（检测技术与自动化装置专业论文）热电机组运行性能监测算法与监控组态软件研究开发.pdf

山东大学硕士学位论文 中文摘要 当前，煤、石油等自然能源供应紧张，国家已把能源安全问题提上议事日程。 对电厂来说，激烈的竞争、竞价上网的实行促使热电厂必须最大程度地挖掘机组 潜力，节约成本以提高热电厂运行效率以及整体的管理水平。衡量燃煤热电厂最 主要的经济指标是供电煤耗，影响它的最主要的因素就是锅炉和汽轮机的运行效 率，这就需要对锅炉和汽轮机的运行效率进行有效的监测和调整，使其发挥最优 性能。因此，研究适合于中小型热电厂的效率监控算法，以有效地实现其监控和 优化运行，具有十分重要的理论意义和实用价值。本文在综述了监控信息系统的 设计方法及应用研究现状的基础上，进行了基于热电厂的效率监控信息系统的设 计与组态软件的应用研究。 本文第一章为绪论，首先阐述了课题的背景与意义，综述了目前国内外电厂 监控信息系统研究的现状和发展方向以及目前研究中遇到的问题，提出本文的主 要工作内容。 本文第二章针对电厂的主要能量损耗设备锅炉和汽轮机，详细讨论了影响电 厂效率的各个方面，对锅炉利用正反平衡法计算效率，对汽轮机则采用等效热降 法来计算，并根据现场数据，分别进行效率指标计算。并针对效率计算中遇到的 两个难点问题提出相应的解决方法。 本文第三章内容是基于v c 抖的组态软件图形界面设计，利用面向对象方法 进行矢量图绘制，设计了图元类、工具类、拾取类等，分别实现图形绘制、成组 和拾取功能，并具有编辑和存储功能。利用a c t i v e x 设计了趋势控件，提高了程 序的开放性和可重用性，使图形界面绘制功能趋于完备。 本文第四章是关于实时数据库的设计，先介绍了实时数据库理论，提出了基 于内存的实时数据库设计方案，分析了实时数据的存储、调度和交互的功能模块， 实现了基于c s 框架下的对实时数据库的访问、存储、查询的基本功能。 本文第五章的内容是软件的接口部分，介绍了c s 模型和相关的协议及技 术，分别实现服务器端和客户端的连接与通讯。与历史数据库的通讯也在本章实 现。 山东大学硕士学位论文 本文第六章介绍了工程实现的概况，该系统利用力控组态软件，将电厂运行 的全貌实时提供，并在线计算锅炉和汽轮机的运行效率，电厂领导可以在线对整 个电厂进行调度和管理。可根据热电厂实际工况计算设定机组目标值，对于偏离 目标值的参数提出报警，提醒运行人员纠正偏差，从而能够降低煤耗，提高机组 运行效率。 最后第七章对本文所做工作进行总结，并对今后工作中需要进一步探索和研 究的问题进行了展望。 研究开发结果表明：该系统将组态软件与优化算法相融合，提高了企业的自 动化和管理水平，节约了能源，改善了劳动条件。热电厂在线监测系统已经在淄 博市周村某热电厂成功应用，运行稳定可靠，达到了设计要求，为企业带来了明 显的经济效益和社会效益。 关键词：在线监控；电厂效率；组态软件设计 山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t c u r r e n t l yc o a l ，o i la n do t h e rn a t u r a le n e r g ys u p p l y i st i g h t ，n a t i o n a le n e r g y s e c u r i t yi s s u eh a sb e e np u to nt h ea g e n d a 。c o r r e s p o n d i n gt ot h ep o w e rp l a n t ，t h e c o m p e t i t i o no fb i d d i n gf o ra c c e s s i o nt op o w e rn e t w o r k sf o r c e st h et h e r m a lp o w e r p l a n tt os a v et h ec o s ta n de n h a n c et h ee f f i c i e n c ya sw e l la sm a n a g e m e n tl e v e l t h e e f f i c i e n c yo ft h eb o i l e ra n ds t e a mt u r b i n ea f f e c t st h et h e r m a lp o w e rp l a n te c o n o m i c i n d i c a t o rm o s t t h i sn e e d st oc a r r yo ne f f e c t i v em o n i t o ra n dt h ea d j u s t m e n to fp l a n t s o p e r a t i n ge f f i c i e n c y ，e n s u r i n g t h ed i s p l a y i n gt h em o s ts u p e r i o rp e r f o r m a n c e t h e r e f o r e ，t h er e s e a r c hw h i c hs u i