在统一物理模型下研究主蒸汽压力参数的变化对机组煤耗的影响分析

第52卷第5期2010年10月汽轮机技术TURBINETECHNOLOGYV0152NO5OCT2OLO在统一物理模型下研究主蒸汽压力参数的变化对机组煤耗的影响分析闫顺林，焦世超华北电力大学能源动力与机械工程学院，保定071003摘要为实现火电机组节能降耗的目的，主蒸汽压力参数对机组经济性能有着十分重要影响。统一物理模型的形式规范简明，数学模型形式简单统一、物理意义明确，能够适用于各种形式的火电机组。在统一物理模型下研究主蒸汽压力的变化对机组的煤耗的影响，推导出主蒸汽压力变化对机组煤耗的影响的物理模型，为火电厂调峰运行起着一定的指导作用。关键词统一物理模型；主蒸汽压力；耗差分析；机组煤耗分类号TK212文献标识码A文章编号10015884201005036603UNDERTHEUNIFIEDPHYSICALMODELTOSTUDYTHEMAINSTEAMPRESSUREPARAMETERSONTHEUNITOFANALYSISOFCOALCONSUMPTIONYANSHUNLINJIAOSHICHAOSCHOOLOFENERGYANDPOWERANDMECHANICALENGINEERING，NORTHCHINAELECTRICPOWERUNIVERSITY，BAODING071003，CHINAABSTRACTONTHEPURPOSESOFACHIEVINGTHERMALPOWERENERGYSAVING，THEMAINSTEAMPRESSUREPARAMETERONTHEUNITHASAVERYIMPORTANTINFLUENCEECONOMICPERFORMANCETHEFORMOFUNIFIEDPHYSICALMODELSPECIFICATIONSIMPLE，UNIFIEDMATHEMATICALMODELISSIMPLEINFORM，CLEARPHYSICALMEANING，CANBEAPPLIEDTOVARIOUSFORMSOFTHERMALPOWERUNITSUNDERTHEUNIFIEDPHYSICALMODELTOSTUDYTHEMAINSTEAMPRESSUREPARAMETERSONTHEUNITOFANALYSISOFCOALCONSUMPTION，DERIVETHEMAINSTEAMPRESSURECHANGEONTHEUNITCOALCONSUMPTIONOFTHEPHYSICALMODEL，PLAYAGUIDINGROLEFORTHEPEAKINGPOWERPLANTINOPERATIONKEYWORDSUNIFIEDPHYSICALMODE；MAINSTEAMPRESSURE；ENERGYLOSSANALYSIS；UNITCOALCONSUMPTION0前言火力发电厂运行中，由于要参与调峰，汽轮机经常在变动工况下运行，除流量发生变化外，蒸汽的参数也可能偏离设计值。蒸汽参数在一定范围内变化，在运行中是允许的，实际上也是难免的。其中，包括主蒸汽压力在内的主蒸汽参数是对机组性能有着十分重要影响的参数。主蒸汽压力是反映锅炉和汽轮机之间能量供求关系的一个重要物理量，在机组运行中具有举足轻重的作用。耗差分析方法”，是指分析机组运行过程中各小指标参数偏离基准值时对机组热经济性的影响。本文在主蒸汽温度T。，汽轮机机组背压P保持不变的情况下，通过耗差分析方法对主蒸汽压力变化对煤耗的影响进行分析。1主蒸汽压力对机组煤耗变化的模型的推导全厂发电标准煤耗率的变化的模型公式如下一等J11主蒸汽压力的变化对机组功率P的影响比内功P是机组在循环中，在各个小汽轮机中所做的比内功之和，即NLPD9H0一H,JDH一H其中，D为调节级的主蒸汽流量；D为流过各小汽机的蒸汽流量。在统一物理模型中，将机组的循环内功进行全微分ZLPH。