（热能工程专业论文）国产300mw机组在线优化运行信息系统的研究.pdf

浙江人学坝l + 学位论文 摘要 本文根据火电厂的运行和管理的需求，对如何在火r 乜厂中实现在线优化运行 ，一_-_ 信息系统作了深入的研究。 一 一 首先本文分析了当前电力市场的形势和电力企业所面临的问题，指出在火电 厂实现在线优化运行信息系统的必要性。然后，介绍了火电厂的能损分析理论， 并在此基础上，详细阐述了在线性能优化运行信息系统的设计，系统的功能以 及在系统的计算机实现中所涉及的要点。整个系统基于火电厂的i n t r a n e t ，跟踪 机组的运行情况，对机组进行实时的性能分析，并将实时数据、历史数据和统 计信息在i n t r a n e t 上发布，以便运行人员和电厂管理人员能够方便地了解机组的 运行状况，为火电厂节能降耗、提高运行水平和热经济性提供了科学有力的手 段。 ， 在本文的最后对计算机在火电厂的应用前景作了展望了 ：_ 一 、0 ： 浙江大学硕士学位论文 a b s t r a c t a c c o r d i n gt ot h ed e m a n do fo p e r a t i o na n dm a n a g e m e n ti np o w e rp l a n t s ，t h i s p a p e re x p l o r e s o nh o wt o i m p l e m e n tt h e o n l i n e o p e r a t i o n a lo p t i m i z i n gs y s t e m i n t e n s i v e l y f i r s t ，t h ep a p e ra n a l y z e st h ep r e s e n ts i t u a t i o no f t h ep o w e rm a r k e ta n d p r o b l e m s f a c i n gt ot h ep o w e re n t e r p r i s e sa n dp o i n t so u tt h en e c e s s i t yo fo n l i n eo p e r a t i o n a l o p t i m i z i n gs y s t e mf o rp o w e rp l a n t s t h e n ，i t i n t r o d u c e st h e e n e r g y l o s sa n a l y s i s t h e o r i e s ，a n db a s e do nt h o s e ，e x p o u n d st h ed e s i g na n df u n c t i o n so f t h es y s t e m a sw e l l a st h ek e y p o i n t si nt h ei m p l e m e n t i o n t h ew h o l es y s t e mi sb a s e do n t h ei n t r a n e ti n p o w e rp l a n t s a n di tc a l lm o n i t o rt h e u n i t s o p e r a t i o n a n dc o m m i tr e a l t i m e p e r f o r m a n c ea n a l y s i s a l l o ft h er e a l - t i m e d a t a ，h i s t o r i c a l d a t aa n ds t a t i s t i c a l i n f o r m a t i o na r ep u b l i s h e do ni n t r a n e tt h u st h ew o r k e r sa n dm a n a g e r sc a na c q u i r et h e i n f o r m a t i o na b o u tt h ep e r f o r m a n c eo ft h eu n i t sc o n v e n i e n t l y t h i ss y s t e mb e c o m e s t h es c i e n t i f i ca n dp o w e r f u la s s i s t a n tf o rp o w e rp l a n t s m a n a g e r sa n dw o r k e r st o e c o n o m i z eo n e n e r g ya n di m p r o v e t h eo p e r a t i o nl e v e la n dh e a t e c o n o m y a tt h ee n do f t h ep a p e r , s o m ep r o s p e c t so f c o m p u t e r a p p l i c a t i o n si np o w e rp l a n t s a r ep r e s e n t e d ， 叫，、0鳝 浙江大学硕士学位论文 第一章绪论 第一节课题的提出 随着电力工业的日趋成熟，原来电力行业长期垄断经营的方式已经无法适应 电力工业生产力发展的需求。