（热能工程专业论文）基于bs结构的热经济性在线分析系统.pdf

华北电力人学硕十学位论文摘要 摘要 论文对大型火电机组热经济性在线监测进行了理论研究与工朽! j ：发。主要一r 作：( 1 ) 全面分析了机组热经济指标的数学模型和计算方法：( 2 ) 对热力系统分析模 型中存在的难点、热点问题进行了分析讨论：( 3 ) 对机组运行参数进行了耗差分析； ( 4 ) 参数目标值的确定方法的研究；( j ) 基于b s 结构的单元机组热经济性在线分析 系统的设计与丌发。主要成果：( 1 ) 将矩阵法引入拙汽量的i 十算微型- 1 1 ，i ：改进了排汽 焓的计算模型；( 2 ) 对机组运行参数及设备健康状况进行了耗差分析；( 3 ) 综合采用设计 值、机组热力试验值和变工况结合的方法确定目标值：( 4 ) 实现了基于b s 结构的热经 济在线分析系统。 关键词：大型火电机组，热经济性，在线监测，b s 结构 a b s t r a c t t h i ss t u d ya i m sa tt h e o r e t i c a lr e s e a r c ha n de n g i n e e r i n gd e v e l o p m e n tf o ro n l i n e m o n i t o r i n go ft h e r m a le c o n o m i c a lp e r f o r m a n c eo fl a r g e - s c a l ec o a l f i r e dp o w e ru n i t t h e m a i nw o r k si n c l u d e s ：( 1 ) r e s p e c t i v e l ya n a l y z et h et h e r m a le c o n o m i ci n d e x m a t h e m a t i c a l m o d e la n da l g o r i t h m ；( 2 ) d i s c u s st h ed i f f i c u l tp o i n t si nm a t h e m a t i c a lm o d e lo fl _ e a l t i m e h e a te c o n o m i c a n a l y s i s f o r t h e r m o d y n a m i cs y s t e m ；( 3 ) t h ee n e r g yc o n s u m p t i o n d i r t e f e n c e a n a l y s i sr e l a t et os o m ek e yo p e r a t i n gp a r a m e t e r sa r es t u d i e dd e e p l y ：( 4 ) r e s e a r c ho fd e f i n i t em e t h o do fg o a lv a l u e ；( 5 ) d e s i g na n dd e v e l o p m e n t0 1 1e c o n o l n y m o n i t o ra n da n a l y s i ss y s t e mo fc o a l - f i r e du n i tb a s e do nb r o w s e f f s e r v e ra r c h i t e c t u r e t h em a i nf r u i t si n c l u d e s ：( 1 ) i n t r o d u c et h em a t r i xm e t h o di n t oh e a t i n gs y s t e mc a l c u l a t i o n a n di m do v et h ec a l c u l a t i o nm o d e lo fe x h a u s ts t e a me n t h a l p y ；( 2 ) t h ee n e r g yc o n s u m p t i o n d i f f e r e n c ea n a l y s i sr e l a t et os o m ek e yo p e r a t i n gp a r a m e t e r sa n ds o m ee q u i p m e n t c o n d i t i o n sa r es t u d i e dd e e p l y ；( 3 ) t h ee x p e c t e dv a l u e sa r ed e t e r m i n e db yc o m b i n i n gt h e d e s i g nd a t a ，t h ep e r f o r m a n c et e s td a t aa n dt h ed a t ao b t a i n e df r o mo f t - d e s i g nc a l c t d a t i o n ；( 4 ) i m p l e m