影响机组经济性因素及对策课件

2023/10/3影响机组经济性因素及对策2023/7/28影响机组经济性因素及对策1主要内容前言机组热经济性指标机组热经济性的影响因素降低机组热耗率的相应对策机组性能试验与性能实时计算影响热耗率实时计算准确性因素浙江大学热工与动系统研究所主要内容前言浙江大学热工与动系统研究所2前言上海交通大学112周年校庆前夕，江泽民在上海交通大学学报（自然科学版）2008年第3期发表题为《对中国能源问题的思考》的文章，详细阐明了能源问题的重要性，指出能源是我国经济社会发展的重要制约因素，事关经济安全和国家安全。从资源、生产、消费以及对环境和经济社会发展影响等方面，分析了世界能源基本状况和发展趋势，探讨了我国能源发展面临的机遇和挑战，回答了在经济全球化和中国现代化大背景下，中国如何认识能源发展趋势，选择什么样的能源发展道路等重大战略问题。浙江大学热工与动系统研究所前言上海交通大学112周年校庆前夕，江泽民在上海交通大学学报3前言能源问题的重要性；能源是现代经济社会发展的基础能源是经济社会发展的重要制约因素能源安全事关经济安全和国家安全能源消耗对生态环境的影响日益突出国内外能源形势；能源发展的战略思路；（重点论述中国能源发展的战略思路）能源发展政策。提出走中国特色新型能源发展道路主要涵义是：坚持节约高效、多元发展、清洁环保、科技先行、国际合作，努力建设一个利用效率高、技术水平先进、污染排放低、生态环境影响小、供给稳定安全的能源生产流通消费体系。浙江大学热工与动系统研究所前言能源问题的重要性；浙江大学热工与动系统研究所4前言电力在能源中具有特别重要的地位，通过应用电力技术，把各种化石能、核能、水能、风能等，转化为传输使用方便、高效清洁的二次能源。电力工业是国民经济的基础产业，是实现现代化的物质基础。2007年底全国发电装机总容量达7.13亿kW，其中：水电1.45亿kW；火电5.54亿kW；核电0.08亿kW；风电0.04亿kW浙江大学热工与动系统研究所前言电力在能源中具有特别重要的地位，通过应用电力技术，把各种5前言汽轮发电机组为核心的大型发电厂是能源转换的重要方式，又是消耗一次能源的大户。我国发电厂能耗偏高，污染排放比较严重。新建机组（600MW，1000MW）效率、可靠性、环保性能，已达到发达国家水平（357g/(kWh)）；总体火电厂供电煤耗率比发达国家高出50g/(kWh)以上。国家把电力工业列为节能减排的重点行业之一。电力企业应该是节能减排的主力军。浙江大学热工与动系统研究所前言汽轮发电机组为核心的大型发电厂是能源转换的重要方式，又是61.机组热经济性指标汽轮发电机组在能量转换过程中，由于存在着各种能量损失，燃料具有的能量不可能全部转变为发电机发出的电能，因此，通常用各种效率和热经济指标来衡量、评价机组中能量转换过程的完善程度。浙江大学热工与动系统研究所1.机组热经济性指标汽轮发电机组在能量转换过程中，由于存71.机组热经济性指标衡量、评价机组热经济性指标主要有：汽轮机相对内效率（各缸焓降效率）循环热效率绝对电效率发电（供电）热耗率发电（供电）煤耗率汽耗率锅炉效率补给水率浙江大学热工与动系统研究所1.机组热经济性指标衡量、评价机组热经济性指标主要有：浙江81.机组热经济性指标汽轮机相对内效率shΔHihtcΔHthch0式中：ΔHt─新蒸汽具有的理想焓降，kJ/kgΔHi─汽轮机有效焓降，kJ/kgh0

