燃煤發(fā)電機(jī)組熱力系統(tǒng)機(jī)理模型及非設(shè)計(jì)工況運(yùn)行特性研究.pdf

1、我國能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)決定了在未來相當(dāng)長的時(shí)間內(nèi)燃煤發(fā)電機(jī)組仍將作為電力供應(yīng)的主要構(gòu)成。本文以燃煤發(fā)電機(jī)組節(jié)能優(yōu)化運(yùn)行為目標(biāo)，針對(duì)燃煤發(fā)電機(jī)組熱力系統(tǒng)機(jī)理模型和非設(shè)計(jì)工況運(yùn)行特性進(jìn)行研究，在熱力系統(tǒng)機(jī)理建模、非設(shè)計(jì)工況運(yùn)行特性規(guī)律和節(jié)能優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用等領(lǐng)域取得了有特色的進(jìn)展。本研究主要內(nèi)容包括：
　?、盘岢隽隋仩t換熱面準(zhǔn)二維建模方法。針對(duì)傳統(tǒng)集總參數(shù)“零維模型”無法分析設(shè)備內(nèi)部參數(shù)分布的問題，建立鍋爐換熱面分層離散準(zhǔn)二維集總參數(shù)模型，將鍋

2、內(nèi)和爐內(nèi)離散為多個(gè)相互耦合的層，求解鍋爐換熱面內(nèi)部的參數(shù)分布。針對(duì)鍋爐輻射換熱面和對(duì)流換熱面的差異，分別建立爐膛水冷壁和省煤器準(zhǔn)二維模型，所建立準(zhǔn)二維模型的模擬結(jié)果與實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)的吻合很好，最大相對(duì)誤差為0.77％，獲得了鍋爐內(nèi)部參數(shù)沿?zé)煔饬飨蚝凸べ|(zhì)流向的分布特性，并進(jìn)一步研究了積灰、漏風(fēng)等故障工況以及不同燃燒器投運(yùn)工況的參數(shù)分布。
　?、铺岢隽嘶谕髅娣e特征函數(shù)的汽輪機(jī)壓力級(jí)變工況計(jì)算方法。針對(duì)弗留格爾公式無法進(jìn)行“已知流量求

3、壓力”的汽輪機(jī)變工況計(jì)算問題，提出和建立了基于通流面積特征函數(shù)的汽輪機(jī)壓力級(jí)變工況模型，深入分析汽輪機(jī)級(jí)內(nèi)流動(dòng)的物理關(guān)系，得到汽輪機(jī)級(jí)組壓比與G√ v/p0之間的單調(diào)函數(shù)，由于該函數(shù)只與該級(jí)組所包含的通流面積和進(jìn)入級(jí)組蒸汽的絕熱系數(shù)相關(guān)，本文命名為通流面積特征函數(shù)。采用汽輪機(jī)實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)得到的汽輪機(jī)變工況計(jì)算結(jié)果表明，該方法應(yīng)用于“已知流量求壓力”的汽輪機(jī)變工況計(jì)算時(shí)，最大誤差為2.78%，精度較弗留格爾公式有顯著提高。上述研究解決了燃

4、煤發(fā)電熱力系統(tǒng)建模中最主要熱力設(shè)備鍋爐和汽輪機(jī)的相關(guān)關(guān)鍵問題，為研究熱力系統(tǒng)非設(shè)計(jì)工況的運(yùn)行特性奠定了基礎(chǔ)。
　?、墙⒘巳济喊l(fā)電機(jī)組熱力系統(tǒng)Cycle-Deck機(jī)理模型。借鑒航空發(fā)動(dòng)機(jī)Cycle-Deck建模思想，由對(duì)象機(jī)理出發(fā)，根據(jù)物質(zhì)、能量平衡定律，按照設(shè)備、子系統(tǒng)、全系統(tǒng)的順序，將各設(shè)備的精細(xì)仿真模塊耦合連接，建立燃煤發(fā)電機(jī)組熱力系統(tǒng)機(jī)理模型，直觀反應(yīng)燃煤發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行特性，精確模擬熱力系統(tǒng)各設(shè)備運(yùn)行參數(shù)，本文命名為燃煤發(fā)