e n tt h eo n l i n ea n a l y s i ss y s t e mo fh e a te c o n o m yb a s e do nb sm o d e l iz h e n d o n g ( t h e r m a lp o w e re n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o ky a ns h u n l i n k e yw o r d s ：l a r g e s c a l ec o a l f i r e dp o w e ru n i t ，t h e r m a le c o n o m i c a lp e r f o r m a n c e o n l i n em o n i t o r i n g ，b sa r c h i t e c t u r e 声明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文基于b s 结构的热经济。h - 在线分析 系统，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的研究工作和取 得的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致i 身f 之处外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学或其他教育机构的学位 或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作 了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名狮西一日期：芝：l 竺 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：、校有权保钝：、 并向有关部门送交学位论文的原件与复印件：学校可以采j | 影印、缩i = j j 或j i 它复制下 段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或 阅；学校t j 以。学术交流为 目的，复制赠送和交换学位论文：同意学校可以用不同方式红不刚媒体l ：发表、f 捅! 、# 位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名：瞄、 导师签名 日 期：! 互：! ：生 日期： 华：f e 电力大学硕士学位论文 1 1 课题背景 第一章引言 能源是人类经济发展、生活水平提高、文明进步的基础m 。随着我国经济的迅 速发展，对能源的需求日益增长。有关统计数据表明，能源消耗量的增长率与国民 生产总值的增长率基本成正比关系。能源不足将会成为制约国民经济的发展一个重 要因素。因此，如何合理地、经济地利用能源，提高能源的利用效率是个事关社 会、经济发展的重要课题。 长期以来火电厂是我国一次能源消耗大户之一，每年用于发电所消耗的原煤约 占全国总耗煤量的四分之一。1 9 9 5 年我国总装机容量突破2 亿k w ，位居世界前列， 而火力发电平均煤耗率为4 1 0 9 ( k w h ) ，比发达国家高出近8 0 9 ( k w i h ) 。因此，在当 前国家能源供应十分紧张的情况下，提高火力发电行业的节能意识，加强能源管理， 降低煤耗具有十分重要的意思。 过去我国电力工业长期处于计划经济经营模式，这种运营模式在当时的历史环 境下促进了大电厂的建立，有力的支持了电力工业的迅速发展。但同时由于缺乏竞 争机制带来了许多弊端，如电力企业效率和技术水平低下、电价不合理、能源和资 金浪费等等。这些弊端阻碍了我国电力工业的健康发展。为了适应社会主义市场经 济的发展，国家电力公司的改制改组方案全面启动。各地电力企业围绕着“公司化 改组，商业化运营，法制化管理”这一改革e l 标，对企业的体制、经营机制、内部 管理等方面进行改革。发电厂的主要任务已不再是简单的完成季度或年度发电量指 标，而足耍致力于提供优质低耗的电能。因此，如何加强企业管理、降低发电成本， 提高经济效益是摆在发电企业面前的崭新课题。为在市场经济的竞争中处于有利地 位，发电厂需要对机组运行性能有全面的了解和对发电成本的准确估算，因此，对 热力系统进行热经济性在线监测和分析，以获得电厂设备运行状态和机组运行经济 指标，指导优化运行有十分重要的意义。 近几年，计算机技术特别是微型机和工业控制机在许多行业都得到了广泛的应 用，从而为电性能在线监测工作的开展提供了必要的技术手段。一般的在线监测 系统通常是指借助计算机对设备运行参数进行实时测量的装置，而火电机组性能在 线监测系统除了具备以上基本功能外，还需对锅炉效率、汽轮机热耗率、发电煤耗 率等综合热经济捆4 - k 卅- 进行在线汁算，用经济性诊断方法确定能量损失产生的部位及 其大小，分析导致经济性损失的原因以及系统和设备的运行情况，指导运行人员操 作维护，从而减少运行中能量的损失，提高机组的运行经济性。 