（热能工程专业论文）web模式下供热机组在线性能监测与分析系统.pdf

独创性声明 y 5 3 7 5 9 6 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得逝鎏盘堂或其他教育机 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谢意。 学位论文作者签名：么撩签字日期：伊卯弓年月护臼 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解逝l 江盘堂有关保留、使用学位论文的规定， 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和 借阅。本人授权逝姿盘鲎可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：弘驴髯 导师签名： 苍铷一 签字日期：彦一；年f 月日 签字日期：一，年1 月p 日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 电话 邮编 浙江大学硬士学位论文 摘要 当前电力行业的改革，使得发电企业面临了严峻的竞争形势，这促使各电 厂不断降低机组能耗、更为经济地运行。为实现火电厂节能改造、提高火电机组 运行经济性，本文研制了火电机组在线性能监测和能损分析系统。 在本文中，首先以等效烩降理论为基础，阐述了火电机组热力系统经济性 定量分析的原理，并根据机组运行的方式和特点，主要针对供热机组介绍了性能 能损分析的理论方法同时，结合其它的热力系统经济性诊断理论，提出了实现 火电机组能损经济性分析的方法。 在此理论基础的指导下，运用先进的计算机技术，结合电厂m 【s 网络建设， 设计了机组运行的在线性能分析监测和生产信息管理系统整个系统集合了机组 运行监测、经济性分析、运行优化指导等功能，能及时、准确地反映机组当前运 行情况及能损分布，为电厂的节能诊断提供依据，指导电厂的经济运行；同时系 统基于w e b 模式，紧密地和厂内m 【s 网络相联接，使用方便，具有较强的实时 性和交互性，为电力行业的远程自动化管理提供了有力的帮助 浙江大学硕士学位论文 7 a b s t r a c t t h e p r e s e n tr e f o r m a t i o ns i t u a t i o no fp o w e ri n d u s t r ym a k e st h ep o w e rp l a n t sb e c o m p e t i t i v e , a n dm a k e si tn e c e s s a r yt o r e d u c et h ee n e r g y l o s sa n di m p r o v et h e o p e r a t i o np e r f o r m a n c e i no r d e r t oe c o n o m i z eo n e n e r g ya n d i n c r e a s et h e p e r f o r m a n c e o f p o w e ru n i t s , t h i sp a p e rd e v e l o p so n l i n ep e r f o r m a n c ei n s p e c t i o na n de n e r g y - l o s s a n a l y s i s i nt h i sp a p e r , t h et h e o r yo fe q u i v a l e n te n t u p yd r o p si si n t r o d u c e df i r s t t h e nt h i s p a p e rd e d u c e st h et h e c t 7f o re c o n o m i cq u a n t i t a t i v ea n a l y s i so fp o w e ru n i t st h e r m a l c i r c u l a t i o n s y s t e m , a n da c c o r d i n gt o t h eo p e r a t i o n a lc h a r a c t e r i s t i ce m p h a s i z e st h e a p p l i c a t i o nt oe n e r g y - l o s sa n a l y s i so fh e a t - m p p l y 珏出c o m b i n e d w i t hs o m eo t h e r e c o n o m i c d i a g n o s i st h e o r y , i tp r o v i d e sam e t h o d t oi m p l e m e n to n l i n ee n e r g y - l o s sa n d p e r f o r m a n c ea n a l y s i s