打破电力工业垄断，开放市场，引入竞争，将有 利于电力工业自身的发展和电力工业管理水平的提高，这既是国际电力工业改 革的目标取向，也是我国电力工业改革的必由之路。 实际上，电力是中国较早向垄断开刀的行业，从早年电力部独家办电，到如 今集资办电、多家办电，中国电力装机容量猛增，现已超过三亿千瓦，居世界 第二。“十五”计划纲要指出明确方向：“厂网分开、竞价上网，健全合理的电 价形成机制”。中国电力管理体制就是要“两头放开、中间垄断”放开发 电和用电的竞争；送配电全国联网、集中管理。在确保机组安全运行的前提下， 使机组始终保持在最佳工况运行，最大限度地降低供电煤耗率，切实提高运行 的经济性，是提高发电厂竞争实力的重要手段，是市场经济对发电厂提出的现 实要求。建立以经济效益为中心，以降低成本为核心，以节能增效为重点的全 新的经营机制已成为今后工作的重中之重。 而且，节能，是我们国家的基本国策，火电厂又是耗煤大户。根据最新统计 资料表明，我国火力发电厂平均供电煤耗率为4 0 8 烈k w h ) “1 ，比世界发达国家 同类指标高出5 0 p j ( k w ”以上，这表明我国火电机组的节能潜力是巨大的。国 家电力公司提出，要对2 0 万和3 0 万千瓦级火电机组进行更新改造，提高机组 等效可用系数和调峰能力，降低煤耗。“十五”期间，2 0 万和3 0 万千瓦级火电 机组平均供电煤耗要降低l o 克一1 5 克千瓦时。 但是，传统的节能方式和手段，无论是机组运行水平的评价，还是运行小指 标竞赛，都暴露了其固有的局限性，无法满足现代化电厂对经济性管理的要求： 1 节能运行调节的盲目性在计算机技术和计算机得以普遍应用之前，电厂 的技术管理人员无法实时地掌握热力系统各个环节的能损分布情况和发电机组 的真实煤耗。绝大部分电厂的煤耗是通过盘煤和发供电量的统计数据来计算的。 因此，实时性的运行过程中的节能降耗与管理决策工作大多是凭经验进行的。 浙江人学颂。l 学位论文 这样，由于各电厂的技术管理人员的业务性质上的差异，各电厂运行过程中的 1 7 能情况差距甚大。在管理决策工作上也往往由于缺少实时分析数据而带有一 定的盲目性和经验性。 2 供电煤耗率统计的局限性任何机组都有自己的最为经济的运行负荷，此 时的供电煤耗最低。负荷的变化将带来煤耗的变化，因此较低的煤耗并不代表 较好的运行操作水平，还要考虑相应的运行负荷的差异。而传统的煤耗统计往 往是抛开负荷而谈煤耗，这样的统计结果往往是不准确的。 3 传统运行小指标竞赛方法的不合理性小指标竞赛的目的就是鼓励运行人 员进行压红线运行，但在实际操作中，同样存在着不少问题：不同的负荷， 要求的应达值也不同。调峰负荷下的参数，不能以额定负荷时的应达值进行考 核。而小指标考核中，恰恰多以额定工况下的设计值来考核运行人员的，非常 不合理。而以此为依据进行能损分析，则更是不切实际。小指标考核的数据， 一般来自手工抄表和整点打印，然后进行手工计算。其中可以掺杂许多的人为 因素，不能完全和准确地反映运行人员在整个上班期间的操作控制水平和责任 心。且手工计算过程所消耗的工作量大，效率低，无法满足生产的需求。小 指标考核需要进行加权。而权数的给定却是人为的。这也导致了考核结果的不 合理。 因此，很有必要在火电厂中建立一套先进的在线优化运行指导系统，实时 地监视机组运行，并根据理论计算提供解决方案，使其尽可能在最佳的状态下 运行，这无论对于发电企业自身，还是对于整个国家，都有着重大意义。 火电厂在线优化运行信息系统是现代先进的热工理论和信息技术相结合的 产物。它通过在线的性能参数计算和耗差值计算，给出了机组的各种能量损失 的大小及其分布情况，及时指导运行人员进行优化调整操作，确保机组始终在 最佳工况下运行。并且，它还提高了技术人员的分析水平，完善了值际竞赛等 管理措施。实现了火电厂节能方式从粗放型向科学精细型的根本性转变。 同时，因特i 网( i n t e r n e t ) 和内联网( i n t r a n e t ) 技术的出现和迅速发展，对信息的 收集、传输、存储、处理、输出的方式产生了巨大的冲击。本课题就是基于i n t r a n e t ， 通过计算机的应用，将在线能损分折和优化计算与m i s 系统相结合，从而准确、 快捷、方便地为电厂的节能诊断提供理论依据，指导电厂的经济运行。 浙江人学硕二学位论文 第二节国内外发展情况 我们知道，火电厂机组越大，参数越高，其热力系统也就越复杂，因此需 要监测和操作的项目也越来越多，并且为适应现代管理的需要，要求有越来越 多的信息量。这样庞大的数据量，只有采取新技术才能迅速、有效地完成。 世界上第一个分布式计算机监控系统是有美国h o n e y w e l l 公司于1 9 7 2 年研 制，并于1 9 7 5 年发表的t d c 一2 0 0 0 系统。