（电机与电器专业论文）火电单元机组热经济性在线监测系统的研究与开发.pdf

a b s t r a c t a b s t r a c t a l o n gw i t ht h ee c o n o m i c a ld e v e l o p m e n t ，f o s s i lf u e lr e s o u r c e sr e d u c eg r a d u a l l y , t h eq u e s t i o n o fh o wt oe n a b l et h ec o a lr e s o u r c et oo b r a i nt h er e a s o n a b l ee r i e c f i v ea r es t u d i e db yv a r i o u s c o u n t r i e s ，t h ee n e r g yc o n s e r v a t i o na n de n e r g yc o n s u m p t i o nr e d u c t i o nw e r ea l r e a d yp r o m o t e dt o t h ev e r yh i g hs t a t u s i no n rc o u n t r y , t h et h e r m a lp o w e ra p p r o x i m a t e l yc o m p o s e s7 0 o ft h e e l e c t r i cp o w e re n e r g y , a n dt h et h e r m o e l e c t r i c i 啦g e n e r a t i o nb yt h ep o w d e r e dc o a la e r o s o l c o m b u s t i o nu n i tp r i m a r i l y r e d u c i n gt h ec o a lc o n s u m l o t i o nr a t eo fp o w e rg e n e r a t i o no f t h et h e r m a l p o w e ru n i t , a n dr a i s i n gt h eu n i to p e r a t i n ge f f i c i e n c ya r ca l s ot ob e c o m eav e r yi m p o r t a n tw o r k t h er e s e a r c ha n dt h ed e v e l o p m e n to ft h e r m a lp o w e ru n i tt h e r m a le f f i c i e n c yo n l i n es y s t e ma l s o a p p e a re s p e c i a l l yi m p o r t a n t t h i sa r t i c l eh a sc o n d u c t e dt h ew h o l er e s e a r c ha n dt h ed e s i g no ft h et h e r m a lp o w e ru n i tp l a n t t h e r m a le f f i c i e n c yo n l i n eo b s e r v a t i o ns y s t e mb a s e do nt h es c a d as o f t w a r ep l a t f o r m t h i ss y s t e m u s e dt h em o d u l a rp r o g r a m m i n g ，a n du s e dm ss q lt h es e r v e rd a t a b a s et ot a k ee a c hm o d u l et h e c o n n e c t i o nk e yp o s i t i o n t h er e s u l to ft h eo n l i n ec o m p u t a t i o nd i r e c t l yf e e d b a c k st ot h eu s e ri n m a n yk i n d so f v i s u a l i z a t i o nf o r m 。