─新蒸汽焓值，kJ/kghtc─排汽理想焓值，kJ/kghc─排汽实际焓值，kJ/kg

p0t0pc

浙江大学热工与动系统研究所1.机组热经济性指标汽轮机相对内效率shΔHihtcΔH91.机组热经济性指标

对于多缸、多排汽口、中间再热汽轮机组，通常分别计算各汽缸的相对内效率，如高压缸效率、中压缸效率和低压缸效率。

浙江大学热工与动系统研究所1.机组热经济性指标对于多缸、多排汽口、中间再热汽轮机101.机组热经济性指标循环热效率定义为蒸汽具有的理想焓降ΔHt与在锅炉中吸收的热量Q0的比值。式中ΔHt─循环中蒸汽具有的理想焓降，kJ/kg； Q0─蒸汽在锅炉中吸收的热量，kJ/kg； h0─汽轮机新蒸汽的焓值，kJ/kg； hfw─末级高压加热器出口的给水焓值，kJ/kg。浙江大学热工与动系统研究所1.机组热经济性指标循环热效率浙江大学热工与动系统研究111.机组热经济性指标绝对电效率

蒸汽具有的理想比焓降ΔHt转换为电能的份额与蒸汽在锅炉中吸收的比热量Q0的之比。式中：ηri─汽轮机相对内效率； ηm

─机械效率；

ηel

─发电机效率；

ηt─循环热效率。浙江大学热工与动系统研究所1.机组热经济性指标绝对电效率浙江大学热工与动系统研究所121.机组热经济性指标热耗率每生产1kW·h电能所消耗的热量，[kJ/(kW·h)]无中间再热汽轮机组的热耗率中间再热汽轮机组的热耗率式中：D0—主蒸汽流量,T/h；h0—主蒸汽焓值,kJ/kg；hfw—锅炉给水焓值,kJ/kg；Drh—再热蒸汽热端流量,T/h；hrh—再热蒸汽热端焓值,kJ/kg；Drc—再热蒸汽冷端流量,T/h；hrc—再热蒸汽冷端焓值,kJ/kg；Pel—发电机输出功率,kW。浙江大学热工与动系统研究所1.机组热经济性指标热耗率浙江大学热工与动系统研究所132.机组热经济性的影响因素

影响机组热经济性的因素很多，归纳为：主要设备的内在性能机组运行管理水平浙江大学热工与动系统研究所2.机组热经济性的影响因素影响机组热经济性的因素很多，归142.机组热经济性的影响因素

主要设备的内在性能汽轮机等主设备的“健康”状况机组容量机组参数通流部分设计性能机组变工况性能浙江大学热工与动系统研究所2.机组热经济性的影响因素主要设备的内在性能浙江大学热15主要设备的内在性能汽轮机“健康”状况汽轮机通流部分叶片严重结垢叶片磨损、水蚀叶片断裂安装、检修质量泄漏汽封片磨损汽缸中分面内漏机组振动转子质量不平衡汽流激振浙江大学热工与动系统研究所主要设备的内在性能汽轮机“健康”状况浙江大学热工与动系统研16主要设备的内在性能机组容量额定功率MW相对内效率绝对电效率热耗率kJ/(kW·h)50~1000.85~0.870.37~0.399630~9210125~2000.87~0.880.42~0.438500~8370300~6000.885~0.900.44~0.468100~7810600~1000>0.90>0.46<7800浙江大学热工与动系统研究所主要设备的内在性能机组容量额定功率相对内效率绝对电效率热耗17主要设备的内在性能机组参数根据卡诺循环、朗肯循环的基本原理，火电机组的循环热效率随主蒸汽压力和主蒸汽温度的上升而提高。主蒸汽压力提高1MPa，机组热耗率就可下降0.13%～0.15%；主蒸汽温度每提高10℃，机组热耗率就可下降0.25～0.30%；再热蒸汽温度每提高10℃，机组热耗率就可下降0.15%～0.20%亚临界机组：主蒸汽压力16-18MPa，主蒸汽温度535℃，机组效率