八十年代以来，h o n e y w e l l 公司的 t d c 3 0 0 0 、日立公司的h i a c s 3 0 0 0 、i n t e l 公司的b i t b u s 系统、瑞士b b c 公 司的p r o c o n t r o l p 系统以及英国的施伦伯杰仪器仪表公司的拥有较好性价 比的i m p 系统相继在电力等领域得到应用。期间人们不断研究，特别是美国等 许多研究机构对电厂在线性能监测的不断研究，目的是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 能耗最终使电厂运行效率得到提高。经过广泛试验与运行，使得原先完成简 单功能的数据巡回监测系统向具有高处理能力的综合信息系统发展。 为了提高电厂的经济效益和社会效益，现在的监测系统已发展成为具有开 放的完全的现场数据采集、组态和传送的实时监控系统，充分获得生产现场的 数据信息，并能传送至管理信息系统( m i s ) ，使企业管理决策科学化，达到生产、 经营、管理的最优化状态。而又由于i n t e r n e t 的广泛应用，目前虚拟网( v p n ) 技 术的日趋成熟，再加上利用全球定位系统( g p s ) 在电力中的应用，达到各地时钟 的统一，计算机监测系统已不再局限于企业本地的i n t r a n e t 应用，而是演变成为 一个跨地域的信息系统。 电厂的热力参数性能分析、故障诊断专家系统的研究工作从7 0 年代至今， 越来越受到人们的重视，要实现这些技术，参数容错和仿真是保证系统能长期 稳定运行的关键问题。但是热力系统非常复杂、所要监测的参数很多，且这些 参数测点的位置一般都处在高温、高压和振动环境中，其传感器易于损坏，严 重影响了一些指导机组安全经济运行的软件的正常工作。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 es 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 是限于当时囡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。人们对热力系统热平衡计算的软 浙江大学i i i j 。l 学位论文 件丌发作了大量的工作。如拓扑分析计算方法，图形化建模技术等，不一而足。 但在已丌发的分析软件中，往往只考虑机组的单一工况而难于实际运行；另外， 若要将一个系统应用到其它不同类型的机组上，需做大量的系统修改工作，可 移植性较差，因而系统难以在实际中推广应用。在国外，火电厂在线性能分析 软件用得比较普遍，如美国a b b 公司的热力系统性能分析软件，采用积木式的 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，较好地解决了热力计算的灵活性、方便性和快速性的问题。 第三节课题研究的思想路线 本课题在研究火电厂的能损分析理论和优化计算的基础上，针对广东沙角a 厂3 0 0 m w 机组，开发一套集参数监测、运行经济性分析、运行优化指导为一体 的具有专家系统性质的在线性能优化和生产信息系统。在线能损分析就是对影 响机组热经济性的运行参数连续进行监督分析，运用火电厂热经济节能原理， 实时诊断机组的运行能损的分布情况，定量计算这些偏差所引起的能量损失， 利用屏幕图象实时显示能损分析结果，并分析导致这些损失的原因，运行人员 根据能损分析结果及时进行运行操作调整，消除设备缺陷，使机组运行热损失 减至最小，从而减少煤耗成本，增强火电厂在市场竞争中的实力。 课题研究的主要内容包括以下几项： 1 整个系统基于c s 和b s 相结合的模式构建。系统中面向用户的部分 采用当前流行的b ，s 模式，所有信息都可以通过w e b 浏览器进行浏览访 问。 2 系统应能对机组运行进行在线监测。系统将机、炉、电等各种模拟量的 实时数据和历史数据在火电厂的i n t r a n e t 上发布，经过自动分析后，以表 格、曲线、图形等形式显示，并对超限参数及时报警。 3 系统通过能损分析手段，指出当前工况下影响机组运行经济性的主要因 素及各项损失，提示产生能损的主要环节所在，提供决策支持，指导运 行人员正确操作。 4 提供各个运行值的能损指标统计，用能损计算结果代替小指标考核，确 保各值之间的公平合理竞争。 浙江大学硕上学位论文 5 把热力参数同经济因素直接联系起来，将系统热力参数的变化对经济性 的影响直接反映给管理者。 本课题通过对广东沙角a 电厂3 0 0 m w 机组进行的研究和计算，找出影响电 厂经济运行的设备原因，提供设备检修及节能改造的依据：并确定主要运行热 力参数偏离最佳值后对全厂发电煤耗影响的定量关系，以此作为运行指导及考 核依据；同时i n t r a n e t 模式下的信息系统为电厂节能管理和有关领导随时了解运 行经济状态并做出决策提供了一个较为科学的手段。 综上所述，本课题的重点是：应用热经济分析理论，结合现代最新的计算机 技术，开发出一套集在线监测、性能分析、优化指导和数据统计等多位一体的、 适合火电厂使用的i n t r a n e t 模式下的生产信息系统。 浙江大学硕士学位论文 第二章热经济性分析的理论基础 火电机组运行经济性的好坏主要看机组的各项经济性指标( 如机组效率、热 耗率、煤耗率) 大小，而机组实际运行的热经济性，不但涉及到主辅机设备本身 性能的好坏，而且与运行工况及运行管理水平等有密切关系。