s u c ha st h eo n l i n ep i c t u r e , t h er e p o r tf o r ma n dt h ec u r v ea n ds o o n t h i ss y s t e mp r o v i d e dm a n yk i n d so f a n a l y s i sm e t h o d sa n dt h em e t h o da l s o t h e r ea r em a n yk i n d s o fs t m l d a r d s r e g a r d i n g t h et h e r m a lp o w e ru n i t p l a n tt h e r m a l e f f i c i e n c y sc o m p u t a t i o n a lm e t h o d d i f f e r e n tc o m p u t a t i o nm o d e l so fb o i l e rw e r ec o m p a r e di nt h i s p a p e r a n dm o d i f i e ds o m ep a r t so ft h ef i n a lc o m p u t a t i o nm o d e lt os u i tt h er e q u e s to ft h eo n l i n e c o m p u t a t i o n n l ec o m p u t a t i o n a lm e t h o do ft h es t e a mt u r b i n ee f f i c i e n c ya n d 恤eu n i tw h o l e e 币c i e n c yw e r es u m m a r i z e d c o n s i d e r e do ft h ed a t ae r r o re x i s t e n c ei nt h ep r o c e s so fd a t a a c q u i s i t i o n t h ep r e t r e a t m e n ti st a k e nw h i c hc o n t a i n sf i l t e ra n dm o d e ld a t ac h e c k i n g i tg u k 盯a n t e e s t h ea c c u r a c ya n dt h er e l i a b i l i t yo f t h ew h o l ec o m p u t e dr e s u l t t oa p p l yw e l li nt h ep r a c t i c e ，c a r r i e so nt h eo n l i n ec o m p u t a t i o nt ot h eu n i tt h e r m a le f f i c i e n c y a tt h es a m et i m e h a sc a r d e do nt h es t a t i s t i c sa n dt h ea n a l y s i st ot h ed a t a , w i uc o n s u m et h e d i f f e r e n c ea n a l y s i s ，t h eo n l i n eo p t i m i z a t i o n ，t h eq u a s i s t e a d ys t a t et h e o r y , t h er e p o r tf o r ms t a t i s t i c s ， t h eo n l i n ep i c t u r e ，t h eh i s t o r i c a lc u r v ea n ds oo nm a n yk i n d so fa n a l y s i sm e t h o d st oa p p l yi nt h i s s y s t e m ，h a sp r o v i d e dt h em o r ec o n v e n i e n ta u x i l i a r ya n a l y s i sm e t h o df o rt h es y s t e md a t a sa n a l y s i s a tt h e5 s i n et i m e ，t oc o n s u m e dt h ed i f f e r e n c ea n a l y s i st h e o r yt oc a l t yo nt h es i m p l ei n f e r e n t i a l r e a s o n i n gf r o mt h em a t h e m a t i c a ir e l a t i o n ，t h eo n l i n eo p t i m u mv a l u ec h o i c e sm e t h o dh a sc a r d e d o nt h ed i s c u s s i o nt ot h eu n i tm o v e m e n tp r o c e s s i nv i e wo ft h eq u e s t i o n si nt l i eo n l i n em o n i t o ro ft m b u r n e dc a r b o ni nf i y i n ga s l l , t h i sa r t i c l e a n a l y z e da n dd e v e l o p e das u p p o r tv e c t o rm a c h i n em o d e lp r e d i c t