t st h em i d d l ea n ds m a l ls c a l et h e r m a lp o w e rp l a n t e f f i c i e n c ym o n i t o r i n gm e t h o d ，h a sv e r yi m p o r t a n tt h e o r ys i g n i f i c a n c ea n dt h e u s e v a l u e t h i sa r t i c l es u m m a r i z e dt h em o n i t o r i n gi n f o r m a t i o ns y s t e m sd e s i g nm e t h o d a n dt h ea p p l i e dr e s e a r c hp r e s e n ts i t u a t i o n , a n dh a sc a r r i e do nt h et h e r m a lp o w e rp l a n t e f f i c i e n c ym o n i t o r i n gi n f o r m a t i o ns y s t e m sd e s i g n t h i sa r t i c l ef i r s tc h a p t e ri sa ni n t r o d u c t i o n ，f i r s te l a b o r a t e st h et o p i cb a c k g r o u n d a n dt h es i g n i f i c a n c e ，s u m m a r i z e dt h eq u e s t i o nw h i c hp o w e rp l a n tm o n i t o r i n g i n f o r m a t i o ns y s t e mr e s e a r c h ss i t u a t i o na n dt h ed e v e l o p m e n td i r e c t i o na sw e l la st h e p r e s e n t r e s e a r c hm e e t ，p r o p o s e st h i sa r t i c l ep r i m et a s kc o n t e n t t h i sa r t i c l es e c o n dc h a p t e ri nv i e wo ft h ep o w e rp l a n tm a i ne n e r g yl o s sp a r t i a l b o i l e r sa n dt h es t e a mt u r b i n e ，d i s c u s s e de a c ha s p e c tw h i c hh a sa f f e c t e dt h ep o w e r p l a n te f f i c i e n c y , a sr e g a r d sb o i l e ru s e sp r oa n d c o nz e r o m e t h o dc o u n t i n gm e t h o dt o c o u n te f f i c i e n c y , a sr e g a r d st h es t e a mt u r b i n ei su s e dt o h e a tt h ee q u i v a l e n td r o p m e t h o dt oc a l c u l a t e ，a n da c c o r d i n gt ot h ef i e l dd a t a ，c a r r i e do nt h ee f f i c i e n c yt a r g e t c o m p u t a t i o ns e p a r a t e l y t h i sa r t i c l et h i r dc h a p t e ro fc o n t e n ti sc o n f i g u r a t i o ns o f t w a r eg r a p h i c a li n t e r f a c e d e s i g nw h i c hi sb a s e do nt h ev c + + ，u s e st h eo b j e c t o r i e n t e dm e t h o dt oc a r r y o nt h e v e c t o rc h a r tp l a n ，h a sd e s i g n e dt h ep r i m i t i v ec l a s s ，t h et o o lc l a s s ，t h ec o l l e c t i o nc l a s s ， r e a l i z e st h eg r a p hp l a n ，t h eg r o u pa n dp i c ku pf u n c t i o n s ，a n dw i