（动力机械及工程专业论文）大型火电再热机组性能计算模型研究.pdf

东南大学硕士论文 摘要 题名：大型火电再热机组性能计算模型研究 姓名：顾倩 导师：王明春( 教授) 学校：东南大学 正文： 论文主要致力于火电站大型再热机组性能在线监测算法模型的研究，主要包括以下几个 方面的内容： 1 性能监测常规算法介绍。系统地介绍具有实时数据库平台的机组性能在线监测系统 中所需要的一些适合实时计算的常规模型，包括数据预处理模型、锅炉算法模型、汽轮机算 法模型以及辅机单耗算法模型。 2 热力系统性能计算方法研究。本文提出了热力系统能效分布矩阵方程，热力系统能 效分布矩阵方程是在常规热平衡法、留一7 一f 矩阵形式和等效焙降等基础上提出的。能效 分布矩阵方程中的每个矩阵物理意义明确、规律性强，可以使热力系统的整体计算和局部分 析变得更加清晰、简单、客观。算例表明，能效分布矩阵模型具有物理意义明确、数学描述 简洁、便于并行计算等特点。 3 基于b p 神经网络的汽轮机排汽焓计算方法的研究。汽轮机排汽点处于湿蒸汽区，由 于现场缺乏蒸汽湿度的测量手段，排汽焓值难以直接确定，其计算取值一直是火电机组热力 系统热经济性在线分析诊断的难点之一。影响排汽焓的因素很多。它们与排汽焓之间属丁典 型的非线性关系。本文利用b p 神经网络良好的非线性映射能力，以平圩n 6 0 0 1 6 5 5 3 5 5 3 5 机组为例，介绍了应用b p 神经网络建立汽轮机排汽焓计算模型的方法。 关键词：再热机组；性能计算；耗差分析：能效分布矩阵方程；b p 神经网络：排汽焓 东南大学硕士论文 a b s t r a c t t i t l e ：r e s e a r c ho nt h ep e r f o r m a n c ec a l c u l a t i n gm o d e l si nr e h e a t i n gu n i t s n a m e ：g uq i a n s u p e r v i s o r ：p r o f w a n gm i n g c h u n s c h o o l ：s o u t h e a s tu n i v e r s i t y 1 色x t ： m o d e l so fo n - l i n ep e r f o r m a n c em o n i t o r i n ga r i t h m e t i ci nr e h e a t i n gu n i t sa r er e s e a r c h e di nt h e t h e s i s t h em a i nc o n t e n t sa n da c h i e v e m e n t so f t h et h e s i sa r ea sf e l l o w s ： 1 i n t r o d u c t i o no fg e n e r a la l g o r i t h mm o d e l si no n - l i n ep e r f o r m a n c em o n i t o r i n gs y s t e m s u c h a sd a t ap r e h a n d l i n gm o d e l s ，b o i l e ra r i t h m e t i cm o d e l s ，t u r b i n ea r i t h m e t i cm o d e l s ，a u x i l i a r i e s a r i t h m e t i cm o d e l s ，e t c 2 ，r e s e a r c ho np e r f o r m a n c ec a l c u l a t i n gf o rt h e r m a ls y s t e m t h ep o w e r - e f f i c i e n c yd i s t r i b u t i n g m a t r i xe q u a t i o nf o rt h e r m a ls y s t e mi sd e v e l o p e di nt h i st h e s i s ，w h i c hi sd e v e l o p e do nt h eb a s i so f c o n v e n t i o n a lt h e r m o d y n a m i cm e t h o d s ，q y fm a t r i xa n de q u i v a l e n te n t h a l p yd r o p e a c h m a t r i xo ft h ep o w e r - e f f i c i e n c yd i s t r i b u t i n gm a t r i xe q u a t i o nh a sae x p l i c i tp h y s i c a ls e n s ea n d s t r o n gr e g u l a rf o r m ，w h i c hm a