b a s e do n t h o s e , t h eo n l i n ep e r f o r m a n c ei n s p e c t i o na n dm a n a g e m e n t i n f o r m a t i o n s y s t e m i sd e s i g n e dt oi n s p e c tp a r a m e t e r , m m l y z ee c o n o m i cp e r f o r m a n c ea n do p t i m i z e o p e r a t i o n , w h i c hi sc o m b i n e dt om i sb ya d v a n c e dc o m p u t e rt e c h n i q u e t h i ss y s t e m c a r lw e l la n dt r u l yr e f l e c tt h er e a l - t i m ec i r c u l a t i o ns t a t u sa n de n e r g y - l o s sd i s t r i b u t i o n , t h e n p r o v i d et h et h e o r yb a s i ct oe c o n o m i z e o n e n e r g ya n dd i r e c th o w t oo p e r a t e p o w e r u n i t se c o n o m i c a l l y a tt h es a m et i m e ，t h es y s t e mi sb a s e do nw e ba n de x p e d i e n t l y c o m b i n e dt om i ss y s t e mw i t hs t r o n gr e a l - t i m ec h a r a c t e ra n da l t e r n a t i o n , w h i c h p r o v i d e sf o r1 0 n g - d i s t a n c ea u t o m a t e dm a n a g eo f p o w e ri n d u s t r y 浙江大学硕士学位论文 第一章绪论 第一节课题的意义 节能是我国的基本国策，而火力发电行业是消耗一次能源的大户。目前， 我国在电力工业中还存在如下问题：1 ) 供需刚刚实现基本平衡，部分地区部分 时间还趋于紧张；2 ) 还存在着电能生产、输送和使用中能源浪费和效率偏低的 现象；3 ) 由于我国一次能源以煤为主的特点，目前燃煤发电量在总发电量中所 占比重还在8 0 以上，发电燃煤在全国煤炭消费中约占6 l 因此火电厂的经 济运行和节能诊断具有十分重要的意义，火电机组的节能降耗工作日益重要。 目前，我圉火力发电厂平均供电煤耗率约为3 7 0 9 l o w h ) 。比世界发达国家 同类指标高出5 0 9 饵w - h ) 以上，这表明我国火电机组的节能潜力是巨大的。国家 电力公司以“节能降耗，可持续发展”为主题，规捌了十五期同的节能目标，即 供电煤耗平均每年降低2 - - 3 9 o 【w - h ) ，到2 0 0 5 年公司供电煤耗降低到3 5 5 3 6 0 9 州h ) 这就要求我国的火电行业一方面新建机组要向高参数、大容量方 向发展：另一方面要大大提高现行机组的热经济性，降低煤耗率，节约能源消耗。 因此，需要一种能在线准确定量分析现行各种机组节能潜力大小及分布，指导火 电厂节能降耗的有效方法。 在此形势下，当前电力行业改革实行了“厂网分开，竞价上网”，这对发电 企业的生产运行提出了更高的要求，就是要在保证电能供给的稳定性上降低发电 成本，提供优质廉价的电力能源。因而各电厂必须不断通过各种节能降耗方法， 以此来改善整个电厂运行的经济性，提高企业竞争力。在此情况下，各发电企业 纷纷开展了对机组进行节能降耗的工作，一面对新建机组实现了更为科学经济的 运行监测手段：同时对原有机组进行节能改造，以提高运行经济性。 通过在电厂中建立先进的在线性能分辑指导系统，是实现机组节能降耗的 工作重点，它要求在机组运行过程中，实时地监测诊断机组运行的经济性情况， 并根据理论计算提供解决方案，指导机组运行调节的方法，使机组尽可能的在最 佳的状态下运行。这无论对于发电企业自身经济利益，还是对于整个国家节能战 略，都有着重大意义。 浙江大学硕士学位论文 第二节国内外发展介绍 1 2 1 火电机组经济性分析诊断 为确保火电机组的经济运行，对其进行经济性诊断是必不可少的重要环节， 为此国内外在火电机组经济性诊断领域进行了大量的研究和实践。火电机组的经 济性诊断就是确定其主、辅机及热力系统运行参数和运行方式的经济性，包括定 性分析运行方式、运行参数的合理性；并通过火电机组热力系统的定量计算来分 析运行参数标准值和偏离标准值对机组经济性指标的影响大小，以此分析各种运 行方式、系统不合理的节能潜力大小，指导机组的经济运行。 