华北电力大学硕士学位论文 随着我田火电厂f = lr 讪化水平的摊高，分散控制系统( d c s ) 和信息管理系统( m i s l 在大型机组上得到凿避应用，他机瓠【运行监控水平明显提高。与此同时，由于网络 技术的飞速发展，使得传统的信息处理方式发生了根本性的改变，基于b s 模式的 火电厂热经济性红线分析系统是建设现代火电厂信息分析系统的发展趋势。因此， 以国家的能源政策为指导，采用较为先进的信息处理办式对大型火电机组的热经 济性及影i 啪热经济住的冈紊怍理论研究并丌发基于b s 结构的大型火电机组热经济 在线分析系统对丁实时监测机组运行：状态，提高机组的运行经济性、降低发电成本 将有十分重要的意义。 1 2 国内外相关课题的研究现状4 m m l 现代火电机组朝管大容量、高参数的方向不断发展，其热力系统结构越来越复 杂，需要雌测永l 操作f ：l j 项目也越来越多，并且为适应现代管理的需要，系统传输和 处理的信息最越水越庞大，这些称；为现代化的监测分析系统提出了更高要求。 电站性能监测与渗断系统以数抛采集系统( d a s ) 为基础，通过连续计算电站机 组性能指标和偏差损失把数量庞大的原始采集数据处理成为直观的为数较少的性 能结架，及时、连续、客观的对机组的安全性、经济性进行分析判断，从而实时指 导运行人员调整机纽工况。 在国外，早期的胜能监测是以美国机械工程师学会( a s m e ) 的电站性能实验规 程( p t c ) 为整础f 一。位是m 于测量元件的不可靠和其他一些技术问题，电站性能监 测仅仅足d a s 系统的一个 f f 属部分，只完成p t c 中少量指标的在线计算。直到8 0 年代初，随着测量技术的不断提高计算机和通信技术的飞速发展，以及电站大型 机组运行管理要求的闩蕴提商r 乜绗陛能监测爿从最初简单的p t c 在线监测向以指 导现场运行为目标们，能够完成机组各部分性能及整体性能分析和诊断的方向发 展。这一发展过程h 许多科研哺【陶做出了贡献。特别是美国的电力研究所( e p r i ) 一直在进行这方而的一i ：作，8 0 年代初期丌始，e p r i 集i ，了一大批研究人员，经过 详细严密的计划平大量的试验工作提出了有关测量装置、数据采集与分析系统、 在线计算数学模! i ! ! 及、洲】程序等一系列技术报告，为在电厂全面推广热经济性在线 监测系统打卜了嵴实的基础。此外像西屋电力公司发电都等其它一些电站研究机 构在此方匝也做了不少工作他们分别， ：发研制了许多电站性能监测和诊断软件。 这些软什实用性很姒，采用了基于窗l j 的图形用户界面，健全的数据基础，并与d c s 系统相非容以满足i u 站的实际需要；这些r 土能j | i 测软件既能对整个电站性能进行监 洲，义盹促小一尔，l joj 姨衙例妊洳懊坐，j l f 柏：( i 一、汽托wl 、发电机、触汽器、磨 煤机和拎印塔等j 1j 户_ j 。以根据自己的需要进行组装。目前己进入商业性应用的性 能监测软制：大多j 什以卜功能：( i ) 有效化测最数据：( 2 ) 实时分析电站性能：( 3 ) 华北电力大学硕士学位论文 诊断运行中出现的问题：t 4 ) 分辫出柴一单独设备的性能下降情况；( 5 ) 进行不同燃 料、不同运行策略仿真：( 6 ) 计算维修以后获得的效益。 进入9 0 年代，汁算机硬件、软件发展及更新速度加快，不仅人机界面友好， 系统互换性增性，i n jh 随着数址库功能不断完善和j i ：发，各种高级应用软件层出不 穷。迄今为止，幽外大部分d c s 供货商君丌发了数量不等得火电厂运行优化管理 软件，其t ir 功能较完善并有较多应用软件包的有德国s i e m e n s 公司的s i e n e r g y 系统、 美国e l a g h b a l i l e y 公司的p e r f o r m e r 系统及瑞士a b b 公司的o p t i m a x 系统等。 s i e m e n s 公司的优化软件包s i e n e r g y 的特点是整个i l _ l 厂运行和管理全部以降低 成本为核心。从燃料、陵备运行费用、机组效率及主要部件寿命损耗等多个角度出 发，j ：! 行综合优化铃弹。浚软件包有很多小的分包，涵盖了机组实时优化控制、系 统优化管理、设备维护管理、项日管理、文件管理和各种接1 2 1 软件。e l a g h b a i l e y 公司的p e r f o r m e r 是一个综合的大型优化管理软件包，可根据电厂每个设备、子系 统运行情况和电网需求指令，协调指挥整个但愿机组火全厂工艺系统运行在最佳效 率点使运行成本和上网f u 价最低，达到最好的经济效益。a b b 公司的o p t i m a x 是在线的乜场效率汁掉优化软件包，其目的即最大跟度的优化电厂生产过程，实质 是以成本为核心，将机纽或整个电厂赞于最优状态下。它具有过程信息管理模块、 性能计算模块、i 【l 厂负荷优化调度软件模块和基于模型的诊断专家系统等，有效的 架起了控制系统与管理系统之问的桥梁。 我网自八十年代r l j c f 】也j i ：始进行火电机组热经济性监测系统的研究与开发。 