t he d i ta n ds t o r a g e c a p a b i l i t i e s d e s i g n i n gt r e n d sc o n t r o l si n t h eu s eo f a c t i v e x ，i m p r o v e s t h ep r o c e s so f i i i 山东大学硕士学位论文 o p e n n e s sa n dr e u s a b i l i t y , t h eg r a p h i c a li n t e r f a c em a p p i n gf u n c t i o nt e n d st oc o m p l e t e t h i sa r t i c l ef o u r t hc h a p t e ri sa b o u tt h er e a l t i m ed a t a b a s ed e s i g n ，f i r s ti n t r o d u c e d r e a l - t i m ed a t a b a s et h e o r y , p r o p o s e dr e a l t i m ed a t a b a s ed e s i g np l a nb a s e do nt h e m e m o r y ，h a sa n a l y z e dt h er e a l t i m ed a t am e m o r y , t h ed i s p a t c ha n dt h ei n t e r a c t i v e f u n c t i o n a lm o d u l e ，h a sr e a l i z e dv i s i tt or e a l t i m ed a t a b a s e ，t h em e m o r y , t h ei n q u i r y b a s i cf u n c t i o nb a s e do nt h ec sf r a m e t h i sa r t i c l ef i f t hc h a p t e ro fc o n t e n ti ss o f t w a r e sc o n n e c t i o np a r t ，i n t r o d u c e dt h e c sm o d e la n dt h er e l a t e da g r e e m e n ta n dt h et e c h n o l o g y , r e a l i z et h es e r v e re n da n d t h ec l i e n ts i d ec o n n e c t i o na n dt h ec o m m u n i c a t i o ns e p a r a t e l y i nt h i sc h a p t e ra l s o r e a l i z e st h eh i s t o r i c a ld a t a b a s e sc o m m u n i c a t i o n t h i sa r t i c l es i x t hc h a p t e ri n t r o d u c e st h ep r o j e c tr e a l i z e s ，w es e l e c tt h ef o r c e c o n t r o ls o f t w a r et or e a l i z et h ep r o je c tw h i c hp r o v i d e st h ep o w e rp l a n tm o v e m e n t 。s c o m p l e t ep i c t u r ea n dc o m p u t eb o i l e ra n ds t e a mt u r b i n e so p e r a t i n ge f f i c i e n c y , t h e p o w e rp l a n tl e a d e rm a yc a r r yo nt h ed i s p a t c ha n dt h em a n a g e m e n tt ot h ee n t i r ep o w e r p l a n to n l i n e o p e r a t i o ns t a f fm a y s e tr u n n i n gt a r g e tv a l u e ，i fr e a l t i m ev a l u ed e v i a t e d f r o mt h et a r g e tc a np r o p o s ea l a r mt or e m i n ds t a f ft oc o r r e c td e v i a t i o n so p e r a t i o n ， w h i c hc o u l dr e d u c ec o a lc o n s u m p t i o na n di m p r o v eo p e