i n gt h e u n b u r n e dc a r b o nc o n t e n ti nt h ef l ya s h t h ew a yo fe s t a b l i s ht h i sm o d e lb y i a t l a bs o f t w a r ew a si n t r o d u c e d a n dt h em o d e l p a r a m e t e r sc h o i c ew a sa n a l y z e dd e t a i l e d 1 1 1 i ss y s t e mw a si n s t a l l e di nap o w e rp l a n t , i td i s p l a y e dac e g a i nr e l i a b i l i t y , s t a b i l i t ya n d u s a b i l i t yi nt h eo p e r a t i o np r o c e s s i tr a i s e dt h ef a c t o r ya u t o m a t e dl e v e l ，a n di sh e l p f u lt ot h e e n h a n c e m e n tt h ea n a l y s i sa n dt h em a n a g ec a p a c i t yo f t h em a n a g e r sa n dt h er u n n i n gp e r s o n k e yw o r d s ：t h eu n i tp l a n tt h e r m a le f f i c i e n c y , t h eo n l i n em o n i t o r , e n e r g y - l o s sa n a l y s i s , o n l i n e o p t i m i z a t i o n ，s u p p o r tv e c t o rm a c h i n e s ，u n b u r n e dc a r b o ni nf l y i n ga s h 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 尽我所知，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，也不包含为获得东南大学或其它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。 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印 件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质 论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括 刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研究生院办理。 研究生躲址导师繇烨日期删 第一章绪论 1 1 课题研究意义 第1 章绪论 随着经济的发展，一次矿物燃料资源逐渐减少，当前世界各国都在研究解决如何使煤炭 资源得到合理有效利用的问题，节能降耗已经被提升到很高的地位。在我国电力能源中，火 电约占7 0 ，我国火力发电以煤粉悬浮燃烧机组为主，降低火电机组的发电标准煤耗率、提 高机组运行效率也就成为一项很重要的工作。 1 1 1 火电厂运行过程中的存在问题 对于目前较多火电厂运行过程中普遍存在的问题可以总结为下面两点： ( 1 ) 在机组运行过程中，运行人员通常是通过对机组的运行参数进行监视，诸如：温 度、压力、负荷等这些参数，这些参数无法直接反映出机组运行效率情况，在机组的实际运 行过程中，较多的是根据运行人员的经验对这些i ) c s ( d i s t r i b u t e dc o n t r o ls y s t e m 分散控 制系统) 参数做出判断，估计出当前机组的运行状况； ( 2 ) 在运行控制过程中，对于机组运行参数的目标值通常是以某几个工况下的设计值 作为参考目标值，然而，在实际运行过程中，机组往往是偏离了这些设计工况运行，对于锅 炉部分的设计值往往是针对设计煤种的设计参数，而在实际燃烧过程中，所使用的燃煤与设 计煤种存在较大的差异，若仍以这些设计值作为目标值进行控制，则无法保证机组能运行在 当前工况下的最优状态。 对于这两个问题，在实际运行过程中主要通过运行人员的经验来解决，而运行人员的经 验需要经过长时间的积累，才能对机组的运行状况做出正确判断，往往所做出的判断含有较 大的主观性，而所提供的设计值仅仅不同负荷下的一些设计参数，这也给运行人员做出判断 带来了困难。针对这些问题，本文设计了机组热经济性在线监测系统，提供了机组运行过程 中机组整体和各个部分的效率状况，同时提供了机组参数的在线寻优、历史曲线和报表管理 等分析手段，管理人员和运行人员据此可以及时了解机组的运行状况，并对运行过程进行分 析，从而可以对机组的运行进行及时的调整。 