火電廠熱力系統(tǒng)定量分析通用模型設(shè)計(jì)
【摘要】在等效熱降理論的基礎(chǔ)上，提出2個(gè)新的分析參量抽汽熱流與抽汽熱流系數(shù)，使得實(shí)際循環(huán)內(nèi)功和循環(huán)吸熱量的計(jì)算公式具有同一形式，且公式的物理意義明確，并由此導(dǎo)得熱力系統(tǒng)定量分析的通用模型。其分析方法及導(dǎo)出的通用模型，可方便地應(yīng)用于熱力系統(tǒng)的節(jié)能潛力判斷與優(yōu)化分析。
【關(guān)鍵詞】火電廠；熱力系統(tǒng)；定量分析；通用模型
1．引言
火電廠熱力系統(tǒng)定量分析對(duì)火電廠的工程改計(jì)、運(yùn)行管理和技術(shù)改造，都是一項(xiàng)重要的技術(shù)工作。過(guò)去通常采用常規(guī)熱平衡方法進(jìn)行計(jì)算，其缺點(diǎn)是計(jì)算過(guò)程繁雜，對(duì)熱力系統(tǒng)的局部定量分析需要進(jìn)行全面計(jì)算。近年來(lái)發(fā)展和運(yùn)用的等效熱降法克服了常規(guī)熱平衡方法的一些缺點(diǎn)，使得熱力系統(tǒng)的整體計(jì)算和局部定量分析都大為簡(jiǎn)化，但對(duì)再熱機(jī)組的定雖分析尚不夠完善。等效熱降分析中，由于采用了抽汽等斂熱降和抽汽效率2個(gè)參量，使得實(shí)際循環(huán)內(nèi)功的計(jì)算非常簡(jiǎn)便，但對(duì)實(shí)際循環(huán)吸熱量的計(jì)算仍缺少有效的手段。為此本文作者提出2個(gè)新的分析：參抽汽熱流與抽汽熱流系數(shù)，使得實(shí)際循環(huán)內(nèi)功和循環(huán)吸熱量的計(jì)算公式具有同一形式。公式的物理意義明確，并由此導(dǎo)得熱力系統(tǒng)定分析的通用模型。
2．熱系統(tǒng)等效熱降分析方法
火電廠熱力系統(tǒng)，由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、參數(shù)繁多，運(yùn)行過(guò)程中導(dǎo)致能損的變動(dòng)因素也很多。定量分析熱力系統(tǒng)中各種變動(dòng)聞素對(duì)火電廠熱經(jīng)濟(jì)性的影響，需要借助于熱平衡計(jì)算。根據(jù)熱力循環(huán)效率的定義可知，快速準(zhǔn)確地計(jì)算符種變動(dòng)素對(duì)實(shí)際循環(huán)內(nèi)功和循環(huán)吸熱量的影響值，△H，和△Q，是熱力系統(tǒng)定分析的關(guān)鍵。
等效熱降法是在常規(guī)熱衡基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的熱力系統(tǒng)定量分析方法，用它對(duì)熱力系統(tǒng)進(jìn)行定量分析較為便捷。等效熱降法之所以簡(jiǎn)化分析計(jì)算，是因?yàn)樗S持循環(huán)總工質(zhì)量不變的前提下，導(dǎo)出了2個(gè)分析參量——抽汽等效熱降H，和抽汽效率Q。其數(shù)學(xué)模型如下：
3．新的分析參量
再熱機(jī)組的局部定量分析，由于再熱冷段及其前的局部變動(dòng)會(huì)引起再熱蒸汽吸熱量的變化，而現(xiàn)有的分析方法（變熱量分析）在計(jì)算其變化值（△Qn）時(shí)，仍較繁雜。為此，本文作者提出2個(gè)新的分析參量，以求簡(jiǎn)化。
為了簡(jiǎn)化再熱機(jī)組的定分析，并使得H和Q、△H和△Q附通用數(shù)學(xué)模型具有統(tǒng)一的形式，我們參照抽汽等放熱降和抽汽效率的概念，提出2個(gè)新的分析參量抽汽熱流和抽汽熱流系數(shù)。在物理意義是：抽汽熱流（Qny）表示j級(jí)抽汽流對(duì)回?zé)嵛鼰崃康挠绊懗潭�；抽汽熱流系�?shù)（§）表示回?zé)嵯到y(tǒng)中，j級(jí)排擠1kg抽汽時(shí)，該抽汽放熱流轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)際循環(huán)吸熱量的份額。根據(jù)以上定義，仿照H1和q1的公式推導(dǎo)得出：