r a t i n ge f f i c i e n c yu n i t a tl a s t ，t h ea u t h o rs u m m a r i z e sa l lt h ew o r k sw h i c hh a v eb e e nd o n ei nt h et h e s i s ， a n dl o o kf o r w a r df u r t h e re x p l o r a t i o n sa n dr e s e a r c hq u e s t i o n si n t h en e x tw o r k t h er e s e a r c hd e v e l o p m e n tr e s u l ti n d i c a t e d ：t h i ss y s t e mf u s e st h ec o n f i g u r a t i o n s o f t w a r ea n dt h eo p t i m i z e da l g o r i t h m ，e n h a n c e se n t e r p r i s e sa u t o m a t e dl e v e l ，t h e m a n a g e m e n tl e v e l ，s a v et h ee n e r g y ，i m p r o v et h ew o r kc o n d i t i o n t h e r m a lp o w e rp l a n t o n l i n eo b s e r v a t i o ns y s t e ma l r e a d yi nz i b oz h o uc u nt h e r m a lp o w e rp l a n tw h i c hh a s a p p l i e ds u c c e s s f u la n dr e l i a b l e ，a n dt h es y s t e mh a sa c h i e v e dt h ed e s i g nr e q u i r e m e n t s ， h a sb r o u g h tt h eo b v i o u se c o n o m i ce f f i c i e n c ya n dt h es o c i a le f f i c i e n c y k e yw o r d ：o n l i n em o n i t o r i n g ；p o w e rp l a n te f f i c i e n c y ；c o n f i g u r a t i o ns o f t w a r e d e s i g n i v 山东大学硕士学位论文 q ，燃料带入锅炉的热量 q ，锅炉有效利用热量 q ：排烟热损失 q ，化学未完全燃烧热损失 q 。- 机械未完全燃烧热损失 q ，锅炉散热损失 q 。灰渣物理热损失 符号说明 仇锅炉热效率 b - 一料消耗量 q 锄d 煤的低位发热量 a 缸煤的收到基灰分含量百分率 c 越煤的收到基碳含量百分率 s 缸煤的收到基硫含量百分率 c m 飞灰中碳的含量百分数 c 。：炉渣可燃物含量百分数 排烟过量空气系数 c 0 排烟一氧化碳含量 d 锅炉实际蒸发量 d 。锅炉额定蒸发量 t l z 炉膛排出的炉渣温度 k j k g k j k g k i 蚝 k j k g k j k g k j k g k j k g t h k j k g t h t h v 山东大学硕士学位论文 v i t 排烟温度 t o 送风温度 c l z 炉渣比热容 h j 第j 级抽汽的等效热降 h j 第j 级抽汽的焓值 h 。新蒸汽的焓值 h 。低压缸的排气焓值 萄各级加热器的疏水焓值 j 各级加热器的给水焓值 巧给水在第j 级加热器内的吸热量 q j 第j 级抽汽在加热器内的放热量 乃疏水在第j 级加热器内的放热量 q 热力系统循环吸热量 气给水泵的压缩功 n ；汽轮机的膨胀功 7 7 j 第j 级抽汽效率 机械效率 仇电机效率 q 各加热器的抽汽份额 工业抽汽份额 n 。机组额定总功率 d 机组热耗率 k j ( k g i o m w k g k w h 眺 眦 珧 吣 眦 眺 珧 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进 行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何 其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人 承担。 论文作者签名：垄蜀堕里旦日期：塑丝丝 关于学位论文使用授权的声明 本人同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的印刷件和电子 版，允许论文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手 段保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名： 塑塑导师签名：趁弛玺日 期：竺咝丝 山东大学硕士学位论文 1 1 课题的背景及意义 第一章绪论 本论文研究的题目是火力发电厂性能计算与软件实现，该课题对于电厂运 行、维修、管理以及节能工作都有着较为重要的意义。 