k e si ts i m p l e ，c l e a r , o b j e c t i v ef o rg l o b a lc a l c u l a t i o na n dl o c a l a n a l y s i si nt h e r m a ls y s t e m s a m p l e ss h o wt h a tt h ep o w e r - e f f i c i e n c yd i s t r i b u t i n gm a t r i xm o d e lh a s t h ec h a r a c t e r i s t i co fc l e a rp h y s i c a lm e a n i n g ，s e n t e n t i o u sm a t h e m a t i cd e s c r i p t i o na n dc o n v e n i e n tt o p a r a l l e lc a l c u l a t i o n 3 r e s e a r c ho nc a l c u l a t i n ge n t h a l p yo f t h ee x h a u s ts t e a mr e l e a s e db yt u r b i n ew i t hb pn e u r a l n e t w o r k t h es t e a mr e l e a s e db yt u r b i n ei si nt h ew e ts t e a ma r e a ，s oi t se n t h a l p yi sh a r dt of i xf o r t h el a c ko fm e a n st om e a s u r et h es t e a mh u m i d i t yi nt h el o c a la r e a i t sc a l c u l a t i o nh a sa l w a y sb e e n o f l eo ft h ed i f f i c u l t i e so fo n - l i n ea n a l y s i sa n dd i a g n o s i so ft h et h e r m a le c o n o m yf o rt h e r m a lp o w e r g e n e r a t i o nu n i t s m a n yf a c t o r sd e t e r m i n et h ee x h a u s ts t e a m e n t h a l p y , w h i c hh a v et y p i c a ln o n l i n e a r r e l a t i o n s h i pw i t ht h ee x h a u s ts t e a me n t h a l p y c o n s i d e r i n gt h eh e t t e rn o n l i n e a rm a p p i n ga b i l i t yo f b pn e u r a ln e t w o r k ，t h em e t h o do fe s t a b l i s h i n gt h em o d e lt oc a l c u l a t et h ee x h a u s ts t e a me n t h a l p y w i t h b pn e u r a ln e t w o r k i s i n t r o d u c e d i n t h i s t h e s i s ，w h i c h t a k e s p i n g w e i n 6 0 0 - 1 6 5 1 5 3 5 1 5 3 5u n i t s a sa ne x a m p l e k e yw o r d s ：p e r f o r m a n c ec a l c u l a t i o n ；e n e r g y - l o s sa n a l y s i s ；p o w e r - e f f i c i e n c yd i s t r i b u t i n gm a t r i x e q u a t i o n ；b pn e u r a ln e t w o r k ；t h ee x h a u s ts t e a me n t h a l p y 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。与我一唰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。 研究生签名：日 期： 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中困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。 