从节能降耗的角度考虑，降低火电机组的发电标准煤耗率则需提高汽轮机和锅炉效率， 目前对于汽轮机和锅炉的运行有较多的优化运行软件，对于这些优化运行软件较多的是提供 机组运行中的某些参数作为控制目标参数，而对于这些参数需要基于准确计算锅炉效率和汽 轮机效率为前提，所以，在线计算机组热经济性对于进一步的优化运行软件的设计和完善是 很有意义的。 1 1 2 飞灰含碳量的在线监测 在机组热经济性的整个研究中，对于锅炉效率的研究较多，从锅炉效率计算的反平衡方 法可以看出，其中的排烟热损失和机械未完全燃烧热损失这两项占有较大的比重，排烟热损 失中的计算参数基本可测，然而在机械未完全燃烧熟损失这一项中，对该项损失影响较大的 飞灰含碳量的数值很难直接提供在线监测值，在实际应用中，对于飞灰含碳量大小的监测通 常有两种方法，一种为仪器测量的方法，另一种为软测量的方法，对于仪器测量的方法，由 于测量装置价格较高，而国内所安装的大部分这些装置都存在很多问题，目前较多的则是对 东南大学硕士学位论文 飞灰含碳量软测量技术进行了研究。 对于飞灰含碳量大小的测量较大地影响了锅炉效率的准确计算，亦即影响了机组效率的 在线监测，并对优化运行有很大的意义，而实际的在线监测存在较多问题，在本文中，针对 这些现状，采用了支持向量机理论对飞灰含碳量的软测量仿真模型进行了建立。 通过上面的分析可知，开发出能够在线准确计算机组热经济性、方便可用以及能够提供 有效参考信息的软件系统，该系统有助于对机组热经济性进行提高。 1 2 研究现状 1 2 1 单元机组热经济性在线监测系统 对于单元机组热经济性在线监测系统的研究主要是随着计算机技术的发展而发展起来 的，随着计算机技术的不断发展，相应的热经济性在线监测系统技术也在不断的提高，其计 算速度和准确度都不断得到了提高，同时对其计算方法进行了研究，参考文献 1 1 3 】、f 9 1 均是利用对机组热经济性的计算来寻找提高效率的方法，参考文献 4 一 6 】对燃煤电厂热经济 性的技术的各种方法进行了比较，并以大量的数据为该领域的研究提供了理论依据，参考文 献【7 】、【8 】分别设计了在线监测模型对机组热经济性进行了监测。 在国内对机组热经济性在线监测系统主要集中在各所高校和厂级监控信息系统 ( s u p e r v i s o r yi n f o r m a t i o ns y s t e mf o rp l a n tl e v e l ，简称s i s ) 系统等，对于各所高校中的研究 多数是仅限于某一方面，而对整个电厂的机组热经济性的监测研究较少；而在s i s 系统中对 热经济性在线监测通常因为要保证系统的稳定性，避免较长时间的计算，通常只是将对热经 济性在线监测作为一个辅助功能，对其计算通常较为粗略。在本文中，以整个机组作为研究 对象，对其热经济性的在线计算进行应用研究。 1 2 2 飞灰含碳量在线监测 对于飞灰含碳量的在线监测主要有两种方法：仪器测量和软测量的方法。仪器监测目前 主要包括c o z 排气法、微波吸收法和光学法等，采用这些方法的价格都较昂贵，采样管容易 堵塞，在国内的绝大部分电厂均未采用，而在已安装的电厂中的监测仪器都存在着多种问题 导致监测结果并不准确，因此，目前电厂中无法利用这些监测得到的飞灰含碳量值进行在线 计算。目前，在国内外对软测量的方法进行了较多的研究，参考文献u 2 【2 3 冲均为以飞灰 含碳量的软测量模型作为主要研究对象的部分研究成果，对于该部分研究可以分为两个阶 段，参考文献 1 2 】u g 主要采用了神经网络为工具对飞灰含碳量软测量模型进行建立，由于 神经网络的网络结构、权值和阈值等参数很难确定，泛化性很难得到保证，参考文献 2 4 1 2 5 】 采用遗传算法优化了神经网络，却使计算时间大大加长，为保证模型的泛化性，须提供较大 的样本数据，在实际的应用过程中，该样本数据较难采集，这也给该方法的推广带来了一定 的难度。文献【2 6 】对利用支持向量机理论对函数的拟合进行了讨论，体现出了较好的泛化性 同时满足了较好的精度要求，文献【2 0 】- 【2 l 】、【2 4 采用了较新的支持向量机理论对飞灰含碳 量模型进行了建立，从结果可以看出，该理论可以实现小样本对飞灰含碳量模型的建立，同 时也实现了较好的泛化性。在本文中，较系统地使用支持向量机理论对飞灰含碳量软测量模 型进行了建立，同时进行了较详细的描述和分析。 2 第一章绪论 1 3 本论文的研究内容 本文基于s c - d ：) a 软件平台对火电单元机组热经济性在线监测系统软件进行了设计，对 软件中的耗差分析从数学理论上的进行了推导，对在线寻优的方法进行了探索，并将该系统 在国内某电厂实际运行；同时，针对飞灰含碳量监测的问题，使用支持向量机理论对弋灰含 碳量软测量模型进行了建立，对模型参数的选择进行了较详细的分析。 针对目前对本系统具体的使用方法和手段较少，在实际使用过程中往往较难满足实际指 导的作用，本文在对在线熟经济性系统进行设计和实现的同时，对其辅助分析方法和手段进 行了研究和尝试。 