如t s c a ( t 1 1 e r n l o d ? n a l l l i cs y s t e ma n a l y s i sc o d e ) 和t p a s ( c o n d e n s i n g t u r b i n e p e r f o r m a n c ea s s e s s m e n ts j s t e m ) ，但是限于当时围内的计算机水平和网络条件，它 们都还停黜红离线分析的水平。拄线的性能监测分析软件，在国内还刚剐起步不久， 九十年代以来，些棚父软件j “，甬才投入l u 厂使用，虽然对提高电厂热经济性起到 一定积极作用，但在这些已开发的软件h 往往只考虑机组的单一工况而难于实际 运行另外，若婴将一个系统应用到j 他不同类型的机组上，需要做大量的修改工 作，可移拙性较茇，难于应用推广。其土要问题包括：一，能损分析模型不够完善、 模块划分不合耻、功能不够市富等。不能满足各个特定电厂的需求。二，所开发的 能损分析软件系统缺乏对问题域全局性的分析和设计，也没有充分利用软件开发平 台而向对象的强大功能，通用性较著，从而影i 啊了软件产品的整体性能。三，早期 开发的基于c s 结构的热经济性分析软件维护量大、硬件要求较高、信息难以共享 且安全性较低已不能适应现如今删络化、信息化、低成本、高效率的行业要求。 可回1 i 于我7 ，：这。t 钾钡埘起步谚瞬 距，所! ；i ：发f j 软件j 。一还存在些问题， 1 3 研究内容及目的 田，比研窄7 t , 平铵亨骨达同家巧有一皂萼 有待于进一步优化- 和完善。 。 北i u 力大学硕士学位论文 火电机组热经济性在线分析系统是一个庞大而复杂的系统，涉及到很多方面的 内容。从系统构成上来讲，热经济性在线分析系统由许多子系统构成，不同的功能 模块根据现场参数实时计算出各项技术经济指标以完成对整个机组热经济在线分 析。本文以大型火电机组为研究对象，结合电厂实际需要，在全面分析了机组热经 济性指标的基础上，对其数学模型进行完善优化，并开发基于b s 结构的热经济性 在线分析系统。 1 全面分析机组热经济指标及其数学模型 要准确反映机组的热经济性，应全面考虑反映机组经济性能的各种因素，不仅 监测机组的主要热经济指标，还应该监测对机组经济性能有影响的小指标，如锅炉 排污率、化学补水率、给水泵效率、轴封漏汽量等指标。 2 部分热力系统分析计算模型的讨论改进 ( 1 ) 主汽流量和各级抽汽量计算模型的改进。本文将目前流行的矩阵法引入到 热力系统计算中，以提高主汽流量的核算精度，提高热力系统计算的通用性和对机 组结构变化的适应性。 ( 2 ) 排汽焓计算模型的讨论。目前排汽焓的计算有几种成熟的算法，女n a s m e p t c 6 a 一1 9 8 2 推荐的两种方法、两种方法的结合算法和热力学算法等。本课题对这 些排汽焓的算法进行归纳、整理、比较和改进。目的是：选取适用于在线计算的排 汽焓算法，在保证计算精度的前提下简化计算。 3 对耗差分析模型的研究 通过耗差分析主要分析机组运行过程中各种主要参数偏离基准值时对机组煤 耗的影响，计算的准确性一方面取决于耗差分析的模型是否合理，另一方面取决于 标准值的确定。 4 对不同工况下机组参数及热经济指标基准值的确定方法的研究 当机组在一定的负荷和环境条件下运行时，存在某一中技术上可能达到的最佳 运行工况，各主、辅设备系统的技术状态良好，运行方式为最佳。这种工况称为最 佳工况。由于机组的运行工况可以由运行参数所唯一表征，我们将最佳工况对应的 运行参数称为参数应达值。合理确定主要运行参数的应达值对于指导运行人员操作 以及作为电厂能耗分析的重要依据具有重大的意义。 5 基于8 s 结构的单元机组热经济性在线分析系统的设计与开发 从现有的单元机组热经济性在线分析系统出发，结合i n t e r n e t 技术和w e b 技术， 完成基于b s 结构的单元机组热经济性在线分析。系统采用三层结构的设计思想， 经济性分析模型在w e bj 务器和数据库服务器上实现，客户机与服务器的数据通信 一浏览器方式实现。在系统全面丌发的基础上，进一步完善优化，以提高软件的通 用性、可复用性和剥用户需求的适应性，使软件易于维护、扩充和升级。本课题准 备将面向对象的软件丌发方法引入软件系统的优化中，实现或部分实现软件的组件 4 华北电力大学硕士学位论文 化和模块化。 1 4 研究对象 1 汽轮机本体 本课题研究对象是马头发电厂7 号机。 河北马头发电总厂7 号汽轮机是东方汽轮机厂生产的三缸三排汽超高压、一次 中间再热凝汽式汽轮机。由于其设计生产年代较早，经济性较差，为了提高机组出 力和经济性，于2 0 0 1 年对该汽轮机进行通流部分现代化改造。改造后，在保证工 况( 3 v w o ) 下，高、中压缸效率分别为8 j 3 2 和9 1 6 5 ，低压缸效率修正到设 计排汽容积流量及设计进汽焓时为8 8 i 9 。 