37~38％超临界机组：主蒸汽压力24MPa，主蒸汽温度538-560℃，机组效率40~41％超超临界机组：主蒸汽压力25-31MPa，主蒸汽温度580-610℃，机组效率44~45％浙江大学热工与动系统研究所主要设备的内在性能机组参数浙江大学热工与动系统研究所18主要设备的内在性能通流部分设计性能1970年前（传统设计），以实验气动力学为基础，动、静叶片叶型主要通过吹风实验来确定。汽轮机设计以平均截面上一维流动的手工计算为主，静、动叶片广泛采用直叶片和简单扭转叶片。1980年，二维流场计算，计算气动力学逐步代替传统设计。可控涡概念为代表的二维设计理论，叶片按较为复杂的造型规律扭转，汽轮机效率提高1.5%。90年代，完全三维设计概念开始应用，其突出代表是弯扭联合成型叶片，使汽轮机效率又提高1.5%。如125MW机组的通流部分改造。浙江大学热工与动系统研究所主要设备的内在性能通流部分设计性能浙江大学热工与动系统研究19主要设备的内在性能

直叶片扭叶片弯扭叶片浙江大学热工与动系统研究所主要设备的内在性能浙江大学热工与动20浙江大学热工与动系统研究所浙江大学热工与动系统研究所21浙江大学热工与动系统研究所浙江大学热工与动系统研究所22主要设备的内在性能机组变工况性能设计工况（额定负荷）变工况（低负荷）浙江大学热工与动系统研究所主要设备的内在性能机组变工况性能浙江大学热工与动系统研究所23机组的运行管理水平机组运行方式机组运行参数热力系统泄漏浙江大学热工与动系统研究所机组的运行管理水平机组运行方式浙江大学热工与动系统研究所24机组运行方式机组调峰运行定压调节滑压调节“定-滑-定”调节汽阀（单阀调节与顺序阀调节）600MW机组，在400MW负荷时，单阀调节与顺序阀调节方式，其煤耗率相差6.6g/(kw.h)浙江大学热工与动系统研究所机组运行方式机组调峰运行浙江大学热工与动系统研究所25机组运行方式回热系统高加切除运行高加泄漏高加疏水管道振动循环水系统循环水泵运行浙江大学热工与动系统研究所机组运行方式回热系统浙江大学热工与动系统研究所26机组运行参数机组运行参数直接影响机组的热经济性指标。

可控参数：主蒸汽压力主蒸汽温度再热蒸汽温度汽机排汽压力排烟温度烟气含氧量飞灰含碳量给水温度过热器减温水量再热器减温水量可控参数引起耗差可通过运行参数的调整来消除，这些可控参数应在最优运行参数（也称应达值）下运行

。浙江大学热工与动系统研究所机组运行参数机组运行参数直接影响机组的热经济性指标。浙江大27机组运行参数不可控参数：低加端差高加端差凝结水过冷度机组补水率缸效率锅炉排污环境温度再热器压损辅助蒸汽用汽量浙江大学热工与动系统研究所机组运行参数不可控参数：浙江大学热工与动系统研究所28热力系统泄漏旁通阀、疏水阀是否存在严重泄漏等。工质的损耗

热能的损耗

浙江大学热工与动系统研究所热力系统泄漏旁通阀、疏水阀是否存在严重泄漏等。浙江大学热工293.降低机组热耗率的相应对策

根据上述对机组热经济性影响因素的归纳、分析可知，要提高火电机组发电效率、降低热耗率的相应对策也是从提升机组主要设备的内在性能和加强机组运行的科学管理着手。

浙江大学热工与动系统研究所3.降低机组热耗率的相应对策根据上述对机组热经济性影响因303.降低机组热耗率的相应对策

(1)关停高能耗的小火电机组和没有热负荷的小热电机组。(2)新建机组要采用1000MW等级的超临界、超超临界机组、天然气联合循环机组、整体煤气化联合循环机组，同时积累运行经验。(3)科学调度，建议尽量让1000MW等级的超临界、超超临界机组带基本负荷运行。浙江大学热工与动系统研究所3.降低机组热耗率的相应对策(1)关停高能耗的小火电机313.降低机组热耗率的相应对策