研究生签名：导师签名：日期： 东南大学硕士论文 1 1 课题的背景及意义 第一章绪论 随着电力j 二业的日趋成熟，原来电力行业长期垄断经营的方式已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“”1 ，这既是国际电力工业改革的目标墩向，也是我国电力工业改革的比由之 路。 而随着电力工业的日益发展，提高电厂设备的运行经济性及可靠性，提高电站的整体经济效 益电站运行管理的主要目标。然而，目前国内不少电厂仍然采用人工方式进行热力试验及机组性 能的计算工作，不但需要大量的人力物力，而且由于试验周期长，往往不能及时为运行管理人员 提供机组当前的运行性能指标和可以改进的方向，同时对节能措施的新方法新方案难以及时验 证。这种局面既不能鼓励运行人员对机组的运行工况进行优化，也在一定程度上挫伤了挖掘设备 节能潜力的积极性。所以研制开发先进的性能在线监视系统已成为提高电厂性能测试精读、政善 机组运行的经济性、提高设备自动化水平的一个紧迫任务和发展方向。汽轮机发电机组的热经济 性在线计算是电厂性能监测的一个重要方面。 近几年来，计算机技术特别是微型机与工业控制机技术的广泛运用，为电厂的性能在线监测 工作提供了必要的技术手段。般的在线监测系统通常指借助计算机对设备运行参数进行实时测 量的装置；而性能在线监测系统除具备以上的基本计算功能以外，还对锅炉效率、汽轮机效率、 发电煤耗等综合经济性指标进行在线计算，并能监视凝汽器、加热器、给水泵等辅助设备的运行 性能，为优化机组运行工况提供尽可能详细的技术数据。 在电厂运行过程中，及时确定各台机组的热耗率特性，可以为全厂负荷的经济调度提供直观 的参考依据。目前电厂常常通过一些负荷曲线对各台机组实行调度，而这些曲线通常是在设计 数据或历史数据的基础上绘制而成，难以反映机组当前的实际运行状况，往往达不到经济调度的 目的。可以说，解决好机组的热经济性在线计算问题也是真正实现全厂负荷经济调度的一个前提。 从总体上看，我国的电力工业不管在技术装备方面还是在运行水平方面都与世界先进国家存 在着一定的差距。据有关资料介绍，国内机组的平均煤耗指标要比美国、日本等发达国家高1 0 0 克度以上。这严峻的现实要求我国的热工工作者不但要在新机组设计时就应注意引进吸收 国外的先进技术，还应同时抓紧现有机组的技术改造和节能挖掘。因此，在我国电厂尽快推广性 能在线监测技术，对进一步提高电厂的运行性能、优化经济调度、促进节能工作的开展具有重要 的现实意义和广泛的发展前景。 东南大学硕士论文 1 2 国内外发展现状 随着火电机组和监测水平及信号处理技术的提高，特别是计算机技术的普及，电 站性能在线监测系统的功能也日趋完善。早期只能完成运行参数的监视、记录、超限 报警等简单的功能。上世纪7 0 年代初，美国、加拿大等国就开始重点试验用热偏差分 析法对机组热耗变化进行在线监测，通过对一些可控参数的调整，使机组的运行能耗 减至最小。如美国西屋电气公司研制了汽轮发电机组a i d 状态监测与诊断系统”l 。进 入8 0 年代，专家系统和人工神经网络开始逐步进入火电厂的诊断系统，各国对此进行 了深入的研究，为火电厂经济性诊断开辟了新途径，美国研制并投运了e n e r g y i n c o r p o r a t e do fi d a h of a l l s 的p m a x 在线性能监测系统”j ，意大利a n s a l d o 的 p e r f e x s 专家系统等。美国e p r l 在改善机组经济性方面作了大量的研究，正在利用 专家系统开发火电机组经济性诊断研究计划，利用专家系统开发火电机组的各种设备、 系统的离线、在线性能诊断系统如汽机性能趋势分析、电厂管理助手等7i 。在此基础 上，e p r l 还提出进一步的研究方向：( 1 ) 机组起停过程中的经济性能分析，调峰机组 的性能监测和机组运行寿命分析( 2 ) 机组微增热耗特性在线监测，为精确性高、实时 性强的在线经济调度提供可靠的依据等j 。进入9 0 年代，数据采集速度和仪表性能得 到提高，已经不再是制约系统的主要方面，e p r i 也取得了许多重要的成果。如运行能 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”】，另 外还有热效率研究软件等，从而实现了全厂范围内的性能优化与热耗管理。 我国在电站性能在线监测工作起步较晚，但也取得了很大的进展目前电站的性 能监测系统普遍具有性能指标计算、报表自动生成、事故追忆与越限记录、趋势图显 示等功能。在此基础上开发出运行可控损失监测、预测性维修、运行优化、最佳负荷 分配等功能。国内已经投运的主要有西安交通大学研制的“微机在线运行能损分析装 置”【l ，华北电力大学的“机组经济性在线监测诊断指导系统”以及东南大学研制的 各种监测诊断系统等。在以上经济性监测系统中，具有代表性的是西安交通大学的“微 机在线运行能损分析装置”。它除了对汽轮机运行参数给水温度、凝汽器真空、凝结 水过冷却度、高加停运、循环水温升、汽轮机各缸效率监测外、它还具有以下特点： 能够满足在线、离线的需要；能够对热力系统运行方式进行诊断；对于多台_ 并列运行 机组，能够对热、电负荷优化调度；能够进行机组的熟力实验；对机组的日常运行进 行管理，即主要指小指标考核项目。