幽i i 马头发电总厂7 号机原则性热力系统图 2 机组的主要技术规范( 通流部分改造后) 型号：n 2 2 0 一1 2 7 5 3 5 5 3 5 型式：超高压中间再热三缸三排汽凝汽式汽轮机 额定功率：2 2 0 w m 额定转速：3 0 0 0 r m in 转向：从机头箱发电机看为顺时针方向旋转 额定工况蒸汽参数： 主蒸汽压力温度( 高压丰汽前) ：12 7 5 m p a 5 3 5 再热蒸汽压力温度( 中压主汽i 前) ：2 2 5 m p a 5 3 5 排汽压力：5 3 5 k p a 华北电力大学硕士学位论文 额定蒸汽流量：6 3 5 i c h 最大蒸汽流量：6 7 0 o t h 配汽方式：喷嘴配汽 回热级数：( 三高加) + ( 一除氧) + ( 四低加) 通流级数：高压缸l 单列调节级+ 1 l 压力级 中压缸1 0 压力级 低压缸3 流程，每个流程j 个压力级 机组热耗：8 1 1 2 6 k j ( k w h ) 3 热工监测和控制系统介绍 马头发电总厂已采用m i s 系统及新华控制工程公司的d c s 系统。7 号机的m i s 系统可将x d p s 控制系统中采集到的数据存到历史数据采集站中，并且发送到m i s 网上，在各1 作站的终端刮以随时接收到机组运行的数据。利用x d p s 系统，可以 以曲线或棒图的形式方便地查看各测点参数的实时数据及历史数据。本文充分运用 m i s 网上的数据，每隔一定的时间( 一般为1 秒) ，从m i s 网上接收现场实时运行数 据，并且将数据存入自建的数据库中，应用这些数据进行机组的热经济性在线监测 与诊断。 6 华北电力大学硕士学位论文 第二章机组热经济指标及其计算模型 火电厂的生产过程，实际上就是一系列的能量转换过程，热经济性指标是衡量这些 能量转换及传递完善程度的参量。当机组性能在线监测系统的硬件设备确定后，研究 开发适用于在线计算的机组性能数学模型及应用程序便成为性能监测的核心内容。 评价一套性能监测系统的完善与否，在硬件质量没有较大突破的前提下，很大程度 上取决于该系统所能完成的计算功能及准确性，所以在建模时所采用的计算方法应 具有实时性强，计算精度高的特点，以便使监测结果能真实地反映机组的实际运行 状态。 2 1 锅炉热经济指标及其计算模型 评价锅炉热经济性能的指标主要有锅炉效率、锅炉热损失、锅炉热负荷、锅炉 排污率等指标m 。 锅炉系统的主要性能参数是锅炉效率。目前在火电厂几组在线监测系统中采用 的锅炉效率计算模型，由于以下两方面原因有别于教科书及常规热力试验所使用的 计算方法：一是计算所依赖的原始参数应可以通过现场测量仪表直接得到。二是对 计算速度有较高的要求，以保证其实时性。 峪测锅炉效率一般有正平衡和反平衡法。由于国内外尚无成熟可靠的煤量、煤 质及飞灰可燃物的在线测量方法，因而给锅炉效率的在线监测带来了困难。目前国 内实现锅炉效率在线计算时大都由手工输入参数一项，即在在线监测系统中有专门 的燃料特性输入界面，电厂运行人员可以把每班运行煤种的煤质数据及炉渣可燃物 含量等数据输入计算机，然后调用相应的锅炉效率计算模块进行计算。 2 1 1 锅炉效率计算模型 ( 1 ) 反平衡算法 锅炉性能计算依据国标g b t 0 1 8 4 8 8 “电站锅炉性能试验规程”，采用反平衡法 进行计算： 玎h = 1 0 0 一盟鼍竽盟x 1 0 0 = 1 0 0 - ( q 2 + q 3 + q 4 + q s + q 6 ) ( 2 - ) 式中：玑反平衡锅炉效率，； q ! 排烟热损生k j k g ： q 3 化学未完全燃烧热损失，k j k g q 。机械未完全燃烧热损失，k j k g 7 华北电力大学硕士学位论文 一。 。一_ _ - _ - - - - - - - _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ _ - - _ _ _ - - - 一 q 厂一锅炉散热损失，k j k g ： q 6 其他热损失，k j k g ： q ，1 妇燃料带入锅炉的热量，k j k g ： q ：排烟热损失，： q ，化学未完全燃烧热损失，： q 4 机械未完全燃烧热损失： q ，锅炉散热损失，； q 。其他热损失，： ( 2 ) 正平衡算法 根据锅炉机组的有效利用热q 、输入热量q ，和燃料消耗量b ，可以计算锅炉机组的 热效率r = 鲁x 1 0 0 = 卷b ( i g ，- 计蜥州d p r - 训 式中：编。正平衡锅炉效率； b 燃料消耗量，k g s ： d g ，过热蒸汽流量，k g s ： 过热蒸汽焓，k j k g ： ，。一一给水焓，k j k g ； d 。，一一再热蒸汽流量，k g s ； f 二、0 一一再热器出、入口蒸汽焓：k j k g ： d 。一一俳污水量，k g s ： ，。一一汽包压力下饱和水焓，k j k g ： ( 3 ) 各项热损失计算模型 排炯热损失： 日，：丝1 0 0 q ， q ，= c 。( 臼。一，。) q = v h c p t l ：o ( 8p ；一l ，、 = 呓+ ( a ，- 1 ) v 。o ( 2 - 2 ) ； ) ) 3 4 5 6 一 一 一 一 一 2 2 2 2 (，ll ( ( 兰! ! 生垄盔兰堡主兰垡鲨苎 喀一s一竿+079v尝00+ o s 蒜0 0 p i f 呓= 0 0 8 9 ( c + 0 , 3 7 5 s ) + 0 2 6 5 h 一0 0 3 3 3 0 2 而面 矿1 2 4 堕：坐二+ 三塑! 