（安全技术及工程专业论文）火电厂单元机组经济指标在线监测及能耗分析系统.pdf

ab s t r a c t t h i s t h e s i s d i s c u s s e s a n a l y z i n g m e t h o d s o f a c o a l - f i r e d p o w e r - g e n e r a t i n g u n i t s t h e r m a l s y s t e m . a p e r f o r m a n c e c a l c u l a t i o n m o d e l i s b u i l t f o r t h e p u r p o s e o f a s s e s s i n g t h e r m o d y n a m i c p a r a m e t e r s . t h e f u n c t i o n s a n d s t r u c t u r e o f t h e o n 一 i n e p a r a m e t e r s m o n it o r i n g a n d e n e r g y l o s s a n a l y s i s s y s t e m a r e p r e s e n t e d . t h e s y s t e m i s r e a l i z e d b y t h e a d v a n c e d p r o g r a m m i n g l a n g u a g e v c + 十 6 . 0 a n d n e t w o r k t e c h n i q u e . t h e u n i t s e c o n o m i c a l i n d e x e s a r e c a l c u l a t e d b y u s i n g t h e t h e o r i e s o f t h e h e a t e n e r g y e q u i l i b r i u m , e q u i v a l e n t e n t h a lp y d r o p a n d d i ff e r e n c e a n a l y s i s . f u r t h e r m o r e , t h e s y s t e m c a n g i v e o u t t h e c o m p r e h e n s i v e e f f i c i e n c y o f b o i l e r , s t e a m t u r b i n e , p i p e l i n e , a s s i s t a n t m a c h i n e s o f t h e u n i t . t h e d i f f e r e n c e b e t w e e n t h e o n - l i n e c a l c u l a t i o n v a l u e a n d t h e o p t i mi z e d v a l u e s h o w s t h e c i r c u m s t a n c e o f t h e u n i t o p e r a t i o n . t h e e ff e c t o f p a r a m e t e r d i f f e r e n c e t o t h e e n e r g y l o s s i s a n a l y z e d q u a n t i t a t i v e l y a c c o r d i n g t o t h e i n c r e m e n t o f c o a l c o n s u m p t i o n . u s i n g m e t h o d o f d i ff e r e n c e a n a l y s i s , t h e d e v i a t i o n o f c o a l c o n s u m p t i o n fr o m i t s t a r g e t v a l u e i s a n a l y z e d , w h i c h c a n b e d i s p l a y e d b y ms c h a rt. t h e r e a r e m a n y p a r a m e t e r s i n fl u e n c i n g t h e p e r f o r m a n c e o f t h e p o w e r - g e n e r a t in g u n i t , b u t n o t a l l o f t h e m a r e c o n t r o l l a b l e . t h e p a r a m e t e r s c o n t r o ll a b il it y c o n d it io n s a r e d i s c u s s e d , t h e