《基于卡琳娜循环的电站模拟机》可行性报告

1、附件 1-22022 年度上海市重大技术装备研制专项电厂余热发电电站仿真系统研制项 目 计 划 书上海工业自动化仪表争辩院 二一一年五月九日0目录一、工程的根本状况1、工程背景与必要性2、国内外市场分析3、国内外相关技术现状与进展趋势二、工程主要开发内容1、总体目标和主要内容2、工程依托工程状况3、主要技术性能指标4、关键核心技术5、技术水平和自主学问产权状况三、工程实施的现有根底1、工程担当单位及合作单位概况2、已有技术开发力气与条件3、已有技术成果4、工程组织机构和人员安排四、工程实施的进度打算 五、工程资金需求及来源六、工程经济和社会效益分析七、其它需要说明的事项八、附件有关证明材料等

2、PAGE 7一、工程的根本状况1、工程背景与必要性目前，在全球地热发电量已达2022多万千瓦，其中美国的地热发电后来居上， 已位居世界第一，菲律宾、意大利位居其次、第三。我国很多地区也拥有极为丰富的地热资源，并且我们也建立了很多自己的地热发电站，目前我国最大的地热电站是西藏羊八井地热电站，装机容量为1.3万千瓦。但是，无论是国内还是国际上，虽然都在利用地热资源进展发电，但是对于地热资源的利用率都不是很高，有的甚至是直接利用地热井喷出的过热蒸汽送入汽轮机驱动发电机发电，大大降低了对地热资源的使用，此次我方参与的基于卡琳娜循环的地热发电工程，引入了“实现200 以下热电转换最有效的途径卡琳娜循环技

3、术”，该项技术经美国能源部长达15年的开发，已实现了产业化。我国是一个进展中国家，地域宽阔，人口众多，处在高速进展时期，如何节约能源，优化能源构造，保障能源安全，开发利用能源和可再生能源，是当前我国的战略性任务，对经济的可持续性进展关系重大。火力发电在我国电力装机容量中占据着确定优势。火力发电厂发电效率之所以低的根本缘由是被循环水带走的热损失高达505615，且这局部损失的过冷蒸汽释放的汽化热，其温度已远低于水的沸点，水已失去了作为换热介质的意义， 因此，要利用，就必需选择一种的换热介质，即在常温下是液体，稍高于常温时就能汽化的介质，则利用汽机排汽余热发电的理论问题就解决了。基于Kallina

4、循环余热发电站既满足这种介质的要求。在的进展阶段，国家主见大力进展能耗低、效率高、污染少、甚至是无污染的能源工程。因此把Kallina循环技术应用于火力发电站的余热发电，利用火电厂的这局部余热进展发电，那么会大大提高燃煤电厂的发电效率，具有环保，节能减排的重大意义，进展潜力巨大。工业过程仿真指利用模型复现工业生产实际系统中发生的本质过程，并通过对系统模型的试验来争辩存在的或设计中的系统，又称工业过程模拟。广泛应用于工业生产的设计、试验、争辩、培训、优化等各个领域。电厂的牢靠性可以由改善设计和加强维护来改善, 但它只占提高牢靠性的20%30%, 另外 70%80%依靠于运行人员。因此建立模拟机是

5、对运行人员进展培训，防止误操作的重要途径。电厂余热发电电站仿真系统，是基于Kallina循环技术的卡琳娜动力循环的模拟仿真系统，为培训电厂运行人员供给工具和手段，当操作流程更改时，可进展模拟试验并且简洁变更呈现系统的原型，可先行模拟运行操作和试验。因此模拟机的研制具有重要意义。2、国内外市场分析此项技术的引进在余热发电承受的技术方面是一个质的飞跃，对于中国的能源领域是一次很好的尝试，我部门进展电厂余热发电电站仿真系统的研制，对部门的经济效益的增长必定带来乐观地影响，同时也可以提高我所在能源领域的知名度，找到的增长点。卡琳娜循环这一技术，由作为卡琳娜循环技术的拥有者，全球地热Global Geo

6、thermal Ltd.下称GGL及其子公司可再生能源工程有限责任公司Recurrent Engineering LLC下称RE已将该项技术以排它性技术许可证方式，转让给上海盛合能源科技，盛合公司对于这一技术进展了买断，这样大大有利于产业化的形成，同时也利于国际市场和国内市场的拓展，所以我部门开发的电厂余热发电电站仿真系统，正是为卡琳娜循环技术在火电厂余热发电上的应用做更深入的探讨，也有利于我们业务和市场的拓展，将使我部门在该领域的技术水平和市场方面具有肯定的领先地位。3、国内外相关技术现状与进展趋势Kalina Cycle 发电技术是由上海盛合能源科技从美国 Recurrent Engnin