盟，堡堕 1 0 00 8 0 4 上式中：q 罗干烟气带走的热量，k j k g ； 硝2 d 烟气所含水蒸汽的热量，k j k g ； 每千克燃料燃烧生成的干烟气体积，m 3 k g ： 。烟气中所含水蒸汽的容积，m 3 m 3 ： c 。干烟气从t o n o ，。的平均定压比热，k j ( m 3 k ) ，取1 3 8 ； c 舢，o 水蒸汽从t “到口。的平均定压比热，k j ( m 3 k ) ，取1 5 1 0 一“排烟温度，冷空气温度，： ：按应用基成分计算的理论燃烧干烟气量，m 3 m 3 ； 吧按应用基成分计算的理论干空气量，一m 3 ； a 。排烟过量空气系数； d 。空气的绝对湿度，k g k g ( 干空气) ，取0 o l ； o ：，c 0 排烟于烟气中氧、氧化碳容积含量百分率， c ，s ，0 1 ，n 燃料中应用基含碳、氢、硫、氧、 化学未完全燃烧热损失： 铲蚤枷。 q 3 = 1 2 6 3 6 c 0 + 圪、 机械未完全燃烧热损失： 旷半c 器+ 箍， 式中：a 燃料中应用基灰分含量，； a 。，飞灰，炉渣沾燃煤总灰量的质量百分数， c 。，c ：飞灰，炉渣中的含碳量，。 锅炉散热热损失： 舻。；等 式中：q ；额定蒸发量下的敞热损失，： 氮量，。 ( 2 - 8 ) ( 2 - 9 ) ( 2 - 1 0 ) ( 2 - 1 1 ) ( 2 1 2 ) ( 2 - 1 3 ) ( 2 一1 4 ) ( 2 1 5 ) 华北电力大学硕士学位论文 d ；锅炉额定蒸发量，k g h ： d 。锅炉实际蒸发量，k g h 。 灰渣物理热损失 舻参c 耸意岩+ 篙掣， ( 4 ) 锅炉热负荷 q = d r ( 吃一0 ) ( k j h )( 2 1 7 ) 式中：吃锅炉过热i 1 ；a l 口蒸汽焓，k j k g ； f 5 1 锅炉排污率 d 。d + d 。一db 口p w3 芹2 丽一 ( 2 一1 8 ) 式中：d 。，d v ，d 。、。锅炉排污量，给水量过热减温水量，k g h 。 在锅炉效率的在线计算模型中，一般采用反平衡法。各个国家在按反平衡计算 锅炉效率的模型中，各有其标准，国内常用的有两种标准：我国国家标准电站性能 试验规程( g bp t c ) ，一般用于国产机组的性能实验：当对进口机组进行考核验收及 性能实验时通常选用目前国际上被普遍认同的美国机械工程师协会颁布的电站性 能试验规程( a s m ep t c ) 作为依据。下面简要比较一下美国a s m e 标准( p t c4 卜1 9 6 4 ) 和中国国家标准( g b1 0 1 8 4 8 8 ) 在锅炉效率计算模型上的差异与联系。 2 1 2 美国a s m e 标准的锅炉效率计算模型 r 锅炉效率：，7 s 21 0 0 一万亍五1 0 0 ( 2 - 1 9 ) 式中：l 一一锅炉总的热损失，k j k g ； h 。一一应用基地位发热量，k j k g ： b 一一每单位入炉燃料以显热形式附进入锅炉的总的输入物理热，k j k g 未燃尽碳的热损失 三。= ，。爿( i 石：；。+ i 石：；：i _ ) 式中：r ，一一飞灰比率： r 一一炉渣比率： c 一一飞灰可燃物含量， c 。一一炉渣可燃物含量， a 一一煤的应用摹灰分， ( 2 - 2 0 ) 0 华北电力大学项士学位论文 干烟气热损失 l g = 彬j c ( t ( j f r ) 式中：f ! 。：一一烟气温度，： c 。一一烟气平均比热，k j k g ： 肜：一一千烟气量，k g k g ； t 。一参考温度。 入炉燃料中水分引起的热损失 。，= ，x ( h h c ) 式中：h 。一一饱和蒸汽焓，k j k g = 一一相对于烟气中水分分压力的水蒸气焓，k j k g ： m 。一一煤的应用基水分，。 氢燃烧生成水分引起的热损失 工h = 8 9 3 6 hx ( h ”一) 式中：h 一煤的应用基氢，。 空气中水分引起的热损失 上。= 。x j x ( h 一- ，) 式中：w 。一一绝对湿度，k g k g 。 ( 6 未燃烬一氧化碳而造成的热损失 = 器 ( 2 2 1 ) ( 2 - 2 2 ) ( 2 2 3 ) ( 2 一z 4 ) ( 2 2 5 ) 式中： c o ： 一二氧化碳在干烟气中所占的容积百分数，： c o l 一氧化碳在干烟气中所占的容积百分数，； c ，一一实际烧掉的碳，k g k g 。 ( 7 表面辐射和对流引起的热损失 l ，：| 【，f ，y ， ( 2 - 2 6 ) 式中： i l l v 一一高位发热量，k j k g ； x 。一一辐射损失百分数，。 其他热损失 l 。= 0 5 这样，总的热损失为 l = 上眦+ 。+ 。v + l ，+ 。4 + ( + h + 上。 如果不考巷输入物理热眈则锅炉效率为 仉= 1 0 0 一孛。1 0 0 2 1 3 美苗a s m e 标准与国标在锅炉效率计算模型上的比较 ( 2 2 7 ) ( 2 - 2 8 ) ( 2 2 9 ) 华北电力大学硕士学位论文 主要从计算所采用的发热量、主要损失项、各项损失的名称匹配等方面对两种 计算模型进行分析比较”3 。 