不足之处在于没有对泄漏量，如轴封漏汽量的实 时监测，只是取为定值或占主蒸汽的份额求取，也没对凝汽器的清洁系数进行监测。 从现场应用的角度来看，机组的状态监测与诊断系统必须具备正确反映设备当前 的运行状态、准确诊断设备潜在的隐患及其程度，并预测未来一段时间内设备运行状 态的发展趋势，才能满足现场生产的需要”。状态监测是现场生产更为迫切需要解决 的功能，使现场人员能够了解机组继续运行下去是一种什么样的状态，以便心中有数， 更好的指导生产。为实现定期检修倒状态检修奠定基础。国内的诊断系统目前还很少 具备，美国田纳西森林专家委员会的o l d m s “等装置已在电厂得到应用。 总之，国内外经济性监测与诊断系统的功能正由简单计算分析向通用化、智能化 性能监测方向发展。内容应该对各种引起经济性下降的原因进行分离，并能够定量分 析各种引起经济性下降的故障对机组主要经济性指标影响的程度，为维修及挖掘节能 2 东南大学硕士论文 潜力提供依据。开发基下经济性与安全性综合的状态监测与诊断系统，以便更好地指 导机组的运行与状态检修决策，也是今后发展的主要方向”1 。 i 3 本文的主要内容 本文针对电厂s i s 系统中的重要部分( 性能计算和耗差分析) 进行了理论的探讨和实时 应用模型的研究，主要内容包括以下几个部分： ( 1 ) 性能计算与耗差分析常规算法模型的研究 针对一般火力发电厂，系统地介绍具有实时数据库平台的机组性能在线监测系统中所需 要的一些适合实时计算的常规模型，包括数据预处理模型、锅炉算法、汽轮机算法模型和辅 机单耗算法模型。 ( 2 ) 热力系统性能计算方法研究 对于循环热力系统的计算，目前常用的分析方法，如循环函数法和等效焓降法，均采用 “先分析，再归并”的分析思路，即：先将主、辅系统分别分析计算，然后再将结果通过一 定的方式叠加起来，以获得实际热力系统热经济性指标的最终信息。理论研究表明，这两种 方法最终分析结果的近似性都集中体现在对菜些辅助系统的分析上，从而导致的最终合成热 力系统热经济性指标的偏差。本文采用与传统分析相反的思路一“先归并，再分析”，将 q 一7 一f 矩阵形式和等效焓降理论结合，构造了能效分布矩阵方程，提出一种新的火电热 力系统矩阵分析方法。 将该方法应用于国产n 2 0 0 - 1 3 0 5 3 5 5 3 5 机组进行热力计算，验证了该算法的正确性， 并且在对于辅助汽水进行分析时，只要更改所要分析的辅助汽水循环参数改，即可计算出变 化后的，再和整体计算相比较就可以得到该辅助汽水循环对整个系统热经济性的影响值。 与传统的计算方法相比，这种算法具有物理意义明确、计算简便等优点，可以用于汽轮机算 法模型中循环效率的计算。 ( 3 ) 基于b p 神经网络的汽轮机排汽焓计算方法研究 在火电机组热力系统热经济性在线分析计算中，如何准确实时确定汽轮机排汽焓一直是 一个比较棘手的问题，其主要原因在于汽轮机排汽点在湿蒸汽区，焓值不能由压力、温度唯 一确定，但现场又不具各在线测量蒸汽湿度的条件。而通过变工况理论和对三维流场的研究， 解决汽轮机排汽焓的在线计算问题，目前尚来构造如合适的模型。 本文通过研究提出用b p 神经网络来解决汽轮机排汽焓计算问题的方法，并用平圩 5 0 0 m w 机组的实例验证该方法的正确性。 3 东南大学硕士论文 第二章性能计算与耗差分析常规算法模型 2 1 引言 一般来说，机组性能分析模块是针对具体的机组情况而开发的，需要根据机组的实际运 行情况来调整性能计算模块，包括四个模块：基础计算模块，数据预处理模块，机组性能计 算模块以及机组耗差分析模块。 ( 1 ) 基础计算模块基础计算模块主要是提供性能计算所需的公共函数。这一模块主 要内容包括水和水蒸汽性质计算模块、烟气性质计算模块等，水和水蒸汽性质模块提供 i a p w s i f 9 7 ( a s m e 标准) 或i f c 6 7 公式的通用计算模块”。 ( 2 ) 数据预处理模块为了保证性能计算的正确性和稳定性，在性能计算之前，需要 统一对一次参数进行预处理，内容包括：数据有效性检查、平滑滤波、均值计算、统计分析 以及失效值修补等，当采用替代数据时，打印出的计算结果上应注明。 ( 3 ) 机组性能计算模块机组性能计算模块主要是利用现场测点数据完成锅炉、汽轮 机及整个机组的热经济性指标等。 ( 4 ) 机组耗差分析模块进行耗差分析时，一般首先计算机组当前热效率与额定热效 率或者热效率应达值的偏差，然后计算一些重要参数的偏差对效率偏差的影响。单元机组的 热力设备由锅炉、汽轮机及其热力系统组成。本文主要介绍再热机组性能在线监测系统中所 需的常规模型，包括数据预处理模型、锅炉算法模型和汽轮机算法模型。 2 2 数据预处理模型研究 由于种种原因，有些一次数据不能准确地反映机组运行状况。只有经过数据处理，校正 错误，才能保证数值计算的正常进行，并保证计算结果在台理的范围内。数据预处理功能组 包括数据滤波、数据检查与修补两个子模块。 