大型火電機(jī)組能效預(yù)測(cè)軟件開發(fā)

仲 雷

（西北電力設(shè)計(jì)院 陜西西安 710075）

1 大型火電機(jī)組能效預(yù)測(cè)軟件開發(fā)的理論基礎(chǔ)

1.1 火電機(jī)組能效預(yù)測(cè)的統(tǒng)一物理模型

火電機(jī)組能效預(yù)測(cè)的統(tǒng)一物理模型是建立在能量守恒和質(zhì)量守恒的基礎(chǔ)上的，只有物理模型滿足這兩個(gè)守恒，在此基礎(chǔ)之上所建立的數(shù)學(xué)模型才能也滿足這兩個(gè)守恒。建立統(tǒng)一物理模型的基本思想是：首先將原熱力系統(tǒng)通過(guò)一定的映射規(guī)則，映射成統(tǒng)一的、標(biāo)準(zhǔn)化拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，然后將原熱力系統(tǒng)中的汽水參數(shù)按一定的規(guī)則映射到該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上，這樣就形成了火電機(jī)組能效預(yù)測(cè)的統(tǒng)一物理模型[2]。

物理模型中的映射規(guī)則包括：鍋爐和汽輪機(jī)本體的映射規(guī)則；回?zé)嵯到y(tǒng)的映射規(guī)則和凝汽器的映射規(guī)則三個(gè)部分。

1.2 火電機(jī)組能效預(yù)測(cè)的數(shù)學(xué)模型

開發(fā)火電機(jī)組能效預(yù)測(cè)軟件所用的數(shù)學(xué)模型是建立在統(tǒng)一物理模型的基礎(chǔ)上的，所用到的基本方程有：循環(huán)吸熱量方程、汽輪機(jī)內(nèi)功方程、汽水分布方程以及自適應(yīng)結(jié)構(gòu)變化的汽水分布方程。

在評(píng)價(jià)汽輪發(fā)電機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性時(shí)，循環(huán)熱效率是主要的評(píng)價(jià)指標(biāo)之一，其定義為汽輪機(jī)內(nèi)功率和機(jī)組循環(huán)吸熱量之比。本文建立的機(jī)組能效分析模型就是以循環(huán)熱效率的相對(duì)變化量作為度量指標(biāo)，并在此將循環(huán)熱效率簡(jiǎn)稱為“能效”[3]。

2 大型火電機(jī)組能效預(yù)測(cè)軟件開發(fā)

2.1 軟件開發(fā)平臺(tái)及設(shè)計(jì)流程

在Windows操作環(huán)境下，以適用于任意多元組合擾動(dòng)以及熱力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)變化的機(jī)組能效分析模型為理論基礎(chǔ)，使用MathCAD軟件進(jìn)行大型火電機(jī)組能效預(yù)測(cè)軟件的編制。MathCAD是由美國(guó)Mathsoft Inc公司開發(fā)，主要功能包括數(shù)學(xué)計(jì)算、符號(hào)推演、繪制圖形、動(dòng)畫制作、矩陣運(yùn)算、概率統(tǒng)計(jì)和程序編寫等。

利用MathCAD軟件出色的數(shù)值和矩陣運(yùn)算功能，通過(guò)該軟件自帶的程序編輯器，編寫火電機(jī)組能效預(yù)測(cè)軟件，該程序可以模擬任意多元組合擾動(dòng)后，火電機(jī)組能效的變化情況。該軟件的基本設(shè)計(jì)流程如圖1所示。

圖1 軟件的基本設(shè)計(jì)流程

2.2 程序的輸入輸出

在輸入界面中輸入擾動(dòng)參數(shù)變化率時(shí)，要根據(jù)機(jī)組實(shí)際的擾動(dòng)情況以及各個(gè)擾動(dòng)參數(shù)的變化情況輸入擾動(dòng)參數(shù)的變化率，擾動(dòng)參數(shù)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(dòng)后機(jī)組能效的相對(duì)變化量，也就是循環(huán)熱效率的相對(duì)變化量，同時(shí)也顯示了擾動(dòng)前和擾動(dòng)后的循環(huán)熱效率值，通過(guò)輸出界面，用戶可以直接讀取預(yù)測(cè)結(jié)果。

3 大型火電機(jī)能效預(yù)測(cè)的結(jié)果與分析

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

（1）當(dāng)廣域性擾動(dòng)參數(shù)增大，可以使機(jī)組能效增大；反之，若廣域性擾動(dòng)參數(shù)減小，會(huì)降低機(jī)組的能效。

（2）廣域性擾動(dòng)因素對(duì)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(jié)語(yǔ)

本文以多元組合擾動(dòng)下的熱力系統(tǒng)能效分析模型為理論基礎(chǔ)，使用MathCAD軟件設(shè)計(jì)編制了大型火電機(jī)組能效預(yù)測(cè)軟件，該軟件可以預(yù)測(cè)多元組合擾動(dòng)下火電機(jī)組能效的變化方向及幅度。這為機(jī)組的運(yùn)行、檢修和機(jī)組改造提供了可靠的技術(shù)支持，也為火電機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性的定量分析計(jì)算提供了一種新的工具。

[1]金毅.我國(guó)能源現(xiàn)狀和面臨的挑戰(zhàn)以及低碳能源發(fā)展策略[J].中國(guó)電子商務(wù),2012:252.

[2]閆順林.多元擾動(dòng)下的熱力系統(tǒng)能效分析模型及應(yīng)用研究[D].北京:華北電力大學(xué),2011.

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