最早采用的经济性诊断方法是“小指标分析法”，该方法以简单、方便等特 点得到了广泛的应用，但所得的结果粗糙，准确性不够。而在火电机组热力系统 的计算中最早采用。常规热平衡法”，后经简化改进发展为“简捷热平衡法”，这 是热力系统计算的经典方法，此方法的特点是计算可靠，但计算过程繁琐、速度 慢，在热力系统的局部变化经济性定量分析时需要进行热力系统全面计算，计算 工作量大。5 0 年代美国s a l i s b u r y 提出的加热单元概念，由马芳礼教授创立了“循 环函数法”，大大简化和方便了热力系统的计算和分析。6 0 年代加拿大学者提出 了“热偏差分析法”【2 j ，该方法从8 0 年代起在我国也开始大量应用。热偏差法 在定量分析中，针对运行标准和定量偏差对经济指标的影响大小考虑了不同负荷 的情况，但其缺点是数据大多来源于经验数据，且没有考虑环境、系统变化的影 响及偏差之间的相互影响，定量精确度不够。在6 0 年代后期，苏联学者库兹涅 佐夫首先提出了“等效热降法” 3 1 ，7 0 年代传入我国后，经西安交通大学林万超 教授的研究，提出了基于等效焓降理论的火电厂热力系统经济性诊断方法一能 损分析法。该方法是采用“等效焓降”理论对经济性指标发生的偏差进行逐级分 解，最后得出各项运行偏差对经济性影响大小，其特点是在进行热力系统经济性 诊断时，考虑了热力系统各影响因素之间的影响【4 l 。该方法以其快速、准确、简 捷的特点成为火电厂热力系统局部定量分析的主要工具。“循环函数法”和“等 效热降法”已成为目前我国火电机组热力系统定量计算的两种主要方法口l ，并得 到了广泛的应用，为我国火电行业节能工作做出了巨大贡献。而“等效热降法” 中抽汽效率r lj 的概念则有机的结合了能量的“质”和“量”，使其在热力系统的 浙江大学硕士学位论文 定量分析中显示了突出的优点。经过几十年的研究，该方法在解决凝汽机组、再 热机组的热力系统分析中已很完善，但在供热机组的热力系统上还有待进一步完 善。 随着电力系统的发展，对运行的经济性要求越来越高，不但要求诊断方法 合理，测量数据准确，对于各种可能影响机组经济性的变化都应加以重视。如随 着机组运行时间、环境和设备状态的变化，对基准值也应加以调整，减少因基准 值的变化引起函数变量的不确定性，如德国研制的管理系统s r 4 【6 1 。该计算模块 程序利用确定的边界条件( 参考值) 进行实时的迭代计算，每十五分钟计算一次， 迭代计算的最终值( 参考值) ，即作为指导运行人员进行实时降低能损的控制值。 其优点是不受设备状态、环境的影响随着应用时间的延续，对机组运行数据和 资料的积累愈多，计算后的控制值更加准确而国内采用的是经运行优化调整试 验结果得到的基准值作为指导运行人员进行降低能耗的非实时控制值该基准值 在相当长的时间内( 一个大惨周期性) 是不变的，但实际上是随着机组运行时同、 环境和设各状态的变化，该基准值是变化的因此，s r 4 运行优化在线管理系统 优化模块的计算控制值相对更准确。 1 2 2 火电机组经济性分析的计算机应用 应用计算机对电厂生产过程进行监视和控制，提高电厂运行的安全性和经 济性一直以来是国内外电力系统所研究探讨的重要课题。 早在五十年代，国外就已经开始研究用计算机进行生产过程的监视和测量。 从八十年代开始，计算机和通讯技术的飞速发展促进了分布式监控系统( d c s 系统) 的成熟，并不断向集成化、综合化和智能化的方向发展。d c s 系统通过对 电厂运行的监测，了解影响电厂运行的各种因素，并对这些因素加以分析与控制， 减少机组运行能耗，以此提高电厂运行效率。到了九十年代，信息网络技术的发 展使得d c s 与管理信息系统( m i s ) 紧密结合，构成“管控一体化”的计算机 集成过程系统( c i p s ) 。它通过信息的集成及信息的共享把生产过程中分散的各 孤立系统( 如过程控制系统d c s 、p l s 等，计算机辅助工程c a e ，管理信息系 统n t i s ，决策支持系统d s s 等) 集成起来，互相协调，实现整个运行流程的总 体优化。 浙江大学硕士学位论文 我国电厂热工过程自动化方面的计算机应用起步于1 9 6 4 年，从8 0 年代开 始在国外引进机组上采用d c s 系统，到在个别大型机组上试点，再到3 0 0 m w 以 及以上大型火电机组上普遍采用，取得了巨大的发展。8 0 年代末到9 0 年代初， 我国出现了一系列的热力系统分析软件，如t s a c ( t h e r m o d y n a m i cs y s t e m a 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 ep e r f o r m a n c ea s s e s s m e n ts y s t e m ) ，但限 于当时国内的计算机水平和网络条件，它们都还停留在离线分析的水平，在线的 性能分析软件，在国内刚刚起步不久。在已开发的分析软件中，由于考虑的机组 比较单一，可移植性较差，因而系统难以在实际中推广应用。