电厂性能计算与耗差分析计算模型

电厂性能计算与耗差分析计算模型电电电厂厂厂性性性能能能计计计算算算与与与能能能损损损分分分析析析模模模块块块计计计算算算通通通用用用说说说明明明书书书222000000777年年年555月月月电厂性能计算与耗差分析计算模型概述电厂是消费一次能源生产二次能源的耗能大户，电厂节能降耗不仅是提高热经济性，而且是有关环境污染，可持续发展的大事，国内外对节能降耗工作非常重视。美国EPRI电力研究院通过调查发现，即使主力机组，其发电标准煤耗率远高于设计标准煤耗率，并将该课题研究列为仅次于四管爆破的第二研究课题。目前在国外尚无新的研究进展情况报道。在我国有很多高等学校和电力科学研究单位正在进行电厂节能降耗的研究及系统开发工作。现有资料表明，国内的研究在两个方面存在致命弱点。一是在线监测机组能耗率时，以主蒸汽流量或给水流量为重要的被测参数，由于流量仪表测量误差较大，在线监测系统运行煤耗率也较大。二是进行煤耗偏差分析时采用等效焓降法或循环函数法等，这些方法只适用于通流参数达到额定参数时的系统静态分析，对于通流参数变化对煤耗率的影响偏差计算无能为力。本项目在建立模型方面，针对以上问题进行了研究和改进，并使用先进的开发环境、技术，开发出先进的系统。基本利用系统的在线数据对系统的能耗指标进行在线计算分析，开发出先进的节能降耗分析与指导系统。重点解决三个技术问题。1、摒弃以主蒸汽流量为主要参数的能耗率指标计算方法，利用系统中众多的压力、温度参数以及国际水蒸气性质计算公式进行系统热力计算，使在线的能耗率指标准确可靠。用于热力系统计算的全信息热力系统汽水分布方程已开发，并入选1999年动力工程国际会议论文。2、由于汽轮机尾部工质处于湿饱和蒸汽状态，而目前实用的湿度测量仪表尚无开发产品，因此要研究汽轮机尾部（末一、二级）变工况问题。本项目在计算低压缸末级排汽焓时引入了改进型弗留格尔公式，用它来进行排汽焓的计算，结果精度已经达到实用要求。关于弗留格尔公式的改进也于2002年在《中国科学》上发表。3、能耗影响偏差分布的研究。即使在线能耗率以及总能耗偏差（在线值与设计值之差）准确，但是由于原因复杂（设备运行原因可高达三十多项），各项原因又彼此相互关联，影响。因此有可能产生能耗偏差的重叠，漏算现象，使得各项原因产生的能耗偏差之和与计算的总能耗偏差不符。本项目在进行耗差分析时，引入系统工程的分析方法，预期达到的经济指标为在线能耗率指标准确度大于99％，单项原因能耗率偏差指标准确度大于95％，总能耗偏差与单项原因偏差之和误差不低于90％。电厂性能计算与耗差分析计算模型计算模型性能计算与能损分析工作流程如下：1、数据采集数据采集模块用于读取数据库中的实时数据和历史数据。2、数据处理数据处理模块采用目前先进的数据处理方法，经过多次多层数据筛选，从现场测点数据中选定可用的实时数据，避免了由于各种噪声产生的数据失真。对于关键的错误测点数据，根据模型分析和历史数据挖掘相结合的数据预测方法，确定其运行参数的应达值，并用此数据代替错误的测点数据。应用以上方法可以保证计算的客观性和准确性。3、热经济性指标计算与耗差分析具体计算方法详见附录一与附录二。4、数据存储与显示此模块用于将在线计算的结果写入数据库，以便在界面中显示或为其它高级应用模块提供基本分析数据。电厂性能计算与耗差分析计算模型附录一：热经济性指标计算与耗差分析计算模型（简介）本模型是建立在电厂现有的实时数据基础之上，通过在线监测锅炉、汽轮机、泵和风机以及整个热力系统有关测点，实时分析整个热力系统的热经济性，并定量的查找热耗偏高的部位和原因，准确地对热力设备和系统的技术改造以及运行方式的改进提供指导，从而提高电厂的运行和管理水平，以达到机组安全经济运行的目的。性能计算模型是基于经济性能计算基于下列标准：„ASME„中华人民共和国电力行业标准（DL/T—20）：《火力发电厂技术经济指标计算方法》应用先进的热力系统计算的全信息热力系统汽水分布方程，并通过吸热量方程和功率方程得到机组效率。通过对锅炉效率、发电机效率、管道效率、机械效率、散热损失和厂用电率的计算可以得到机组的发电煤耗率以及相应的供电煤耗率。