a 计算所采用的发热量 a s m e 标准采用高位发热量作为燃料的输入热量；国标沿用前苏联的模式，采用 低位发热量计算锅炉效率。两者的区别在于，高位发热量还包括了燃烧产物中全部 水蒸气凝结成水所放出的汽化潜热。但是，在一般的锅炉排烟温度( 1 1 0 一1 6 0 ) 下， 烟气中的水蒸气通常不会凝结。a s m e 采用了相应的处理方法，即在计算燃料应用基 水分和氧燃烧牛成水分的热损失时，将该部分水分的汽化潜热也包括进去，这样热 量仍能平衡：另一方面，a s m e 标准将高位发热量作为输入热量的主要部分，故各损 失的相对值与国标有差异。 b 排烟热损失的计算 j 烟气量 a s m e 标准利用排烟出口处各气体成分的测量结果，用下式计算出烟气质量9 1 ， 即 j = ( 4 4 0 1 c o , _ + 3 20 0 d 2 + 2 8 0 2 v 2 + 2 8 o l c o ) ( c 6 + 1 2 0 1 s 3 2 0 7 ) 1 2 0 1 ( c 0 2 + c o ) ( 2 - 3 0 ) 式中：c 。为相对每k g 炉前燃料燃尽碳的k g 数。 国标主要根据燃料的收到基成分s h 。、0 。n 。，和单位燃料中实际燃尽碳的 质量c 、等计算烟气量，只需主要测定空气预热器出口处的氧量理论空气量、排烟 处的理论干烟气量、过量空气系数和实际干烟气量均可通过计算得到。 实际干烟气量为： = ( 噬) 。+ 位。一1 ) ( 呓) ( 2 3 1 ) 式中：( 吧) 一一理论空气量； ( 吃) 。= 0 0 8 9 ( c + 0 3 7 5 s 。，) + 0 2 6 5 h 。，一0 0 3 3 3 0 。, r ( 2 - 3 2 ) ( v 。o ) 一理论干烟气量： ( 嘭) 1 8 6 6 ( c 十o3 7 5 s 。，) i 0 0 + o 7 9 ( 喀) 。+ 0 8 n o , 1 0 0 ( 2 3 3 ) 口。一一排烟过量空气系数： 口。，= 2 1 2 1 一( 0 2 2 c h 4 一o 5 c 0 一o 5 h 2 ) 】 ( 2 3 4 ) a s m e 标准的烟气量计算主要基于烟气分析，计算公式简洁，但需使用精度等级 较高的奥氏仪测得排烟出口的烟气各成分含量：国标基于煤质分析，从成因方面间 接考虑，般使用便携式氧量仪和一氧化碳测量仪即可，但是需要逐一计算许多中 矧量。迎过计算发删，幽扔；得到的删气曼比a s ? 标群的略：j = = ! ：鹰因在于甲，圩笆 各种气体容积时，均把它们看作理想气体，这与实际情况有偏差：而a s m e 基于分 子水平，所求的是烟气的质量，实际的排烟状况对其没有影响。 2 干烟气热损失 1 2 华北电力大学硕士学位论文 a s m e 标准和国标的干烟气损失计算式的形式是一致的，但式中所用的基准温度 不同。a s m e 将暖风器出口温度作为基准温度，国标选取的是冷空气温度为基准温度。 通常前者的温度会高于后者，由此得到的烟气平均比热也略有偏差。因此除烟气量 的影响外，当锅炉使用暖风器时，按a s m e 标准计算的该项损失也将比按国标计算 的结果略低。 3 烟气中含水蒸汽的显热损失 在国标中，烟气中含的水蒸汽热损失的计算与干烟气热损失相似。在a s i e 标 准中，水蒸汽热损失= 水分量( 烟气出 2 1 处蒸汽焓一基准温度下饱和水焓或饱和 水蒸汽焓) 。基准湿度的差异仍然存在，a s m e 的损失计算结果也比按国标计算的结 果略低。 c 化学未完全燃烧热损失的计算 排烟中化学未完全燃烧产物为c o 、也、c ha s m e 标准和国标都考虑到了这3 部分。在国标中，无论碳氢化合物的具体成分，c 。h 。的热值系数统一为5 90 7 9 k j m 3 ：在a s m e 中c h 。的热值系数是经过实时分析测定的，因此甚为精确可靠。通常 情况下，过量空气系数足够大，这项损失很小，因此2 种标准的差异对锅炉效率计 算的影响很小。 d 机械未完全燃烧热损失的计算 a s m e 标准和国标都认为机碱未完全燃烧热损失就是指碳，除此以外的可燃物如 硫、氢等都烧完了。因此2 种标准的出发点一致，同时都引进了参数c 。来表示灰 渣平均可燃物含量，然后得到机械未完全燃烧热损失q 。，即 包= 3 3 7 2 7 4 。，c w h ( 1 0 0 一c ) ( 2 3 5 ) e 散热损失的计算 a s m e 标准根据锅炉最大连续出力和实际出力，查取a b m a 辐射损失曲线得到辐 射损失，并用空气速度和表面与环境空气的温差进行修正。国标通过经验指数公式 计算出锅炉额定蒸发量下的散热损失，当锅炉在其它蒸发量运行时，可以通过该项 乘锅炉额定与实际蒸发量比值修正，计算过程中无须查图，故国标方法显得更为简 便。 f 狄渣物理热损失的计算 a s m e 标准将陔项损失分为：向渣井辐射、炉渣显热及灰渣熔化的潜热损失，飞 灰的显热损失“。3 ，计算公式比较复杂。国标将该项损失分成炉渣、飞灰及沉降灰排 出锅炉设各时各自带走的显热损失，同样也要测较多的参数。