能源是人类赖以生存和推动社会进步的重要的物质基础。在人类当今所使用 的能源中，绝大部分来自煤炭、石油、天然气等一次能源，这些资源在地球上的 储量是有限的，而且是不可再生的，因此，节能降耗成了全世界范围内的研究课 题。火力发电厂是消耗能源的大户，现在我国火电厂年耗能量约占全国能源总产 量的2 0 ，而且我国的发电能耗水平与发达国家相比还存在较大差距，即使情况 较好火电厂的供电煤耗也高出国际先进水平2 4 7 t 1 1 ，因而降低电厂能耗，提高 能源利用率具有重要意义。 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，往往忽略提高经济性的重要性。随着电力工业改革的深入，电力供需矛 盾的缓和，电力市场化的机制将逐渐形成，厂网分离、竟价上网己成为必然趋势。 在这种形势下，降低发电成本、提高经济性已成为发电厂的迫切需求。发电煤耗 是影响发电厂生产成本的最主要因素，对已有老机组而言，更是其最重要的成本 因素。然而，由于缺乏必要的监测和计量手段，我国现有中小机组大都不能及时、 准确地计算煤耗和经济性，在运行中存在一定的盲目性，很难根据机组的经济状 况指导运行操作以及安排维护和大修。热电厂性能计算和经济性分析就是要解决 火电机组运行中的经济性参数计算这个问题，并确定各种操作和部件性能对机组 经济性影响，从而揭示热电机组运行的经济状况并指出导致经济性降低的各种因 素，为热电厂的安全、经济运行提供参考数据和决策依据。这方面，国内外研究 者已经做了大量的工作。 1 2 国内外电厂监测系统发展现状 从目前国外的发展情况看，机组的在线经济性能分析已经成为支持电厂运行 的必备软件。早期的性能监测是以美国机械工程师学会( a s m e ) 的电站性能试验 山东大学硕士学位论文 规程( p t c ) 为基础的，不过由于当时测量元件不可靠等一些技术性问题，电站性 能监测仅仅完成少量指标的计算【2 1 。直1 1 1 ) t , 十年代，随着计算机和通信技术的飞 速发展，电站大型机组的运行管理要求日益提高，电站性能监测逐渐向机组整体 及各部分性能分析和诊断方向发展。在这一过程中，许多科研机构取得了不少成 果【3 】。例如，西屋电力公司开发研究的电站性能监测和诊断软件的实用性就很强， 采用了基于窗口的图形用户界面、健全的数据基础并且能够与d c s 相兼容以满 足电站的实际需要。这些性能监测软件既能对整个电站性能进行监测，又能提供 一系列专门设备的监测模型，用户可以根据自己的需要进行组装【4 】【5 嗣。目前已 经投入商业性应用的性能监测软件大都具备以下功能：( 1 ) 有效的测量数据；( 2 ) 实时分析电站性能；( 3 ) 运行中诊断出现的问题；( 4 ) 分辨出某一单独设各的性能 下降情况；( 5 ) 进行不同策略的仿真；( 6 ) 计算维修后将获得的效益【2 】。 由美国电力研究所( e p r i ) 组织开发研制的运行能源管理系统( o e m ) 是电站 在线性能监测与诊断的一个有效应用【_ 丌。此运行能源管理系统通过在线优化设备 调度使电站以最小的费用满足当前的负荷要求，它以设备能量转换特性和电站运 行负荷为知识基础，通过运算快速而准确的确定单元机组优化配置和电站运行的 轮廓。这一技术在联合循环电站中得到了良好的应用。e p 在提高热效率方面 做的另一项有益的工作便是负责组织开发研制了一个降低热耗的专家系统，用它 来分析和诊断燃煤电站热效率和可控参数的偏差和趋势，从而提供合理的性能偏 差原因并提供校正动作【8 】。e p r i 开发的电厂监测工作站是一套独立的在线诊断 子系统。可以诊断和分析整个电厂及电厂中每个设备的运行情况。运行人员可以 根据信息来调整运行；检修人员可以根据信息确定检修任务；工程技术人员可以 判断设计改进效果。该工作站可以得到的典型的计算结果包括：锅炉效率、汽轮 机效率、汽机循环热评价、冷凝器运行情况、给水加热器运行情况、可控的损失 参数、在线机组递增热效率、不确定性分析等。 另外还有许多公司，在故障诊断方面做了大量的研究，如美国的r a d i a l 公 司；日本的东芝电器、日立电气和三菱重工；欧洲的法国电力部、瑞士的a b b 公司、德国的西门子公司等1 9 。德国西门子公司开发的在线故障诊断系统能根据 运行工况，通过数学模型的计算获得热力参数的期望值，并将这些计算值与实时 测量值进行比较，发现其中存在的偏差，进而对热力系统的运行进行评价。 2 山东大学硕士学位论文 我国自八十年代中期，开始引进国外大型发电机组，在最初的一段时期内， 由于电站设备昂贵和电站运行水平的限制，电站工作人员主要关心设备的安全性 而较少考虑机组的整体性能，加之早期d c s 是各自厂商自行研制的专用操作系 统，二次开发难度大，因此在性能监测方面研究较少。后来，随着电站运行水平 不断提高，安全性有了足够的保障，电站人员的注意力才转移到对机组整体性能 的追求上。