UADQDHRLADD71DAD2其中，、D、DD、分别为调节级的理想比焓降，调节级的相对内效率，调节级的主蒸汽流量，各小汽机的理想比焓降，各小汽机的流量，最末级的流量，最末级的比焓降。111推导ADZAD及AD由于调节级流过的流量DD。假设主蒸汽压力变化时，调节汽门开度不变，仅流量变化。对于凝汽式或调节级为临界工况的机组，当调节阀开度不变时，流量仅与初参数收稿日期20100301作者简介闫顺林1959，男，教授，从事火电机组节能理论、节能技术及锅炉燃烧稳定性的研究。第5期闫顺林等在统一物理模型下研究主蒸汽压力参数的变化对机组煤耗的影响分析367有关。由弗留各尔公式得到一ADJAP0AP0P0进而AD。3由统一物理模型可知，假设进入第I个小汽机中的工质流量D则D的表达式为DD。D一D。就上式对P。进行微分，假设在主蒸汽压力变化较小的范围内，由于辅助汽水所占的比例很小，可以视为辅助汽水的化量为零，推导结果如下DO茎却。4最末级的主蒸汽流量即进入第9个小汽机的工质流量D，则D的表达式为DD。|R，D一D同理，可以求AD告一耋却。112椎导H调节级组理想焓降可表示为。一】OCTOTO一其中，0057289123，B一752872810一，C5403758610，推导出的值【S一。SK1卜。6113推导A对于再热前的各中间级组，蒸汽比焓可表示为HM对于特定机组，M可取为定值，一般取29402950，则，再热前的第I级组的理想比焓降的变化N,IA一等一HTIA。一等一一对其全微分，求出再热前的关系式NLIL地”一卫POB“0卫17N“一HLPOJ对于中间再热机组，高压缸工作在过热蒸汽区的级的内效率可以认为不变，机组相对内效率的变化主要由中、低压缸效率的变化引起。因此计算中间再热机组主蒸汽参数变化引起的功率增量时，完全可以认为机组的相对内效率是不变的。同理，对于再热后各中问级组，第1级组的理想比焓降为一PNH1】一PNH1】可以求出再热后的关系式矾P8由弗留格尔公式便可得出再热汽压力比例于汽轮机的主蒸汽流量DDO一旦P。9D。一DII将9代入8中，得再热后的HL。的关系式。，N一M鞋一D10114椎导H由于最末级处于湿蒸汽区，湿蒸汽的干度不容易求出，故不能简单的顺延中间级的焓降公式。AH88一TH由下式推导出一P0UP08AH,3H一一3P。AHC综上所述，即可以求得主蒸汽压力的变化对机组功率P的影响一S。却。D0鲁一N星0却。NL一I1。368汽轮机技术第52卷THE,8C。一卜一N圭L】却。其中计算主蒸汽焓升变化量时，主要是要确定锅炉给水焓值地。TOB“0再腋。埘或HIFST器一I112主蒸汽压力变化对机组吸热量Q的影响由统一物理模型可知，机组的吸热量公式为由于在固定工况下，热力系统的结构矩阵A，以及各抽气段的抽气比例均视为不变值。所以凝结水在回热加热段的焓升不变，给水的变化主要考虑排气焓值的变化。再热后巩K一C122的推导HHH一H对上式进行全微分得QDT,I一1H1I一1Q6FD日Q12在主蒸汽的吸热部位只在锅炉中，还有在再热部分。在统一物理模型中，可以将主蒸汽的吸热量的部位划分到第一个小锅炉中，还有就是再热部分中的第N个小锅炉中，其它锅炉的吸热量视为零。Q为其从阀门或者高压侧汽封进出的辅助汽水流量的代数和进入为正，流出为负，I1NL。对机组的循环吸热量Q进行全微分。QNLHB3P。NL却。其中I1和N进一步化简为Q1AD0D0LHBADDH为证明机组循环吸热量Q随主蒸汽压力变化的变化量,AQ，只需求出AD。、AHB。、ADAHB的变化量。121推导AHBAH一AHAH一H。一AH一AH。“123推导AD0和ADH由上可知ADOO_P。，蛾告一薹堕PO】POP0_P。DO,AQDAH。一AHL00一帆【鲁一茎却。DAH一AH。13上文中提到的AH虽然没有明确的计算公式，但是可以通过推导出变化后的再热压力P，进而求出变化后的再热焓，AHH变一H。