(4)大型火电厂已相继构建了厂级监控信息系统（SIS），但功能模块的二次开发相对滞后。建议逐步开发和完善机组实时性能计算、耗差分析、运行优化与操作指导、能量平衡、转子等设备的寿命管理等模块或系统，加强运行管理的科学性和可操作性。浙江大学热工与动系统研究所3.降低机组热耗率的相应对策(4)大型火电厂已相继构建323.降低机组热耗率的相应对策WEB服务器防火墙耗差分析运行优化SIS实时数据库服务器MIS数据库服务器DCS接口机DCS接口机RTU接口机DCSDCSDCS接口机DCSRTU性能计算…………办公自动化物资管理人事管理……能量平衡浙江大学热工与动系统研究所3.降低机组热耗率的相应对策WEB服务器防火墙耗差分析运行334.机组性能试验与性能实时计算汽轮机组的热耗率是通过做热力性能试验，然后进行一系列计算得到的。发电厂做热力性能试验的目的是要知道汽轮机组本身内在的性能。刚投产的新机组做性能考核试验，来检验机组是否达到制造厂家在技术合同上保证的热耗率；机组大修前、后也要进行常规热力性能试验，来发现设备缺陷、检验大修的质量。机组运行优化系统投运前，做循环效率试验，得到不同负荷下的性能，确定主要参数的应达值。需要消除运行方式、运行参数对热耗率的影响，采取高精度测试仪表及严格的系统隔离措施，计算不明泄漏量，确保性能试验精度。浙江大学热工与动系统研究所4.机组性能试验与性能实时计算汽轮机组的热耗率是通过做热力34性能试验式中：qt—试验工况参数下得到的机组热耗率；qn—把试验工况参数修正到额定工况参数后的机组热耗率；Δqt—由于试验工况参数偏离额定工况参数使得机组热耗率增加值；C—总的试验工况参数修正系数，即：

参数（主蒸汽压力p0、主蒸汽温度t0、再热蒸汽压损Δpr、再热蒸汽温度tr、给水温度tfw、真空pc）偏离额定工况参数引起机组热耗率变化的修正系数。浙江大学热工与动系统研究所性能试验式中：qt—试验工况参数下得到的机组热耗率；qn—35修正曲线初压p0

修正系数初温t0修正系数再热温度tr

修正系数再热压损Δpr修正系数浙江大学热工与动系统研究所修正曲线初压p0修正系数初温t0修正系数再热温度t36修正曲线排汽压力pc修正曲线pc热耗率修正系数选取：制造厂家提供的参数修正曲线美国ASME标准推荐的参数修正曲线通过汽轮机组详细热力计算浙江大学热工与动系统研究所修正曲线排汽压力pc修正曲线pc热耗率修正系数选取：浙江大37经济性能指标实时监测机组正常运行时，实时监测机组热耗率的目的是为了评价机组运行管理水平。式中：qt—运行工况下热耗率的应达值；qn—额定工况下热耗率的应达值，C—总的运行工况参数修正系数。运行工况下热耗率的应达值是随着机组负荷、设备“健康”状况及参数变化的。实际运行热耗率与该工况下热耗率应达值之差，就反映了机组运行管理水平。各可控参数应达值也是随机组负荷变化的。浙江大学热工与动系统研究所经济性能指标实时监测机组正常运行时，实时监测机组热耗率的目的385.影响热耗率实时计算准确性因素

实时性能计算实时数据

温度、压力、流量、水位等，从DCS系统取数，或从SIS系统取数测量参数预测与验证需人工输入

煤灰份、水份、低位发热量；漏风系数；漏汽量；灰渣含炭量等浙江大学热工与动系统研究所5.影响热耗率实时计算准确性因素实时性能计算浙江大学热工39原则性热力系统图浙江大学热工与动系统研究所原则性热力系统图浙江大学热工与动系统研究所40主蒸汽流量测量

采用标准节流孔板测量使用差压变送器测量其差压值，换算成流量，再进行蒸汽密度修正。存在二个问题：由于蒸汽的可压缩性，尽管进行了蒸汽密度的修正，但测量精度仍较低。随着汽轮机组容量增大、初参数提高，在主蒸汽管道上加装节流孔板，会增加额外的节流损失。因而，在大型汽轮机组的主蒸汽管道上通常不再通过安装节流孔板来测量主蒸汽流量。Δp浙江大学热工与动系统研究所主蒸汽流量测量采用标准节流孔板测量Δp浙江大学热工41主蒸汽流量计算