2 2 1 数据滤波 为了消除被测信号中的噪声与干扰，常常对原始数据进行数字滤波处理，以获得具有代 表性的数据集合。常用的数字滤波算法有中值滤波、算术平均滤波、加权平均滤波、限幅滤 波、限速滤波、低通滤波等，各种滤波算法都有各自的特点”，在实际应用中，应根据被 测参数的具体情况进行合理的选择。 一般在性能计算中所用到的数据来源是底层的控制系统，控制系统本身已具备一定的消 除信号中噪声和干扰的功能，所以该模型中只需对数据进行一些简单的滤波处理，以消除采 4 东南大学硕士论文 集上来数据中的毛刺现象。 o u t ( k ) = e 7 上式中： 通常采用一阶低通数字滤波算法，具体算法如下所示 o u t ( k 一1 ) + ( 1 一e7 ) i n ( k ) 0 一输出值； 伽 一 输入值： 7 1 采样周期( s ) ： f一对象时间常数( s ) 2 2 2 数据检查与修补 ( 2 一1 ) 数据的有效性检查可以根据数据的性质分级别进行检测。 第一级检测：数据的合法性检查，即根据物理意义，取定数据的有效性范围。例如压力、 摄氏温度以及流量不得小于零，不得大于其量程范围，变化速度不得超过某一确定的数值等。 在实施中对所有数据进行本项检测。 第二级检测：根据数据的关联，判断其有效性。例如各类数据与关键数据( 如功率、流 最等) 之间存在关联。如果这种关联异常，则可以认为数据失效。在实施中，对重要数据( 若 分甲乙侧，则取平均值) 进行本项检测，主要包括上下游关联、左右关联、缸压力流量关联、 缸通流效率关联、加热器抽汽压降关联、加热器出水温度关联、加热器疏水温度关联、凝汽 器饱和参数关联、凝汽器传热通道关联、锅炉燃烧关联、锅炉烟气温度( 负荷一受热面烟温 变化) 关联、关键流量( 凝水一给水一主汽一再热汽) 关联等。 第三级检测：数据的时问序列检测，机组的运行具有时间上的连续性表现为参数的变 化亦具有时间上的继承性，利用时间序列，可以对数据的异常跳变予以剔除。在实旋中，对 重要数据进行本项检测。 数据的修补主要依据数据有效性检查的结果，根据检查结果和设定的误差允许范围，利 用关联规则对数据进行修补，并发送修改报告。 2 3 锅炉算法模型研究 2 3 1 锅炉反平衡效率模型 锅炉效率是表征锅炉经济运行的主要综合指标。在锅炉性能考核时有相应的锅炉效率计 算模型，但是所需的测点较多。在锅炉实际运行过程中，受到运行条件的限制，不可能也不 需要测得如锅炉性能考核时那么多的参数，这样，就给运行过程中锅炉效率的计算带来了一 定的困难。随着计算机技术的发展，采用计算机对锅炉性能进行在线计算，成为锅炉技术人 员及其锅炉工作者日益关注的一项研究课题。 5 东南大学硕士论文 根据参考文献“1 ，提出以下的锅炉效率计算模型。该模型总体上参考美国, s m e ( p t c 4 1 ) 标准】；计算干烟气时为方便起见参考了德国热力过程计算图册【”1 ；由于a s m e 标准中计 算表面辐射和对流引起的热损失时采用的是修正曲线，但是基本上偏大因此在计算辐射热 损失时参考电站锅炉性能试验规程g b l 0 1 8 4 8 8 t ”1 。 该模型主要计算过程如下： 输入参数： 0 2 一 排烟含氧量( ) ： f 。 一 排烟温度( ) ； t 一 环境参考温度( ) c m e 灰可燃物含量( ) c z 一 炉渣可燃物含量( ) q j 一 燃料的低位发热量( k j k g ) 一 煤的应用基水分( ) a 一 煤的应用基灰分( ) d 。 一 锅炉额定蒸发量( t h ) ； d一 锅炉实际蒸发量( t h ) ： 相关系数女i ( i = 1 , 2 ，3 ，4 ) 。脚s + o 。z s s ，- 怒 驴。6 9 9 + 0 3 0 3 蒜 妒。9 0 8 l - o 。1 6 3 - 怒一w + f ( h ) 驴- - 0 0 1 3 9 + 0 0 0 s 9 怒 式( 2 4 ) 中： f ( h ) 一 燃料中h ( 煤的应用基氨含量) 燃烧生成的水蒸汽。 6 ( 2 2 ) ( 2 3 ) ( 2 4 ) ( 2 5 ) 东南大学硕士论文 干烟气热损失( 排烟热损失) ( ) ： l g = 鲁( k j + k 2 - 2 1 2 1 0 2 ) ( t p y - - l t k o o ( 2 “) 上式中： c p g 一 烟气平均比热，a s m e 推荐值为1 0 0 5k j ( m 3 。k ) 。 水分热损失( ) ： k = 鲁【”。州”k 面2 1i ”( 铲 ( 2 - 7 ) 上式中： c 。h ，d 一 水蒸汽平均定压比热，a s m e 推荐值为1 8 8k j ( m 3 k ) 。 化学未完全燃烧损失( ) ： 煤粉炉可以忽略化学不完全燃烧损失，化学不完全损失一般不超过0 5 ( 或者取值为 l c o = 0 1 4 3 一( 6 一0 2 ) ) 。 固体未完全燃烧损失( 也即未燃碳热损失) ( ) ： 乙。一3 3 饼7 3 0 a ) , ，( 0 9 - 。