n th e ir o p e r a t i o n d ir e c ti o n s a r e p r e s e n t e d . t h e s y s t e m i s a t y p i c a l d a t a b a s e a p p l i c a t i o n s y s t e m o f c l i e n t/ s e r v e r n e t w o r k m o d e l . c / s m o d e l s a t i s fi e s w i t h t h e m o n i t o r i n g s y s t e m s r e q u i r e s w e l l i n a l o c a l n e t w o r k . t h e f u n c t i o n s o f t h e s y s t e m in c l u d e p a r a m e t e r s o n - l i n e m o n i t o r i n g , e n e r g y c o n s u m p t i o n a n a l y s i s , o p e r a t i o n a d v i c e , e q u i p m e n t s m a n a g e m e n t , c o s t a n a l y s i s , w h i c h b e n e f i t t o e n e r g y s a v i n g a n d m a n a g e m e n t l e v e l i n c r e a s i n g i n t h e p o w e r p l a n t . k e y w o r d s :t h e r m a l p o w e r p l a n t , t h e r m o d y n a m i c s y s t e m , mo n i t o ri n g , ma t h e m a t i c a l mo d e l , e n e r g y l o s s a n a l y s i s , o p e r a t i o n p e r f o r ma n c e i n s t r u c t i n g 火电厂单元机组经济指标在线监测及能耗分析系统 第一章绪言 1 . 1 研究背景 火力发电在我国能源生产中占有很大比重，根据国家电力信息网的统 计，我国2 0 0 2 年发电总量为1 6 4 0 0 亿千瓦时，火力发电量为1 3 4 2 0 亿千瓦 时，占8 1 .8 2 %。火力发电是我国耗能大户，燃煤机组消耗的煤炭量占全国 采煤量的4 0 % 以 上。 而我国火电 机组的平均供电 煤耗为4 0 4 g ( k wh ) ， 比 美国、 日 本 等先 进国 家 高了 近8 0 g x wh ， 我 国电 力 企 业 还有 很大的 节能 潜 力 il l “ 十五”期间，我国电力发展的基本政策的重点在于:开发和节约能 源并重，优化资源配置，降低能耗，提高能源利用率，在满足用电需要的 基础上，进一步提高电能质量，降低发电成本，提倡 “ 厂网分离，竞争上 网” ，引进市场竞争机制，建立完善的能源交易市场。因此企业之间的竞争 会越来越激烈，企业成本控制也会越来越受重视，节能降耗工作已经成为 电站或电力公司适应竞争的战略性措施之一 多年来，由于计划经济体制及技术的原因，许多电厂都比较重视安全 生产和发电量，提高经济性能没有放在第一位要素。发电厂竞价上网，电 网根据各独立电厂的 报价，由 低往高吸纳电力。可见，电厂要在价格竞争 中取得优势，应该未雨绸缪，提早做好参与市场竞争的准备。在电能生产 过程中，保证机组安全运行的前提下，以经济效率为主要指标， 使总的运 行费用最小是电厂的迫切需要。发电煤耗是影响火电机组生产成本的主要 因素，也是机组经济运行的主要经济指标。然而，由于缺乏必要的监测和 测量手段，我国现有的一些机组不能及时、准确地计算煤耗和经济性，对 于发电成本的分析就更没有。 因此运行中存在一定的盲目 性， 很难按照机 组的最优经济状况指导操作以及安排维护和大修。 对机组进行实时性能计算和能耗分析，可以了解运行指标的煤耗差的 大小和分布情况，指导运行人员实时调整运行参数，提高热经济性，从而 降低机组的发电成本，增强电厂的竟争力. 几十年来，火电厂的能损监测 系统随着计算机技术的进步而不断发展 不断提高也促进了能损监测系统的发展 同时火电厂对经济性运行要求的 现在大多数电厂引入了计算机监 测系统来替代常规的仪表对机组运行监测的功能，还具有在线诊断、能耗 分析、报表统计和打印等功能。 我们开发的这套“ 火电厂单元机组经济指标在线监测及能耗分析系统” 就是在电力市场化的大背景下应运而生的，目 的是提高电厂的现代化生产 水平，为电厂的生产和经营管理服务。 北京交通大学硕士学位论文 1 .2 国内、外发展状况 1 .2 . 