浅谈电厂节能理论现状及前景

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浅谈电厂节能理论现状及前景

单 位：××××××××发电厂 部 门：设备部汽机点检 姓 名：××

时 间：××××.5.18

浅谈电厂节能理论现状及前景

摘 要：本文介绍了应用于电厂经济性分析的相关节能理论，分析了各种节能理论的优缺点。同时在总结已分析的基础上，展望了节能理论的发展方向。

关键词：节能理论；循环函数法；等效焓降法；矩阵法

1 前言

电厂节能理论是电厂热力系统经济性分析的理论基础，它既是热力系统设计、改造的理论依据，又能够为机组的优化运行实现实时在线监测提供分析和指导，其分析和研究具有十分重要的理论和现实意义。

2电厂节能理论的概况

电厂节能理论大都建立在热力学第一定律和热力学第二定律的基础上，目前应用比较多的具有代表性的节能分析理论有：热平衡法、循环函数法、等效焓降法等。随着计算机技术的发展、数据处理能力的提高，矩阵法以及偏微分理论也开始逐步应用到电厂的节能降耗中。但还有许多不足之处，需要做大量的工作予以完善。

3对电厂节能理论的认识与分析

3.1热平衡法

热平衡法是随着热力发电工程的出现而采用的最基本的热力系统分析方法，是一种单纯的汽水流量平衡和能量平衡方法，是发电厂设计、热力系统分析、汽轮机设计最基本的方法。它以单个的加热器为研究对象，计算出各级加热器抽汽系数，并利用系统的功率方程和吸热量方程最终求得系统的热经济指标。该方法概念清晰，应用广泛，但由于其定量分析计算中工作量很大。特别是当热系统较复杂或者是进行热力系统不同方案比较时，直接应用该方法会非常繁琐。 3.2循环函数法

循环函数法是马芳礼先生提出的“加热单元”的概念基础上结合数十年实际工程设计和理论教学经验所创立的，一种新型的热力系统简化计算方法。该方法要用串联法先对整个热力系统进行计算，算出回热抽汽量和循环效率，然后把热力系统分解成回热循环和辅助循环互相叠加。当对热力系统的更改进行分析时，只限定在局部循环的变化对系统热经济性的影响，对于计算端差等设备缺陷的影响还不是很方便。 3.3等效焓降法

等效热降法是由前苏联学者首先提出，在上世纪70年代由林万超教授加以引进完善并推广应用。它是基于热力学的热功转换原理，考虑到设备的质量、热力系统结构和参数的特点，经过严密的数学推导，求出几个热力分析参数Hj和?j等，以新蒸汽流量不变，循环的初终参数不变和汽态线不变为前提，以等效热降

Hj来分析热力系统的热经济性。该方法既可以用于整体的热力系统计算，也可以用于热力系统局部定量分析。它摒弃了常规计算的缺点，用简捷的局部代替整个系统的繁杂计算。

但是等效热降法也存在着一些不足，主要体现在两个方面：一是对于再热机组来说，等效热降法以汽轮机装置的效率来代替再热器吸热的做功率，由其他热力系统计算方法计算获得，在某种程度上就动摇了等效热降作为一种独立的热经济性分析方法的基础；二是在局部定量分析中，等效热降法的部分分析模型具有一定的近似性。 3.4矩阵法

电厂节能理论的矩阵分析法是联立各级回热加热器的热平衡方程式，通过求解一组包含各级抽汽量的线性方程组完成对热力系统的计算。目前在各学术期刊上公开发表的有常规热平衡简捷算法(q????方程)、热力单元矩阵分析法等。

矩阵法的q????方程形式如下：

]?[? ] （1） [q????la

方程的系数当时被称为q????矩阵，与热力系统的结构有关。

单元矩阵模型有如下形式：

[i ] （2） A[Di]?D0? 式中，A为热力系统结构矩阵；Di为第i级加热器的抽汽量；D0为进入汽轮机的蒸汽量；?i为第i级加热器的给水焓升。矩阵A中的表达式中：设qi为第i级加热器的抽汽放热量，?i为第i级加热器的疏水放热量，则由加热单元的定义及热平衡得：当i=j时，aij=qi；当i>j时,若i级加热器接收j级加热器疏水,aij=?i,否则, aij=?i；当i

矩阵结构与热力系统结构、矩阵中矩阵元素与热力系统中相关参数都具有一一对应的映射关系。当热力系统结构或者热力参数发生改变时，只需要对矩阵结构或者矩阵元素数值做出调整便可，使热力系统热经济性分析方法更通用、简捷和适于计算机编程。但在用于供热机组时尚存在一定的不足。另外热力设备局部 变化对热经济性的影响在矩阵方程中的合理表达也要进一步研究。 3.5偏微分理论

偏微分理论在发电厂热力系统分析中的应用，最初是由张春发教授等提出的，用来对等效焓降和抽汽效率进行定义和推导。这一方法刚提出时称为“小扰动理论”。抽汽效率的定义式：

?i??(??t(Q0?Qrh)) （3） 0D??Qi抽汽效率的计算式：

T [A] ?[?]h?[?? ] （4）

抽汽效率是等效焓降法的核心，抽汽效率概念的作用比等效焓降概念的作用更大，因此等效焓降法也可以称之为“抽汽效率法”。偏微分方法的应用，是对电厂热力系统参数变化的线性化处理，使发电厂热力系统简化分析的概念更加清晰，易于接受，给等效焓降法赋予了新的生命力。 3.6 应用举例

矩阵方程中的元素数值分别与实际热力系统结构及热力参数具有一一对应的映射关系，并且这种映射关系具有简单、明晰的特点，使该方法能够适应于火电厂各种凝汽机组的热经济性分析，具有一定的通用性。

热力系统汽水分布方程为

A[Di]?[Qfi]?D0[?i] （5） 其中，[Qfi]=Af[Dfi]?T[Dfwi]?Dbl?i?Q0（6） fi 式（5）、（6）中：A、Af为主系统和辅助汽水系统结构矩阵；Di、Dfwi为第i级加热器的抽汽量和流入（出）第i级加热器的辅助蒸汽流量；T为由辅助汽水引起的给水焓升的结构矩阵；D0为主蒸汽流量；Dbl为用于吹灰的蒸汽流量；?i为第

i级加热器的给水焓升。

功率方程为：

? H?(h0???hc)??aihi??afijhfij ?ars(hzr?hc) （7）

?i?1j?1nc式中：H?P/D0，表示1kg新蒸汽的内部功；h0、hc、hzr分别为主蒸汽、排汽焓和再热蒸汽焓；?为1kg蒸汽在再热器中的吸热量；ai、afij、ars为第i级加热器的抽汽系数、从汽轮机同流部分离开的第j股汽流的份额和再热器减温水份额；hi?表示当第i股汽流从高压缸离开时，hi??hi???hc，从中压缸离开时，

hi??hi?hc。

若设主系统的功率为H0，并令(A?1)T/hi???i，则有（5），（7）可得

?T?i?aTh? (8) ?H?Qfifii吸热量方程为：

c?Q?D0(h0???hc)??Di???Dfi??Dbl(hbl?hfw)

?Dss(hfw?hss)?Drs(hzr?hrz) （9）

?/D，则有 同理，如果设Q为主系统的吸热量，并令?=(A?1)T?，Q?Q0ii?1c0（5）、（8）得

（10） ?Q?Q?Q0?QTfi?ic??afi??abl(hbl?hfw)?ass(hfw?hss)?ars(hzr?hrs) 式中，Q为1kg新蒸汽的吸热量；?ic为吸热量传热矩阵，下标c表示再热之