吳奇才

摘 要：為了提高火電機組熱經(jīng)濟性，迫切需求在線性能監(jiān)測和診斷的運行能源管理系統(tǒng)。然而，目前的實時經(jīng)濟性計算還面臨的一些實際問題需要及時解決。該文闡述了現(xiàn)有火電機組經(jīng)濟性計算方法應(yīng)用于實際生產(chǎn)中的局限性，分析了額定參數(shù)偏離設(shè)計工況、機組的動態(tài)蓄質(zhì)儲能過程和設(shè)備性能變化對機組經(jīng)濟性計算的影響，提出了能夠針對這三方面實現(xiàn)實時監(jiān)測設(shè)備性能變化的方法。這對有效改進火電機組實時經(jīng)濟性計算方法，解決機組實際實時性能監(jiān)測的問題具有一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：火電機組 設(shè)備 實時經(jīng)濟性 動態(tài) 影響因素

中圖分類號：TM62 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）10（c）-0100-02

目前，提高火電機組熱經(jīng)濟性是發(fā)電廠最迫切的需求。然而，對于大容量機組的高運行參數(shù)以及復(fù)雜熱力系統(tǒng)，靠人工很難判斷機組是否處于最經(jīng)濟狀態(tài)。美國研制了汽輪發(fā)電機組AID狀態(tài)監(jiān)測與診斷系統(tǒng)和在線性能監(jiān)測和診斷的運行能源管理OEM系統(tǒng)[1-2]。紐約州電力和燃氣公司開發(fā)了一個性能試驗CPTP軟件[3]，并安裝于 Goudey電站#8 機組上?？傮w來講，在電廠熱力系統(tǒng)性能監(jiān)測和診斷方面，美國、加拿大等國家在此方面已遠遠走在前面，他們分別開發(fā)研制出一系列實用性很強的電廠性能監(jiān)測和診斷軟件[4-5]，既能對整個電廠性能進行監(jiān)測，又能提供一系列可以根據(jù)用戶需求自組的專門設(shè)備監(jiān)測模型[6-7]。國內(nèi)的部分高校、很多電科院和中試所等單位也先后開始了這方面的研究工作，并開發(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)前實時經(jīng)濟性計算還面臨的一些實際問題需要及時解決[11-12]。

本文分析了傳統(tǒng)熱耗計算在實時性計算中的局限，然后結(jié)合某發(fā)電廠實際運行數(shù)據(jù)，研究了影響火電機組實時經(jīng)濟性計算的主要因素，以期為實現(xiàn)火電機組實時經(jīng)濟性計算指明了研究方向。

1 目前熱耗計算的局限性

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

目前，在線監(jiān)測計算中普遍采用熱耗率來度量經(jīng)濟性，應(yīng)用比較廣泛的計算標(biāo)準(zhǔn)是ASME PTC6-1996和ASME PTC6-1982。并且，從公式中可以看出：機組熱耗率與流量相關(guān)。然而，由于慣性儲能環(huán)節(jié)等因素的影響，當(dāng)機組處于動態(tài)變化過程中，同一時刻流過機組不同位置處的流量不同，造成基于準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)假設(shè)前提下的汽輪機熱耗率計算不夠準(zhǔn)確，與機組實際熱耗率偏差較大。（準(zhǔn)）穩(wěn)態(tài)下的汽輪機熱耗率并不能代表機組實際運行時的熱耗。

2 實時經(jīng)濟性計算的影響因素分析

目前，影響實時熱耗計算的因素主要有以下三方面：實際運行參數(shù)偏離額定工況、慣性蓄質(zhì)儲能環(huán)節(jié)、設(shè)備性能變化。

2.1 實際運行參數(shù)偏離額定工況

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

2.2 慣性蓄質(zhì)儲能環(huán)節(jié)的動態(tài)影響

如圖1所示，實際電廠機組鍋爐給水流量波動變化較大，而主蒸汽流量基本穩(wěn)定在一個很小的范圍內(nèi)。鍋爐是一個較大的慣性蓄質(zhì)環(huán)節(jié)，機組中間容積較大，有一定蓄質(zhì)儲能能力。而機組整個循環(huán)中有蓄質(zhì)儲能能力的結(jié)構(gòu)較多，如主汽閥到調(diào)節(jié)級前的管道部分容積、回?zé)崞鲀?nèi)部容積、噴嘴容積等等。一般，慣性蓄質(zhì)儲能環(huán)節(jié)的影響有以下幾方面[13]：由于加熱器的熱動態(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，使得熱耗率計算結(jié)果出現(xiàn)較大的差異。

2.3 設(shè)備性能變化

電廠設(shè)備性能變化，如汽輪機葉型變化、密封件變形、換熱器結(jié)垢等，都會使得機組實際熱耗增大，極大地影響電廠經(jīng)濟性。如圖2所示，為東芝公司對某700MW汽輪機的內(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、及漏氣損失占級損失中的主要部分。當(dāng)機組運行一段時間后，葉片和密封件長期在高溫高壓環(huán)境中工作會產(chǎn)生變形，加劇損失，對機組熱耗率產(chǎn)生影響。

3 結(jié)論與展望

該文在對應(yīng)用比較廣泛的火電機組經(jīng)濟性計算標(biāo)準(zhǔn)的局限性進行了分析，當(dāng)前基于準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)假設(shè)前提下的實時熱耗率受到實際運行參數(shù)偏離額定工況、慣性蓄質(zhì)儲能環(huán)節(jié)、設(shè)備性能變化等三個方面的影響，并不能代表機組實際運行時的熱耗，與機組實際熱耗率存在偏差。因此，設(shè)法消除實際運行參數(shù)偏離額定工況、慣性蓄質(zhì)儲能環(huán)節(jié)對實時熱耗率的影響，就能建立實時熱耗率與設(shè)備性能的關(guān)系，能夠?qū)崟r監(jiān)測設(shè)備的性能變化。希望這能夠為后期改進火電機組實時經(jīng)濟性計算方法解決機組的實時性能監(jiān)測問題提供一定的借鑒意義。

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