,但對(duì)于服役期限較短或者接近退役狀態(tài)的機(jī)組,由于非停概率增加,延長(zhǎng)檢修周期收益會(huì)有一定程度的下降;(3)為進(jìn)一步完善本文中所建立的模型,建議機(jī)組通過(guò)性能試驗(yàn)取得煤耗與運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)的精確函數(shù)關(guān)系式,以更為準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)機(jī)組檢修優(yōu)化后的收益。

  參考文獻(xiàn)

  [1]ChinaElectricityCouncil(中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)),ChinaPowerIndustryAnnualDevelopmentReport(中國(guó)電力行業(yè)年度發(fā)展報(bào)告)[M],Beijing:ChinaBuildingMaterialsIndustryPress,2020.06

  [2]ChinaElectricityCouncil(中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)),AnnualDevelopmentReportonReliabilityofChina'sPowerIndustry(中國(guó)電力行業(yè)可靠性年度發(fā)展報(bào)告)[M],Beijing:ChinaBuildingMaterialsIndustryPress,2020.09

  作者:李勇1李建鋒2楊娟2馬更生1