1 热力系统诊断分析方法的发展状况 火电机组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;定性分析运行方式、运行参数是否合理;定量分析运行参 数的标准值和偏离标准值对机组经济性指标的影响大小;以及在各种工况 下，系统非最优运行的情况下的机组节能潜力。为确保火电机组的经济运 行，对其经济性进行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研究和实践。 最早采用的经济性诊断方法是 “ 小指标分析法” 。该方法以 其简单、 方 便等特点得到了广泛应用， 但其定量结果粗糙，准确性不高。6 0年代， 加 拿大学者提出了“ 热偏差分析法” ， 在西欧、 北美得到广泛应用. 美国e p r i 编写的 “ 火电厂降低热耗率工作导则”中，将 “ 热偏差法”作为定量分析 诊断 方法 2 . 2 7 . 2 8 . 2 9 1 0 8 0 年代起， 该方法在我国 也开始大量应用。 热偏差法 与指标分析方法相比，是一种 “ 点”与 “ 线”的关系。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考虑了不同负荷的情况， 但其缺点是其数据大多来源于经验数据。 50年代， 我国基于 “ 等效热降” 理论提出的火电厂热力系统经济性诊断方法，已 迅速得到推广应用，并取 得了很大的经济效益。该方法采用 “ 等效热降” 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的影响大小.它的特 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相 互影响1 6 1 火电机组热力系统定量分析是火电机组经济性诊断的重要组成部分， 是进行汽轮机组经济性诊断的有效手段。 最早的火电 机组热力系统计算方 法是 “ 常规热平衡法” ，后经简化计算改进为“ 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。 在6 0 年代后期， 前苏联学者库兹涅佐夫( a .m.k y 3 x e u。s ) 首先提出了“ 等 效热降法” ， 7 0 年代传入我国后， 经西安交通大学的研究， 得到了拓展， 使 其作为一种新的热工理论得以 创新和完善。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 3 . 4 . 5 1 “ 循环函 数 法” 和 “ 等效热降法”己 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， 并的得到了广泛的应用， 为我国火电行业节能工作作出了巨大贡献。 2 0 世纪3 0 年代初， 夕 诵 的诞生及以后几十年的研究， 使火 甭 分析逐渐成熟。 一 2 火电厂单元机组经济指标在线监测及能耗分析系统 6 0年代发展的 一门 新学 科 夕 俑经济学， 在热 力系 统分 析中也得到了 一定 程度的应用。 热力系统分析方法中川少 诵分析法是从能量“ 质”的角度进行分析， 热 平衡法和循环函数法是从能量 “ 量”的角度进行分析。而等效热降法的抽 汽效率4 ; 的 概念则 有 机地结 合了 能 量的“ 质” 和“ 量” ， 使其在 热力系统的 定量分析中显示突出的优点。 1 . 2 .2 电厂经济性监测系统的主要功能 在电厂中应用监测系统就是要实现设备的优化运行， 优化运行就是指 以一定的经济投入获得尽量大的经济输出。 经济投入包括各种运行费用、 设备损耗、维护费用。输出除了电能外，还应该包括电厂对环境和社会的 影响。系统把庞大的原始数据处理成直观的、主要的经济指标，及时客观 地反映出发电机组的安全性、 经济性， 并提供可行的运行优化措施供参考， 以 提高电厂运行性能、降低成本。电厂是一个庞大复杂的系统，实施这样 一个监测系统同样也是复杂的。由于没有一个电厂的机组台数、 新旧程度、 性能指标、硬件设施、管理效率等情况完全相同，所以对监测软件功能的 要求也不尽相同。 但是每一个系统都应该具备下面这些基本能力: ( 1 )校验原始数据确认机组运行正常， 有异常及时 报普。 ( 2 )实时反映机组运行状态，同时给出性能变化的趋势和原因. ( 3 )根据运行趋势给出操作建议。 ( 4 )支持历史数据的查询， 报表的打印. ( 5 )系统稳定，界面友好，维护简单. 火电厂经济性监测系统的核心部分是热力计算和能耗分析，它的主要 任务是确定发电厂主、辅设备以及热力系统运行的热经济状况，定性及定 量分析各种运行方式、运行参数对机组经济性的影响大小，以及系统的节 能潜力。其余的功能都是在热力计算的基础上建立的， 而一个理想的热力 计算和能耗分析又应当实现以 下主要功能 7 1 ( 1 )由 运行过程中测量的数据，算出实际运行的热经济性和标准煤耗 率等数据。 ( 2 )找出 影响电厂经济性的可控参数， 并给出 损失， 从而为考核和改 善运行水平提供指导。 ( 3 )指出经济性能下降的设备，获得早期故障预报。 ( 4 )在全厂范围内， 对发电 机组进行经济性分析，为负荷调配和检修 决策等提供依据。 