以浙能兰溪电厂600MW超临界机组为例，其汽水分布方程如下：⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡888888887777777666666555554444333221qqqqqqqqγγγττττγγττττγττττγτττγγγγγγ⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡++−+−fkfdxfbflDDDDDDDDDDDDD87654311+⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡−+−−−+)()(000)()(00840wcfkfkfdfdfbfbpsblhhDhhDhhDDDDτγ=⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡−+−+−+−+−+−+−+−+sblsblsblsblsblssblssblssblDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDγγγγγ00000000⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡87654321ττττττττ以上矩阵方程中的各项不做具体解释，相应方法参考1999年动力工程国际会议论文。功率方程为：W=(h0+Sgama-hc)-a1(h1+Sgama-hc)-a2(h2+Sgama-hc)-a3(h3-hc)-a4(h4-hc)-a5(h5-hc)-a6(h6-hc)-a7(h7-hc)-a8(h8-hc)-(afC+afA)(h0+Sgama-hc)-afG(hfG+Sgama-hc)-(afB+afC1+afF1)(h2+Sgama-hc)+afA(hfA-hc)+afG(hfG-hc)-(afC2+afF2)(h4-hc)+2afH(hfH-hc)吸热量方程为：Qb=h0+Sgama-hw1-a1Sgama-a2*Sgama-ass(hSS-hw1)+ars(hrh-hrs)-(afB+afC1+afF1+afG+afC+afA)*Sgama电厂性能计算与耗差分析计算模型耗差分析模型采用基于状态空间的顺序扰动解除方法，避免了传统复杂函数求偏导方法带来的不便以及计算误差。由于基于偏分的计算方法多在模型建立时进行诸多假设，忽略了某一参数变化引起系统其它参数的变化，且偏分方法把参数的变化认为是线性变化，对于发电厂热力系统这一非线性多边界条件的复杂系统的能损分析必然造成计算误差。而基于状态空间的顺序扰动解除方法引入系统工程的分析方法，预期达到的经济指标为在线能耗率指标准确度大于99％，单项原因能耗率偏差指标准确度大于95％，总能耗偏差与单项原因偏差之和误差不低于90％。注：由于此问题涉及过多的技术机密，在此说明中暂不具体解释。电厂性能计算与耗差分析计算模型附录二:经济性指标计算方法1输煤系统经济指标（1）输煤厂用电率输煤厂用电率是指输煤系统厂用电量与全厂发电量的比率（%）。fsmsmWWLΣ=smL——输煤厂用电率，%；smW——输煤系统厂用电量，kW·h；fWΣ——全厂发电量，kW·h。（2）输煤单耗输煤单耗指输煤系统厂用电量与入炉煤量之比。rlsmsmBWb=式中：smb——输煤单耗，kW·h/t。smW——输煤系统厂用电量，kW·h；rlB——入炉煤总量，t。2锅炉系统经济指标计算计算中所使用的技术参数说明说明如下。■锅炉实际蒸发量。锅炉实际蒸发量是指锅炉的主蒸汽流量（kg/h）。应取锅炉末级过热器出口的蒸汽流量值，或者根据进入锅炉省煤器的给水流量来进行计算确定，具体计算可根据汽轮机运行技术经济指标中主蒸汽流量的计算方法确定。注：锅炉的实际蒸发量可以通过进入锅炉省煤器的给水流量、过热器减温水、锅炉排污及自用抽汽等流量进行计算。也可以通过汽机的主蒸汽流量、主蒸汽管道的疏水、抽汽等流量进行计算。