大型火電機組能效預測軟件開發

仲 雷

（西北電力設計院 陜西西安 710075）

1 大型火電機組能效預測軟件開發的理論基礎

1.1 火電機組能效預測的統一物理模型

火電機組能效預測的統一物理模型是建立在能量守恒和質量守恒的基礎上的，只有物理模型滿足這兩個守恒，在此基礎之上所建立的數學模型才能也滿足這兩個守恒。建立統一物理模型的基本思想是：首先將原熱力系統通過一定的映射規則，映射成統一的、標準化拓撲結構，然后將原熱力系統中的汽水參數按一定的規則映射到該拓撲結構上，這樣就形成了火電機組能效預測的統一物理模型[2]。

物理模型中的映射規則包括：鍋爐和汽輪機本體的映射規則；回熱系統的映射規則和凝汽器的映射規則三個部分。

1.2 火電機組能效預測的數學模型

開發火電機組能效預測軟件所用的數學模型是建立在統一物理模型的基礎上的，所用到的基本方程有：循環吸熱量方程、汽輪機內功方程、汽水分布方程以及自適應結構變化的汽水分布方程。

在評價汽輪發電機組的熱經濟性時，循環熱效率是主要的評價指標之一，其定義為汽輪機內功率和機組循環吸熱量之比。本文建立的機組能效分析模型就是以循環熱效率的相對變化量作為度量指標，并在此將循環熱效率簡稱為“能效”[3]。

2 大型火電機組能效預測軟件開發

2.1 軟件開發平臺及設計流程

在Windows操作環境下，以適用于任意多元組合擾動以及熱力系統結構變化的機組能效分析模型為理論基礎，使用MathCAD軟件進行大型火電機組能效預測軟件的編制。MathCAD是由美國Mathsoft Inc公司開發，主要功能包括數學計算、符號推演、繪制圖形、動畫制作、矩陣運算、概率統計和程序編寫等。

利用MathCAD軟件出色的數值和矩陣運算功能，通過該軟件自帶的程序編輯器，編寫火電機組能效預測軟件，該程序可以模擬任意多元組合擾動后，火電機組能效的變化情況。該軟件的基本設計流程如圖1所示。

圖1 軟件的基本設計流程

2.2 程序的輸入輸出

在輸入界面中輸入擾動參數變化率時，要根據機組實際的擾動情況以及各個擾動參數的變化情況輸入擾動參數的變化率，擾動參數變化率包括主汽壓變化率、主汽溫變化率、再熱汽溫變化率、抽汽壓損變化率、加熱器端差變化率以及輔助汽水流量變化率。

輸出界面直接給出了擾動后機組能效的相對變化量，也就是循環熱效率的相對變化量，同時也顯示了擾動前和擾動后的循環熱效率值，通過輸出界面，用戶可以直接讀取預測結果。

3 大型火電機能效預測的結果與分析

對600MW機組THA工況下能效隨廣域性擾動因素，包括主汽壓、主汽溫和再熱氣溫，以及局域性擾動因素，包括輔助汽水流量、加熱器端差和抽氣壓損的變化進行分析得出以下結論：

（1）當廣域性擾動參數增大，可以使機組能效增大；反之，若廣域性擾動參數減小，會降低機組的能效。

（2）廣域性擾動因素對能效的影響程度從高到低排序依次是：主汽溫、再熱汽溫、主汽壓。

4 結語

本文以多元組合擾動下的熱力系統能效分析模型為理論基礎，使用MathCAD軟件設計編制了大型火電機組能效預測軟件，該軟件可以預測多元組合擾動下火電機組能效的變化方向及幅度。這為機組的運行、檢修和機組改造提供了可靠的技術支持，也為火電機組熱經濟性的定量分析計算提供了一種新的工具。

[1]金毅.我國能源現狀和面臨的挑戰以及低碳能源發展策略[J].中國電子商務,2012:252.

[2]閆順林.多元擾動下的熱力系統能效分析模型及應用研究[D].北京:華北電力大學,2011.

[3]郭江龍.基于能效分布矩陣方程的火電廠熱力系統分析方法[D].保定:華北電力大學,2004.