火电机组实时经济性计算的影响因素分析

吴奇才

摘 要：为了提高火电机组热经济性，迫切需求在线性能监测和诊断的运行能源管理系统。然而，目前的实时经济性计算还面临的一些实际问题需要及时解决。该文阐述了现有火电机组经济性计算方法应用于实际生产中的局限性，分析了额定参数偏离设计工况、机组的动态蓄质储能过程和设备性能变化对机组经济性计算的影响，提出了能够针对这三方面实现实时监测设备性能变化的方法。这对有效改进火电机组实时经济性计算方法，解决机组实际实时性能监测的问题具有一定的借鉴意义。

关键词：火电机组 设备 实时经济性 动态 影响因素

中图分类号：TM62 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）10（c）-0100-02

目前，提高火电机组热经济性是发电厂最迫切的需求。然而，对于大容量机组的高运行参数以及复杂热力系统，靠人工很难判断机组是否处于最经济状态。美国研制了汽轮发电机组AID状态监测与诊断系统和在线性能监测和诊断的运行能源管理OEM系统[1-2]。纽约州电力和燃气公司开发了一个性能试验CPTP软件[3]，并安装于 Goudey电站#8 机组上。总体来讲，在电厂热力系统性能监测和诊断方面，美国、加拿大等国家在此方面已远远走在前面，他们分别开发研制出一系列实用性很强的电厂性能监测和诊断软件[4-5]，既能对整个电厂性能进行监测，又能提供一系列可以根据用户需求自组的专门设备监测模型[6-7]。国内的部分高校、很多电科院和中试所等单位也先后开始了这方面的研究工作，并开发了许多应用软件和产品，如应用较广的SIS系统[8-10]。然而，当前实时经济性计算还面临的一些实际问题需要及时解决[11-12]。

本文分析了传统热耗计算在实时性计算中的局限，然后结合某发电厂实际运行数据，研究了影响火电机组实时经济性计算的主要因素，以期为实现火电机组实时经济性计算指明了研究方向。

1 目前热耗计算的局限性

从汽轮机热耗的概念本身来看，其是从考察机组总体热经济性的角度提出来的。然而，作为设备验收时的一项主要考核指标，其只有对某一特定条件或特定工况的热耗率计算才有意义。发电厂设备实际经常处于不断地变工况运行中，稳定工况是相对的，特别是参与调峰的机组；各种热力参数及汽水流量仍会呈现不同幅度的波动，往往难以符合试验规程的要求。在线性能监测过程中，由于数据采集间隔及计算间隔都很短，使得热耗率这一概念有了更为广泛的含义，即在线计算结果具有时变跟踪特性。热耗率已成为衡量机组当前运行状况的状态参数，如仍按稳定工况处理方法计算动态过程中的热耗率，必然使结果出现一定误差，进而影响性能监测系统输出结果的正确性和稳定性。

目前，在线监测计算中普遍采用热耗率来度量经济性，应用比较广泛的计算标准是ASME PTC6-1996和ASME PTC6-1982。并且，从公式中可以看出：机组热耗率与流量相关。然而，由于惯性储能环节等因素的影响，当机组处于动态变化过程中，同一时刻流过机组不同位置处的流量不同，造成基于准稳态假设前提下的汽轮机热耗率计算不够准确，与机组实际热耗率偏差较大。（准）稳态下的汽轮机热耗率并不能代表机组实际运行时的热耗。

2 实时经济性计算的影响因素分析

目前，影响实时热耗计算的因素主要有以下三方面：实际运行参数偏离额定工况、惯性蓄质储能环节、设备性能变化。

2.1 实际运行参数偏离额定工况

以主蒸汽压力为例，实际机组运行时主蒸汽压力不断变化，且变化速度较快，而现有计算方法均以主蒸汽压力为常数为前提计算，导致现有方法计算所得的机组热耗率并非实际热耗。

2.2 惯性蓄质储能环节的动态影响

如图1所示，实际电厂机组锅炉给水流量波动变化较大，而主蒸汽流量基本稳定在一个很小的范围内。锅炉是一个较大的惯性蓄质环节，机组中间容积较大，有一定蓄质储能能力。而机组整个循环中有蓄质储能能力的结构较多，如主汽阀到调节级前的管道部分容积、回热器内部容积、喷嘴容积等等。一般，惯性蓄质储能环节的影响有以下几方面[13]：由于加热器的热动态响应具有迟，缓性，故加热器侧压力的变化明显滞后于相应的抽汽口处压力；加热器汽水空间及金属蓄热可以放出相当大的热量加热给水；在考虑了再热器的惯性作用后，计算出的热端流量明显不等于冷端流量，即热端流量具有延迟效应。由于以上原因，使得热耗率计算结果出现较大的差异。

2.3 设备性能变化

电厂设备性能变化，如汽轮机叶型变化、密封件变形、换热器结垢等，都会使得机组实际热耗增大，极大地影响电厂经济性。如图2所示，为东芝公司对某700MW汽轮机的内损失分析示意图[14]。从图中可以看出，叶型损失、二次流损失、及漏气损失占级损失中的主要部分。当机组运行一段时间后，叶片和密封件长期在高温高压环境中工作会产生变形，加剧损失，对机组热耗率产生影响。

3 结论与展望

该文在对应用比较广泛的火电机组经济性计算标准的局限性进行了分析，当前基于准稳态假设前提下的实时热耗率受到实际运行参数偏离额定工况、惯性蓄质储能环节、设备性能变化等三个方面的影响，并不能代表机组实际运行时的热耗，与机组实际热耗率存在偏差。因此，设法消除实际运行参数偏离额定工况、惯性蓄质储能环节对实时热耗率的影响，就能建立实时热耗率与设备性能的关系，能够实时监测设备的性能变化。希望这能够为后期改进火电机组实时经济性计算方法解决机组的实时性能监测问题提供一定的借鉴意义。

参考文献

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