当机组的工况发 生变化时，机组的经济性也发生变化。因此，要分析机组的热经济性，必须要 紧密结合机组的实际运行工况。 第一节机组参数的应达值 2 1 1 应达值的确定方法与分类 应达值的定义参数的应达值( 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。 机组绝对的最佳状态是很难确定的。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；由于机组的运行状态并不唯一，可能在额定负荷 下运行，但是更多的情况是在变负荷状态下运行。各个参数的应达值既不唯一， 也很难确定其绝对的最佳值。因此，较为合理的做法是采用实际可达最佳值作 为参数的应达值。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“1 。所以运行指标应达值的选取不能仅仅局限于 制造厂提供的或是电厂热力试验得到的数据资料，必须结合工况的当前功率、 环境条件等因素来共同决定。本文提出的运行指标应达值是上述几个数据来源 的综合，主要由变工况理论分析和计算得到。通常它可表示为一个依赖于多个 相关热力参数的多元函数关系式： y o b j 2 f ( p ，t ，g ，p ) ( 2 一1 ) 式中： 6 浙江大学硕士学位论文 y o b j 变工况下某运行指标的应达值： p - - - 与其有关的相应压力： t 与其有关的相应温度； g 与其有关的相应流量： p 变工况下的机组功率； 按运行指标是否与设备状态、运行人员操作有关分，变工况下的运行指标应 达值可分为三大类，第一类是与运行人员的操作有关，第二类是主要由设备状 态决定而运行人员无法调整的，第三类是与运行的操作调整及设备状态两者都 有关。现分开进行论述： 1 第一类指标应达值 机组定压运行时，从设备经济性、安全性出发，主蒸汽温度、主蒸汽压力、 再热蒸汽温度的应达值可取自制造厂的设计值。当机组滑压运行时，主蒸汽压 力的应达值可以根据机组的变工况热力计算来确定。 2 第二类指标应达值 a 加热器端差加热器端差是衡量加热器运行状态好坏的重要指标，它直接影 响回热系统的性能。端差越小，机组运行的经济性就越好。端差的大小主要 与加热器本身性能有关，其应达值应该通过回热装置的变工况计算得到。 b 给水温度给水温度的应达值随机组的运行工况而变，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。 c 抽汽管道压损抽汽管道压损百分数在变工况时可近似取为常数，这是因为 变工况下管道内蒸汽比容积的变化大体上可以抵消流量变化的影响而保持 流量与比容乘积不变。当有条件时抽汽管道压损的应达值最好通过热力试验 确定，或者取设计院提供的数据。 3 第三类指标应达值 a 凝汽器真空凝汽器压力对机组的出力和热耗有很大影响，它的降低有利于 机组经济性的提高。由于凝汽器压力不但受冷却水量和冷却水温的影响，也 与真空系统的严密性、管子的清洁度、凝汽器负荷等有关。所以凝汽器压力 受环境因素和实际运行维护调整的影响，其应达值可通过凝汽器变工况计算 得到。 浙江大学硕士学位论文 b 减温水量减温水通常分过热减温水和再热减温水。一般来讲，最佳运行工 况时的减温水量的应达值应为零。但是由于锅炉受热面积设计的缺陷或喷燃 器摆角调温无法实现，或多或少要采取喷水调温的措施，这时作为考核运行 的减温水量应达值可通过试验确定。 c 排烟温度、烟气含氧量不同工况下的排烟温度和含氧量应达值取自电厂试 验值的拟合曲线( 电厂运行状态比较理想时做的试验) 。 2 1 2 应达值的意义 以前，人们习惯以额定工况下的各项设计值作为运行工况的运行指标应达 值，来进行能损分析和节能诊断。但这些值对于大多数的实际运行状态来说是 不切实际的，用它们来作为考核运行人员的依据也欠妥当，需要进行改进。比 如，广东沙角a 电厂3 0 0 m w 机组的额定背压是4 9 k p a ，这是针对设计工况、 正常的热力系统而言的。当季节发生改变或其他原因，凝汽器入1 3 循环水温度 发生变化，即使在其他条件相同的情况下，额定背压也不可能达到。因此机组 正常运行时的背压应达值应该是由具体运行工况的循环水入口温度、循环水流 量、凝汽器进汽流量等因素来共同决定。另外，诸如回热系统的给水温度、各 级加热器端差等运行指标也是随着负荷的变化而变化。所以运行指标应达值在 不同的工况下是变化的。当根据设备正常工作条件、环境条件等确定运行指标 的应达值以后，需要把各种指标的运行值与相应工况条件下的应达值进行比较， 若存在差异，则可以断定设备存在缺陷或运行操作有误，可进行相关的能损诊 断和节能潜力分析，使运行人员全面了解能损的分布位置及大小，明确节能的 潜力与目标，从而加强火电厂技术经济指标的科学管理。 第二节热经济性分析的基本方法 i f l 前常运用等效焓降法和热偏差法对电厂热力设备进行能损诊断和节能潜 力分析。 浙江大学硕j j 学位论文 2 2 1 等效焓降法 等效焓降法是六十年代后期首先由苏联学者库兹湟佐夫提出，在七八十年代 经我国林万超教授逐步完善和推广，形成一套较为完整应用火电厂节能诊断的 理体系叫7 。 