由公式1、11、13可最终推导出主蒸汽压力参数的变化对机绢煤耗的影响的数学模型、嘉茗HHHH篡P4，个小锅炉的实际焓降，。一，为锅炉给水焓值。在式中P叼鲁P。十一。P。叩一N芝O告却。一I1【一N童L鲁】却。一8。QC。一，一茎】。P。一。NI一6却。再热前2实验数据验证或一M。鞋D。一D再热后为了进一步验证上述模型的准确性和精确性，以某发电厂600MW发电机组型号为N60O一167537537为例如图1进行实例分析，在主蒸汽压力的改变下，分析对火电机组煤耗的影响。计算结果如表1所示。下转第372页372汽轮机技术第52卷经过多次测试和反复修改后，终于通信成功，下面是通信成功时的数据及其分析。其中从站的地址为3，主站的地址为2，下面的数据均是十六进制。1主站发送1O0302494EL6，该报文是FDL状态请求，用于搜索在总线上的活动站；主站接收到L00203O00516，表示地址为3的从站向主站反映自己是活动的。此时，通过在CCS中设置探针观察到SPC3状态寄存器地址为04H和05H的值为0X0841，说明此时SPC3的波特率为192KBICS，并且处于PASSIVEIDLE状态，看门狗的状态是BAUDCONTROL，并且DP状态机处于WAIT_PRM状态。2主站发送6805056883826D3C3EEC16，读取从站的诊断信息；主站接收到68OBOB688283083E3C020500FFO00895L6，表示从站需要重新进行初始化参数。SPC3的状态寄存器为0X0841，表明DP状态机处于WAITPRM状态。3主站发送680C0C6883825D3D3E8822240B0008O0BE16，设置从站的参数；主站接收到E5，这是从站对初始化参数的短确认。SPC3的状态寄存器为0X0891，表明看门狗的状态是DPCONTWL，DP状态机处于WAITCFG状态。4主站发送6807076883827D3E3E13233416，收到E5，然后继续发送6807O76883825D3E3E13231416，仍收到E5。这是主站发送的组态配置报文，表示输入与输出的数据长度均是4字节，从站回答的E5是一个短确认。此时SPC3的状态寄存器为OXO8AL，表明DP状态机处于DATAEXCH状态，同时指示灯亮。当DP从站进入数据交换状态后，就可以进行正常的通信了。通过串口周期性地向从站发送数据，在CCS中使用探针观察到程序接收的数据正确，同时串口调试助手也能正确接收到从站发出的输入数据。在串13通信调试成功后，使用了CP5611和计算机作为主站，与从站进行通信测试，也获得了成功。5结论因为PROFIBUS具有开放性、可靠性、扩展灵活和实时性等优点，非常适合工业领域以及其它通信性能要求高的领域。由于PROFIBUS网络提供24V电源，解决了模块供电问题，尤其当模块很分散且环境较危险时，这个优点就非常明显。现在工业领域多采用单片机作为处理器，单片机的频率低，在大量运算时很难有所作为，所以本系统在采用DSP和专用通信芯片后，大大提高了系统性能和扩大了使用范围。参考文献1侯维岩，费敏锐，编著PROFIBUS协议分析和系统应用M北京清华大学出版社，20062王征RS一232PROFIBUSDP从站接口设计与实现D北京清华大学，20043苏奎峰，吕强，耿庆锋，等TMS320F2812原理与开发M北京电子工业出版社，20064崔坚西门子工业网络通信指南M北京机械工业出版社。2005上接第368页HNO1NO2NO3N04NO5NO6NO7NO8图1N600167537537型机组原则性热力系统表1主蒸汽压变化对机组煤耗率的变化3结论本文在统一物理模型的基础上，通过偏微分的方法推导出主蒸汽压力的变化对机组煤耗的偏微分公式，在本文中分析了主蒸汽压力变化对系统内部的各参数的影响，并做了定量的分析。由于模型简明，为判断主蒸汽压力变化对机组效率起了指