5、電機(jī)組熱力系統(tǒng)Cycle-Deck機(jī)理模型。Cycle-Deck模型實(shí)現(xiàn)了針對(duì)復(fù)雜燃煤發(fā)電機(jī)組熱力系統(tǒng)的非設(shè)計(jì)工況的仿真，為燃煤發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行特性以及變拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)熱力系統(tǒng)的探索性研究提供支持平臺(tái)。采用某600MW超臨界機(jī)組實(shí)際數(shù)據(jù)驗(yàn)證了Cycle-Deck模型的計(jì)算精度，結(jié)果表明本文所建立的Cycle-Deck模型具有較高的模擬精度，用于驗(yàn)證計(jì)算的總計(jì)177個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)中，誤差小于3%的占所有數(shù)據(jù)的97%，誤差小于1%的占所有數(shù)據(jù)的79%。以

6、Cycle-Deck模型為工具，針對(duì)燃煤發(fā)電機(jī)組非設(shè)計(jì)工況運(yùn)行特性，研究了主要參數(shù)改變的運(yùn)行特性，得到了鍋爐側(cè)給煤量、過量空氣系數(shù)、燃燒器傾角、過熱減溫水流量、再熱蒸汽壓力、給水壓力、給水溫度、再熱蒸汽溫度、再熱蒸汽流量、一次風(fēng)溫、二次風(fēng)溫、環(huán)境溫度，以及汽機(jī)側(cè)的主蒸汽壓力、主蒸汽溫度、再熱蒸汽壓損、再熱蒸汽溫度、循環(huán)水溫度、背壓和給水溫度與燃煤發(fā)電機(jī)組煤耗率的關(guān)系曲線。
　　⑷研究了設(shè)備狀態(tài)改變的熱力系統(tǒng)運(yùn)行特性，發(fā)現(xiàn)給水加熱器

7、性能劣化對(duì)系統(tǒng)熱耗率的影響量在滿負(fù)荷時(shí)約為50%負(fù)荷的3-6倍，原因是加熱器滿負(fù)荷的設(shè)計(jì)冗余。發(fā)現(xiàn)給水加熱器端差會(huì)隨負(fù)荷降低而降低，以600MW機(jī)組為例，110%負(fù)荷與50%負(fù)荷的加熱器端差可相差5℃以上，端差隨負(fù)荷變化和端差不變所計(jì)算的系統(tǒng)熱耗率在50%負(fù)荷時(shí)的差值可達(dá)74kJ/kWh，僅此項(xiàng)帶來的相對(duì)誤差為0.92%，現(xiàn)場的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)驗(yàn)證了這個(gè)發(fā)現(xiàn)。發(fā)現(xiàn)各給水加熱器的運(yùn)行參數(shù)存在相互耦合，加熱器的端差變化有可能對(duì)上、下游給水加熱器

8、的換熱性能產(chǎn)生影響，考慮耦合因素和不考慮耦合因素時(shí)，高壓加熱器端差變化1℃，該設(shè)備對(duì)熱力系統(tǒng)熱耗率的影響最大可相差17.1%。研究了拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)改變的熱力系統(tǒng)運(yùn)行特性，發(fā)現(xiàn)加熱器的切除對(duì)系統(tǒng)熱耗率的影響呈相互強(qiáng)化，即三個(gè)高加同時(shí)切除的熱耗率增量高于三個(gè)加熱器單獨(dú)切除的代數(shù)和達(dá)36%。
　　⑸開發(fā)和應(yīng)用了基于發(fā)電機(jī)功率軟測量的熱耗率監(jiān)測技術(shù)。針對(duì)燃煤發(fā)電機(jī)組實(shí)際運(yùn)行中出現(xiàn)的凝結(jié)水流量測量不準(zhǔn)確，導(dǎo)致主蒸汽流量計(jì)算不穩(wěn)定的問題，通過發(fā)電機(jī)

9、功率軟測量來驗(yàn)證凝結(jié)水和主蒸汽流量，完善熱耗率在線監(jiān)測功能。該技術(shù)已經(jīng)在某電廠實(shí)裝投運(yùn)，某日監(jiān)測數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)差為12.2 kJ/kWh，僅為同期直接用凝結(jié)水流量計(jì)算的監(jiān)測結(jié)果的30%，數(shù)據(jù)波動(dòng)性低；與熱力性能試驗(yàn)的測試結(jié)果以及設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的比對(duì)證明了本方法監(jiān)測結(jié)果的準(zhǔn)確性。該技術(shù)可用于對(duì)熱力系統(tǒng)性能實(shí)時(shí)在線監(jiān)測和狀態(tài)評(píng)估。研究了主動(dòng)控制排煙溫度的旁路分級(jí)省煤器設(shè)計(jì)技術(shù)。針對(duì)某些鍋爐排煙溫度偏高且不可控的問題，在空預(yù)器加裝并聯(lián)回路，旁通一部分高溫