国外在发电厂优化 方面的研究和应用比较成熟，特别是欧美的德国和美国在大型火电站的在线运行 优化管理方面积累了丰富的经验，如：e l a s gb a i l e y 公司的性能计算和优化模块 ( c o n v a l i ) ，a b b 公司的以模型为基础的诊断模块o p t i m a x - m o d i ，s i e m e n s 公司 的机组效率优化软件( s r 4 ) ，热力计算软件y - s p p ) 等【7 1 。在国外软件中大都采 用先进的建模技术，并带有一定数量的通用计算模块和常用计算函数，具有友好 的人机界面，热力计算灵活、快速，系统应用方便 此外，8 0 年代以来，专家系统( e s ) 和人工神经网络( n e u r a ln e t w o r k ) 开 始逐步进入火电厂的诊断系统f 8 l ，各国对此进行了深入研究，为火电厂经济性诊 断开辟了新途径，目前开发成功并投入使用的有美国b l a c k & v e a t c h 的b & v 性 能监测系统、e n e r g yi n c o r p o r a t e do f i d a h of a l l s 的p m a x 在线性能监测系统、意 大利a n s a l d o 的p e r f e x s 专家系统、美国s o u t h e r ne d i s o n & i m p e l l c o r p o r a t i o n 联合研制的s m o p 专家系统等。美国e p 在改善机组经济性方面作 了大量研究，并取得了巨大成功。 综合国内外的发展状况和发展趋势，经济性监测与诊断系统的硬件正由集 中向分布式的工作站方面发展，而软件功能则从简单计算到分析，正朝通用化、 智能化、专门化方向发展，诊断内容正从整体经济性的计算向定量分析影响机组 经济性偏差原因的深度和多机之间的优化发展。 第三节本课题主要研究内容 本课题提出的在线能损分析的基本过程是：通过构建现场实时数据采集网 络，对影响机组热经济性的各运行参数进行实时监测；以经济性诊断理论为基础 浙江大学硕士学位论文 对机组进行在线性能分析计算，实时诊断机组运行过程中能损的分布情况，定性 分析能损的原因及定量计算运行参数偏差所引起的能量损失大小；利用界面实时 显示能损诊断结果，指导运行人员根据能损分析结果及时进行运行操作调整，使 机组运行损失减至最小，从而减少煤耗成本，实现机组安全、经济、高效、稳定 运行，提高火电机组的整体运行指标。 课题针对金华市热电厂供热机组，在变工况热力计算的基础上，采用等效 焓降法和热偏差法对机组进行热经济性诊断，并在此理论基础上结合先进的计算 机技术，开发一套和m i s 系统相结合的，集参数监测、运行经济性能耗分析、 运行优化指导为一体的在线性能分析监测和生产信息管理系统，以实现机组的经 济运行 针对系统的要求，主要着重于以下几项研究内容和工作： 8 9 3 分布式智能数据采集网上各台主机的协调工作，采集、汇总、分析各种 实时信息，需保证数据的实时性和准确性 尽可能完整地将机组各模拟量、开关量的运行实时数据广播显示于厂内 i n t r a n e t 网上，以实现对机组运行的在线实时监测，同时提供对参数的及时超 限报警；此外对运行的历史数据进行分析统计，以表格、曲线、图形等多种 形式显示 结合目管制供热机组的运行方式和特点，采用合理的经济性分析及定量计算 方法，并将其运用于性能能损分析，进行机组的实时诊断。 对机组经济性进行在线分析，将能损分析计算结果发布，并提供各种能损指 标统计。 在开发在线能损分析系统的同时，结合火电厂m i s 管理信息系统进行网络规 划和建设，将在线能损分析功能实现在厂内m 【s 系统中。 整个课题针对火电机组热力系统实现了在线实时监测，并实时地判断热力 系统和热力设备的性能状态，显示当前工况的热经济性指标，指出当前工况下的 节能潜力、能损分布和诊断结果，为运行人员的操作提供指导和依据。同时， m i s 网络的建设也为能损分析系统提供了更为快捷方便的应用平台。 - 8 - 浙江大学硕士学位论文 第二章供热机组经济性分析理论 七十年代等效焓降理论的提出和发展，提供了一种回热系统局部定量的简 捷技术分析方法，它更新了热力系统原有的计算方法，并逐渐成为火电厂机组热 力系统能损分析的首选理论和方法。等效焓降法是以局部定量分析替代了全面分 析计算，具有快速、准确、概念清楚等特点，在国内影响很大，为我国火电厂节 能降耗工作作出了很大的贡献【l o 】。 由于等效焓降理论在应用中存在着不可避免的局限性，下面提出一种以等 效焓降法为基础、结合热偏差法的能损分析理论，并应用于供热机组热力系统经 济性分析。 第一节等效焓降基础理论 等效焓降法是基于热力学的热功转换原理，针对火电机组及其热力系统的 结构和参数特点，经过严密地理论推演，导出等效焓降岛、抽汽效率刁，等若干 个热力分析参量，用于研究热功转换及能量利用程度的一种方法它主要用来分 析蒸汽动力装置和热力系统，它既可用于整体热力系统的计算，也可用于热力系 统的局部定量分析1 3 i 等效焓降法只研究与系统改变有关的那些部分，并用给出 的一次性参量进行局部定量，确定变化的经济效果。特别适合计算抽汽压损、加 热器端差、冷凝器过冷度、抽汽和补充水等所引起的能损和经济性变化。 