4．熱力系統(tǒng)定量分析的通用模型
4．1整體定量分析模型
根據(jù)再熱機(jī)組等效熱降分析，新蒸氣的等效熱降，即單位工質(zhì)的實(shí)際循環(huán)內(nèi)功為：
4．2局部定量分析模型
火力發(fā)電廠熱經(jīng)濟(jì)性計(jì)算是設(shè)計(jì)熱力系統(tǒng)，分析、指導(dǎo)已運(yùn)行電廠的安全經(jīng)濟(jì)性的重要手段�，F(xiàn)在常用的計(jì)算方法有熱平衡法、等效熱降法、循環(huán)函數(shù)法和分析法等，上述方法已成為火電廠熱力系統(tǒng)熱經(jīng)濟(jì)性計(jì)算的有力工具。但是，這些方法對(duì)不同型式的熱力系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算時(shí)缺乏通用性。通過(guò)對(duì)不同型式非再熱機(jī)組熱力系統(tǒng)的分析與計(jì)算，找出熱力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性計(jì)算中不同型式換熱器的內(nèi)在計(jì)算規(guī)律，建立熱力系統(tǒng)通用計(jì)算模型，簡(jiǎn)化計(jì)算步驟，優(yōu)化電算程序，提高運(yùn)算速度和通用性，對(duì)火電廠進(jìn)行熱力系統(tǒng)熱經(jīng)濟(jì)性計(jì)算、機(jī)組在線監(jiān)測(cè)和機(jī)組熱力系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)都有重要實(shí)用價(jià)值。
火電廠熱力系統(tǒng)局部定量分析類(lèi)目繁多，歸結(jié)起來(lái)可分為3大類(lèi)：第1類(lèi)是：質(zhì)熱量進(jìn)出熱力系統(tǒng)，如工質(zhì)熱付損失、外部熱源利用等；第2類(lèi)是回?zé)嵩O(shè)備進(jìn)、出口參數(shù)變化或系統(tǒng)連接方式的局部變動(dòng)，如加熱器端差變化、疏水連接系統(tǒng)的切換等；第3類(lèi)是循環(huán)的蒸氣參數(shù)變化，如汽輪機(jī)進(jìn)汽參數(shù)和排汽參數(shù)的變化。
為使分析過(guò)程簡(jiǎn)化，并易于應(yīng)用。
4．3同質(zhì)熱量進(jìn)出熱力系統(tǒng)
同質(zhì)熱量進(jìn)出熱力系統(tǒng)，一般不會(huì)引起同熱設(shè)備進(jìn)出口值的變化，因而相應(yīng)能級(jí)上的抽汽流變化易于確定。對(duì)于純熱量進(jìn)出熱力系統(tǒng)，可根據(jù)分析參量的定義，得到簡(jiǎn)單的計(jì)算公式。在維持循環(huán)總質(zhì)量不變的前提下，工質(zhì)進(jìn)出熱力系統(tǒng)定其自成一虛擬的閉臺(tái)路，分析時(shí)，只要沿著虛擬路線考察熱堵的變化和使用能級(jí)的變化，即可方便地求得△H和△Q。在分析中可將回質(zhì)帶的熱量人為地定作：部分是純熱量；另一部分是1kg頂替lkg，即沿著虛擬回路作質(zhì)數(shù)量的頂替或補(bǔ)充，這樣就避免了計(jì)算抽汽流量變化的復(fù)雜過(guò)程，使得△H和△Q的計(jì)算既簡(jiǎn)單義直接。譬如，向加熱器引入一股外來(lái)蒸氣，則其定量分析式為：
5．應(yīng)用模型進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)和變工況計(jì)算
由于該模型是通用模型，參數(shù)用數(shù)據(jù)矩陣的形式，因此可以通過(guò)修改參數(shù)矩陣表進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)和變工況計(jì)算。當(dāng)矩陣的某項(xiàng)發(fā)生改變時(shí)，對(duì)應(yīng)的數(shù)學(xué)模型及其有關(guān)參數(shù)也發(fā)生相應(yīng)的改變。這對(duì)機(jī)組熱力系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和變工況計(jì)算帶來(lái)了很大方便。
