基于能量平衡法的以热定电数学模型研究

第56卷第2期2014年4月汽轮机技术TURBINETECHNOLOGYV0156NO2APR2014基于能量平衡法的以热定电数学模型研究王漪，薛永锋，张敏。，王聪1辽宁省电力有限公司，沈阳110006；2国电科学技术研究院沈阳电力技术分院，沈阳110006；3东北电力科学研究院有限公司，沈阳110006；4奥克兰大学，新西兰奥克兰摘要为了缓解供热季节电网调峰压力，合理安排电量计划及最大限度吸纳风电，基于供热机组以热定电在线监测系统，提出了能量平衡法。通过进入汽轮机和排出汽轮机的能量进行平衡计算，确定不同采暖抽汽流量和工业抽汽流量下机组发电负荷的关系，可以准确计算出机组在不同的采暖抽汽流量和工业抽汽流量情况下最大可增出力和可减出力。关键词供热机组；以热定电；能量平衡；调峰分类号TM73文献标识码A文章编号10015884201402015003RESEARCHONMATHEMATICALMODELOFORDERINGPOWERBYHEATBASEDONENERBALANCEMETHODWANGYI，XUEYONGFENG，ZHANGMIN，WANGCONG1LIAONINGELECTRICPOWERCOMPANYLIMITED，SHENYANG110006，CHINA；2GUODIANSCIENCEANDTECHNOLOGYRESEARCHINSTITUTE，SHENYANG110006，CHINA；3NORTHEASTELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTECOMPANYLIMITED，SHENYANG110006，CHINA；4THEUNIVERSITYOFAUCKLAND，12GRAFTONROADGRAFTON1010，NEWZEANDABSTRACTINORDERTOEASETHEPRESSUREOFHEATINGSEASONPEAKREGULATION，REASONABLEARRANGEMENTOFELECTRICITYPLAN，ANDTHEMAXIMUMWINDPOWERABSORPTION，THEMETHODOFENERGYBALANCEMETHODISPUTFORWARDONTHEBASISOFONLINEMONITORINGOFORDERINGPOWERBYHEATINHEATSUPPLYTURBINEUNITSINTHISPAPERTHROUGHTHEBALANCECALCULATIONOFENTERANDEXHAUSTSTEAMTURBINEENERGY，DETERMINEUNITHEATINGANDINDUSTRIALEXTRACTIONSTEAMFLOWANDPOWERLOAD，ITCANACCURATELYCALCULATETHEMAXIMUMINCREASEOUTPUTANDREDUCEOUTPUTINDIFFERENTHEATINGANDINDUSTRIALEXTRACTIONSTEAMFLOWCONDITIONSKEYWORDSHEATSUPPLYTURBINEUNITS；ORDERINGPOWERBYHEAT；ENERGYBALANCE；PEAKREGULATION0前言供热机组在各类燃煤机组中整体热效率是较高的，同时集中供热取代了大量的锅炉房，改善了大气环境，提高了能源利用效率，热电联产企业对我国经济社会发展做出了重要贡献。国内很多学者对火电机组热经济性I4J、热电负荷最佳分配方法LO方面进行了大量的研究。但在肯定热电联产机组的重要作用同时，也必须看到热电联产机组运行管理方面还存在的诸多问题。部分省份热电联产机组运行的动态信息尚未采集和分析，缺乏科学量化控制和有效监督；不少热电企业供热与供电比例失衡，有的热负荷与发电量计划不匹配，直接影响节能减排、吸纳风电等绿色能源的能力及资源优化配置。以往通常由政府相关部门组织年度核查，确定机组最小开机方式J，这种方法远远不能满足电网发电计划编制和电网调峰的需要。为此，在保证供热参数的同时，如何解决供热与供电，供热与电网低谷调峰这一对矛盾已迫在眉睫J。建设热电机组在线监测系统，将发电机组有关设备的供热基本参数进行实时监测“，对现场数据计算分，差班究精确的热定电数学模型，运用科学手段对其运收稿13期2013704行情况实施在线实时监控，随时掌握热电机组的供热情况及其出力可调范围，实现对热电机组的科学管理，科学合理地安排供热机组参加电网调峰，充分发挥供热机组调峰的潜力，搞好“三公”调度交易工作。