本论文的主要内容安排如下： 第一章绪论 介绍了对火电单元机组热经济性在线监测系统软件的研究意义，并对研究现状进行了分 析：同时针对飞灰含碳量的软测量模型的研究意义和研究现状进行了描述：并给出了全文的 研究内容。 第二章火电单元机组在线热经济性计算方法 该部分内容对火电单元机组在线热经济性的计算方法进行了描述，该部分对锅炉效率不 同计算模型进行了比较，对汽轮机效率和机组整体的效率的计算方法分别进行了讨论，最后 对在线数据采集的数据预处理过程进行了描述。 第三章耗差分析 该部分对耗差分析理论从数学关系上进行了简单的推导，同时对机组运行过程中在线最 优值选择的方法进行了探讨。 第四章系统软件设计 该部分对整个系统的结构设计进行了描述，同时对部分系统子模型的软件设计方法进行 了描述，这些子模块加上在线寻优以及耗差分析等方法，为对系统数据的分析提供了更加方 便的辅助方法。 第五章基于支持向量机理论对飞灰含碳量软测量仿真模型的建立 该部分内容对支持向量机理论进行了简要描述，同时对飞灰含碳量模型的建立进行了分 析，简要介绍了采用m a t l a b 软件实现模型建立的方法，并对模型参数的选择进行了较详 细的分析。 第六章全文总结与展望 对全文内容进行总结，给出了本文主要完成的内容指出了本系统尚且存在的一些不足， 并针对本系统软件在实际应用过程中存在的问题，提出了一些在今后的工作中作进一步研究 的建议。 参考文献： la l v i nc ，r w o n gcy t e eh k h o d e v e l 0 f 姬n to faz n 0 霄l e d g e b a s e ds y s t e mt 0i m p r o v ep 0 呃rp l a n t t h e r 姒le f f i c i e n c y 1 e e2 n di n t e r n a t i o n a lc o n f e r e n c eo na d v a n c e si np o w e rs y s t e mc o n t r o l 。 o d e r a t i o na n dm a n a g e m e n t ，d e c e m b e r1 9 9 3 ，h o n gk o n g ，1 3 5 1 4 1 2s a l z u b a i d y f s b h i n d e r t o w a r d s0 p t i m i z i n gt h ee f f i c i e n c yo fe l e c t r i c a lp o w e r g e n e r a t i o n 1 9 9 5 i e e e 0 - 7 8 0 3 3 5 4 7 3 7 1 6 。1 8 5 7 1 8 6 2 3ek l e v y ，c o m m e n t so nt h eu s eo fb o i l e re f f i c i c n c i e st od e t e r m i n eu n i th e a tr a t e ：；a s m ej p g c p t c 6 1 9 9 0 - p 7 4 ns a r u n a c ，a c o m p a r i s o n o f t e c h n i q u e s f o r o n - l l n e m o n i t o r i n g o f u n i t h e a t p a t eo f c o a l f i r e d u n i t s ：a s m e 东南大学硕士学位论文 j p g c p t c - 5 - 1 9 9 0 - p 1 2 5 j o h ne m u s t o n e a a , t e c h n i c a la n de c o n o m i ca n a l y z eo f a d v e r t e dp a r t i c l ef i l t e r sf o rp f b ca p p l i c a t i o n s p r o c o f 恤e1 9 9 1i n t c o n lo nf l u i d i z e db e dc o m b u s t i o n ( 1 1 1 v o l 1 - a s m e1 9 9 1 ，4 7 5 - 4 8 0 6 t o m ej r ，a m l e a v e r ，d e b r o w n ，r g ，1 9 8 6 - h e a t r a t e i m p r o v e m e n t g r i d l i n e s f o r e x i t i n g f o s s i l p l a n t s t r e s e a r c hp r o j e c t1 4 0 3 - 3 ，f i n a lr e p o a ，c s - 4 5 5 4 ，t h ee l e c t r i cp o w e rr e s e a r c hi n s t i t u t e 7 h a b o b ，m 丸，s a i d ，s a ，1 9 9 5 ，t h e r m o d y n a m i c p e r f o r 缸i o n s a n a l y s i so f t h e g h z l a n p o w e r p l a n t ，e n e r g y ， v o l 2 0 。