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h j 、抽汽效率t 1 i 等若干个 热力分析参量，用于研究热工转换及能量利用程度的一种方法。 等效焓降法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。它基本上属于能量转化热平衡法。分析热力系统的变化和方案论证等工 作，如果用常规热平衡法分析，每次都需要全面重新计算，复杂繁琐。但是， 等效焓降法摈弃了常规运算的缺点，不需要全盘重新计算就能查明系统变化的 经济性，即用简洁的局部运算代替整个系统的复杂计算。具体地说，它只研究 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分析，确定 变化的经济效果。这种方法经实践应用颇为简便。 等效焓降法主要用来分析蒸汽动力装置和热力系统。在火电厂的设计中， 用以论证方案的技术经济性，探讨热力系统和设备中各种因素的影响以及局部 变动后的经济效益，是热力工程和热系统优化设计的有力工具。对于运行电厂， 应用等效焓降法可以诊断热力系统中能量损耗的设备和位置，查明能损的大小， 发现机组存在的缺陷、问题，评定机组的完善程度，挖掘节能潜力提出节能 改造的途径和措施。同时，等效焓降法还是管理电厂运行经济性的好方法，它 为小指标考核提供一种快捷的计算工具，为制订指标定额和管理措施以及改进 运行操作提供了依据。利用变工况能损理论对全厂实施定时热经济管理，是提 高运行管理水平并借以节约能源的重要手段。 等效焓降法的特点是：局部运算的热工概念清晰，与一般热力学分析完全一 致，因此，容易掌握应用；其次，计算简捷又准确，与真实热力系统相符，且 无论用手工计算或者计算机计算都很方便。分析问题时，这种方法能充分剖析 事物的本质和矛盾，分清问题的主次，从而促进问题的正确解决。 9 浙江大学硕士学位论文 2 2 1 1 等效焓降概念 对于纯凝汽式汽轮机：从图2 一l 看出1 公斤新蒸汽的作功等于其焓降。 h 2 h o - h n ( 1 ( j 瓜g )( 2 2 ) 式中：b o - 一蒸汽进汽轮机的初焓 h ，一蒸汽在汽轮机中膨胀的终焓 而对于回热抽汽式汽轮机：从图2 2 看出l 公斤的新蒸汽的作功比纯凝汽式 的汽轮机作功小，但都是l 公斤新蒸汽在汽轮机内所作的实际功。 h = h o h 。一( h ，h 。) 2 即l - l = ( h o k ) ( 1 一缉y ，) ( 1 ( j 瓜g ) ( 2 3 ) 其中：y r = ( h - h ) ，( h o h 0 ，称为抽汽作功不足系数。 由上式可见，l 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 l 公斤新蒸汽在回热工况下的焓降等效于( 或相当于) ( 1 一e 口，y ，) 公斤新蒸汽在 r - i 纯凝汽工况下的焓降，称为等效焓降。 图2 - 1 巍凝汽式机组 图2 - 2 回热汽轮机组 图2 - 3 是一个简单的热力系统。我们知道抽汽的目的是利用膨胀作了一部分 功的蒸汽热量去加热给水。假设从系统外部引入一定数量的纯热量q ( 即不带工 质) ，使得n o 3 的抽汽减少l 公斤，这1 公厅的蒸汽称为排挤抽汽。被排挤的抽 0 浙江人学顾_ ：学位论文 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 o 1 、n o 2 段抽汽来补偿。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 h 3 = ( h 3 一九) 一口2 3 ( 2 一九) 一口l 一3 ( i h 。) ( k j k g )( 2 - 4 ) 式中，口：一，是排挤n o 3 加热器l 公斤抽汽中分配到n o 2 加热器中的份额， 一，为分配到n o 1 加热器的份额。 根据效率等于作：r j j - 与j n a 热t 2 _ l l ，可得出j 级抽汽效率为： h r j = j ( 2 - 5 ) n o 3n o 2n o 1 图2 - 3 简单热力系统 2 2 1 2 等效焓降的计算 等效焓降的计算通式： 日，= ( q 圳一窆知， ，- l 呵7 式中：h j 第j 级的抽汽焓： ( 2 - 6 ) 浙江大学硕士学位论文 h n - 机组的排汽焓： a r - - - 取加热器的q 或者y 视加热器型式而定，其中q 是给水在加热器 中的焓升，y ，是疏水在加热器中的放热量。 如果j 为汇集式加热器，则a r 均以代之。如果j 为疏水放流式加热器，则从 j 以下直到( 包括) 汇集式加热器用代替a r ，而在汇集式加热器以下，无论是汇集 式或是疏水放流式加热器，则一律以q 代替a f 。 2 2 1 3 使用等效焓降法的条件 等效焓降法计算的特点是以新蒸汽流量保持不变为前提，这就避免了热力系 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。