2 1 1 等效焓降概念 图2 1 纯凝汽式机组 对于纯凝汽式汽轮机( 如图2 1 ) ， 图2 - 2 回热抽汽式机组 l 公斤新蒸汽的作功等于其焓降： 浙江大学硕士学位论文 h = h o - 丸 ( 式2 - 1 ) 式中一蒸汽进汽轮机的初焓；h n 一蒸汽在汽轮机中膨胀的终焓。 而对于回热抽汽式汽轮机( 如图2 2 ) ，l 公斤的新蒸汽的作功比纯凝汽式的 汽轮机作功少，但都是l 公斤新蒸汽在汽轮机内所作的实际功。从这一点来讲是 等效的，故称为该蒸汽的等效焓降。 日= h 。一h 。- a ，( | i ，一h n ) ( 式2 - 2 ) ，= l 即 t = ( - 以) ( 1 - 口，y ，) ( 式2 - 3 ) 其中”= ( 以- 以) ( 一 - ) 一称为抽汽作功不足系数 由上式可见，1 公斤新蒸汽等效焓降的数量概念是：在回热抽汽式汽轮机中 1 公斤新蒸汽在回热工况下的焓降等效于( 或相当于) ( i - a y r ) 公斤新蒸汽在纯 凝汽工况下的焓降，故称为等效焓降。 1 4 0 3n 0n i 图2 - 3 简单热力系统 再来看一下抽汽等效焓降。图2 3 是一个简单的热力系统。假设从系统外部 引入一定数量的纯热量g ( 即不带工质) ，使得n o 3 的抽汽减少1 公斤，这l 公斤 的蒸汽称为排挤抽汽。被排挤的抽汽中有一部分作功到汽轮机的出口，另一部分 则因为后面的抽汽，作功后再次被抽出去加热给水。由于n o 3 加热器抽汽减少， 其疏水也相应减少1 公斤，由此产生的热量的减少应由n o1 、n o 2 段抽汽来补 浙江大学硕士学位论文 偿，最后造成了作功不足。 n o 3 加热器排挤1 公斤抽汽返回汽轮机的作功等于 - 3 = ( 吃一九) 一口：一3 ( 如一九) 一口。一，( 啊一 。) ( 式2 - 4 ) 式中口：。一排挤n o 3 加热器i 公斤抽汽中分配到n o 2 加热器中的份额；口。一 分配到n o 1 加热器的份额。 根据效率等于作功与加入热量之比，可得出_ ，级抽汽效率为： ，7 ，：生 ( 式2 5 ) g j 分析抽汽等效焓降的物理意义可知，排挤l 公斤加热器抽汽，需加入热量 为田，而排挤抽汽获得的功为毋，因而，抽汽效率仉反映任意抽汽处，级热变 功的程度和该级以下的一切做功变化 2 1 2 等效焓降的计算 对图2 4 的凝汽机组原则性热力系统进行分析疏水逐级自流，先定义 g r = 以- l ，f ，= 一o ，以= ( 。) - l ，我们根据等效焓降的定义，可以得出等 效焓降的计算通式： ，= r - 一九j 一艺号珂，+ 盯 ( 式2 - 6 ) n o 7n o 6n o 5 n o 4n o 3n o 2 n o 1 图2 4 凝汽机组原则性热力系统 式中矗，一第，级的抽汽焓；吃一机组的排汽焓；4 ，一视加热器的型式而定；盯 一再热器的吸热量。 该式包含三项内容，自左向右第一项是j 级l k g 抽汽在机内循环所作功； 第二项是- ，级后各回热抽汽引起的，级抽汽作功不足；第三项是再热器的吸热量， 浙江大学硬士学位论文 只有再热机组的高压缸抽汽才有，对于中、低缸抽汽和非再热机组盯- - - - 0 。式中彳 依歹级加热器的型式取值：( 1 ) 当歹级为表面式加热器时，对歹级所属加热单元 是因疏水减少造成抽汽增加，故爿，= 以，而对单元以外压力更低的其它各级则 是凝水增加造成抽汽增加，a ，；o 。( 2 ) 当，级为汇集式加热器时，对所有低压 级抽汽全部取a ，= 0 。 为分析计算方便，建立了h ，之间的关系式如下： o ) j 级为表面式加热器，其与低压侧邻级加热器的等效焓降之间的关系为： 即”川1 。等睥- 竹 ( 式2 - 7 ) 盯的取值和前面的规定相同。 ( 2 ) 汇集式加热器之间等效焓降的关系为： h ，= 辑一 ) + 嚣一，+ 盯 ( 式2 - 8 ) 胆l 鼍， 式中仃只有，级和卅级分别处于高压缸排汽的两侧才有 对于新蒸汽的等效焓降。，可以将锅炉视同于一级汇集式加热器，然后应 用上述通式计算 h 。= r 一九j 一q + 盯一兀 ( 式2 - 9 ) 描i1 ， 式中n 为各种辅助成分的作功能力损失的总和。 这样，汽轮机的内效率可用新蒸汽等效焓降与加入热量求得，即 吼= 鲁 式中，q 0 为加入循环的热量。 以上均为根据等效焓降的定义所得的一系列计算公式，现在来看看将等效 焓降法应用于能损和经济性分析的基本原理。 当热力系统发生变化时，我们把变化的部分作为辅助的附加循环，其所引 起的作功变化量为凹。2 脯，若变化的原因是吸热量变化4 d o ，则变化后的复 1 2 浙江大学硕士学位论文 合循环效率为： 以= 觜( 式2 - i i ) 效率的相对变化率为： 机= 警= 等等 c 船协 当既无余热利用又无吸热量变化时，4 q 0 - - - - - 0 ，则上式变为： 却，等 ( 式2 1 3 ) 这样，只要用等效焓降法算出热力系统的等效焓降变化值馘就能很方便 地求出系统效率的相对变化率却j ，进而可求得标淮煤耗率的变化： 加= 6 却， ( 式2 - 1 4 ) 由此可见，运用等效焓降法可以十分方便进行能损机经济性能分析计算。 