1能量平衡法的特点及原理为了科学合理地进行以热定电，研究开发一套精确实用的数学模型至关重要。建立以热定电数学模型的方法很多，主要有供热工况图法、蒸汽做功能力法、完整热力计算法等。以上3种方法都有各自的优点，但在实际应用过程中也有很大的缺点。工况图是在设计的额定压力下绘制的，如果抽汽压力发生变化，查取的数据将出现较大偏差，同时供热改造后的机组，制造厂不提供工况图，所以无法对此类机组进行发电能力的计算；蒸汽做功能力法根据抽汽量变化反映蒸汽做功能力，但需要得到机组主蒸汽做功能力的准确数据，而且在机组每次大修后蒸汽的做功能力都会发生变化，造成计算的误差较大。完整热力计算法需要制造厂对所有机组进行核算，计算不同抽汽流量、不同抽汽压力下的汽轮机特性，耗费人力和财力较大。作者简介王漪1962一，男，博士，高级工程师，从事电力系统和电力市场理论及运营技术的研究。第2期王漪等基于能量平衡法的以热定电数学模型研究15L针对以上3种方法的不足，本文提出了一种新的以热定电数学模型能量平衡法。能量平衡法是将所有进入汽轮机和排出汽轮机的能量进行平衡计算，得到不同采暖抽汽流量和工业抽汽流量下机组发电负荷的关系。该方法具有物理意义清晰、推导过程严谨、模型简捷实用、计算结果准确、适用范围广等特点，可以准确计算出机组在给定的采暖抽汽流量和工业抽汽流量情况下调峰出力范围。图1是一般性汽轮机简化热力图，一些机组和图中所示机组有部分区别。图中，D表示主蒸汽流量；表示主蒸汽焓；HH表示高压缸排汽焓；H表示中压缸进汽焓；D表示工业抽汽流量；表示工业抽汽焓图中的机组HH，部分机组HH；D表示采暖抽汽流量；表示采暖抽汽焓；D表示各段抽汽流量；毗，I1，2表示高压缸各段抽汽流量占D的比例；，I3，4，5表示中压缸各段抽汽流量占D的比例；，I6，7，8表示低压缸各段抽汽流量占D的比例部分机组没有八段抽汽，即0；HI1，2表示高压缸各段抽汽抽汽焓；HI3，4，5表示中压缸各段抽汽抽汽焓；HI6，7，8表示低压缸各段抽汽抽汽焓；D表示低压缸排汽流量；H。表示低压缸排汽焓；P表示发电机功率。采暖抽汽D|，H8图1汽轮机简化热力图2能量平衡法电力模型的计算公式P输人汽轮机的总能量Q。的表达式为QLDHD一12DH肼1输出汽轮机的总能量Q的表达式为Q2LDHL2DHDH一L2DHO3DH4D。H5DHD136DH7D。H7A8DH稿DGHGDDHDDHPPF2式中，P为汽轮机内功率。根据能量平衡原理，输入汽轮机的总能量Q等于输出汽轮机的总能量Q，整理后得出汽轮机内功率的计算公式为P。DHD一1012DH一D一OL2DHH一LH12H3HO4H5HD6H，H8H豳D一DHGDDHDDHP3发电机功率P与汽轮机内功率P的关系为PP一P叼4式中，P为机械损失；为发电机效率。将式3代人式4得出发电机有功功率的计算公式为PDHH日D一L2DH肘一D一12D。H一OHL0F2HH3H4H5HD6H7H8H胡D一DGHGDDHDDHPPR5主蒸汽流量表达式为DDDDDD6L2OL345A67817当计算机组最小负荷时，低压缸排汽流量D已知，为低压缸最小冷却蒸汽流量，利用焓差来计算机组的功率，物理意义清晰。所以最小负荷的表达式为PIDGH日一H日H一HDDHHHHMHD8DC一HOI一88一HOIHG88一OI一83I一H。一H胡DHHHHHH一P叼。D6DDCD田P叩一PMR8式中，EL,HHHHH；6HHHHHMHD叩；B8CH一H。OLI。一HOLI一H88一一88一一H胡8H一HPDHHHHHMH。当计算机组最大负荷时，主蒸汽流量已知，为汽轮机TMCR最大连续出力工况下主蒸汽流量，利用焓差来计算机组的功率，所以最大负荷的表达式为PDHHHHHMHP一DGHGHP一DDHDHP一D。H础一HPL234O56O7H一HL0123456H一HLO2345HDH1234H一HD123H一H2L2H埘一H1H。1一H一P田PHDD一EDD一尼DTR7一PM9式中，PDHHHHHH一H；DH一HP叼；EHDHPR；76H一H；H胡OLI一543HDHH2OLI一H。