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。因此，有可能利用h i 、t b 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a h ，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。 火电厂的热力系统的结构一定，在单元制运行的某工况下，只要新蒸汽参数、 再热参数、排气和给水的参数已知，且保持不变，则系统的热经济性就是确定 的。任何系统结构的变化，以及内、外热量和工质进出系统，都将引起系统热 经济性的变化。因此，这也是使用等效烩降法计算系统热经济性的前提条件。 另外，为了局部定量分析的方便，把加入循环的热量q 也保持不变。 热力分析参量之一等效焓降h j 是指1 公斤抽汽流从第j 级处返回汽轮机的真 实作功能力，它标志着汽轮机各抽汽i = l 蒸汽的能级或能位高低。h l 愈大，它所 处的能级就愈高，汽流的作功能力就越大。抽汽效率t b 表示任意热量加到汽轮 机的回热系统第j 级处，该热量在汽轮机中转变为功的程度或份额。新蒸汽部位 的最大，等于装置效率m 而冷凝器的t b 最小为零。所以抽汽效率吨的数值 处于n i 和零之间。 在实际工程计算中，大量应用的是抽汽效率m 尤其是在局部定量计算中 浙江大学硕士学位论文 使用更为普遍。因为热系统中任意地发生热量的增减变化，它所引起的作功变 化就等于该热量与所处能级的抽汽效率的乘积。还应该明确地认识，所得的作 功变化，已毫无遗漏地考虑了该能级以下所有加热器的抽汽量，疏水量等的全 部变化。这是因为吨中反映了这些变化的缘故。所以是等效焓降法的核心， 是等效焓降使局部定量简便、准确的根本所在。 2 2 1 4 再热机组等效焓降 对于中间再热机组的热力系统，高压缸的排汽在流经再热器之前称再热冷 段，经再热器加热升温后叫再热热段o 。由于再热及其吸热量的存在，给等效焓 降的计算和应用带来了一些不同于非再热机组的特点。这些特点主要表现在再 热冷段及其以上区段出现的任何排挤抽汽都将流经再热器而吸热。这时将引起 两方面的问题：首先，它引起汽轮机热耗量变化，与等效焓降保持热量不变相 矛盾；其次，排挤抽汽的作功不仅包含加入热量本身作功，而且还包含再热器 增加吸热的作功。因此，研究再热机组等效焓降时，应当考虑这两方面的影响。 解决上述问题的方法有两种，定热量等效焓降和变热量等效焓降。 本文采用变热量等效焓降法，即顺其自然，恢复循环吸热的真实性，让等 效焓降随系统的改变而改变，这使问题变得直观易懂，又维持了等效焓降法分 析问题简捷、准确的特色。 再热热段以后的r l j o 由于再热热段以后排挤抽汽不影响通过再热器的蒸汽 份额，也就不影响再热器的吸热量。因而，变热量等效热降的计算与非再热机 组一样，也与定热量等效热降一样，其通式是 j - i 彬= ( h i 一) 一4 r , 0 0 & g ) ( 2 - 7 ) r = l 再热冷段及其以上的h l o 根据等效热降的定义，再热冷段及其以上产生1 公斤排挤抽汽，返回汽轮机的实际作功为 - i h ? = h j + a - h 一一，r l ，( k j k g ) ( 2 8 ) r - i 式中： o l 公斤排挤抽汽流经再热器所吸收的热量 浙江大学硕士学位论文 应当指出，这个作功是1 公斤蒸汽返回汽轮机的真实作功，它不但包括排 挤1 公斤蒸汽所需加入热量的作功，而且还包含排挤抽汽引起再热器吸热增加 的作功。这是它与定热量等效熟降的本质区别。显然，再热冷段以上出现任何 排挤抽汽( 包括增加抽汽) ，都将改变通过再热器的吸热量。这就是所谓变热量的 含义。 当再热冷段等效热降按变热量公式求出后，以它为基础，借助于等效热降 之间的关系式，可以计算冷段以上的变热量等效热降，其结果自然与通式所得 变热量等效热降相同。 变热量抽汽效率变热量抽汽等效热降h j o 与排挤一公斤抽汽所需热量q j 之 比称为变热量抽汽效率，即 矿= 等 ( 2 _ ，) 它表示从能级j 加入单位热量，在汽轮枫上能够获得的作功。其中，包括再 热器吸热增加的作功。因此，廿乘以该能级加入的任意热量q j 所得的作功， 不仅是该热量的作功，还包括再热器相应增加吸热的作功。变热量与定热量抽 汽效率的本质区别就在此处。 新蒸汽等效焓降h 采用变热量抽汽效率t b o 可导出新蒸汽等效焓降和装置 效率为 h = + 仃一蚝一f ，孵一n ，k g )( 2 - t o ) 式中： 兀一各项附加成分引起的作功损失； 汽轮机装置的效率为： 口 叩，2 虿 变热量求得的h 是l 公斤新蒸汽的真实作功，而加入热量q 是循环的真实 吸热量，故1 1 j 也就是真实装置效率。所以说变热量分析方法恢复了事物的真实 性，同常规方法和习惯一致。 1 4 浙江人学l i ! ； i 学位论己 2 2 1 5 等效焓降法的局限性 一般讲，当汽轮机处于某一稳定工况时，其内部汽态线、各部位的流量、温 度和压力，内功率等都是确定值，用等效焓降法进行计算的目的只是确定这些 参量之间的关系。换言之，在整个计算过程中。均认为汽轮机内效率或汽态线 不再变化。