n o 1 p i l 2 l - 1 1 3 0 8t s a t s a r o n i x ，ga n ds a n a e ，m 。1 9 9 1 ， o n 1 i n et h e r m o c o n o m i ce v a l u a t i o no fp o w e r p e r f o r m a n c e p 1 8 i n t e r n a t i o np o w e rg e n e r a t i o nc o n f e r e n c e a s 艟n e wy o r k 9h s o n n e n s c h e i n ，am o d u l e ro p t i m i z i n gc a l c u l a t i o nm e t h o do fp o w e rs t a t i o ne n e r g yb a l a n c ea n dp a n t e f f i c c n g y j o u r n a lo f e ng i n e e r i n g f o r p o w e r a l 1 i l1 9 8 2 ，v o l 1 0 4 ，p 2 5 5 - 2 5 8 】oj k u 陀0 e n r e n ，r h a n i s e h ，i n t e g r a t i o no f s t e a mt u r b i n ec o n t r o l si n t op o w e rp l a n ts y s m m s i e e e t r a n s a c t i o n e n e r g yc o n v e r s i o n v o l 6n o 1m a r c h1 9 9 1 1 1 伊连云发电厂机组热效率在线监铡系统的研制与应用天津工业大学 硕士学位论文 机械制造机 器自动化2 0 0 4 1 0 0 1 1 2 陈强，王培红，李琳，冯泽磊，“电站锅炉飞灰含碳置在线软测量模型算法”，电力系统自动化，v o l 2 9 n o 2j n 2 52 0 0 5 ：4 5 4 9 ， 1 3 陈彪，丁艳军，吴占松，“6 7 0 t h 煤粉炉飞灰含碳量的神经网络预测建模”电站系统工程v o l 2 1n o 6 n o v 2 0 0 5 ：1 7 2 2 1 4 方湘涛，叶念渝，“基于b p 神经网络的电厂锅炉飞灰含碳量预测”，华中科技大学学报( 自然科学版) ， v o l 3 ln o 1 2d e c 2 0 0 3 ：7 5 - 7 7 1 5 赵新木，王承亮，吕俊复岳光溪，“基于b p 神经网络的煤粉锅炉飞灰含碳量研究”，热能动力工程， v o l 2 0n o 2m a r 32 0 0 5 ：1 5 8 1 6 2 1 6 李智，蔡九娟，郭宏，“基于神经网络的电站锅炉飞灰含碳量软测量系统”，节能技术v o l 2 2s u m n o 1 2 6 j u l 2 0 0 4n u m 4 ：6 - 7 1 7 王海群，张素贞，刘军，“人工神经网络在燃煤含碳量测量中的应用”，锅炉技术v o l 3 5n 0 2 l l a r 2 0 0 4 ： 3 5 3 8 1 8 李智，蔡九娟，徐有宁，郭宏，“软测量技术在电站锅炉优化燃烧上的应用”，过程工程学报，v o l 4 n o 6 d e c2 0 0 4 ：5 4 9 - 5 5 3 1 9 李怡，郑谓建，“应用人工神经网络预报电站锅炉的机械不完全燃烧热损失”，哈尔滨理工大学学报， v o l 1 in o 2i o n 2 0 0 6 ：8 9 9 1 2 0 王春林，周吴，周樟华，凌忠钱，李国能，岑可法，“基于支持向量机的大型电厂锅炉飞灰含碳量建模”， 中国电机工程学报，v o l 2 5n o 2 0o c t 2 0 0 5 ：7 2 7 6 2 l 蔡杰进，马晓茜，“基于s w 的燃煤电站锅炉飞灰含碳量预测”，燃烧科学与技术，v o l 1 2n o 4 a u g 2 0 0 6 ： 3 1 2 3 1 7 2 2 李国正，王猛，曾华军，译n e l l o c r i s t i a n i n i ，j o h ns h a w e t a y l o r 著，支持向量机导论 m 北京： 电子工业出版社，2 0 0 4 2 3 景涛，“支持向量机算法参数选择及其在电站锅炉系统中的应用研究” 博士学位论文 浙江大学控制 科学与工程，2 0 0 5 ，1 2 0 1 2 4 陈敏生，划定平，“电站锅炉飞灰含碳量的优化控制”，动力工程，v o l 2 5n o 4 a u g 2 0 0 5 ：5 4 5 5 4 9 2 5 刘定平，陈敏生，马晓茜，“基于h g a - a n n 配风方式的锅炉飞灰含碳量优化”，华东理工大学( 自然科 学版) ，v o l 3 4n o 4a p r i l2 0 0 6 ：9 6 - 1 0 0 2 6 朱国强，刘士荣，俞金寿，“支持向量机及其在函数逼近中的应用”，华东理工大学学报，v o l 2 8n o 5 4 第一章绪论 2 0 0 2 - 1 0 ：5 5 5 5 5 9 东南大学硕士学位论文 第2 章火电单元机组在线热经济性计算方法 对机组热经济性的计算主要包括图2 1 所示的各个部分，可以分为三个方面的内容：锅 炉，汽轮机和机组整体经济性，这三个方面分别从局部和整体对机组热经济性进行了计算， 在本章节中分别对这些经济性参数的计算方法进行了描述，在锅炉效率的计算方法中，对部 分不同计算方法进行了比较和讨论，在汽轮机效率的计算中较详细地对各个部分的效率情况 进行了计算。