目 前，国内 现有的能耗分析系统大都限于前两个功能。原因在于:由 于发电机组是一个高度藕合的系统，想分辨出单独的某个参数变化的对机 组的影响是不容易的;其次，由 于机组处于不断的负荷变化过程中，参数 一 3- 北京交通大学硕士学位论文 的基准值和选取原则都难以确定。 对第4项功能而言，定 性评价是可能的，但定 量计算需要提供诸如煤 价、电价、设备和人员费用、维修周期等详细的技术经济数据，实际运行 起来需要多方面的配合，难度很大。由于以 上问 题的存在，说明还有很多 的理论研究和实践工作要做。 1 . 2 . 3 计算机监测系统的发展状况 由于技术条件的限制，最早对机组性能的监测都是离线进行的。通过 人工抄取现场的各运行小指标，然后对机组的运行情况离线分析。这样存 在着不精 确和不及时的问 题。 电厂的 在线计算机监测开始于上个世纪5 0 年 代， 如1 4 5 7 年美国 和加拿大首 先在火电 厂应用计算机实现生产过程的数据 采集和处理。起初只是完成一些简单功能:主要运行参数的监视、记录、 越限报警等。到了上个世纪七十年代开始用计算机实现机组运行经济性监 测， 取得了明显效益。这个时期通常是采用 “ 耗差分析法”关键的运行可 控参数进行连续地监测分析。该方法首先确定这些参数在各种工况下的基 准值 ( 可是说是最佳值) ， 然后在运行中不断地比 较实际值和基准值，并根 据两者差值计算出参数变化引起的机组的热耗、效率、煤耗的变化。 运行 人员可根据计算结果，及时地进行调整运行，使机组始终在较好的工况下 运行，提高了机组的经济性。西方发达国家在火电厂经济分析和监测方面 起步早、发展的也很快，积累了 很多成功经验。他们开发电厂监测系统成 功 地应用于电厂的 生产和管 理， 取得显 著的 效益。 “ 我国 从上个世纪九十年代开始开发火电 机组的能耗监测系统。 初期的 能耗监测系统是基于d o s 操作平台的. 如在清河电厂和杨柳清电 厂的能损 诊断装置， 后来在江苏望亭发电 厂的 三台3 0 o m w机组中也实现了计算机监 测功能。这些能耗监测系统对电厂的自 动化生产和提高生产效率都起到良 好的作用。 但是基于d o s 的操作平台只能单任务运行， 不能实时的多任务 同时操作， 界面也不是很友好， 操作人员掌握起来比 较困 难。 此外， d o s 系统下的硬件兼容性比较差，不适应建立完善的、功能齐备的计算机监控 系统。随着计算机软硬件技术的突破性的发展，近年来出 现的监控系统都 是基于wi n d o w s 操作平台的，能够很好的满足电厂监控系统的多任务、大 容量、硬件设备兼容、网络连接等的需求。这期间华北电 力大学和清华大 学都相继开发出了性能很好的电厂经济性能监测系统。除了大学和研究所 以 外，社会上也有很多公司在做这个方面的研究和开发工作。 天津军粮城 电 厂和河北西柏坡电 厂都有计算机监测系统在实际应用。由于各个电 厂的 生产需求不同， 监测软件开发的时间不同，现有的电 厂能耗监控系统都有 较大差异。主要体现在: ( 1 )系统中参数获取方式不同。 如西安交通大学早期开发的系统自 带 火电 厂单元机组经济指标在线监测及能耗分析系统 检测装置，系统复杂，开发难度较大。同时需要电厂很好的配合，电厂参 与工作较多，可能会影响安全生产。随着电厂自 动化水平的提高， 现在很 多电厂的都有d a s / m i s系统，电厂内 部也都建有局域网络 ( i n t r a n e t ) .这 样为实施新的能耗监测系统提供了很好的条件。 计算机监测系统可以充分 利用电厂已有的数据和网络资源，不过多考虑数据的获取和构造网络的问 题， 而是将更多精力放在经济性分析的准确性和系统功能的完备性上面来。 建立一个外挂式的计算机监测系统， 既易于实现，又不影响电 厂正常生产。 上个世纪九十年代后期以 来的计算机监测系统大都属于这样的形式。 ( 2 )计算机监测系统的体系结构不同。早期的系统形式简单， 只是上 位机和下位机的集中式控制结构， 后来都被c / s 和b / s 的网络模式所代替。 这些发展既是计算机网络技术的发展的促进，同时也是电力系统的体制改 革和现代化生产的要求的结果。 ( 3 )开发工具不同。现在计算机开发语言很多，如 p o w e r b u i l d e r , d e l p h i , v b , v c 等。 他 们各 有 各的 特点 和 优势， 有的 语言 掌 握容 易、 界 面 友好，易于开发使用，有的语言跨平台图形开发，有的语言可移植性、稳 定性好等， 各开发单位根据自 己 技术水平和实际需求选择不同的开发工具。 ( 4 )系统理论基础不同。由于发电机组的热经济性分析方法很多，开 发单位根据自己的掌握的理论和实践的积累针对应用的机组专门制定一套 分析方法，同时，对不同的数据和设备会有不同的处理方式。发电 机组本 身很复杂，理论上的研究还在不断发展，各种分析方法也各有其优势和局 限，要确定哪一个应用系统使用的理论和数据处理方式更合理，不是很容 易的事情，系统性能的好坏要在具体的应用对象上进行检验和完善。 