第二节供热机组的等效焓降分析 图2 5 再热的双抽机组 为了理论分析更加完整、通用，选取如图2 5 所示带再热的双抽机组为例对 浙江大学硕士学位论文 供热机组的热力系统进行经济性分析，对无再热机组，则盯= o 。根据等效烩降 理论，可以得出该机组抽汽等效焓降为： 用于再热冷端的抽汽： h j = 肾一霎争， 式中h j 一第_ ，级的抽汽焓；九一机组的排汽焓；4 一取加热器的f ，或者以，视 加热器型式而定。 用于再热冷端以前的抽汽： 以= 魄枷一篓争 式中盯为l k g 蒸汽在再热器中的吸热量。 各加热器的抽汽效率为： h ， 仉。苗 假设该供热机组的新蒸汽量为d o ，工业抽汽置为压，采暖抽汽量为d | ， 供热抽汽的返回水及补充水都进入凝汽器，则用等效焓降法计算该机组的新蒸汽 等效焓降为： h o = h o - 风一喜一会似一m 一昙似一风，一m ( 式z m ) 式中且一第，级加热器的抽汽焓；一机组的排汽焓；缸一工业抽汽焓；胁一 采暖抽汽焓；i d - 一各种辅助成分的作功能力损失；朋一热力系统中加热器的 数目；备一第r 级加热器的l k g 凝结水的焓升；哥一第，级加热器的i k g 抽汽放 热量。 将供热机组工业抽汽的作功损失表示为： 兀t = 瓦d k 似一矗” 采暖抽汽的作功损失表示为 l - i , = 告( h t _ h n ) 浙江大学硬士学位论文 则上述( 式2 - 1 8 ) 变为 h o = h o - 一善一n r n t 一兀t = 成一兀t n r 其中 ：= h o - h t 一一e n ， ( 式2 - 2 2 ) r = ly 7 ( 式2 - 2 2 ) 即为该机组相应于凝汽机组的新蒸汽等效焓降计算式，此时其 煤耗计算为 6 = 面两而而3 6 鬲0 0 - q 丽0 丽式2 2 3 )2 9 3 0 8 瑚呀一班弘r 肌+ 兀+ n t ， 式中鼋。一l k g 蒸汽的循环吸热量； 7 蝌一机组管道教率；秘一锅炉效率；伽一 机械效率；珊一电机效率； ( 式2 - 2 4 ) 则可得供热机组在热力系统变化时所引起的经济性交化的计算式为 脏五智等= 埘 c 抛s ， 式中舶一凝汽机组的经济性变化；协一凝汽机组汽轮机装置效率。 由上( 式2 - 2 4 ) 中可明显看出，供热机组热力系统的经济性变化与凝汽机 组的经济性变化通过系数a 得以完全统一【4 l 。此时，对供热机组的经济分析通过 系数a 转换成了凝汽机组的经济分析。 对旯的求解即需要求解兀t 和n t ，分别为供热机组工业抽汽和采暖抽汽的 作功损失，在实际机组的热力系统中，由于工业抽汽和采暖抽汽的返回水及补充 水方式不同，其计算有所不同。通常补充水进入凝汽器，工业抽汽见的返回水 率为依，返回水焓为，返回至 级加热器；采暖抽汽d f 的返回水率为仍，返 回水焓为t ，低压除氧器的同级抽汽加热器的编号为，根据等效焓降理论有： 浙江大学硕士学位论文 n 。= 鲁 垤玢巩唧卅 耻外却吼色。勘，嘶知 在求解了兀t 和兀r 后即可得到五，从而将供热机组转换成凝汽机组进行经 济分析及计算。 第三节机组经济性分析方法 2 3 1 等效焓降分析基本步骤 等效焓降法为机组热力系统的能损及经济性分析提供了一种快速而简捷的 方法。通过上面所述的等效焓降理论我们得出对机组进行经济性分析计算的通用 步骤如下： 1 整理原始数据，计算各加热器的f 、g 、y 2 按照凝汽机组的等效焓降理论计算各抽汽等效焓降日j 、抽汽效率玑、 新蒸汽的等效焓降矾、和汽轮机装置效率叩等参数。 3 根据凝汽机组的等效焓降方法计算热力系统偏差的胡。和g ，一般规 定新蒸汽等效烩降增加埘为正，循环吸热量增加幻为正。 4 根据机组的效率方程计算其经济性变化的厶6 。 而对供热机组的经济性分析计算，可通过对凝汽机组引入经济性系数a 方便 地转换而来，只需加上如下两个步骤： 5 计算供热机组的经济性转换系数旯 6 计算供热机组的经济性变化6 = 五6 供热机组的经济性转换系数a 是理论推导过程中所定义，以便更为清晰地阐 述其意义，在实际应用过程中，可无需求旯值，而直接进行能损的计算。 浙江大学硕士学位论文 2 3 2 等效焓降的扩展分析方法 1 等效焓降的条件 等效焓降法计算以新蒸汽流量保持不变为前提条件，这避免了热力系统一 般计算方法的缺点，即热力系统中影响热经济性的任何变化，其最终结果都将导 致各级抽汽量和总耗汽量的变化【1 0 】。它将热力系统中任何局部变化对热经济性的 影响。仅归结到机组功率和抽汽份额的变化，各级抽汽流量不致全部变动。因此， 有可能利用日，、，7 ，等参量，对抽汽量和热量的局部变化进行分析，求出不同原 因造成的等效焓降变化值4 日，计算出对装置实际循环热效率的影响进而可计算 出热耗率、煤耗率等的变化，进行机组的能损分析该方法可直接求得经济性变 化的结果，简化了计算，使局部定量成为可能 根据等效焓降计算公式的推导过程，我们可以看出：等效焓降法实质是一 种以新蒸汽参数、终参数和主蒸汽流量不变为前提条件，此外还需满足扰动热源 足够小的情况下的回热系统近似求解方法。实践证明，当汽轮机组在额定负荷、 额定参数附近运行。