c 一州，意毫h o o c z 州 散热损失( ) ： 铲5 8 2 例4 3 8 挚0 0 ( 2 - - 9 ) 其他热损失( ) ： k = o 3 3 0 3 8 ( 2 一l o ) 锅炉效率玑( ) 计算式： ，7 6 = 1 0 0 一( l 6 + l 。+ l + k 。+ l ，+ l ) ( 2 一1 1 ) 2 3 2 锅炉效率耗差分析模型 锅炉相关参数的基准值是根据实验资料和计算结果求得的机组在一特定运行条件下的 运行参数曲线得到。耗差分析采用基准值热偏差法，它是对机组关键性的运行参数进行监督 分析。根据这些参数的实际运行值与基准值之间的偏差，计算出其对锅炉效率或机组热耗率 的影响以及由此造成的运行能量损失。 计算过程如下： 7 东南大学硕士论文 输入参数： 0 2 一 排烟含氧量( ) ； f 。 排烟温度( ) ； t n 环境参考温度( ) ； c m 一 飞灰可燃物含量( ) c f z 一 炉渣可燃物含量( ) q ： 一 燃料的低位发热量( k j k g ) w a ” d 。 煤的应用基水分( ) 煤的应用基灰分( ) ； 锅炉额定蒸发量( t h ) d一 锅炉实际蒸发量( t h ) ； 排烟温度基准值： 随着锅炉负荷的改变，排烟温度也会发生变化。并且，随着锅炉负荷的增大，排烟温度 将升高。排烟温度基准值是锅炉负荷的函数，可以通过锅炉性能试验测得。 f 。= f ( d ) ( 2 - 1 2 ) 排烟温度偏差因子k ， 驴裔心一：鑫，+ 警一k t + k 。一2 1 ) 。 c o 。一，十鲁盹一心一：丽2 1 ，姑。1 3 排烟含氧量基准值： 氧量基准值也可以通过锅炉热力性能试验测定。在一定的负荷下，运行锅炉的排烟含氧 量有一最佳值，此时相对应的锅炉效率最高。随着锅炉负荷的改变，可以测定出不同负荷下 锅炉排烟含氧量的最佳值，以此作为锅炉排烟含氧量的基准值。 d 2 = f ( d ) 排烟含氧量偏差因子置啦 8 ( 2 1 4 ) 东南大学硕士论文 = 专心。吨，+ 鲁0 0 1 k 2 ( t 。- t t k ) 淼( 2 - - 1 5 ) 飞灰基准值： 在实时应用中，常常根据具体的机组对飞灰含碳的基准值取设计值或者寻找其与锅炉负 荷的关系来确定。 c 且= ，( d ) ( 2 1 6 ) 飞灰含碳偏差因子k c ： 世。，23 3 姘7 3 _ _ _ _ _ 0 0 a y 0 9 。丽1 0 0 ( 2 - - 1 7 ) 燃料热值基准值： 在实际应用中，可以根据当天煤质分析的数据取值，也常常取做机组的设计值。 燃料热值偏差因子置甜： 足甜= 一 c 。( t ，- - t l k ) ( 。5 7 6 + 。6 9 9 互- i ；1 _ ) + c p h 2 0 ( t p y - t 。) 【o - 9 0 8 1 + 0 0 1 ( 卸0 1 3 9 + 0 , 6 9 9 - 西笔) 】+ 3 3 7 3 0 a 卜( 2 - 7 1 8 ) ，。志删，击c 2 灰分基准值： 一般根据煤质分析的数据取值，也可取设计值或者根据热力试验拟和公式。 灰分偏差因子k ，： k 。：3 3 7 3 1 ) ( o 9 生+ o 1 生) ( 2 - - 1 9 ) 4 姊 。 1 0 0 一c m1 0 0 一c k 。 水分基准值： 一般根据煤质分析的数据取值，也可取设计值或者根据热力试验拟和公式。 灰分偏差因子k h ，： 2 蛩_ t p y - - t a ) ( 2 - - 2 0 ) 热偏差分析： 在确定了参数的基准值及偏差园子后，就可以根据现场采集的监测数据进行锅炉运行经 济件诊断其总的计算公式为： 9 东南大学硕士论文 a l = k j a x f ( 2 2 1 ) 上式中： a l一 运行参数偏差引起的锅炉效率的变化； k 一 各项偏差因子( 须以基准值代入计算) ： 躺： 一 锅炉各项运行参数的实时运行值与基准值的偏差。 2 4 汽机算法模型研究 2 4 i 汽机性能指标模型 一、汽缸指示性相对内效率 汽轮机由于长期带负荷运行，动、静叶之间的轴向间隙径向间隙，叶片流道的损坏和 积垢等使汽缸的相对效率较最初投运时有较大的变化。对已投运的汽轮机，精确地计算级的 漏汽、摩擦、鼓风、湿汽等损失是不现实的，也是不必要的。而在线监测汽缸的相对内效率 对了解缸内通流部分工作情况有一定的指导意义。 汽轮机高、中低压缸的整缸相对内效率公式如下： ”；笺二生 i “ 甑。 上式中： n 。“f 巩 汽缸入口蒸汽焓值( k j k g ) 汽缸出口蒸汽焓值( k j k g ) 汽缸理想比焓降( k j k g ) 汽缸相对内效率。 ( 2 - - 2 2 ) 在大型火电机组性能计算中低压缸效率的计算一直是一个难点，原因是汽轮机的排汽 为湿蒸汽，排汽焓不能单独由压力或温度来确定，而在线测量湿蒸汽湿度目前尚有一定的困 难。目前，计算汽轮机排汽焓的方法也很多，本文将在第四章提出一种基于b p 神经网络来 计算汽轮机排汽焓的方法。 二、加热器指标 由加热器传热方程公式：日= ： 可以得到，对于设计面积一定的运行中的加热器， ，d w c p 1 0 东南大学硕士论文 端差的变化主要有以下儿个方面的因素：受热面污垢、汽侧空气排除不畅致使传热系数 减小，端差增大；加热器水位过高淹没部分受热面，使实际换热面积减小。