同时，由于在在线过程中所采集到的数据存在不准确性，这些数据需要进行一 些处理阻满足在线计算的要求，在本章的最后对该处理方法进行了描述 r有效度 r ，各受热面的传熟性能指标t传热效率 i排烟热损失口2 i化学朱完全燃烧热损失日3 锅炉 机械未完全燃烧热损失口4 l散热损失q 5 l灰渣物理热损失q 6 l锅炉热效率 广端差 厂 加热器传热性 有效度 i各级内效率、功率 l 传热效率 汽机一 管道热损耗 i门杆、轴封漏汽量及其能耗 j各段抽汽量、通流量 、汽轮机热效率 广机组发电标准煤耗率 机组经济性一 机组熟耗率 l 机组汽耗率 l 管道效率 图2 1 计算模块结构图 2 1 锅炉热经济性计算方法 在本文中，对锅炉部分热经济性的评价，主要包括了两大部分，第是锅炉效率以及各 项热损失的计算，该部分的参数反映了锅炉燃烧的经济性：第二是各对流受热面的传热性能 的计算，这部分通过有效度和传热系数这两个参数反映了锅炉受热面的传热效果和污染程 度，这两个参数表征了锅炉受热面的热经济性。 锅炉效率作为反映锅炉燃烧的主要综合性参数，是对锅炉性能进行评价的重要参数，在 熟效率试验过程中，需要对锅炉效率进行计算，考察锅炉运行过程中与锅炉设计值是否有较 大的偏差，从而对运行和管理作出调整，达到提高效率、降低能耗的目的。对锅炉效率进行 6 厂，lilil_、。、ifjilfi 单元机组热经济性 第二章火电单元机组在线热经济性计算方法 计算时，首先必须选择适当的计算模型，目前，国内外对锅炉效率进行计算的模型主要有下 面这些【l 】： ( 1 ) 我国国家标准电站性能试验规程( g bp t c ) 中的锅炉效率计算模型； ( 2 ) 美国机械工程师协会电站性能试验规程( a s m e p t c ) 中的锅炉效率计算模型； ( 3 ) 国内锅炉原理教科书中的锅炉效率计算模型； ( 4 ) 火力发电厂技术经济性指标计算中的锅炉效率计算模型： 这四种模型各有其特点，前三个主要适合于锅炉热效率试验中对锅炉效率进行计算，第 四个适合于对锅炉效率的在线计算模型的建立，采用所有这些模型均可实现对锅炉效率的计 算，但由于这些计算方法尤其是前三种方法均需要较多的测点数据，在实现在线热经济性计 算时这成为最难解决的问题，因为火电厂所安装的测点无法满足这些要求，而且加装测点所 需投入非常大，并且加装测定会给机组的运行效率带来一定的影响，而对于第四个模型则适 合小机组的在线效率计算。 通常，在进行热效率试验时采用g bp t c 和a s m ep t c 这两种模型中的锅炉效率计算 模型，这两种方法的共同点是对锅炉燃烧的各项损耗计算较详细，在本文中所采用的计算方 法是采用a s m ep t c 中的锅炉效率计算模型，考虑在实际应用中无法满足计算模型所需的 测点，在计算过程中，确保能够满足计算要求的情况下，对原有的计算模型作了部分修改， 以达到在线粗略计算的要求。 对各受热面的传热性能的计算，主要是包括了有效度和传热系数，这两个参数与评价加 热器传热性能的参数，具有相同的意义，通过对这两个参数的监测，同样可以考察锅炉受热 面的传热性能，这两个参数与加热器的热经济性参数较相似，在2 2 2 中对这些参数的计算 方法进行了描述。 2 1 1 锅炉效率计算方法 采用各种不同的计算模型对锅炉效率进行计算时，目前的计算方法可以总结为下面几 种：正平衡、反平衡以及正反平衡。 首先简要说明锅炉热平衡的概念。锅炉热平衡是指输入锅炉的热量与锅炉释放出来的能 量之间的平衡，燃煤在进入锅炉后，进行燃烧，释放出热量，该部分热量即为输入锅炉的主 要热量，这部分热量中的主要部分通过热交换的方式将自身所携带的能量传递给水和水蒸 汽，而其他部分的热量，则是由于多种原因造成的输入热量的能量损失，这些原因包括了排 出烟道时烟气仍含有较高温度、燃烧未完全以及灰渣中所含有的热量等，这些关系可以用下 面的关系式来表示： n q = q l + q n = 2 式中q ：1k g 燃料输入锅炉的热量 蜴：锅炉有效利用的热量 各项锅炉损失的总和 根据上面的关系式可得锅炉效率的表达式如下： 7 ( 2 1 ) q ，m 东南大学硕士学位论文 旷鲁半 ( 2 2 ) 冥中，7 一：锅炉效翠 从式2 - 2 中可以发现，计算锅炉效率可以有两种表达方式，这两种表达方式也就表示了对锅 炉效率进行计算的不同方法，鲁即为正平衡计算的方法，该方法通过直接计算出锅炉有效 q 一q 利用的热量；i i 生一即为反平衡计算的方法该方法通过计算出各项损失项来计算得 到锅炉效率，对各项损失的计算将有利于对锅炉燃烧过程中各项损失所占的比重进行分析， 从而对燃烧情况能够更加有效的把握，并通过对各损失项的分析，寻找降低损失项的途径， 达到提高锅炉效率；若同时采用两种方法进行计算，由于测点数据不完整以及测点数据的误 差等原因将造成这两种方法所计算得到结果数据有所差别，通常采用调整某些测点数据来达 到正反平衡计算结果的一致性，对这些参数的调整将具有很大的主观性。