譬如我国的清华大学【1 0 1 、东南大学【l l 】、西安交通大学【1 2 】等科研院校 先后在望亭电厂、南京热电厂等投运了所研制的火电机组性能监测系统，设计了 一些基于c s 结构的管理信息系统，实现了现场数据信息化的成果。 在山东，鲁能软件公司与山东电力研究院推出的发电厂厂级监控信息系统 l n d l s i s e l 3 】是以自主核心技术为基础形成的功能完备、技术领先的特色鲜明的 电厂智能化解决方案。它是一个真正分布式、平台化的管控一体化系统。该系统 的特点是：( 1 ) 自主核心技术的网络计算平台和专家系统平台，使用简便、配置 灵活，将工业级网络、计算机系统与全球领先的主流实时数据库优化组合设计， 构成一个真正适应工业环境要求的实时监控与智能应用系统；( 2 ) 集成了众多电 厂运行、控制、检修、节能、管理专家的思想与经验，经过大量工程检验，性能 指标和实用化程度处于国内领先水平；。( 3 ) 以物理隔离、防火墙、数据库与应用 程序控制为核心的多层次、立体化的安全控制和防护策略，确保控制网络和系统 本身的安全和可靠性。 l n d l s i s 作为近几年刚推出的监控系统，其功能也是全面的。除了具备常 规的实时与历史数据库、生产过程实时控制、过程信息统计分析、厂级及机组性 能计算、经济性能指标分析等监控系统常规的功能，还具有比较特色的功能，如 运行优化与操作指导、机组性能的在线仿真试验、负载优化分配与经济调度、设 备的状态监测与故障分析、设备的寿命分析与管理及远程专家系统等。作为一家 致力于电力信息化领域研究和开发，熟悉发电企业生产、管理流程的软件公司， 它推出的l n d l s i s 具备一定的市场竞争力。 由于电厂监控信息系统以提高发电企业整体效益为目的，为管理层的决策提 供真实、可靠的实时运行数据，为市场运作下的企业提供科学的经济性指标，所 以尽管它的提出的时间不长，但在技术研究和产品开发方面，已受到国家科研院 所重视。国家电力公司已把电厂监控信息系统的研发列为2 0 0 2 年重大科技项目， 山东大学硕士学位论文 已成为2 0 世纪9 0 年代开始的分散控制系统( d c s ) 之后又经济增长点。虽然电 厂监控信息系统的研究已取得了不少成果，但从目前国内市场来看，电厂信息系 统的研发尚处在发展阶段，另外这些研究成果的实施对象都是国内大型火电厂， 对于一些中小型的热电厂难以利用。国内中小型热电企业d c s 普遍配置较低， 只能用于生产的实施数据采集和常规监控。不少系统提供单位的背景是软件开发 商或系统集成商，缺乏足够的行业应用背景。有些企业为了提高管理水平，运用 计算机和网络技术，也建成了类似大型电厂的信息管理系统( m i s ) ，但主要是为 全厂运营调度、生产和行政管理工作，在热电企业生产过程实时数据采集和m i s 之间缺乏承上启下的实时过程监控系统。 就国内火电厂热经济性计算方法而言，传统上采用热平衡法，之后又发展了 等效焓降法【1 4 】【1 5 】、佣方法( 1 6 】、循环函数法【1 7 】以及矩阵分析法【1 8 】等各有优缺点。 本文在实践中，对于锅炉使用了传统教科书里面的正反平衡法，对于汽轮机的效 率计算，由于传统方法复杂，不适合计算机在线计算，因此采用比较简便的等效 热降法。下面简单介绍一下等效焓降方法。 “等效焓降法 7 0 年代产生于苏联，然后引入我国。西安交通大学林万超教 授在这一领域做了大量工作，使得这一方法在我国得以推广。等效焓降是以新蒸 汽流量保持不变为前提条件的，以加热器为研究主体，假设从热力系统中某- j j o 热器加入外热量q ，考虑所加入的热量对机组后面各部分的影响，推导出汽轮 机做功量的变化，同时也就得出了对汽轮机效率的影响。这样由低到高可以得到 各级的抽汽效率，等效焓降法就是利用抽汽效率碾代表各级抽汽的这一特性。借 助这些参数可以对热力系统的局部进行定量分析，从而避免了热力系统局部发生 变化后，需要对整个热力系统进行重新计算。 简化计算和局部定量是等效焓降法的主要特点。在计算等效焓降时，认为新 蒸汽参数、再热参数、终参数以及各抽汽参数已知，且保持不变，即汽轮机膨胀 过程线的变化暂时不考虑，所有这些是建立等效热降概念的前提条件。论文将在 第二章详细推导各等效焓降的计算方法，并在最终项目中，应用等效焓降计算汽 轮机装置效率和汽耗。 从上面国内外学者在火电厂热经济分析与计算领域的研究的进展，可以看出 以下一些特点： 4 山东大学硕士学位论文 1 研究方向已由原理研究转为实用方法研究 从目前看，已经存在许多火电厂的经济性分析方法，从不同的角度看有不同 的分类方法。由于这些方法的原理已经比较成熟，所以现在研究的方向已经逐渐 由研究基本原理发展到研究新的适合计算机技术的实用方法。 2 现有的经济性分析在原理上还存在难点 现在大部分原理采用定流量的方法来计算各级抽汽量以及各个经济型指标， 由于定流量方法的计算前提条件、实用性、工作量等方面有其独到的长处，也存 在着不完美的地方。在电厂现场中，技术人员更感兴趣的是分布在热力系统的各 部分能量损耗与总损耗的关系，而不是具体的经济性指标。经济性分析原理在适 应计算机技术而发展的同时，在基本理论上也存在尚需解释的一些问题。 