这对小范围变化还可适宜，但如果局部热力系统变化较大，则应对 汽轮机内部汽态线进行适当的修正，否则，计算结果将会有一定的误差。这也 可以看作是等效焓降法的一个局限了。 2 2 2 热偏差法 热偏差分析法是8 0 年代初由加拿大学者提出，它首先是选取某些对机组热 耗率影响较大且便于控制的参数，如主蒸汽压力、主蒸汽温度、再热蒸汽温度、 再热蒸汽压损等作为监控参数，其次确定这些监控参数在不同工况下的应达值， 然后根据热力学方法或经验公式，求取热耗率的修正系数，最后可以计算出运 行参数偏离应达值所带来的能损变化。 热偏差法主要是利用制造厂提供的热耗曲线作为依据，在机组运行时运行人 员再根据机组实际运行资料和热耗率的计算公式计算其值。运行人员可根据两 者的差值，分析原因进行监控。如果机组缺少这方面的资料，即制造厂家没有 提供热耗曲线时，运行电厂应根据机组检修后的最佳情况通过试验或计算获得。 这是对所给定的监控参数的应达值或最佳运行范围可以用以下三种方式确定： ( 1 ) 设计值： ( 2 ) 最佳运行调整试验结果或历年运行的最好记录； ( 3 ) 变工况计算结果。 以广东沙角a 电厂3 0 0 m w 机组为例，系统根据制造厂提供的变化曲线， 由变工况下的实际运行数值查得其偏离应达值时对功率、热耗率造成的影响。 下面，给出部分修正曲线： 浙江大学硕士学位论文 0 6 04 0 2 0 02 04 06 。j4 氧j ：1 5 1 6 1 6 蕊4 1 2 冰0 8 罄o 4 囊 。 采一0 4 - 0 8 _ * 目 鼬 耀 崧 阀门进i 气压力肿- 图2 - 4 主蒸汽压力对热耗的修正曲线 i 一2 阅进汽 2 3 同进汽 3 4 阀进汽 4 5 闽进汽 5 8 闽进汽 。、jj 5 1 0 5 2 0 5 3 0 ：、q 5 0 主蒸汽温度 图2 5 主蒸汽温度对热耗的修正曲线 0 6 t0 4 咎o 2 袭0 幕一o 2 0 4 再热蒸汽沮度 图2 6 再热蒸汽温度对热耗修正曲线 一j jj 468 o1 21 41 6 相对弭热蒸汽压损 图2 - 7 再热蒸汽压损对热耗的修正曲线 6 #瓣瑚警耀霰 浙江大学硕士学位论文 在对汽轮发电机组进行监控时，根据监控参数的偏差值，即运行值与应达值 之左值，查热耗修正曲线，求得校正系数计算热损失。如果有几个监控参数均 发生偏差时，可以分别计算热耗损失，然后求和即得总损失。在本文所述的在 线性能优化系统中是将所用到的热耗校正曲线拟合成公式，然后编成计算程序， 在计算机上进行在线运算。 在本课题的研究中，对于一些可控参数如主蒸汽压力、主蒸汽温度、再热蒸 汽温度、再热蒸汽压损等是采用热偏差法的。 浙江大学硕士学位论文 第三章系统的总体设计 第一节系统开发模式的评价与选择 c s ( c l i e n t s e r v e r ) 模式是m i s 发展到九十年代的较为先进的结构，有强壮 的数据操纵和事务处理能力，并且有数据的安全性和完整性约束功能。这种模 式将应用一分为二，服务器负责数据管理。客户机完成与用户的交互任务。几 年来该模式在企业生产经营管理中发挥了巨大的作用。 随着w e b 技术的广泛应用，c s 已无法满足人们的需要，而且传递单向信 息的w e b 页面也无法提供充分的交互功能。同时企业也无法及时将企业的动态 信息发布到网上，这就急需将数据库与w e b 连接起来，供用户查询甚至更新： 企业要发布动态信息也简单到只需改动一下数据库的若干记录或字段。这时出 现了b s f b r o w s e r s e r v e r ) 模式的m i s 。本节将通过对c s 与b s 模式的比较 探讨本课题系统模型的选择。 3 1 1c l i e n t s e r v e r ( c s ) 系统的二层体系结构 c l i e n t s e r v e r 结构是一种典型的二层结构，按照各自实现功能的不同，将 应用程序分为两大部分：一部分是用于处理数据库，称为服务器部分：另一部 分是用于处理应用程序、请求服务，称为客户部分。客户部分负责执行前台功 能，如管理用户接口、数据处理和报告请求等。而服务器部分执行后台服务， 如管理共享外设、控制对共享数据库的操纵、接受并应答客户机的请求等。这 种体系结构格一个应用系统分成两大部分，由多台计算机分别执行，使它们有 机的结合在一起，协同完成整个系统的应用。c s 系统二层结构分别是： ( 1 ) 客户应用层：客户机 客户应用程序是系统中用户与数据进行交互的部件，它包括了应用中所有的 业务处理程序，包括统计、分析、输入输出、打印功能。它的任务是根据用 户的请求，执行相应的扩展应用程序与数据库进行连接，通过s q l 等方式向数 据库服务器提出数据处理申请，而后将数据处理的结果返回到客户端。 浙江大学硕士学位论文 f 2 ) 数据服务层：数据库服务器 服务器程序负责有效地管理系统资源，如管理一个信息数据库，其主要工作 是实现对数据库查询、修改、更新等功能，并且当多个客户并发地请求服务器 上的相同资源时，对这些资源进行最优化管理。 