一O152汽轮机技术第56卷3结论随着国家节能减排政策的实施、国网公司加大跨区跨省电力电量交易力度实现更大范围的资源优化配置以及风电等绿色能源容量和供热机组所占火电机组的比重的增加，以热定电工作就越彰显其迫切性和重要性。根据对汽轮机能量平衡分析，提出了能量平衡法建立以热定电数学模型，并对其理论和算法进行了全面的分析研究，丰富和发展了以热定电的理论和方法。能量平衡法具有物理意义清晰、推导过程严谨、模型简捷实用、计算结果准确、适用范围广等特点，可以准确计算出机组在给定的采暖抽汽流量和工业抽汽流量情况下最大可增出力和可减出力。参考文献华敏，沈林成，龚云贵，等一种分析热力系统热经济性的新方法凝汽系数法J汽轮机技术，2010，526421423于淑梅，李金磊汽轮机组不同运行方式热经济性比较的通用数学模型J汽轮机技术，2010，5212728李勇，张斯文，李慧基于改进等效热降法的汽轮机热力系统热经济性诊断方法研究J汽轮机技术，2009，515333337李书营，何雪梅基于热经济学矩阵模式的发电厂热力系统经济性分析J汽轮机技术，2008，505378379吴龙，袁奇，刘昕供热机组热电负荷最佳分配方法分析J中国电机工程学报，2012，32356126金建国，国文学，姜铁骝，等供热机组问热电负荷最佳分配的研究J汽轮机技术，2007，49290967魏昭峰风电在我国能源发展中的定位J中国电力，2011，4158张灵凌热电厂最小运行方式分析与监管研究D北京华北电力大学，201140499盛德仁，陈坚红，李蔚，等供热机组间热电负荷优化分配的研究J动力工程，2001，216156015631O孙玮，尚力，刘继东，等山东热电联产机组在线监测系统的研究J热力发电，2009，119O一9211魏豪，刁学广，赵伟东供热电厂热电负荷优化分配系统的研制J东北电力技术，2002，1115一L812姚立强，郭江龙，王兴国，等调节抽气式汽轮机参与电网调峰的负荷特性分析J汽轮机技术，2009，511616313王兴国，何燕玲，张海良供热机组调峰运行中的最小出力分析J河北电力技术，2006，6464814初立森，李敏，李海峰供热机组的热力与运行特性探讨J吉林电力，2009，61515谢春林，薛永锋，王松岭供热机组在线监测系统以热定电模型研究J东北电力技术，2012，791116王漪，薛永锋，邓楠供热机组以热定电调峰范围的研究J中国电力，2013，463596217倪景峰热电联产机组以热定电运行的研究及软件实施D北京华北电力大学，200418杨伟光，鲁爱，李学刚供热机组在线监测系统调峰计算方案研究J吉林电力，2010，65719李维特，黄保海汽轮机变工况热力计算M北京中国电力出版社，2001上接第87页的问题，提出了径向滑动轴承变形与润滑耦合设计的双间隙协调方法并构造了相应的膜厚方程和双间隙确定方法。该方法的基本思想是对目前经典润滑理论中处理成一段圆弧的，依据变形的大小处理成分别代表变形区和非变形区的两段圆弧，从而达到利用经典润滑理论近似求解计入弹性变形的轴承性能的目的。这种模型和算法对于重载或低黏介质轴承尤为重要。2针对某重载圆弧轴承，通过ANSYS和经典润滑理论轴承计算软件迭代，对计入瓦体变形的轴承性能及实际瓦面型线进行计算，并提出了变形控制技术，即通过改变瓦体结构及约束方式控制瓦体变形，从而达到合理利用瓦体变形的目的。改善结构下的轴承最大变形量为734ILM，约为一般流体动力润滑模型下最小膜厚的68；弹流模型下改善结构的轴承最小膜厚与一般流体动力润滑模型相比约增大186，可见瓦体变形不容忽视。3以重载工况下受关注的轴承最小膜厚和最大油膜压力等效为目标，利用本文提出的双间隙协调方法以某重载轴承为对象进行了等效双间隙的确定及性能求解。利用双间隙方法计算得到的轴承性能与弹流模型结果较吻合，与一般流体动力润滑模型相比，轴承的最小膜厚误差由157减小为47。双间隙协调方法有效解决了计算精度与效率之间的矛盾。参考文献1张国渊，陈大治，袁小阳，董光能轧机油膜轴承设计技术研究J太原科技大学学报，2006，27S024272段芳莉，魏云隆弹性变形对径向轴承弹流润滑性能的影响J润滑与密封，2000，69一L13张直明，张言羊，谢友柏，等滑动轴承的流体动力润滑理论M北京高等教育出版社，19864李维特根据润滑理论求解轴承特性的新方法J汽轮机技术，2007，49031751785YUANXIAOYANG，CHENGZHILAN，ETA1ATHREEDIMENSIONALTEHD