1 .3 本人工作 本文为甘肃靖远第一发电有限责任公司的3 # 机组开发了经济性能监测 系统，本人具体作了如下工作: ( 1 )现场调研和资料收集整理，了解研究背景和国内 外发展状况。 ( 2 )确定系统功能、制定实现方案，不断修改完善。 ( 3 )理论研究，建立性能指标的计算模型。 ( 4 )开发系统的客户端程序. ( 5 )服务器端数据库结构设计。 ( 6 )进行系统的离线调试、 测试。 ( 7 )整理开发文档、测试报告。 ( 8 )制作使用指导和在线帮助文本。 北京交通大学硕士学位论文 第二章系统的理论基础 现代大型火力发电机组的热力系统极为复杂，能耗在线监测系统需要 对局部参数和设备的 变化进行能量损失和分布的定量计算， 还要满足实时 的需要，因 此需要一种快速、 简洁而又不失准确性的计算方法。 偏差分析是实时能耗分析中 通常采用的办法。 对任何一个影响机组效率 的运行参数而言， 偏差分析一般包括两个步骤: 首先是通过分析该参数的变化 对机组效率的影响 ， 从而确定该参数对机组经济性的影响程度; 其次， 根据该 参数偏离理想工况参数值的幅度， 确定由 于该参数不理想导致机组效率变化 的幅度。通常，这个用于比 较的理想工况对应的参数的数值称为 “ 应达值” 。 如何选择理想工况和应达值 ，对能耗分析的结果具有至关重要的作用 7 1 2 . 1 最佳值的确定 机组绝对的理想状态是很难确定的。 这一方面是由于随着服役年限的增 加， 机组和部件的性能均处在不断的变化过程中; 另一方面也由 于机组在变负 荷状态下运行。 因 此各个运行参数的 应达值既不唯一， 也很难确定其绝对的 最 佳值。比较现实的 解决办法是采用 “ 实际可达的最佳值”作为应达值的最佳 指标。本文遵循下述原则来确定最佳值。 主蒸汽温度、 锅炉排烟温度、 机械不完全燃烧损失、 锅炉排烟温度、 排 烟氧含量、 再热蒸汽温度、 各级回热加热器端差等，采用制造厂提供的设计数 据，设计参数表示的是要求机组达到的正常性能。 主蒸汽压力、再热蒸汽压力、空气预热器温度、给水温度、排汽压力 等， 这些参数的最优值是随着机组负荷状态的变化而变化的， 需要依据大量 的实际运行数据选取，以 保证其真正反映机组性能。具体方法是，根据本 系统的应用对象甘肃靖远第一发电有限责任公司的一台 2 0 0 m w 机组运行 指标统计表，我们选取最佳值制定了 机组的主汽参数对照表，以 这个表中 的指标值作为原始的最佳值。系统在投入使用后，机组运行的实际指标值 与同工况下的原始最佳值作比 较，取其优值作为工况的最佳指标。如此确 定最佳工况指标，即为实际可达最佳值。这种方法符合机组的实际情况， 避免了性能计算和分析对变工况模型的依赖，着眼于对参数进行优化来提 高机组的节能 潜力。 这种方法适合在线应用， 用 c 十 十 编写一个递归 算法即 可以实现。关键在于不同工况的确定， 必须选择对机组运行影响最大的指 标为依据。 另外由 于长期运行的机组性能也渐变， 在确定工况最佳值时，应当 参考最近一次的热力试验的结果。 火电厂单元机组经济指标在线监钡 i 及能耗分析系统 2 . 2 2 . 2 . 1 热经济性定里分析方法 定里分析的方案 要确定主要参数对煤耗偏差的影响，需要对各部分系统作更详细的分 析。 只有通过定量分析，才能够看清机组经济性的本来面目。 定量分析热力系统的方法很多， 本文将所监测的参数分为四类进行分 析， 第一类采用等效热降法。当机组的参数变化和局部设备变化引起了 抽 汽份额 ( 抽汽量与主蒸汽的比 值) 变化时，那么由此引起的机组煤耗的增 加值都可以由 等效热降法计算。各抽汽的等效热降和抽汽率都被认为是常 数，可事先算出来，因此也避免了在线监测中繁琐的计算，提高了效率。 这种方法对于计算各个加热器的端差、 蒸汽管道的压力损失、喷水减温等 因素的热经济性的影响最合适。 但是等效热降法属于静态系统分析法， 对于 初温、初压、负荷、运行方式、背压改变时能耗的改变，用等效热降法无 法处理，这样就需要采用另外的方法。第二类参数是与抽汽份额无关的， 它们对机组热经济性的影响可直接从煤耗的修正曲线来计算， 近期研究多 采用系统变工况计算方法18 . 9 1 。 这类参数主要有: 主蒸汽压力、 温度; 再热 蒸汽、温度;凝汽器真空度等。而修正曲线是由 汽轮机制造厂提供的或由 运行单位的热力试验得到的，因此有很好的可信度。第三类参数是上述两 种方法都不适用的，比 如: 排烟含氧量、灰渣含炭量、财务数据等，它们对 机组的影响和取得需要特殊处理。 第四类是综合性效率指标，运用常规的 热平衡法、正反平衡法。 下面给出主要经济指标计算应用的方法:锅炉效率、高压缸效率、中 压缸效率、 汽轮机循环效率用正平衡法;机械未完全燃烧热损失、排烟热 损失、化学未完全燃烧热损失、排污及泄漏热损失、炉体散热热损失、锅 炉效率用反 平衡 法; 汽轮机循环效率 用等效 热降 法19 . fi . 1 2 热力计算涉及汽轮机、锅炉、发电 机及辅机等一系列设备的变工况和 运行状态， 计算量大而且还要满足在线系统的实时和准确的要求，因此要 根据指标的不同特点选择计算方法。在综合运用几种方法建立适当的模型 后，还要做必要的条件假设和近似简化。 2 . 2 . 2 等效热降法 等效热降法的计算通式为 。 ; 一 (h ; - h ) 一 j-i a , h , ( k 1 1 k g ) , . 9 . 北京交通大学硕士学位论文 式中 : h j.一 第j 级的 抽 汽 烙; 场 机 组的 排 汽焙: a , 取加 热 器 的 r ， 或 者 y ; ， 视 加 热 器 型 式 而 定 ， 其 中 y ; 是 疏 水 在 加 热 器 中 的 放 热 量 ， : ; 是 给水在加热中的焙升。 应用等效热降法的前提是新蒸汽流量保持不变，热力系统中影响热经 济性的任何变化， 最终结果都将导致各级抽汽量和总耗汽量的变化。这种 方法将热力系统中任何局部变化对热经济性的影响都归结为机组功率和抽 汽 份 额的 变 化。 因 此， 有 可 能 利 用h j一等 效 治 降 和n j一抽 汽效 率 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热降变化值 ah ， 计算出 对装置实际循环热效率的影响进而计算出热耗率、 煤耗率等的 变化。 这种方法可以 直接求得经济性变化的结果，做到了局部定量计算。 利用等效热降法，只要新蒸汽参数、再热汽参数、排汽和给水的参数 己 知，且保持不变，则系统的热经济性就确定了。为了局部定量分析方便， 把加入循环的热量q也保持不变。 对于中间再热机组的热力系统，由 于再 热吸收热量，引起了汽轮机热耗量的变化;排挤抽汽做功既包含了加入热 量本身做功也包含了再热器吸热做功。解决这两方面的问题，可以使用定 热量等效热降和变热量等效热降 3 . 石 ， 。 用变热量法求得新蒸汽等效热降h . h 一 k + “ 一 h 一 菩 r rn 10 一 ii (k 1 /kg ) 式 中 : 艺 ii 为 各 附 加 成 分 引 起 的 做 功 损 失 ; 77 o 为 变 热 量 抽 汽 效 率 。 汽轮机装置的效率为 2 . 2 .3 偏差分析法 我国的汽轮机运行规程中对新汽压力、温度的允许变动范围为:中参 数p o = 3 .3 8 - 3 .4 8 m p a ( 3 5 a t a 士 。 .5 a t a ) , to = 4 3 5 0c 士 5 0c ; 高 参 数p o = 8 .6 3 - 9 .0 2 m p a ( 9 0 a t a 土 2 a t a ) , to = 5 3 5 士 5 0c ; 超 高 参 数 p , 49 m p a , to = ; p c 新 蒸 汽参 数偏离设 计值， 热经济 性降 低， 影响 热耗率的 变化 4 0 1 汽轮机制造厂都有一套修正参数，用以计算某参数偏离设计值的总汽 耗量和机组热耗率。该修正曲 线包括新汽压力、温度、中间再热温度、冷 却水温度、各级回热器的汽水参数修正曲线等，用以修正新汽流量。根据 修正后的新汽流量， 再查厂家提供的新汽流童与给水温度、汽耗率、热耗 火电厂单元机组经济指标在线监测及能耗分析系统 率曲线，即可求得该工况得机组热耗率。 偏差法主要依靠制造厂提供的热耗曲线，但是对于运行多年的机组进 行热力分析需要根据机组的热力实验和变工况计算得到最的数据为依据。 下面给出了主蒸汽压力、主蒸汽温度和再热蒸汽温度对热好的修正曲线: 0 . 8 0 . 6 0 . 4 0 . 2 o 一 2 0 . 4 一 0 、 6 - 0 . 9 1 3 1 3 . 2 l 4 2 b b l f 1 进汽 3 阀门 进汽 4 阀门 进汽 s 阀门进汽 6 阀门进汽 热耗修正率% 阀门 进汽压力 10 n 图2 - 1 主蒸汽压力对热耗的修正曲 线 1 . 0 0 8 0 . 6 0 . 4 0 2 0 - 0 . 2 - 0 . 4 0 . 6 执一耗修正率% 5 1 0 5 2 0 5 3 0 5 3 7 5 4 0 i= i 热蒸汽侃度 图2 - 2再热蒸汽温度对热耗的修正曲线 1 . 2 ( )9 0 . 6 0 . 3 0 - 0 . 3 0 . f - 0 . 9 - 1 . 2 5 1 0 5 2 0 5 3 0 5 3 5 5 4 0 、 、 硕0 热耗修正率% 土蒸汽漏度 图2 - 3主蒸汽温度对热耗的修正曲 线 北京交通大学硕士学位论文 2 . 3 2 . 3 . 1 主要指标的计算 锅炉的效率计算 锅炉效率的计算方法有正平衡法和反平衡法两种。目 前国内外还没有 成熟、可靠的煤量、煤质和飞灰可燃物的在线实时测量办法，因而不适合 在实时的在线系统中采用。本文采用反平衡法实时计算锅炉效率，可以应 用正平衡法对计算结果做验证。 反 平 衡 计 算 方 法 : 77 b 一 0 0 一 乏 4 ; (% ) 式 中: r 2 排 烟 热 损失; 4 3 化学 未 完 全 燃 烧 热 损 失; r 4 机 械 未 完 全 燃 烧热 损失 ;r s 锅 炉 散 热 热 损失:9 s 灰 渣 物 理热 损失 ， 单位都是%。 2 3 .2 机组的效率 按照发电机组的功能组成，我们可以把其分为四个部分:锅炉、汽轮 机、 管道、 辅机。 每一部分都是一个复杂的系统，彼此有相互联系和影响， 实际上很难对它们进行单独分析。