本文采用了反平衡 的计算方法，反平衡中的各项损失可以表示如下： = 1 - ( q 2 + q 3 + q 4 + q 5 + q 6 ) ( 2 3 ) 式中吼= 铷- 2 ，6 ) 9 2 ：排烟热损失 口3 ：化学未完全燃烧热损失 9 4 ：机械未完全燃烧热损失 9 5 ：散热损失 9 6 ：其他热损失 在下面的内容中对这些损失项的计算方法进行说明。 2 1 2 排烟热损失q 2 烟气离开锅炉机组的最后受热面时，还具有相当高的温度，该烟温称为排烟温度。排烟 所拥有的热量将随烟气排入大气而不能得到利用，造成排烟热损失。在计算时采用了下面的 计算公式： 8 ( 2 - 4 ) 第二章火电单元机组在线热经济性计算方法 式中( 表示干烟气带走的热量，甜2 0 表示烟气中所含水蒸汽热量。 秽= c 。( t w 一) ( 2 5 ) 式中表示每千克燃料燃烧生成的干烟气体积，表示干烟气从屯到0 的平均定压比 热，r 表示排烟温度，表示冷空气温度a 毋o = 。( 0 一气) ( 2 6 ) 式中d 表示烟气中所含水蒸汽容积，c k o 表示水蒸汽从到。的平均定压比热 由于烟气中所包含的水蒸汽的含量较低，所以烟气中所含水蒸汽热量可以忽略。 2 1 3 化学未完全燃烧热损失q 3 化学未完全燃烧热损失也叫可燃气体未完全燃烧热损失。它是指锅炉排烟中残留的可燃 气体如c o 、h 2 、c h 4 和重碳氢化合物c 。h 。等未放出其燃烧热而造成的热损失。一般情况 下，重碳氢化合物c m h 。的含量极少，所以，在计算时可以忽略不计，同时考虑到在机械未 完全燃烧存在时，每公斤燃料中只有( 1 一吼) 公斤燃料参与燃烧并生成烟气，所以干烟气容 积需要进行修正。可以用下面的表达式来表示该项热损失： q 3 ：型丝竺笔竽堕型( 1 - 9 4 ) ( 2 1 )= = 一一口i l2 一j 蟛m 式中n c o 、c 峨、分别表示干烟气中一氧化碳、甲烷、氢所占的容积份额，表示 燃烧生成的干烟气的体积。 2 1 4 机械未完全燃烧热损失q 4 机械未完全燃烧热损失是指部分固体燃料颗粒在炉内未能燃尽就被排出炉外所造成的 能量损失。这些未燃尽的颗粒可能随着灰渣从炉膛中被排出，或经过炉排漏入灰斗中，或以 飞灰形式随烟气一起逸出。这些未燃尽的固体燃料颗粒在电厂中通常监测飞灰和灰渣中的含 碳量来表示，漏入灰斗中的比重较少，所以只考虑b 灰和灰渣中的含碳所造成的热损失： q 4 ：! 垒! 生盘! 鱼! ：! ! ! 竺( 2 - 8 ) = = j 二= 。- - 一 q 。， 其中如表示飞灰中灰量占入炉煤总灰量的比重，4 ：表示灰渣中灰量占入炉煤总灰量的比 重，c _ 表示飞灰中的含碳量，c 毛表示灰渣中的含碳量，3 2 7 0 0 表示碳的发热量，q ，一表 示低位发热量。 9 东南大学硕士学位论文 2 1 5 散热损失q 5 l i ni ，jj 尾i幂受热匿蠹lf 错炉枫维 l ：一 v o、l 、 i 、i1 有题酃受热面的锅炉钒组 ll 1l i 、lh ，ii 矿 k ；1 、jl ，i 1 、r “lili lq ll 、 1l li ； i inf i llll ir d t1l il lliiiiitif 1 l1iliil i lllliittlllt ir 、uiii ；i iliftliii illlli iliiiii4l|iliillii lji 锅炉赣定燕发晕d 图2 - 2 额定容量下锅炉的散热损失 当锅炉工作时，炉墙、金属结构以及锅炉机组范围内的烟风道、汽水管道到联箱等的外 表面温度高于周围环境温度，这样就会通过自然对流和辐射向周围散热，这个热量损失称为 散热损失。由于散热损失的直接测量较困难，根据锅炉额定容量按图2 - 2 所示的经验数据来 查取，而在程序实现时可以采用插值拟和函数的方法来实现，当锅炉在非额定容量下运行时， 则可以近似地认为散热损失与锅炉运行负荷是成反比变化的，即：。 d q 52 q 5 - 5 ( 2 - 9 ) 式中q 5 、吼分别表示锅炉运行容量和额定容量下的散热损失，d 、d 分别表示锅炉运行 容量和运行容量。 2 1 6 其他热损失q 6 其他热损失是指灰渣带走的物理热损失和冷却热损失，灰渣物理热损失可表示如下： 孝= 酱( a * 而1 0 乏0 是) 沼1 0 ) k 表示灰渣焓，a r 表示灰分，a = 、a h 分别表示炉渣和漏煤中灰量占燃煤总灰量的百分 比，、q 。分别表示炉渣和漏煤的比热。 冷却热损失可表示为砖= 差棚懒损失可表示为： 吼= g 乒+ 稆。 ( 2 1 1 ) 1 0 ，： m m引m：兰m吣。 第二章火电单元机组在线热经济性计算方法 2 2 汽轮机热经济性计算方法 在本系统中，汽机岛主要对内效率、加热器热经济性以及管道和漏汽损耗等计算进