具体的计算方式要根据实际情况而定。■锅炉主蒸汽压力。锅炉主蒸汽压力是指锅炉过热器出口的蒸汽压力值（MPa）。应取锅炉末级过热器出口的蒸汽压力值。如果锅炉末级过热器出口有多路主蒸汽管，应取算术平均值。■锅炉主蒸汽温度。锅炉主蒸汽温度是指锅炉过热器出口的蒸汽温度值（℃）。应取锅炉末级过热器出口的蒸汽温度值。如果锅炉末级过热器出口有多路主蒸汽管，应取算术平均值。■锅炉再热蒸汽压力。锅炉再热蒸汽压力是指锅炉再热器出口的再热蒸汽压力值（MPa）。应取锅炉末级再热器出口的蒸汽压力值。如果锅炉末级再热器出口有多路再热蒸汽管，应取算术平均值。电厂性能计算与耗差分析计算模型■锅炉再热蒸汽温度。锅炉再热蒸汽温度是指锅炉再热器出口的再热蒸汽温度值（℃）。应取锅炉末级再热器出口的蒸汽温度值。如果锅炉末级再热器出口有多路再热蒸汽管，应取算术平均值。■锅炉给水温度。锅炉给水温度是锅炉省煤器入口的给水温度值（℃）。应取锅炉省煤器前的给水温度值。■过热器减温水流量。过热器减温水流量是指进入主蒸汽(过热器)系统的减温水流量（t/h）。对于主蒸汽(过热器)系统有多级减温器设置的锅炉，过热器减温水流量为各级主蒸汽(过热器)减温水流量之和。■再热器减温水流量。再热器减温水流量是指进入再热汽系统的减温水流量（t/h）。对于再热汽系统有多级减温器设置的锅炉，再热器减温水流量为各级再热汽减温水流量之和。■排烟温度。排烟温度是指锅炉末级受热面（一般指空气预热器）后的烟气温度（℃）。对于锅炉末级受热面出口有两个或两个以上烟道，排烟温度应取各烟道烟气温度的算术平均值■锅炉氧量。锅炉氧量是指锅炉省煤器（对于存在多个省煤器的锅炉，采用高温省煤器）后的烟气中氧的容积含量百分率（%）。对于锅炉省煤器出口有两个或两个以上烟道，锅炉氧量应取各烟道烟气氧量的算术平均值。■送风温度。送风温度是指锅炉空气系统风机入口处的空气温度（℃）。对于有两台送风机，送风温度为两台送风机入口温度的算术平均值；对于采用热风再循环的系统，送风温度应为冷风与热风再循环混合之前的冷风温度。对于具有送风机风量和一次风机风量单独计量，可以采用风量加权平均的方式进行送风温度计算。■飞灰含碳量。飞灰含碳量是指飞灰中碳的质量百分比（%）。对于有飞灰含碳量在线测量装置的系统，飞灰含碳量为在线测量装置分析结果的算术平均值；对于没有在线表计的系统，应定期进行取样分析化验，测得飞灰含碳量。■煤粉细度。煤粉细度是指将煤粉用标准筛筛分后留在筛上的剩余煤粉质量与所筛分的总煤粉质量之比（%）。对于直吹式制粉系统，应在磨煤机出口的一次风粉管道上进行煤粉取样；对于中间储仓式制粉系统，应在细粉分离器后进行煤粉取样。（3）输入－输出热量法（正平衡）锅炉热效率计算输入－输出热量法热效率是指锅炉输出热量占输入热量的百分率（%）。对于锅炉效率计算的基准，燃料以每千克燃料量（煤）为基础进行计算，输入热量以燃料的收到基低位发热量来计算，基准温度以送风机入口空气温度来计算。1001×rgQQ＝ηgη——锅炉热效率，%；1Q——每千克燃料的锅炉输出热量，kJ/kg；rQ——每千克燃料的锅炉输入热量，kJ/kg。whwrxarnetrQQQQQ+++=1,arnetQ,——收到基低位发热量，kJ/kg；电厂性能计算与耗差分析计算模型rxQ——燃料的物理显热，kJ/kg；1wQ——用汽轮机抽汽或者其他外来汽源加热暖风器空气而带入锅炉系统内的热量，kJ/kg；whQ——燃油雾化蒸汽带入锅炉的热量，kJ/kg。一般情况下，输入热量可以认为是燃料的收到基低位发热量。即：arnetrQQ,=如果锅炉暖风器的输入热量较大，则应对这部分热量进行相应计算。锅炉输出热量则应根据汽水系统的设置来确定热量平衡界限，主蒸汽系统以锅炉省煤器入口至末级过热器出口为界限，确认给水、减温水、排污、抽汽及主蒸汽的相关参数；再热汽系统以锅炉再热器入口至再热器出口为界限，确认再热器入口蒸汽、抽汽、再热减温水及再热汽的相关参数。这些需确定的参数包括流量、温度及压力，并由温度及压力求出相应的焓值，即：[]jjiihDhDBQΣ−Σ=11iD——工质离开热平衡界限时的质量流量，kg/h；i