1 3 论文的内容安排 本文的主要研发工作是借鉴大型火电厂监测信息系统等高新技术项目的功 能特征，根据我国热电行业的特点，针对影响热电机组运行效率的主要设备锅炉 和汽轮机，开发一套基于力控组态软件的热电厂新型低成本s i s 系统。本文作者 积累了一些组态软件的使用经验后，学习编程知识，参考现有组态软件及相关书 籍文献，设计出具备基本功能的组态软件的实现，这部分在论文也将有相应介绍。 下面是论文的内容安排： 本文第一章为绪论，首先阐述了课题的背景与意义，综述了目前国内外电厂 监控信息系统研究的现状和发展方向以及目前研究中遇到的问题，提出本文的主 要工作内容。 本文第二章针对电厂的主要能量损耗设备锅炉和汽轮机，详细讨论了影响电 厂效率的各个方面，对锅炉利用正反平衡法计算效率，对汽轮机则采用等效热降 法来计算，并根据现场数据，分别进行效率指标计算。并针对效率计算中遇到的 两个难点问题提出相应的解决方法。 本文第三章内容是基于v c + + 的组态软件图形界面设计，利用面向对象方法 进行矢量图绘制，设计了图元类、工具类、拾取类等，分别实现图形绘制、成组 和拾取功能，并具有编辑和存储功能。利用a c t i v e x 设计了趋势控件，提高了程 序的开放性和可重用性，使图形界面绘制功能趋于完备。 山东大学硕士学位论文 本文第四章是关于实时数据库的设计，先介绍了实时数据库理论，提出了基 于内存的实时数据库设计方案，分析了实时数据的存储、调度和交互的功能模块， 实现了基于c s 框架下的对实时数据库的访问、存储、查询的基本功能。 本文第五章的内容是软件的接口部分，介绍了c s 模型和相关的协议及技 术，分别实现服务器端和客户端的连接与通讯。与历史数据库的通讯也在本章实 现。 本文第六章介绍了工程实现的概况，该系统利用力控组态软件，将电厂运行 的全貌实时提供，并在线计算锅炉和汽轮机的运行效率，电厂领导可以在线对整 个电厂进行调度和管理。可根据热电厂实际工况计算设定机组目标值，对于偏离 目标值的参数提出报警，提醒运行人员纠正偏差，从而能够降低煤耗，提高机组 运行效率。 最后第七章对本文所做工作进行总结，并对今后工作中需要进一步探索和研 究的问题进行了展望。 山东大学硕士学位论文 第二章热电厂效率计算方法 热电厂效率分析应当考虑哪些方面? 性能监测的指标是如何提出来的? 这 些问题都是开展热电厂性能监测工作必然遇到的问题。本章从分析和确定能量损 失的内涵出发，通过推导证明，对上述问题及其基本原理进行清晰的分析和解释。 在热电厂里，设备性能的好坏、运行人员现场操作的水平，都体现在热电厂 的各种总体运行指标以及机组运行的参数上面。同时，对于一个热电厂而言，发 电效率是影响经济效益的主要一环。提高发电效率、降低煤耗是节能工作的核心。 因此节能诊断就是要抓住发电效率这重要环节，研究热力系统中各种设备的运行 参数对发电效率的影响，从而确定可控能损的存在方式和大小，为运行人员的操 作以及管理人员的停机维修决策提供科学依据。在计算电厂发电效率过程中，将 电厂的发电效率分解为锅炉效率、管道效率、汽轮机绝对内效率、机械效率和发 电机效率的乘积【1 9 1 。在这五个装置分效率中，锅炉和汽轮机系统由于涉及到复 杂的热力过程和热动力循环，不仅热部件和参数繁多，而且往往各项参数相互影 响，所以在本章中，将对这两个热力系统进行理论分析和计算，试图得到较为可 行的电厂效率计算方法。 该论文效率的计算对象是淄博周村某热电厂，其装备有三台1 3 0 吨循环流化 床锅炉，两台2 5 m w 的抽汽式汽轮机，该汽轮机为高压、单缸、单抽汽、冲动 式汽轮机，与锅炉、发电机及其附属设备组成一个成套的供热发电设备。 2 1 锅炉机组热平衡效率 锅炉效率是表征锅炉经济运行状况的主要经济指标，无论是在电站锅炉性能 鉴定、机组考核试验还是在实时监控的应用中，都需要一些比较完善、可靠的计 算效率的方法【2 0 1 。 效率的计算主要是根据锅炉热平衡原理。所谓的热平衡是指输入锅炉机组的 热量与锅炉机组输出热量之间的平衡。由于各种原因，进入炉内的燃料不肯能完 全燃烧，而且燃烧放出的热量也不会全部被有效利用，会有各种热量损失的产生。 7 山东大学硕士学位论文 在锅炉机组稳定的热力状态下，1 埏燃料带入炉内的热量，锅炉有效利用热量和 热损失间的关系为： q ，2q l + q 2 十q 3 + q 4 + q 5 + q 6 ( 2 1 ) 将上式都除以输入热量q ，则锅炉热平衡方程可用输入热量百分比来表示： 1 。q l + q 2 + q 3 + q 4 + q 5 + q 6 ( 2 2 ) 式中 q t 一有效热量或各项损失占输入热量百分比，q i2 导( i = 1 ，2 ，6 ) 锅炉热效率简称锅炉效率，是指锅炉有效利用热量与输入热量的百分率，即： 仇2 q 1 = q q _ _ ! ，- 1 0 0 - ( q 2 + q a + q 4 + q s + q 6 ) ( 2 _ 3 ) 2 2 锅炉效率计算模型 2 1 1 正平衡方法 用已知燃料消耗量及有效利用量来计算锅炉效率。公式如下： 2 匠q i ( 2 4 ) 正平衡的计算方法要求输入入煤的流量和发热量。但对煤的测量手段还不完 善，因而测量的精度和可靠性均没有达到工程要求。