7、eering (简称 R E )公司引进的，R E 公司设计的 Kalina Cycle 试验发电机组早在 10 多年前已在国外投入运行，国外的几个先例证明是可行的，但在国内尚无试验成功的先例。此次基于卡琳娜循环技术的火电厂余热发电模拟机的研制势必对能源的再利用起到重要推动作用，进展潜力巨大。二、工程主要开发内容1、总体目标和主要内容依据盛合能源科技卡琳娜模拟机的功能及要求，以KCS34g系统为原型呈现系统运行和培训运行人员，并标准KCS34g电站运行操作盘。以下为模拟机的总体目标和主要内容。模拟机研制的主要目标，成为培训电厂运行人员供给工具和手段，使运行人员了解、生疏并标准操作流程。模拟并生

8、疏机组运行状态和过程。模拟运行过程中的故障，把握分析、排解故障的方法。可以实现对试验室实体系统的的实时监控，并留有采集试验室数据至模拟机的接口，实现数据分析提炼更准确地数学模型。对余热的利用效率进展考核。当操作流程更改时，可在模拟机上进展模拟试验，并当呈现系统的原型变更时， 可先行模拟运行操作和试验。模拟机的主要内容是，工艺过程、工艺设备通过软件模拟/仿真实现。把握系统的操作组态、修改、操作等与实际工况操作相像。设备的操作通过模拟操作屏实物模拟+显示屏的模拟操作完成。仪表信号通过信号模拟屏实物模拟+显示屏的模拟实现。2、工程依托工程状况依据盛合能源科技卡琳娜模拟机的功能及要求，以KCS34g系

9、统为原型，在盛合试验基地研制卡琳娜动力循环发电模拟机，工程正在前期方案制作中。3、主要技术性能指标培训运行人员生疏系统，生疏操作界面，生疏正确的操作流程，及生疏系统运行工况。建立完善的系统数学模型，完善系统参数(液位、温度、流量、密度等)与系统运行的变化关系，更真实的反映现场运行工况，可以到达培训运行人员通过调整可变量，使系统处于最正确的平稳状态。自动演示系统运行，模拟机可以实现系统的一键启动，只需一键式操作即可自动启动系统受控设备，稳定系统热平衡，自动调整系统参数，以到达最大发电量。模拟机可以实现系统的一键停机，只需一键式操作即可自动停顿系统受控设备，使 系统安全停顿发电。并可以自动演示启动

10、流程及手动分步启动流程，使运行人员得 到各方面的培训。初始状态点的选择，操作员可便利地通过计算机操作设置初始工况，或选择所需的初始状态，并能使仿真机的运行状态处于已选择好的状态点。设置系统紧急故障，并可以通过操作员的正常干预，到达稳定运行，以培训运行人员分析和解决系统正常运行过程中系统设备出错的力量。画面选择，操作员能通过键盘操作选择各个工况画面，画面可以通过菜单方式索引选择，对于多页画面，应具有向前向后翻页功能，并以窗口方式完成。软件修改，软件工程师可以通过工程师站实现软件修改。实时/历史报警，对模拟时产生的特别状况进展报警，操作员可通过监控画面进展报警查询。实时/历史趋势，可将实时的模拟数

11、据和曲线记录下来，日后可由操作员调出。外部参数的修改，由信号模拟屏的操作，转变某些过程变量和状态。如改变液位、温度、流量、密度等，系统可以自动调整，稳定热平衡。远程监控，可以在互联网络上，通过 IE 扫瞄器远程监控模拟机操作画面。回退功能：允许教练员停顿培训练习并准时返回，这样能使操作员重复同样的练习很多遍，返回的时间范围最小 60 秒，最大 24 小时。在此范围之内应允许教练员依据过程的时间特性任凭选择返回时间。重演功能：允许教练员在仿真盘台上以正常、快速、慢速为学员重演过去24 小时以内的操作过程。再现与追忆：将运行人员在操作过程中全部有关参数按时间挨次保存起来， 当教练员需要时，可发出命