c l i e n t s e r v e r 结构的工作流程是：用户通过应用程序向客户机提出数据要 求，客户机通过网络将用户的数据要求提交给服务器，服务器的数据库管理系 统执行数据处理任务，然后把经过处理后的用户需要的那部分数据，而不是整 个文件，传输到客户机上，最后由客户机完成对其所需数据的加工。 图3 1c l i e n t ，s e r v e r 结构的工作流程示意图 c s 结构一般用于比较适合于小规模的、用户较少( 1 0 0 ) 、单一数据库且 有安全性和快速性保障的局域网环境下，它具有这样的一些优点： ( 1 ) 专用性、交互性强。在这种模式中，客户端装有专用客户软件，更有利 于完成某一项专门的任务。 ( 2 ) 存取数据安全。因为c s 模式的平台采用适于局城网、安全性好的局域 网络协议，n e t b e u i 协议，安全性有保证。 ( 3 ) 网络通讯量低、速度快。因为只有二层结构，网络通讯量只包括客户机 与服务器之间的通讯量。通讯量低使得运行速度快，有利于处理大量数据。 但是，同时可以看出，在c 1 i e n t s e r v e r 二层结构中，显示逻辑和事务处理 逻辑部分均被放在客户端，从而使客户端承受着双重任务，负担很重，成为胖 客户机，相对服务器端的任务较轻，成为瘦服务器。负荷不均成为这种结构的 致命缺陷，随着应用系统的大型化这种不足显得更加突出，主要表现在： 浙江大学硕士学位论文 ( 1 ) 客户端负担重，开发成本较高。c s 结构对客户端的硬件要求较高，随 t i ：| = 应用软件功能日趋复杂，客户端的应用程序也变得越来越庞大，为了提高性 能，需要不断提高客户机的配置，又增加了投资的成本。 ( 2 ) 可移植性差。软件平台及开发工具选定以后，不可能轻易更改，且对较 新技术的兼容性较差。 ( 3 ) 系统维护繁琐，系统升级麻烦。服务器端与客户端都需要到现场维护， 而且系统升级时，必须为所有的客户端一一升级，工作量大。 ( 4 ) d a 于系统可能由多方合作开发，用户界面风格不一，不利于推广。 ( 5 ) 客户应用程序都有自己特定的风格，使用者需要接受专门培训，内容和 形式都较为死板，不能随时获取办公信息和档案等外部信息。 3 1 2b r o w s e r s e r v e r ( b s ) 系统的三层体系结构 b r o w s e r s e r v e r 三层模式是在两层模式的基础上，增加了新的一层。这一层 位于前端和后端之间，专为应用规则提供了一个明确的层次，它封装了与系统 关联的应用模型，并把它与用户表示层和数据库代码分开。三层模式分为3 级： 用户服务、应用服务及数据服务。它们是逻辑上的分组，与网络上物理位置不 一定相对应。b ，s 系统三层结构分别是： ( 1 ) 表示层：w e b 浏览器 表示层是应用的用户接口部分，相应服务称为客户应用程序。它的主要功能 是检查用户输人的数据，显示系统输出的数据。它的任务是由w e b 浏览器向网 络上的某一w e b 服务器提出服务请求，w e b 服务器对用户身份进行验证后用 h t t p 协议把所需的文件资料传送给客户端，客户机接受传来的文件资料，并把 它显示在w e b 浏览器上。 ( 2 ) 功能层：具有应用程序扩展功能的w e b 服务器 功能层是应用的主体，又叫应用层，位于w 曲服务器端。它包括了应用中 全部的业务处理程序。换句话说，除了输入输出功能在表示层、数据库在数 据层以外，全部的统计、汇总、分析、打印功能全部存放在功能层。它的任务 是接受用户的请求，首先需要执行相应的扩展应用程序与数据库进行连接，通 过s q l 等方式向数据库服务器提出数据处理申请，而后等数据库服务器将数掘 浙江大学硕士学位论文 处理的结果提交给w e b 服务器，再由w e b 服务器传送回客户端。 ( 3 ) 数据层：数据库服务器 数据层就是数据库管理系统，负责处理对数据库数据的读写，位于数据库服 务器端。它的任务是接受w e b 服务器对数据库操作的请求，实现对数据库查询、 修改、更新等功能，把运行结果提交给w e b 服务器。 图3 2b r o w s e r s e r v e r 结构的工作流程示意图 和传统的c ，s 二层模式相比，三层的b ，s 模式具有以下优点： ( 1 ) 客户端简化。b s 模式将客户端的要求简化为一个普通的浏览器，用户 无需培训就可直接使用。而且系统的升级不会增加客户端的硬件要求，从而节 省了相当的投资成本。 ( 2 ) 安装方便，只需对服务器进行相应的配置即可实现所有功能。 ( 3 ) 系统维护容易，升级方便。由于所有功能都集中至l j l t 务器端实现，客户 端无须专用软件，因此系统维护和系统升级都只针对服务器端进行，并且无需 到工作现场，通过网络可以实现远程维护，方便快捷。 ( 4 ) 在信息处理和交换方式上具有很强的灵活性，极其适合电力系统管理工 作中数据内容种类繁多、数量巨大、文字长短不一，图、文、声并存的特点。 无论内部、外部，不同业务和部门间信息流动自如，打破了信息共享的障碍。 ( 5 ) 各个功能模块之间的结构平行，扩展性好，可轻松融合新技术，轻松集 成多方协作开发的模块。并且允许及时更新信息。 ( 6 ) 采用标准t c p i p 、h 兀p 协议，可与企业现有网络很好结合。 2 浙江大学硕：i ：学位论文 3 1 3 本系统选