火電機(jī)組實(shí)時(shí)經(jīng)濟(jì)性計(jì)算的影響因素分析

吳奇才

摘 要：為了提高火電機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性，迫切需求在線(xiàn)性能監(jiān)測(cè)和診斷的運(yùn)行能源管理系統(tǒng)。然而，目前的實(shí)時(shí)經(jīng)濟(jì)性計(jì)算還面臨的一些實(shí)際問(wèn)題需要及時(shí)解決。該文闡述了現(xiàn)有火電機(jī)組經(jīng)濟(jì)性計(jì)算方法應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中的局限性，分析了額定參數(shù)偏離設(shè)計(jì)工況、機(jī)組的動(dòng)態(tài)蓄質(zhì)儲(chǔ)能過(guò)程和設(shè)備性能變化對(duì)機(jī)組經(jīng)濟(jì)性計(jì)算的影響，提出了能夠針對(duì)這三方面實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備性能變化的方法。這對(duì)有效改進(jìn)火電機(jī)組實(shí)時(shí)經(jīng)濟(jì)性計(jì)算方法，解決機(jī)組實(shí)際實(shí)時(shí)性能監(jiān)測(cè)的問(wèn)題具有一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：火電機(jī)組 設(shè)備 實(shí)時(shí)經(jīng)濟(jì)性 動(dòng)態(tài) 影響因素

中圖分類(lèi)號(hào)：TM62 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）10（c）-0100-02

目前，提高火電機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性是發(fā)電廠(chǎng)最迫切的需求。然而，對(duì)于大容量機(jī)組的高運(yùn)行參數(shù)以及復(fù)雜熱力系統(tǒng)，靠人工很難判斷機(jī)組是否處于最經(jīng)濟(jì)狀態(tài)。美國(guó)研制了汽輪發(fā)電機(jī)組AID狀態(tài)監(jiān)測(cè)與診斷系統(tǒng)和在線(xiàn)性能監(jiān)測(cè)和診斷的運(yùn)行能源管理OEM系統(tǒng)[1-2]。紐約州電力和燃?xì)夤鹃_(kāi)發(fā)了一個(gè)性能試驗(yàn)CPTP軟件[3]，并安裝于 Goudey電站#8 機(jī)組上?？傮w來(lái)講，在電廠(chǎng)熱力系統(tǒng)性能監(jiān)測(cè)和診斷方面，美國(guó)、加拿大等國(guó)家在此方面已遠(yuǎn)遠(yuǎn)走在前面，他們分別開(kāi)發(fā)研制出一系列實(shí)用性很強(qiáng)的電廠(chǎng)性能監(jiān)測(cè)和診斷軟件[4-5]，既能對(duì)整個(gè)電廠(chǎng)性能進(jìn)行監(jiān)測(cè)，又能提供一系列可以根據(jù)用戶(hù)需求自組的專(zhuān)門(mén)設(shè)備監(jiān)測(cè)模型[6-7]。國(guó)內(nèi)的部分高校、很多電科院和中試所等單位也先后開(kāi)始了這方面的研究工作，并開(kāi)發(fā)了許多應(yīng)用軟件和產(chǎn)品，如應(yīng)用較廣的SIS系統(tǒng)[8-10]。然而，當(dāng)前實(shí)時(shí)經(jīng)濟(jì)性計(jì)算還面臨的一些實(shí)際問(wèn)題需要及時(shí)解決[11-12]。

本文分析了傳統(tǒng)熱耗計(jì)算在實(shí)時(shí)性計(jì)算中的局限，然后結(jié)合某發(fā)電廠(chǎng)實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，研究了影響火電機(jī)組實(shí)時(shí)經(jīng)濟(jì)性計(jì)算的主要因素，以期為實(shí)現(xiàn)火電機(jī)組實(shí)時(shí)經(jīng)濟(jì)性計(jì)算指明了研究方向。

1 目前熱耗計(jì)算的局限性

從汽輪機(jī)熱耗的概念本身來(lái)看，其是從考察機(jī)組總體熱經(jīng)濟(jì)性的角度提出來(lái)的。然而，作為設(shè)備驗(yàn)收時(shí)的一項(xiàng)主要考核指標(biāo)，其只有對(duì)某一特定條件或特定工況的熱耗率計(jì)算才有意義。發(fā)電廠(chǎng)設(shè)備實(shí)際經(jīng)常處于不斷地變工況運(yùn)行中，穩(wěn)定工況是相對(duì)的，特別是參與調(diào)峰的機(jī)組；各種熱力參數(shù)及汽水流量仍會(huì)呈現(xiàn)不同幅度的波動(dòng)，往往難以符合試驗(yàn)規(guī)程的要求。在線(xiàn)性能監(jiān)測(cè)過(guò)程中，由于數(shù)據(jù)采集間隔及計(jì)算間隔都很短，使得熱耗率這一概念有了更為廣泛的含義，即在線(xiàn)計(jì)算結(jié)果具有時(shí)變跟蹤特性。熱耗率已成為衡量機(jī)組當(dāng)前運(yùn)行狀況的狀態(tài)參數(shù)，如仍按穩(wěn)定工況處理方法計(jì)算動(dòng)態(tài)過(guò)程中的熱耗率，必然使結(jié)果出現(xiàn)一定誤差，進(jìn)而影響性能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)輸出結(jié)果的正確性和穩(wěn)定性。