能满足小扰动条件时，等效焓降法是一种便捷的计算方法， 有较高的计算精度 显然，等效焓降法不能应用于以下情况的能损分析计算： ( 1 ) 新蒸汽参数变化较大时，如汽轮机组调峰滑压运行时，新蒸汽压力、 再热蒸汽压力降低对机组经济性的影响； ( 2 ) 机组负荷变化较大时，如主蒸汽流量较低，负荷较低时，汽轮机通流 部分损失及进汽阀节流损失将明显增加。 ( 3 ) 机组真空变化时，汽轮机真空降低对机组热效率和其功率影响很大。 ( 4 ) 热扰动源很大时，扰动热源将影响到汽轮机本体及整个热力系统的经 济、安全运行。 由于等效焓降应用的局限性，下面提出一种将等效焓降法和热偏差法有机 结合的能损分析扩展理论。 2 能损分析理论的扩展方法 以等效焓降计算式为基础，如果考虑新蒸汽参数和终参数的变化，对等效 焓降计算公式求全微分，并考虑机组焓降z a h i 是新蒸汽压力p o 、新蒸汽温度t o 和 ，1 7 浙江大学硕士学位论文 排汽压力胁( 真空) 的函数，得到： 棚2 罢砒+ 筹丸+ 署印。+ 鸶幽， 式中：罢、鼍和善三项可以通过汽轮机详细变工况计算得至| j ；署幽，可利印。吼印。删， 。 用等效焓降法计算，并进行汽态线变化的修正计算，如对蒸汽压力的修正曲线： 图2 - 6 新蒸汽压力对功率的修正曲线 图2 7 新蒸汽温度对功率的修正曲线 由此可见，扩展的能损分析理论实质上把等效焓降法和热偏差法有机结合 的一种新方法，该方法已在火电厂实时监测和能损分析系统中应用。 以下简单介绍一下热偏差法： 热偏差分析法是6 0 年代初由加拿大学者提出，主要是指实际热耗率和设计 ( 基准) 热耗率之差的定量分析1 2 1 在热偏差分析中，主要是对关键性运行参数进行监督分析，根据这些实际 运行参数偏离基准值的偏差，即运行值与应达值之差值，计算出机组热耗率、锅 炉效率、发电煤耗的变化程度，从而达到对发电厂主要技术经济指标进行监督分 析，并尽量减少可控损失。对所给定的监控参数的应达值或最佳运行范围可以用 浙江大学硕士学位论文 以下三种方式确定：设计值、最佳运行调整试验结果、变工况计算结果。在偏差 分析中，首先对每台机、炉分别进行计算，然后计算出热耗和煤耗的变化，最后 得出其偏差和影响。 供热电厂热偏差分析较凝汽式电厂复杂得多，对于供热电厂来说，其基准 热耗率不仅受电负荷的影响，而且随着热负荷的变化而变化。 q = ，( p ，g ) ( 式2 - 2 9 ) 式中留一热耗率；p 一机组功率；g 一热负荷 在本课题中，金华热电厂的2 # 背压式汽轮机b 6 3 4 3 0 9 8 1 是利用制造厂 家提供的参数修正曲线( 初压、初温、背压变化修正曲线) ，事先用最小二乘法 拟合成曲线公式，来进行热偏差计算3 粕l 和硝机凝汽式汽轮机的制造厂家同 样提供新汽温度、新汽压力和排汽压力的修正曲线，利用这些曲线可以进行汽机 参数的偏差计算，然后折算到煤耗率的变化量。 综上所述，在对机组进行能损分析时，可先通过机组变工况热力计算及 系列参考数据来确定机组在某工况下运行的各参数应达值，进而运用等效焓降理 论及热偏差法进行参数偏离应达值情况下的能耗分析计算。下文即以此为基础， 对金华热电厂的目管制供热机组进行性能分析计算 浙江大学硕士学位论文 第三章性能分析计算介绍 第一节金华热电厂热力系统 3 1 1 金华热电厂热力系统简介 金华热电厂是由三台锅炉，四台汽轮机组成的母管制热电厂，其原则性热 力系统简化示意图如图3 - 1 所示。1 撑机为青岛汽轮机厂生产的c 6 - - - 3 5 1 0 型抽汽 式汽轮机；硝机为青岛汽轮机厂生产的b 6 - - 3 5 1 0 型背压式汽轮机；3 捍机和甜 机为东方汽轮机厂生产的m 2 ( 3 4 3 m p a ) 型凝汽式汽轮机。 图3 - l 金华热电厂原则性热力系统示 供汽 如图3 1 所示，从三台锅炉出来的主蒸汽进入主蒸汽母管，分别进入四台汽 轮机作功。l 撑机的1 级抽汽原来与2 革背压机的排汽共同进行供热，2 级抽汽加热 低压加热器，在供热需求较少时，只用2 撑背压机的排汽作为供热用汽。3 i ； 机和 浙江大学硕士学位论文 4 样机各有三级抽汽，1 级抽汽加热高加，2 级抽汽加热除氧器，3 级抽汽加热低 压加热器。凝结水经过低压加热器后进入除氧器前母管，接着从母管出来分配进 入到除氧器被加热，再进入到除氧器后母管，被分配送往高压加热器，直接由高 压加热器送往对应的锅炉。2 撑背压机的排汽除了供热以外，还同时加热一台除氧 器和全部三台的高压加热器。供热用汽的回水率为零。化学补充水从三台除氧器 注入。 采用母管制以后，除氧器所加热的补充水来自母管，在加热后又返回母管， 然后再进行分配，因此热力系统相对于单元制机组复杂了许多；同时，由于母管 制下的各台机组相互影响，从汽轮机中抽出的加热蒸汽，不仅仅只为自己的给水 加热，也为其他机组作出了贡献。因此，为了将加热补充水的热耗以及供熟热耗 合理地分配给各台汽轮机，从而最终确定每一台汽轮机的热耗，在计算热力性能 并进行能损分折时，采用了义务不变的假定，即连接在母管上的每一台汽轮机组， 各自对外所承担的义务是不变的，应该保证在输出一定的功率时，相应地供给一 定的热量，在此原则下进行热力系统的流量计算、热经济指标计算和能损分析。 3 1 2 机组性能指标计算 能损分析的最终结果是通过计算得到各设备、环节的能量损耗，即运行过 程中的经济性指标。