该项在数值上较小， 测量却较麻烦，因此，近年来在电厂实际试验中，尤其是采用a s m e 计算标准时， 一般都将灰渣物理热损失归入末测量热损失的范围，或由电厂用户和制造方商定。 g 各项热损失的名称匹配 a s m e 标准和国标对锅炉损失所取名称有不同，但计算原理基本一致。a s m e 中 3 华北电力大学硕士学位论文 干烟气热损失、燃料应用基水分热损失、由氢燃烧生成水分的热损失、空气中水分 的热损失、雾化蒸汽的热损失等j 项之和在国标中概括为排烟热损失一项。国标中 的机械末完全燃烧损失相当于a s m e 的干灰渣中末燃尽碳热损失：散热损失相当于 a s m e 的辐射对流热损失：化学末完全燃烧损失在a s m e 中分成c 0 、氢和碳氢化合物 3 项小完全燃烧热损失分别计算。 h 采用不同燃料发热值计算出各项热损失之间的换算 由 i2 种标准采用了不同的发热量，故计算得到的各项损失的相对值不同，锅 炉效率也不同，难以直接比较。国内电厂一般对采用低位发热量的国标比较熟悉， 为适应这些电厂使用上的习惯，便于分析各项热损失的大小和变化原因，所以采用 高位发热值的各项热损失需要换算成对应低位发热值的各项热损失。换算公式见表 2 1 。 表2 1a s 、i e 标准高位发热值热损失与低位发热量热损失换算表 a s m e 高位发热值热损失 低付发热佰执榀失 燃料应用基水分热损失l 。， l “( q 。+ b ) 一r x 睨，3 ( q + b ) 燃料中氢燃烧生成水分的热损失l 。 l h ( q 。+ b ) 一r 9 h 。】( q “+ b ) 其余髯i 而执损失【 l ，( q 。+ b ) ( q 。+ b ) 2 2 汽轮机热经济指标及其计算模型1 汽轮机热耗率和热效率是衡量机组性能的一项综合热经济指标，汽轮机运行品 质的好坏通常以汽轮机的热耗率等指标来衡量。此外，汽耗率也是评价汽轮机性能 的主要指标，而汽轮机相对内效率能反映级组工作的完善程度，在一定程度上反映 出汽缸内部得通流特性，结合汽轮机变工况计算有助于分析汽缸内的一些不正常现 象，如通流部分结垢、腐蚀及局部阻塞等。 目前，在大型火电机组在线性能计算中，低压缸的内效率计算一直存在困难， 其原冈是尚不具备存线测最蒸汽湿度的手段，当最末几级抽汽处于湿蒸汽区时，其 压力和温度不再是独立参数，因此，在实时热平衡计算中，其焓值不能直接得到， 本文将在下一章深入谈论低压缸内效率的计算方法。 2 2 1 热耗率的计算模型” 汽轮机热耗率是评价汽轮发电机组运行经济性能的一项综合技术指标，从概念 上来讲，热耗率h r 可以定义为由锅炉加入汽轮机的总热量线与发电机端功率 也芝比朋n 觥= 器 。， 华北电力大学硕士学位论文 对于现代再热循环汽轮机，当不计减温水、轴封漏汽等辅助汽水损失时，计算 热耗的基本公式为： 爿r =d o ( h o 一向小) + d = ，( k 一五二) ( 2 3 7 ) n d 式中：d 。，一主蒸汽流量，k g h ： h t ，一一主蒸汽焓，k j k g ： h 一一给水焓，k j k g ： d 。，一一再热蒸汽流量，k g h ： 砖、砖一再热蒸汽出口、进口焓，k j k g ： n 。一一发电机功率，k w 。 当考虑了过热汽及再热期减温水以后，尚式变为： 月r =! 呈! 二堡! ! 鱼二! 坐! ! 呈：! 二堡丛生 矗二) + d 。( 一t p ) + d ，( 。一r ，) ( 2 3 8 ) n ： 式中：d 。；一一过热蒸汽减温水流量，k g h ： d 。，一一再热蒸汽减温水流量，k g h ： t 。一一给水泵出口焓，k j k g ： t ：。一一中间抽头焓，k j k g ： 由于现场的主蒸汽流量测量精度不高，所以在试验规程中，一般以凝结水量作 为基准。主蒸汽流量可以通过高加系统的流量平衡计算予以确定： d 。= d 伸+ d ， ( 2 3 9 ) 式中：d 。一一凝结水流量，k g h ； d 一一各级高加抽汽量，k g h ： n 一高加抽汽级数。 另外，如果现场未设再热流量的测量装置，再热蒸汽流量也可以用热平衡计算 确定： 卟卟艺d 心。4 式中：d 一一再热前各级抽汽流量，k g h ： n 1 一一再热前抽汽级数。 在电厂实际运行中，汽轮机的进汽量也不等于给水流量，为使计算出的热耗率更接 近机组的真实运行工况，应以汽轮机进汽量和给水流量的实测值代入热耗率计算公 式。公式可表示为： h r =! 里琅。) h o d ，l ( d ：，一d 。，) ( 五二一砖) + 珑( 向。一t p ) + 以，( k f ，) ( 2 4 1 ) n “ 5 华北电力大学顷士学位论文 式中：d 一一给水流量，k g h 。 2 2 2 汽轮机的相对内效率 汽轮机相对内效率是衡量机组运行经济性能的一项重要指标，影响汽轮机相对 内效率的因素很多，既有热力参数的影响，又有结构因素的影响，例如通流部分间 隙变化，动静叶栅结垢及损坏均会对汽轮机相对内效率产生影响。 汽轮机相对内效率通常定义为： ”：生(2-42) ” n 其中：n ，= d o h ，( 1 一a r )( 2 - 4 3