目前，在線(xiàn)監(jiān)測(cè)計(jì)算中普遍采用熱耗率來(lái)度量經(jīng)濟(jì)性，應(yīng)用比較廣泛的計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)是ASME PTC6-1996和ASME PTC6-1982。并且，從公式中可以看出：機(jī)組熱耗率與流量相關(guān)。然而，由于慣性?xún)?chǔ)能環(huán)節(jié)等因素的影響，當(dāng)機(jī)組處于動(dòng)態(tài)變化過(guò)程中，同一時(shí)刻流過(guò)機(jī)組不同位置處的流量不同，造成基于準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)假設(shè)前提下的汽輪機(jī)熱耗率計(jì)算不夠準(zhǔn)確，與機(jī)組實(shí)際熱耗率偏差較大。（準(zhǔn)）穩(wěn)態(tài)下的汽輪機(jī)熱耗率并不能代表機(jī)組實(shí)際運(yùn)行時(shí)的熱耗。

2 實(shí)時(shí)經(jīng)濟(jì)性計(jì)算的影響因素分析

目前，影響實(shí)時(shí)熱耗計(jì)算的因素主要有以下三方面：實(shí)際運(yùn)行參數(shù)偏離額定工況、慣性蓄質(zhì)儲(chǔ)能環(huán)節(jié)、設(shè)備性能變化。

2.1 實(shí)際運(yùn)行參數(shù)偏離額定工況

以主蒸汽壓力為例，實(shí)際機(jī)組運(yùn)行時(shí)主蒸汽壓力不斷變化，且變化速度較快，而現(xiàn)有計(jì)算方法均以主蒸汽壓力為常數(shù)為前提計(jì)算，導(dǎo)致現(xiàn)有方法計(jì)算所得的機(jī)組熱耗率并非實(shí)際熱耗。

2.2 慣性蓄質(zhì)儲(chǔ)能環(huán)節(jié)的動(dòng)態(tài)影響

如圖1所示，實(shí)際電廠(chǎng)機(jī)組鍋爐給水流量波動(dòng)變化較大，而主蒸汽流量基本穩(wěn)定在一個(gè)很小的范圍內(nèi)。鍋爐是一個(gè)較大的慣性蓄質(zhì)環(huán)節(jié)，機(jī)組中間容積較大，有一定蓄質(zhì)儲(chǔ)能能力。而機(jī)組整個(gè)循環(huán)中有蓄質(zhì)儲(chǔ)能能力的結(jié)構(gòu)較多，如主汽閥到調(diào)節(jié)級(jí)前的管道部分容積、回?zé)崞鲀?nèi)部容積、噴嘴容積等等。一般，慣性蓄質(zhì)儲(chǔ)能環(huán)節(jié)的影響有以下幾方面[13]：由于加熱器的熱動(dòng)態(tài)響應(yīng)具有遲，緩性，故加熱器側(cè)壓力的變化明顯滯后于相應(yīng)的抽汽口處壓力；加熱器汽水空間及金屬蓄熱可以放出相當(dāng)大的熱量加熱給水；在考慮了再熱器的慣性作用后，計(jì)算出的熱端流量明顯不等于冷端流量，即熱端流量具有延遲效應(yīng)。由于以上原因，使得熱耗率計(jì)算結(jié)果出現(xiàn)較大的差異。

2.3 設(shè)備性能變化

電廠(chǎng)設(shè)備性能變化，如汽輪機(jī)葉型變化、密封件變形、換熱器結(jié)垢等，都會(huì)使得機(jī)組實(shí)際熱耗增大，極大地影響電廠(chǎng)經(jīng)濟(jì)性。如圖2所示，為東芝公司對(duì)某700MW汽輪機(jī)的內(nèi)損失分析示意圖[14]。從圖中可以看出，葉型損失、二次流損失、及漏氣損失占級(jí)損失中的主要部分。當(dāng)機(jī)組運(yùn)行一段時(shí)間后，葉片和密封件長(zhǎng)期在高溫高壓環(huán)境中工作會(huì)產(chǎn)生變形，加劇損失，對(duì)機(jī)組熱耗率產(chǎn)生影響。

3 結(jié)論與展望

該文在對(duì)應(yīng)用比較廣泛的火電機(jī)組經(jīng)濟(jì)性計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)的局限性進(jìn)行了分析，當(dāng)前基于準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)假設(shè)前提下的實(shí)時(shí)熱耗率受到實(shí)際運(yùn)行參數(shù)偏離額定工況、慣性蓄質(zhì)儲(chǔ)能環(huán)節(jié)、設(shè)備性能變化等三個(gè)方面的影響，并不能代表機(jī)組實(shí)際運(yùn)行時(shí)的熱耗，與機(jī)組實(shí)際熱耗率存在偏差。因此，設(shè)法消除實(shí)際運(yùn)行參數(shù)偏離額定工況、慣性蓄質(zhì)儲(chǔ)能環(huán)節(jié)對(duì)實(shí)時(shí)熱耗率的影響，就能建立實(shí)時(shí)熱耗率與設(shè)備性能的關(guān)系，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備的性能變化。希望這能夠?yàn)楹笃诟倪M(jìn)火電機(jī)組實(shí)時(shí)經(jīng)濟(jì)性計(jì)算方法解決機(jī)組的實(shí)時(shí)性能監(jiān)測(cè)問(wèn)題提供一定的借鑒意義。

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