加热器给水 旁路fj 不严，部分给水走旁路，致使端差增大；加热器铜管泄漏、抽汽管道压损增大等 都会使端差减小。 加热器的端差变化虽然没有发生直接的明显的热损失，但是增加了热交换的不可逆性， 产生了额外的冷源损失，降低了装置的热经济性。因而，加热器端差成为加热器运行中一个 重要的监测参数。 上端差0 ；( ) 的计算： o j = t ，t w ( 2 2 3 ) 上式中： t 一 加热器汽侧饱和温度( ) ： f w 一 加热器出口给水温度( ) ； 下端差谚( ) ( 当该加热器有疏水冷却器时才有此项指标) 的计算： 哆= t a ) 一f 川删 ( 2 2 4 ) 上式中： t “ 一 离开加热器的疏水温度( ) ： t 。( + 1 ) 一 加热器进口给水温度( ) ： 传热系数可评价回热加热器的传热效果。通过运行中的传热系数的变化，可了解该加热 器换热面的污染程度，有利于制度检修计划。因此，在加热器运行过程中，传热系数同样也 是监测系统中的一个重要参数。 传热系数k ( k j ( m 2 - h ) ) 的计算： 世：曼( 2 - - 2 5 ) f a t 上式中，f 为加热器内的换热面积，由加热器制造商提供；q 为加热介质与被加热介 质通过加热器所交换的热量，可以根据加热器的抽汽参数、疏水参数、给水参数计算得到； 出为加热器的传热温差，由( 2 - - 2 6 ) 式计算得到。 a t ：甲丝尝( 2 - - 2 6 ) l i l 垒叠 f 删 e 式中： 东南大学硕士论文 甲 一 传热温压的修正系数”1 【2 ”； 出一 一 加热器两个温差中的较大者： f “。 一加热器两个温差中的较小者2 ”。 三、凝汽器指标 现代电站使用的凝汽器主要是以水为冷却介质的表面式凝汽器，它是电站中重要的辅助 设备。它的主要作用是凝结汽轮机的排汽，形成和维持真空，并兼作除氧器的功能。凝汽器 的真空对机组的经济性、安全性有重要影响。在汽轮发电机组的所有热力参数中，真空( 背 压) 变化是对机组运行经济性影响最大的参数之一，因此也成为运行人员重点监视的参数。 对于一定结构和设计参数的凝汽器，在实际运行过程中，由于蒸汽负荷d ，、冷却水流 量d 。、冷却水入口温度r 。l 等都要变化，漏入的空气量也要变化，凝汽器的冷却表面可能 变脏等等因此凝汽器一般都在变工况下运行。通常机组是在以上三种因素确定的情况下运 行的，而影响凝汽器真空的最基本常见因素在于真空系统的严密性。处于负压工作状态下的 管道、阀门、设备的泄漏和缺陷等，以及凝汽器的脏污情况，凝汽器冷却水管的结垢、阻塞 以及虑网的阻塞等。在生产实际中检验真空系统的严密性分两个阶段检修后通过真空系统 的注水方式来进行，运行后采用真空严密性试验来完成。凝汽器的脏污在检修过程中要经过 清洗，而在运行过程中通过胶球清洗来解决。 图2 1 凝汽器原则性热力系统图 计算过程如下： 输入参数： f 。l 一 循环水进口温度( ) ： f 。2 一 循环水出口温度( ) ； f一 凝汽器换热面积( m 2 ) ； f 。一 熟井水温( ) ； 2 东南大学硕士论文 p 8 p ， l j 低压缸最后一段回热抽汽压力( m p a ) 低压缸排汽压力( m p a ) 低压缸排汽温度( ) ； p 。和t 。是饱和压力和饱和温度的对应关系。根据实际情况，若p 。测点精确，则取p 。 而f ，由p 。求得；若t ，测点精确- 购 r t ，t 而p 。由t ，求得。 端差j f ( ) 的计算： 出= t ，一t 。2 ( 2 2 7 ) 循环水温升a t ( ) 的计算： a t ；。2 一t 。l ( 2 2 8 ) 凝结水的过冷度d t ( ) 的计算： dt=t，一t。(2-29) 传热系数k ( k j ( m 2 h ) ) 的计算： k ：! 竺：堡：墨! ：! ( 2 - - 3 0 ) f a t 。 式中： d 。= f ( p 8 ) ，d 。是低压缸排汽流量( t ，1 1 ) ： x 。= f ( d 。) ，x 。是汽机低压缸排汽干度； y = f ( p 。) ，y 是汽机低压缸排汽汽化潜热( k j k g ) ； f是凝汽器换热面积( m 2 ) ； f 。：_ j 堑= i 一，f 。是对数平均传熟温差( ) 。 m 2 i 百否莠万面m 是对数平均传熟温差。 凝结水过冷却将增大冷源损失，损失做功能力，降低装置的经济性。一般引起凝结水过 冷却度增加的主要因素是漏入凝汽器的空气增多，凝结水位过商淹没部分冷却水管，使冷却 水进一步冷却等。端差主要是由凝汽器的换热效果引起的，如冷却水管的结垢、阻塞等。因 此，根据传热系数大小并结合着过冷度、端差的大小，可以初步判断真空系统的严密性和冷 却水管的结垢情况，从而合理地安排凝汽器的清洁和真空严密性试验周期。 四、循环特性指标 对于一般再热火电机组，通常运用循环函数法、等效焙降法来建立回热系统循环指标的 1 3 东南大学硕士论文 模型，主要是计算循环效率聃的计算。