但是满足电厂的需要，为了 方便电厂运 行人员对机组各部分运行性能有直观的了解，对这四个部分作具体的煤耗 分析。 下面给出理论公式的推导过程: 供电 标准煤耗: b = b / ( 1 - e , ). . . . . . . . -. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ( 2 -1 ) 发电 标准煤耗: b 二 二 1 0 0 0 b 沙e 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .( 2 -2 ) 标准煤耗量: b b = b. q d w / ( 4 . 1 8 x 7 0 0 0 ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ( 2 -3 ) 煤耗量:b = q /(11 b - q d w ) . . . . . . . . . . . . . . ( 2 -4 ) 上面四式是这四项综合指标的计算公式，根据它们内 在的联系，我们 可以 得到供电标准煤耗与机组耗电率、排污及泄漏热损失率、锅炉效率、 汽轮机热耗率之间的关系。 将( 2 ) , ( 3 ) , ( 4 ) 式代入 ( 1 ) 中， 得到: 1 0 0 0 q 1 0 0 0 2 凶 卫0 几 一 4 .1 8 二 7 0 0 0 ， (1 - : : ) 。 ， 一 4 .1 8 二 7 0 0 0 (1 一 : z ) 。 。 1 0 0 q o 甘 火电厂单元机组经济指标在线监测及能耗分析系统 其 中 ， 哥 一 。 ， 即 汽 轮 机 热 耗 率 简 化 后 ， 贝 lj有 : 1 0 0 0 x 1 0 0 q 4 . 1 8 x 7 0 0 0 ( 1 一e , ) 77 * ( 1 一q : ) . . . . . . ， 一 ( 2 -5 ) 另 外，e : 是机组 耗电 率;4 ， 是 排污及泄漏热损失率;， ， 是锅炉 效 率。 根 据式 子 ( 2 - 5 ) 分别以; 、e , , q 7 ,， ， 对b 求取偏导数。 d b。 1 0 0 0 * 1 0 0 q d 刀 d b。 d q d b , _ 4. 1 8 *7 0 0 0 ( 1 一 : ) ( 1 0 0一 。 ) n n 1 0 0 0 4 . 1 8*7 0 0 0 ( 1 一 *1 0 0 e ， ) ( 1 0 0一 q , ) n 。 1 0 0 0 d q，4 . 1 8* 7 0 0 0 ( 1 一 * 1 0 0 q : ) ( 1 0 0一 q , ) 77 b jd b , 以 e二 1 0 0 0 * 1 0 0 q 一 不1 8 二o n 石1 - 瓦) ( 1 0 0 一 。 ， ) 。 ， 计算出q , e , , q 7 ， 。 的 实际 运行值与 最佳 工况值之间的 绝对偏 差 月 ， 、4 .q , , e z 。 锅炉 造成的 煤耗 偏差为d 生 d r y, 道 造 成 的 煤 耗 偏 差 为 d 6 , l q ， ; d q , 口 。 ; 汽轮 机 造成的 煤耗 偏 差 为d b , q q ; 管 匆 辅 机 造 成的 煤 耗 偏 差为 竺, a e , d e , 2 .3 .3 煤耗偏差的计算 根据偏差分析的两个步骤，参数偏离某工况下的最佳值引起的煤耗偏 差由下式计算: e b 一 k j b c e ( 2 一 6 ) 北京交通大学硕士学位论文 式 中 : a b ， 为 参 数 偏 离 最 佳 值 产 生 的 煤 耗 偏 差 量 ， k ， 为 参 数 偏 离 最 佳 值对机组热效率的影响率，b 。 为发电标准煤耗。 火电 厂单元机组经济指标在线监测及能耗分析系统 第三章 系统的总体设计 3 . 1 开发模式的选择 c l i e n t/ s e r e 结构是一种典型的二层结构，是mi s 信息管理系统) 发 展到九十年代出现的较为先进的结构模式，有强壮的数据操纵和事务处理 能力，有数据的安全性和完整性约束机制。按照实现功能的不同， 这种模 式将系统应用一分为二:一部分安装数据库管理系统，称为服务器端:另 一部分是人机交互的界面，处理客户请求服务，称为客户端。客户端执行 前台功能，包括管理用户帐号、数据输入输出、 任务请求、结果显示等。 客户端根据用户的要求，执行相应的扩展应用程序与后台服务器进行连接 和访问，提出数据处理请求，然后再将处理结果返回给用户。服务器端执 行后台任务，主要实现对数据库的查询、修改、更新等功能，并且管理共 享的外设、实现数据库的安全性完整性约束。 c / s 结构的系统的工作流程是: 用户通过客户端的 应用程序向 系统提出 数据处理请求，客户机通过网络将请求提交给服务器，服务器的数据库管 理系统执行数据处理任务。服务器处理后，将结果数据传输给发出 请求的 客户机， 最后由 客户机完成对数据的进一步加工， 显示给用户。 c / s 结构一 般适用于小规模 ( 用户 1 0 0 ) 、 单一数据库、安全性和快速性要求很高的 局 域网中。它具有下述几方面的优点: ( 1 )专用性、 交互性强。 