火電機組實時經濟性計算的影響因素分析

吳奇才

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

關鍵詞：火電機組 設備 實時經濟性 動態 影響因素

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

目前，提高火電機組熱經濟性是發電廠最迫切的需求。然而，對于大容量機組的高運行參數以及復雜熱力系統，靠人工很難判斷機組是否處于最經濟狀態。美國研制了汽輪發電機組AID狀態監測與診斷系統和在線性能監測和診斷的運行能源管理OEM系統[1-2]。紐約州電力和燃氣公司開發了一個性能試驗CPTP軟件[3]，并安裝于 Goudey電站#8 機組上。總體來講，在電廠熱力系統性能監測和診斷方面，美國、加拿大等國家在此方面已遠遠走在前面，他們分別開發研制出一系列實用性很強的電廠性能監測和診斷軟件[4-5]，既能對整個電廠性能進行監測，又能提供一系列可以根據用戶需求自組的專門設備監測模型[6-7]。國內的部分高校、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，并開發了許多應用軟件和產品，如應用較廣的SIS系統[8-10]。然而，當前實時經濟性計算還面臨的一些實際問題需要及時解決[11-12]。

本文分析了傳統熱耗計算在實時性計算中的局限，然后結合某發電廠實際運行數據，研究了影響火電機組實時經濟性計算的主要因素，以期為實現火電機組實時經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濟性的角度提出來的。然而，作為設備驗收時的一項主要考核指標，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。發電廠設備實際經常處于不斷地變工況運行中，穩定工況是相對的，特別是參與調峰的機組；各種熱力參數及汽水流量仍會呈現不同幅度的波動，往往難以符合試驗規程的要求。在線性能監測過程中，由于數據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，即在線計算結果具有時變跟蹤特性。熱耗率已成為衡量機組當前運行狀況的狀態參數，如仍按穩定工況處理方法計算動態過程中的熱耗率，必然使結果出現一定誤差，進而影響性能監測系統輸出結果的正確性和穩定性。

目前，在線監測計算中普遍采用熱耗率來度量經濟性，應用比較廣泛的計算標準是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。然而，由于慣性儲能環節等因素的影響，當機組處于動態變化過程中，同一時刻流過機組不同位置處的流量不同，造成基于準穩態假設前提下的汽輪機熱耗率計算不夠準確，與機組實際熱耗率偏差較大。（準）穩態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：實際運行參數偏離額定工況、慣性蓄質儲能環節、設備性能變化。

2.1 實際運行參數偏離額定工況

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，而現有計算方法均以主蒸汽壓力為常數為前提計算，導致現有方法計算所得的機組熱耗率并非實際熱耗。

2.2 慣性蓄質儲能環節的動態影響

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定在一個很小的范圍內。鍋爐是一個較大的慣性蓄質環節，機組中間容積較大，有一定蓄質儲能能力。而機組整個循環中有蓄質儲能能力的結構較多，如主汽閥到調節級前的管道部分容積、回熱器內部容積、噴嘴容積等等。一般，慣性蓄質儲能環節的影響有以下幾方面[13]：由于加熱器的熱動態響應具有遲，緩性，故加熱器側壓力的變化明顯滯后于相應的抽汽口處壓力；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。由于以上原因，使得熱耗率計算結果出現較大的差異。

2.3 設備性能變化

電廠設備性能變化，如汽輪機葉型變化、密封件變形、換熱器結垢等，都會使得機組實際熱耗增大，極大地影響電廠經濟性。如圖2所示，為東芝公司對某700MW汽輪機的內損失分析示意圖[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。當機組運行一段時間后，葉片和密封件長期在高溫高壓環境中工作會產生變形，加劇損失，對機組熱耗率產生影響。

3 結論與展望

該文在對應用比較廣泛的火電機組經濟性計算標準的局限性進行了分析，當前基于準穩態假設前提下的實時熱耗率受到實際運行參數偏離額定工況、慣性蓄質儲能環節、設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，設法消除實際運行參數偏離額定工況、慣性蓄質儲能環節對實時熱耗率的影響，就能建立實時熱耗率與設備性能的關系，能夠實時監測設備的性能變化。希望這能夠為后期改進火電機組實時經濟性計算方法解決機組的實時性能監測問題提供一定的借鑒意義。

參考文獻

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