利用给水流量计算对单元制机组，在最末加热器与锅炉间的给水管道上，安装节流孔板测量给水流量，然后换算成主蒸汽流量，即：

式中：Dfw—锅炉给水流量；Ded—过热蒸汽减温水流量；Dab—锅炉排污流量（定排和连排之和）。 常规热力性能试验中的主蒸汽流量计量都是采用此方法的，但直接把此方法应用于实时性能计算中，会产生较大的误差。因为：①当投过热蒸汽减温水时，喷水量转换成汽轮机作功的蒸汽量有一个滞后效应。上式无法反映这个效应，使得主蒸汽流量产生一个不真实的跃变，从而，机组热耗率也产生一个不真实的跃变；②锅炉排污流量的实时监测也较困难。浙江大学热工与动系统研究所主蒸汽流量计算利用给水流量计算浙江大学热工与动系统研究所42主蒸汽流量计算

通过调节级后压力计算测量调节级后（监视段）压力，利用Flugel公式计算主蒸汽流量，并作适当修正。取调节级后到汽轮机排汽口为一级组，根据Flugel公式，考虑凝汽式汽轮机排汽口压力非常小，并忽略调节级后的温度变化，则变工况运行时主蒸汽流量为：式中：D0—设计工况时的主蒸汽流量；p1—设计工况时的调节级后压力；p11—变工况运行时的调节级后压力。在实际使用时，还需用调节级后温度及负荷进行修正。通常运行工况范围内（不包括机组的启、停工况），主蒸汽流量可以满足实时性能计算的需要。

浙江大学热工与动系统研究所主蒸汽流量计算通过调节级后压力计算浙江大学热工与动系统研43再热蒸汽流量再热蒸汽进、出管道上，不加装节流孔板来测量再热蒸汽流量。再热蒸汽流量通过回热系统热平衡计算求得。式中：D0—主蒸汽流量；Dex1—1级抽汽流量；Dex2—2级抽汽流量；

Dzp—再热器减温水流量。浙江大学热工与动系统研究所再热蒸汽流量再热蒸汽进、出管道上，不加装节流孔板来测量再热蒸44末级排汽焓

在汽轮机实时性能计算中，汽轮机末级排汽焓值的实时确定一直是一个难题。原因是处于湿蒸汽区时，其压力和温度不再是相互独立参数，且又不具备实用的在线测量汽轮机内蒸汽湿度的手段。汽轮机末级排汽焓在机组系统热平衡计算、汽轮机低压缸效率计算等中，又是一个非常重要的参数。湿度测量方法：热力学法；光学实时计算汽轮机末级排汽焓的方法归纳为以下几种： (1)能量平衡法 (2)外推法 (3)外推-能量平衡法

浙江大学热工与动系统研究所末级排汽焓在汽轮机实时性能计算中，汽轮机末级排汽焓值的实时45末级排汽焓计算

(1)能量平衡法式中：D0、h0—主蒸汽流量、焓值；Drh、hrh—再热蒸汽热端流量、焓值；Drc、hrc—再热蒸汽冷端流量、焓值；Dexj、hexj—各抽汽流量、焓值；Dc、hc—排汽流量、焓值；ηm、ηel—机械、发电机效率；Pel—发电机功率。D0、h0Drh、hrhDrc、hrcDc、hcPelDexj、hexj实际上有几个低压抽汽参数已进入湿蒸汽区，需要迭代计算。其他参数测量误差会累计在排汽焓值上，并且影响迭代计算的收敛性。

浙江大学热工与动系统研究所末级排汽焓计算(1)能量平衡法D0、h0Drh、hrhDr46末级排汽焓计算

(2)外推法根据中压缸进汽状态点和以后的抽汽口状态点连线的变化规律，外推到湿蒸汽区，得到湿蒸汽区抽汽焓值及排汽焓值。此方法概念简单、计算方便，但其不足之处也是明显的：由于在中压缸进汽状态点之后，处在过热蒸汽区的抽汽口较少，使得参与拟合的点数较少，精度较差；过程线外推，即过程线斜率不变，也