優(yōu)化設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)熱力系統(tǒng)時(shí)，往往需要修改換熱器的熱力參數(shù)、換熱器型式和組臺(tái)方式來(lái)分析比較其經(jīng)濟(jì)性以確定最佳熱力參數(shù)和系統(tǒng)組態(tài)。在常用算法中，一般某個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)發(fā)生變化，整個(gè)系統(tǒng)的計(jì)算方法也要全部改變，計(jì)算相當(dāng)復(fù)雜。應(yīng)用本模型設(shè)計(jì)的通用熱力系統(tǒng)設(shè)計(jì)程序，設(shè)計(jì)人員只需要改變參數(shù)矩陣的有關(guān)數(shù)據(jù)，計(jì)算機(jī)就自動(dòng)設(shè)計(jì)出相應(yīng)的熱力系統(tǒng)，并對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的熱經(jīng)濟(jì)分析。
變工況計(jì)算在變工況計(jì)算中，由于系統(tǒng)熱力參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)都有可能發(fā)生變化，常用算法都需要有一確定的熱力系統(tǒng)模型。而在變工況運(yùn)行時(shí)，模型往往發(fā)生了改變，因此還要修改算法才能滿(mǎn)足實(shí)際計(jì)算要求，這就增加了計(jì)算的復(fù)雜性，而且缺乏通用性。用本模型設(shè)計(jì)的熱力系統(tǒng)變工況計(jì)算程序，只需輸入數(shù)據(jù)矩陣中的有關(guān)參數(shù)，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)根據(jù)實(shí)際運(yùn)行工況進(jìn)行變工況計(jì)算，這也為設(shè)計(jì)通用在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)帶來(lái)了方便。
6．結(jié)論
利用本模型編制的熱經(jīng)濟(jì)性分析程序可以適用不同非再熱機(jī)組的熱力系統(tǒng)，應(yīng)用所建的模型編制的通用熱經(jīng)濟(jì)性分析程序?qū)ι鲜?00Mw機(jī)組設(shè)計(jì)工況進(jìn)行了分析計(jì)算，利用本文模型和其它方法計(jì)算機(jī)組換熱器抽汽份額的計(jì)算結(jié)果與熱平衡法、循環(huán)函數(shù)法的計(jì)算結(jié)果比較可知，本文提出通用計(jì)算模型的計(jì)算結(jié)果與其它常用方法的計(jì)算結(jié)果是一致的，但本方法更為簡(jiǎn)捷，通用性更強(qiáng)。主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
1）本文提出的火電廠熱力系統(tǒng)通用定量分析模型可適用不同型式非再熱機(jī)組的熱力系統(tǒng)，具有簡(jiǎn)捷、通用性，有利于采用計(jì)算機(jī)對(duì)不同型式的熱力系統(tǒng)進(jìn)行熱經(jīng)濟(jì)性計(jì)算。
2）利用本文模型可以編制適用于不同型式非再熱機(jī)組的熱力系統(tǒng)熱經(jīng)濟(jì)性計(jì)算通用程序。
3）利用本文模型使得熱力系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和變工況計(jì)算更為通用、簡(jiǎn)捷，通過(guò)改變數(shù)據(jù)矩陣中的有關(guān)數(shù)據(jù)，不需修改算法就可以直接分析變工況和設(shè)計(jì)工況下的熱經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。
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