对于小型锅炉，其热效率可 用正平衡方法给出。 在实际使用中煤种的变化在一个班内基本保持不变，所以项目中选择离线测 量低位发热量，在线输入。对于测量煤消耗量，一般是用给煤机转速m 代替。 2 1 2 反平衡方法 煤在锅炉燃烧过程中，可燃物质与空气中的氧发生化学反应放出热量，生成 二氧化碳、水、二氧化硫、三氧化硫及氮氧化物等高温烟气。由于水在燃烧产物 中只能以气态存在，所以燃烧放出的热量不包括水的汽化潜热，此时煤的发热量 以低位发热量为准。燃烧后，煤中的水分汽化成气体随排烟一起排入大气。煤中 山东大学硕士学位论文 的灰分不可燃，一部分随排烟一起排入大气，称为飞灰；另一部分落入炉底，作 为炉渣排出。 烟气与汽水系统进行热交换，放出热量，温度降低，然后排出锅炉。在热交 换过程中，给水被加热成过热蒸汽。损失项有排烟热损失、固体未完全燃烧损失、 气体未完全燃烧损失、散热损失及灰渣热损失。即： = 1 一q 2 - q s - q 4 一q 5 一q 6 ( 2 5 ) 反平衡计算过程 1 排烟热损失 排烟热损失q ：是由于锅炉排烟带走了一部分热量造成的排烟热损失。具有 相当高温的烟气离开锅炉排入大气，而这部分热量不能得到利用造成排烟热损 失。但排烟的热量并非全部来源于输入热量，其中还包括冷空气带入炉内的那部 分热量，因此在计算排烟热损失时应扣除这部分热量。 排烟热损失的计算公式为 旷挚o o p 6 ， q ：由两部分组成，一是干烟气带走的热量q 盯，二是烟气中水蒸汽的显热 q h ，o 。计算公式分别如下： q 黜= v c p y ( t p y t o ) ( 2 _ 7 ) q h ：o = v h 2 0 c p h ：o ( t p y t o ) ( 2 8 ) 式中 、v - h ：o 实际干烟气容积、烟气中水蒸汽容积，m 3 k g ； c p y 、c p h 2 0 干烟气从t 。到t p y 温度时定压比热容、烟气中水蒸汽在t 阿 温度时的定压比热容，k j ( m a k ) ； 一般情况下，q ：在各种热损失中最大，可以达到4 8 。当燃煤时，排 烟热损失q ：可用下式计算 q ：地咿k ：) 等( ) ( 2 - 9 ) 9 山东大学硕士学位论文 式中 k 。、k 2 简化系数，对于烟煤，可分别取3 5 4 、0 4 4 ； 2 化学不完全燃烧热损失 化学不完全燃烧热损失q ，是由于烟气中含有可燃气体c o 造成的热损失。由 于大型煤粉锅炉基本上是完全燃烧，所以q 3 很小。该项热损失由排烟中的未完全 燃烧产物( c o 、h 2 、c h 。、c m h m ) 的含量决定。由于h 2 、c h 。、c m h m 含量较少，平 时反平衡计算时一般只考虑一氧化碳( c 0 ) ，q ，的计算公式为 、v ， q 32 q 。比g y 盯( 1 2 6 3 6 c o ) ( 1 一q ) ( 2 1 0 ) 根据二氧化碳、二氧化硫、一氧化碳成分容积含量百分率的定义，存在如 下关系，即 即 呱+ s o ：+ c o = 等圳o + 等川o + v c _ _ _ q o 枷。 r o ：+ c o = 二尘垒等1 0 0 盱 所以= 黼1 0 。 ( 2 1 1 ) 由于l 埏碳不管生成c o ：还是c o ，其生成的烟气容积都是1 8 6 6 m 3 ，因而 l k g 燃料中的碳燃烧生成的烟气容积可写为 l o v c 0 2 + v c o = 1 8 6 6 1 c o o a r 同时由于g s o o 7 盖 因此 v q 32 芒0 2 6 3 6 妃o ) ( 1 - q 4 ) q 。d 盯r 0 2 + c o ( 1 一q 。)( 2 1 2 ) 3 固体未完全燃烧热损失 固体未完全燃烧热损失q 。，也称机械未完全燃烧热损失，主要是由锅炉烟 山东大学硕士学位论文 气带走的飞灰和炉底放出的炉渣中含有未参加燃烧的碳所造成的。固体未完全燃 烧热损失有两部分组成：炉渣热损失、飞灰热损失。炉渣热损失指未燃尽的燃料 与渣在一起，一同排入灰斗所造成的损失；飞灰热损失指未燃尽的燃料与灰在一 起，随烟排出所造成的损失。 旷警c 箍+ 盎m 慨 式中3 3 7 2 7 碳的发热量 4 散热损失 散热损失q ，是由于运行中锅炉内部各处的温度均高于外部温度，使一部分 热量散失到空气中所造成的散热损失。散热损失q ，计算公式为 q ，告( 2 - 1 4 ) 式中 q ；额定蒸发量下的散热损失( 可查表求取) 额定负荷下的锅炉散热损失也可按下式计算，即 q ；= 5 8 2 ( d 。) 们8( 2 15 ) 5 灰渣物理热损失 灰渣物理热损失即炉渣、飞灰与沉降灰排出锅炉设备时，所带走的显热占输 7 入热量的百分比，其计算公式为 1 0 0 一c m h ( t o h - t o ) h 1 0 0 1 0 0 一c 咖 飞灰、炉渣和沉降灰的比热容也可按下式计算 c 20 7 1 + 0 0 0 0 5 0 2 t p y ( 2 1 6 ) 影响灰渣物理热损失的主要因素是燃料灰分、排渣量的大小和温度高低。 2 1 3 锅炉经济型指标计算 下面针对周村某热电厂锅炉y g - 1 3 0 9 8 m 型锅炉，进行锅炉效率计算，最 后将在附录列