在这种模式中， 客户端装有专门的客户软件， 完成统一的功能. ( 2 )存取数据安全。 这种模式应用于局域网中，有可靠的局域网络协 议、n e t b e u i 协议等，同时使用范围有限，容易控制系统访问者. ( 3 )网络通讯量小、数据传输快。 虽然c / s 结构的系统具有很多优点， 但是随着应用系统不断地大型化， 客户端要处理更多的逻辑和事务，负担过重，容易形成胖客户端、瘦服务 器端的结构，于是出现了一些弊端: ( 1 )成本较高.由 于c / s 结构的客户端功能庞大，软件对客户端的硬 件配置的要求也就更高，增加了系统的硬件投资。 ( 2 )开发复杂。由 于是胖客户端，造成了客户端软件及其复杂，要求 软件开发者有很好技能，同时复杂的系统也增加了出 现问题的几率。 ( 3 )系统维护繁琐。系统的维护要到现场去，对客户端更要一一处理 或升级，工作量大。 随着w e b 技术的 发展， 出 现了 一种新的结 构 体系b r o w s e r / s e r v e 流览 器和服务器) 。 b i s是三层结构， 在c / s的 基础上增加了一个中间层。 这个 北京交通大学硕士学位论文 中间层专门为系统的应用规则所设计的，它封装了与系统相关联的应用模 型， 但是与用户表示层和数据库层明确分开。 这样系统就分为表示层 ( 用 户界面) 、功能层 ( 应用处理) 、数据层 ( 数据库管理系统) 这样3 个层次。 它们只是在逻辑上分组，不是物理位置上的不同。具体实现的功能是: ( 1 )表示层。表示层是系统的用户接口，实现人机交互，实现接收用 户的输入和结果的输出等功能。 它可用we b 浏览器向网络上的某一个we b 服务器提出服务请求， we b服务器对用户进行身份验证后处理请求，再利 用 h ttp协议把结果文件资料传送给客户机，客户机接收后将结果以某种 形式显示在we b浏览器上。 ( 2 )应用层。应用层既是we b服务器，它接收和处理客户端的事务 请求。应用层包括了系统应用中的全部业务处理程序，实现应用程序的扩 展功能。比如数理统计、复杂理论计算、逻辑分析等等。应用层在接受任 务请求后，先通过s q l等方式访问数据库，再对数据进行操作，最后将结 果放回给客户端。 ( 3 )数据层。 数据层既是数据库管理系统，它在接收应用层对数据库 的操作请求后，实现对数据的查询、修改、更新等功能，并把结果提交给 we b服务器处理。 根据上述两种系统结构的介绍可以发现 b / s模式相对与c / s模式有以 下优点: ( 1 )瘦客户端。 b / s模式实现了客户端的简化， 用户只要安装 we b 浏览器，就可以访问到服务器。对硬件配置无特殊要求。 ( 2 )使用便捷。用户只需要进行合理的网络设置，无需安装大体积的 客户端软件。 ( 3 )维护、 升级容易。对客户端不需要任何改动，只是对共同的服务 器进行维护和升级即可。 ( 4 )功能强大。 通过浏览器可以 传递各种格式的文件 ( 图片、文字、 声音) ，使得信息交换和处理更灵活， 打破信息共享的障碍。 ( 5 )扩展性好。能够随时加入客户端，同时易于融合新技术，系统扩 展方便。 ( 6 )可与国际互联网 连接，发布企业信息。 b / s 模式具有更广阔的应用前景， 尤其是互联网飞速发展的今天， 基于 we b的系统应用已 经是一种客观要求。同时也是企业和外部世界进行交互 的快速、 可靠的渠道。但是cs模式也具有b / s 模式无法替代的长处，比 如高效性、安全性、可实施性。 我们做任何一个项目 或任何一种方案，都要分析一下它要实现的是什 么，系统的应用有什么样的现实要求，并且它将要面对的最终用户是什么 性质。 如果开发一个在wi n d o w s 下运行的程序，或开发一个在局域网内并 且只针对少量用户的程序，或者一个管理程序、后台运行程序，未必一定 火电厂单元机组经济指标在线监测及能耗分析系统 强求使用多层模式，因为它并不能给你带来什么，反而会增加你的工作量 与开发难度。我们不应该单纯追求技术的先进性，而要追求实用性。我们 要实现一个方案时，通过分析项目的性质及最终用户，然后再寻找能解决 问题的最实用的手段。用户并不关心采用多么先进的技术，用户关心的是 可靠( r e l i a b l e ) 、快速( r a p i d ) 、方便( c o n v e a i e n t ) 。 本系统的实际情况是：系统对单元机组的经济性进行监测和分析供厂 内工作人员使用，不存在大量的用户；对电厂来说没有必要将单元机组的 信息发布到外部的互连网上；系统涉及到生产运行的关键数据，安全性要 求高，对使用者有严格的限制。根据上述原因，本文采用了c s 模式设计 系统。本文的结构选择适合目前客户的要求和使用的实际情况，但是不排 除以后实现全厂的经济管理系统后，采用c ，s 模式和b ，s 模式相结合的结 构，实现厂内的机组性能监测和厂外的网络报价、竟价上网的两种功能要 求。 3 2 硬件结构设计 本文采用了以数据库为核心的c s 模式开发，是多用户系统。计算部 分和数据处理放在服务器中，监控软件安装在客户端。整个系统运行在电 厂内部网( i n t r a