12、令进入再现状态，按时间挨次将所保存的前一段时间的全部输出参数再次显示在相应的屏幕上；也可进入追忆状态，将所保存的输入参数按时间挨次重参与模型运算，结果显示在相应屏幕上。再现或追忆的时间不少于30 分钟。4、关键核心技术关键技术是卡琳娜循环技术，其中系统热平衡的计算，系统参数之间的工艺关系并与发电效率之间的数学模型是模拟机研制的关键技术。节能减排已成为我国保持国民经济可持续进展的国策。余热利用率又是评判节能技术优劣的重要指标。在余热利用领域中，把热能转换成电能是实现能级提升的通用途径和有效手段。 在实现把热能转换成电能的过程中，传统的朗肯循环几乎是当今唯一的、使用最普遍和典型的循环方式。在正规火

13、力发电中，其循环效率随机组的参数和容量大致在 2543%范围之中。对大容量超超临界机组，该效率通常可达4143%；对大容量超临界机组，该效率约为40%左右；对大容量亚临界机组，该效率可达 3840%，对小容量低参数机组，其效率仅为 2030%。而对余热发电系统来说，由于热力参数低，其热力循环效率更低，通常只达 8-12%。换言之，对这类小容量低参数机组，在发电过程中超过 8090%的热能被废弃。可见在余热利用领域中， 由于余热发电机组的参数低，容量小，在实现热电转换过程中热能的利用率是很低的。卡琳娜循环是在朗肯循环根底上的一种“改进”，它将“纯”的循环介质通常为水变成了氨和水的“混合物”。由于

14、氨-水混合物的物理特性既不同于纯水，又不同于纯氨。该混合物的物理特性就像是一种全的物质。它具有四个根本特点：1、 氨-水混合物的沸点和分散点温度不固定，而纯水是固定的；2、 氨-水混合物的热物理特性随氨浓度的转变而转变，而纯水和纯氨的物理特性是固定不变的；3、 氨-水混合物的热容量不随混合物温度的变化而变化，如果没有能量的变化， 纯水和纯氨的温度是不会转变的；4、 纯水的冰点温度为 0，而纯氨却为-78。氨-水混合物溶液的冰点温度随氨浓度而变，比水要低很多。工质的这种转变，同历时一个世纪之久常规的朗肯循环相比，卡琳娜循环机组可以向诸如温度为 149450的低能级热源供给比前者效率高出 50%的

15、循环效率； 对诸如直燃式锅炉和燃气-蒸汽联合循环电厂中的燃气轮机废气等高温热源，循环效率约可提高 20%；使得余热利用效率大幅提高。5、技术水平和自主学问产权状况余热发电工程，在国内属于创技术，首次研制火电厂余热发电电站模拟机， 在国内属首创，处于领先地位。总体水平：行业首创，国内领先水平。三、工程实施的现有根底1、工程担当单位及合作单位概况余热发电模拟机由上海工业自动化仪表争辩院工程总部电站部担当，(概况略) 合作单位上海盛合能源科技是由上海国盛集团和上海盛太投资治理共同投资组建，注册资本人民币一亿元，公司被上海市科学技 术委员会批准为高科技企业。公司从事的节能领域除针对常规火力发电行业外，

16、 还致力于各种能源工程的节能效劳：它们包括对垃圾发电、风能、生物质能、太 阳能、海洋能、地热能、潮汐能、小水电及再生能源等工程的工程总包、工程工程 投资、工程询问、技术和产品开发、节能市场询问、能源与环保领域的实业投资、 节能和环保技术及产品的开发和技术效劳、与节能环保有关的高技术设备的研发、技术引进和制造、资本运作和资产经营等。公司引进的卡琳娜(Kalina)动力循环技术有望能使目前在常规火力发电和余热发电系统中使用的朗肯循环的循环效率大幅提 高。该技术正在太阳能光热发电、地热发电、水泥余热发电、浮法玻璃、钢铁行业、火电厂提高循环效率、焦炭行业和铁合金炉的余热发电及余热利用领域全面应用。卡琳

17、娜循环这一技术，由作为卡琳娜循环技术的拥有者，全球地热Global Geothermal Ltd.下称 GGL及其子公司可再生能源工程有限责任公司Recurrent Engineering LLC 下称 RE已将该项技术以排它性技术许可证方式，转让给上海盛合能源科技，2、已有技术开发力气与条件工程依托上海盛合能源科技的卡琳娜循环电站模拟机，设在凌光试验基地2楼，现建立前提要求已建成。工程专家小组中硕士争辩生以上学历有2人以上，高级工程师职称有2人以上。3、已有技术成果我方针对上海盛合能源科技的 Kallina 动力循环技术发电站设计的仪控岛 DCS 把握系统，由现场监测热控仪表和把握系统组成，