常见的经济性评价指标计算如下： 1 汽耗率： 拈鲁 c 船， 式中：d 一机组汽耗率；d o 一汽轮机总进汽量；一机组发电功率 2 热耗率： l 撑、2 母汽轮机蒸汽系统( 见图3 2 ) ，对于l 撑机的热耗率为： 9 1 - 娶：型尝( 式3 - 2 )“ 只，只。 式中：吼- - 1 # 机热耗率；d l 一1 # 汽轮机热耗量；d 1 。、 。一1 # 机主蒸汽流量 和焓值；仍。、- - 1 # 低加的凝结水出口流量和焓值；只。- - 1 # 机的发电功率。 浙江大学硕士学位论文 图3 - 2l 撑、2 群汽轮机蒸汽系统 ( 式3 - 3 ) 式中：吼- - 2 # 机热耗率：q 一2 # 汽轮机热耗量；如、k - - 2 # 机主蒸汽流量 和焓值；d ，：、：一2 # 背压机组的排汽流量和焓值；：一2 # 机的发电功率。 图3 - 31 撑、2 撑汽轮机蒸汽系统 3 群汽轮机蒸汽系统( 见图3 - 3 ) ，对于3 # 凝汽式机组，其热耗率： 浙江大学硕士学位论文 吼= 譬= d 地f o - d d 2 h a 2 ( 式3 4 ) j d 1 1 3 式中：9 3 3 # 机热耗率；q 3 3 # 汽轮机热耗量；d 3 。、一3 # 机主蒸汽流量 和焓值；仍：、：一2 # 低加的凝结水出口流量和焓值；圪一3 # 机的发电功率。 4 嚣机的热耗率计算公式类似于3 蚓乳，这儿不再重复 3 标准煤耗率 玩：j 也( 式3 5 ) 仉= o 一 aj ) ， 。2 9 3 0 8 l 讲b 式中：毛一标准煤耗率；叩一一管道效率：叩。一锅炉效率： 4 ，锅炉效率 因己知煤种的工业分析而无法已知煤的应用基分析，故采取国标d b l 0 1 8 4 计算，某些参数采取了近似处理利用公式分别计算锅炉的各项损失，从而得锅 炉效率。 、 叩 = 1 0 0 一仍一吼一吼一吼一吼 ( 式3 - 6 ) 式中：，7 。一锅炉效率；吼一排烟热损失；吼一化学未完全燃烧热掼失；吼一机 械未完全燃烧热损失：吼一锅炉散热损失；吼一其它热损失 5 标准煤耗率变化量她 标准煤耗率变化的计算公式如下： 她= 玩却。 ( 式3 - 7 ) 式中：她一标准煤耗率的绝对变化量；屯一标准煤耗率；却；一系统循环热效 率的相对变化量。 本文所述机组的在线能损分析系统最后是以影响标准煤耗率的大小来评价 运行水平的好坏，即在评价运行过程中各设备及运行环节的能耗大小时均将其折 算为对标准煤耗率影响大小。 浙江大学硕士学位论文 第二节能耗分析 按前文所述能损分析计算的方法，首先确定运行工况下各参数应达值，进 而运用等效焓降法进行能耗计算。 3 2 1 机组应达值确定 参数的应达值( 也称参数的基准值) ，是指在某一负荷( 或主蒸汽流量) 下，某 一运行参数( 如主蒸汽压力、真空等) 应达到的最佳值( 或一个范围) 。当运行参数 偏离应达值时，系统将造成各项能量损失。应达值的准确性和完整性直接影响优 化运行的质量。 运行指标应达值的来源可由以下几方面来获得：制造厂提供的设计数据， 理论分析和变工况计算的数据，机组热力试验提供的数据或是从有经验的运行人 员得到的数据等。由于机组大部分在变负荷状态下运行，其运行状态并不唯一； 同时，随着服役年限的增加，机组和部件的性能均处在不断的变化过程中。因而， 运行指标应达值的选取必须结合工况的当前功率、环境条件等因素来共同决定。 如对一些重要参数的应达值确定方法为：1 ) 主蒸汽温度取制造厂提供的各工况下 设计值；2 ) 主蒸汽压力的应达值，对于定压运行的机组取制造厂提供的设计值， 滑压运行的机组主蒸汽压力的应达值取机组的变工况计算数据：3 ) 排汽压力应达 值通过凝汽器变工况计算而得；4 ) 给水温度的应达值可根据最高压力加热器的抽 汽压力下饱和温度和它的端差应达值计算得出。以上为参数应达值确定的原则， 其中所述机组变工况理论分析和计算可参考文献【1 3 】。 实际中不同工况下的应达值大多取自电厂试验值的拟合曲线，因厂家缺少 试验数据时用设计值来代替。 3 2 2 设备的能耗分析与诊断 等效焓降法最大的优点即是可以方便地对热力系统进行局部定量分析，下 面列举一些具体设备的能耗分析与诊断： 1 加热器端差的热力分析 祈江大学硕士学位论文 一般不特别说明，面式加热器端差都是指出口端差，e p 力l l 热器汽侧压力下的 饱和水温与出口水温之间的差值。端差是综合反映加热器运行的重要指标，若管 子表面脏污、汽侧空气积聚、水位过高等，都会造成传热恶化，使传热系数减小、 端差上升。在运行设备中，由于各种原因产生给水加热不足称为运行端差。端差 曩：一一：_ = _ _ 曩- = 羔。：凳二叠： ；曼j i ：j 曩毒囊= = 璃碡曩一蓦誊： 图3 4 加热器n o j 的端差i 的存在和变化，虽没有发生直接的明显热损失，但增加了热交换的不可逆性， 产生了额外的冷源损失，降低了装置的热经济性，其定量分析可借助于等效焓降 法进行准确的计算。显然，端差越小，机组的热经济性降低越小。圈3 - 4 是某一 级加热器的端羞。 当采用等效焓降法分析时，若第j 级加热器因端差增加造成给水加热不足为 4 f ，则可通过( j