本文则在等效焓降法的基础上，运用能效分布矩阵 法建立同热系统循环指标的模型。具体方法的推导详见第三章内容，在此不再赘述。 五、机组及全厂指标 热力系统经济性指标的计算是机组经济性分析、诊断的重要基础，对电厂的节能也有重 大的意义。为了定氧评价电厂的经济性，目前均采用热量法制定了全厂和汽轮发电机组的热 经济指标，主要的热经济指标除热耗率外还有： 黼舭釉粹驴等嗽( 2 - - 3 1 ) 电厂发电热效率：刁。= 巩仉巩玎。仇 ( 2 3 2 ) 发电标准煤耗率：扫2 面3 6 吁0 02 百0 1 2 3 幻标煤m w ) ( 2 - - 3 3 ) 供电标准煤耗率：醮= 百与 坛标煤取w ) 上面各式中： 仉 卵。 巩 锅炉效率 管道效率 汽轮机循环效率 玑 一 机械效率 仉 一 k 电机效率： 厂用电率。 2 4 2 耗差分折模型 ( 2 3 4 ) 本文对汽机侧主要参数的耗差模型进行了研究，参数包括主汽压力、主汽温度、再热温 度、再热压损、给水温度、再热减温水流量、过热减温水流量、排汽压力等。 一、基准值的确定 主汽压力基准值的确定主要与机组的运行方式有关，即机组是采用定压运行方式还是滑 压运行方式，或者是定滑压结合的复合调节运行方式。对于定压运行机组，主汽压力的基准 值可以认为就是其设计值。而对于复合调节运行机组，主汽压力基准值的确定要复杂些，因 4 东南大学硕士论文 为对于复合调节运行机组，其运行方式一般是；汽轮机在高低负荷时采用定压运行、在中间 负荷时采用滑压运行，也就是说，随着机组负荷的变化复合调节运行机组的主汽压力是随 着负荷的改变而变化的，对于这样的机组，可以根据机组的滑压运行曲线来确定其基准值曲 线。 主汽温度的基准值一般取其设计值，对于定压运行机组的滑压运行机组都如此。 再热汽温的基准值一般根据其与主汽流量( 如果在再热前已有供热抽汽流量，则为主汽 流量与已抽供热流量的差值) 的关系曲线得到。如资料缺乏，也可取其设计值最为基准值。 再热压损以百分数表示，即蒸汽通过再热系统的压力降低值与高压缸排汽压力之比。对 于不同的机组，其设计值的再热压损不同，一般以机组在额定负荷时的再热压损的设计值为 其基准值。如果没有明确的给定再热压损的设计值，对于1 2 5 m w 机组可以取1 0 作为其 基准值，对于2 0 0 m w 机组一般取1 6 作为其基准值2 ”。 给水温度的基准值是负荷的函数，它随机组负荷的变化而变化。一般来说，给水温度的 基准值随负荷的升商而升高。 再热减温水流量基准值一般取为零。 过热减温水流量一般取设计值作为基准值。 排汽压力的基准值可以根据变工况计算得到。其模型如下： a f ：d c 2 1 7 7 2 4( 2 3 5 ) d w4 1 8 7 上式中： a t d w 8 t = 一循环水温升( ) ： 一循环水流量( t h ) ( 若无测点可取设计值) f e 冲c 意警百川。x p ( 面i i _ 赢_ ) _ 1 ( 2 3 6 ) 上式中： 研一 凝汽器端差( ) ； 置一 总体传热系数，可根据别尔曼公式计算，详见文献【“】； f一凝汽器换热面积c m 2 ) r 。= t 。l + f + 8 t ( 2 3 7 ) 上式中： f ， 一 凝汽器侧饱和温度( ) ； f 。l 一循环水入口温度( c 2 ) ； 排汽压力基准值p 。o ( m p a ) ： 东南大学硕士论文 ：( 譬罢) 一9 8 1 0 s p c 02 南丽厂一省+ 。 ( 2 3 8 ) 二、耗差分析 耗差模型的算法原理根据不同的参数对象而有所区别，因为要满足实时计算的需要，本 文建立模型时主要考虑计算结果的方向性、指导性和实时性，当然前提是要保证一定的精确 度。下面将分情况进行详细的讨论。 情况一，具有热耗修正曲线的参数。厂家一般都能提供一些参数的修正曲线如主汽压 力、主汽温度、再热汽温、再热压损、排汽压力等，对于这些参数，可以根据修正曲线很方 便的建立适合实时计算的耗差模型。 情况二，根据热力学方法进行耗差分析。其方法如下： 对于再热机组，其热力循环图如图2 2 所示，在循环中对机组加入的热量q 及循环理 想内功率n 。可用平均加热温度乃，平均放热温度瓦以及熵增s 表示 l 乒 丁 矗一 _ a ：， r s j s ，一 q = s | v ，= ( 一咒) 丛 图2 2 再热机组热力循环图 由以上两式可求得的汽轮机热耗的计算公式为 q = ( 2 3 9 ) ( 2 4 0 ) l 一：三i 一 ( 2 4 1 ) n i 叩f 。r g a( 一孔) 仉叩。叩g 。a 上式中： a一 由于给水回热而引起的做功不足系数，a 1 对无回热抽汽的直凝式汽轮 机，a = l ： 循环加热过程中的热力学平均温度( k ) ； 1 6 东南大学硕士论文 咒 仇 循环放热过程中的热力学平均温度( k ) 汽轮机内效率； 一 机械效率 ，7 。 一发电效率 由此可以求得各个参数变化后所引起的热耗值变化，即 知= 责饵+ 老也瓦+ 老诅矾 从而可以推得热耗率得相对变化为： ( 2 4 2 ) 警一t 去厶一壶如l + 争( 2 - 4 3 )