大型火电机组能效预测软件开发

仲 雷

（西北电力设计院 陕西西安 710075）

1 大型火电机组能效预测软件开发的理论基础

1.1 火电机组能效预测的统一物理模型

火电机组能效预测的统一物理模型是建立在能量守恒和质量守恒的基础上的，只有物理模型满足这两个守恒，在此基础之上所建立的数学模型才能也满足这两个守恒。建立统一物理模型的基本思想是：首先将原热力系统通过一定的映射规则，映射成统一的、标准化拓扑结构，然后将原热力系统中的汽水参数按一定的规则映射到该拓扑结构上，这样就形成了火电机组能效预测的统一物理模型[2]。

物理模型中的映射规则包括：锅炉和汽轮机本体的映射规则；回热系统的映射规则和凝汽器的映射规则三个部分。

1.2 火电机组能效预测的数学模型

开发火电机组能效预测软件所用的数学模型是建立在统一物理模型的基础上的，所用到的基本方程有：循环吸热量方程、汽轮机内功方程、汽水分布方程以及自适应结构变化的汽水分布方程。

在评价汽轮发电机组的热经济性时，循环热效率是主要的评价指标之一，其定义为汽轮机内功率和机组循环吸热量之比。本文建立的机组能效分析模型就是以循环热效率的相对变化量作为度量指标，并在此将循环热效率简称为“能效”[3]。

2 大型火电机组能效预测软件开发

2.1 软件开发平台及设计流程

在Windows操作环境下，以适用于任意多元组合扰动以及热力系统结构变化的机组能效分析模型为理论基础，使用MathCAD软件进行大型火电机组能效预测软件的编制。MathCAD是由美国Mathsoft Inc公司开发，主要功能包括数学计算、符号推演、绘制图形、动画制作、矩阵运算、概率统计和程序编写等。

利用MathCAD软件出色的数值和矩阵运算功能，通过该软件自带的程序编辑器，编写火电机组能效预测软件，该程序可以模拟任意多元组合扰动后，火电机组能效的变化情况。该软件的基本设计流程如图1所示。

图1 软件的基本设计流程

2.2 程序的输入输出

在输入界面中输入扰动参数变化率时，要根据机组实际的扰动情况以及各个扰动参数的变化情况输入扰动参数的变化率，扰动参数变化率包括主汽压变化率、主汽温变化率、再热汽温变化率、抽汽压损变化率、加热器端差变化率以及辅助汽水流量变化率。

输出界面直接给出了扰动后机组能效的相对变化量，也就是循环热效率的相对变化量，同时也显示了扰动前和扰动后的循环热效率值，通过输出界面，用户可以直接读取预测结果。

3 大型火电机能效预测的结果与分析

对600MW机组THA工况下能效随广域性扰动因素，包括主汽压、主汽温和再热气温，以及局域性扰动因素，包括辅助汽水流量、加热器端差和抽气压损的变化进行分析得出以下结论：

（1）当广域性扰动参数增大，可以使机组能效增大；反之，若广域性扰动参数减小，会降低机组的能效。

（2）广域性扰动因素对能效的影响程度从高到低排序依次是：主汽温、再热汽温、主汽压。

4 结语

本文以多元组合扰动下的热力系统能效分析模型为理论基础，使用MathCAD软件设计编制了大型火电机组能效预测软件，该软件可以预测多元组合扰动下火电机组能效的变化方向及幅度。这为机组的运行、检修和机组改造提供了可靠的技术支持，也为火电机组热经济性的定量分析计算提供了一种新的工具。

[1]金毅.我国能源现状和面临的挑战以及低碳能源发展策略[J].中国电子商务,2012:252.

[2]闫顺林.多元扰动下的热力系统能效分析模型及应用研究[D].北京:华北电力大学,2011.

[3]郭江龙.基于能效分布矩阵方程的火电厂热力系统分析方法[D].保定:华北电力大学,2004.