18、我方仪控岛把握系统监控便利，能准确地显示现场实时数据，并具有大量的治理功能，实时/历史报警，实时/历史曲线，及报表功能，便于数据查询，为系统的进一步优化供给依据。2022 年 3 月 7 日上午，卡琳娜循环电站发电机组在中国第一次成功运转，发电机并网成功，并网运行 24 小时，系统能够稳定连续运行。2022 年 5 月9 月，在 2022 年世博会的浦西 D 片区上海企业联合馆成功展出。2022 年 9 月拆往台湾，实施“清水地热发电运转测试评估”专案，已于 2022 年12 月成功投运。以上三个技术成果的仪控岛把握系统，均是上海工业自动化仪表争辩院系统总部电站部为上海盛合能源科技配套完成，并

19、参与了工程调试投运工作。对模拟机的研制供给重要的数据和阅历积存。4、工程组织机构和人员安排工程负责人：谭志明，高级工程师，上海工业自动化仪表争辩院副总工，上海工业自动化仪表争辩院系统总部部长。在此工程中主要负责工程的整体规划设计，和人员治理。工程成员：刘华炜，高级工程师，在工程中负责软件总体的设计，数学模型的建立，软件开发与实现，现场调试投运工作。工程成员：陆锋，高级工程师，在工程中负责硬件总体的设计，模拟机的搭建， 信号的采集，现场调试投运工作。工程成员：宁伟伟，硕士争辩生学位，毕业于上海海事大学检测技术与自动化专业，在工程中负责上位机监控软件的设计，实现模拟机的治理功能，现场调试投运工作。

20、工程成员：毕晓娟，硕士争辩生学位，毕业于东华大学把握理论与把握工程专业， 在工程中负责系统数据的记录、分析，建立数学模型，现场调试投运工作。四、工程实施的进度打算第一阶段，通过各方面调研，完成模拟机方案的制作。其次阶段，实现训练模拟机的要求。第三阶段，实现技术开发关心模拟机的要求。第一阶段：完成模拟机方案的制作实施时间：2022.32022.7工作内容：整理之前工程资料和调试阅历，并进展各方面的调研，广泛收集查找资料。验收标准：方案充实，完整，考虑周全，可实施性强。其次阶段：实现训练模拟机的要求实施时间：2022.92022.2工作内容：完成模拟机的硬件搭建，建立系统参数之间的数学模型，完成软

21、件的初步编制验收标准：(1)训练模拟机的作用为培训电厂运行人员供给手段和工具了解、生疏操作流程；模拟并生疏机组运行状态和过程；模拟运行过程中的故障，把握分析、排解故障的方法。当操作流程更改时，可进展模拟试验(2)训练模拟机的特点工艺过程、工艺设备通过模拟/仿真软件实现；把握系统的操作组态、修改、操作等与原操作相像；设备的操作通过模拟操作屏实物/显示屏模拟操作完成；仪表信号通过信号模拟屏实物实现。(3)训练模拟机的设备组成培训师操作站计算机；受训人员操作站计算机；大屏幕液晶显示器；PLC 把握系统或基于 PC 的 IO 扩展箱；信号模拟屏/信号发生器/调整手操器/开关等；设备模拟操作屏/模拟操作

22、器等；(4)训练模拟机的软件构成：系统平台软件；组态软件；把握软件；模拟/仿真软件。(5)训练模拟机运行说明通过模拟/仿真软件的编程，生成工艺系统的构造模块；通过组态软件，生成系统运行图；大屏幕显示器显示系统运行图；通过计算机操作设置初始工况；通过设备模拟操作屏和操作站计算机的操作开头过程运行；由信号模拟屏的操作，转变某些过程变量和状态；模拟机在运行状况下，由系统运行图模拟显示整个工艺设备和流程的运行状况。第三阶段实现技术开发关心模拟机实施时间：2022.32022.12工作内容：完善模拟机系统参数之间的数学模型，实现模拟机高级功能，可以优化火电厂余热发电系统技术参数，提高发电效率。验收标准：建立完善的系统数学模型，完善系统参数(液位、温度、流量、密度等)与系统运行的变化关系，更真实的反映现场运行工况，可以到达培训运行人员通过调整可变量， 使系统处于最正确的平稳状态。自动演示系统运行，模拟机可以实现系统的一