影響機組經(jīng)濟性因素及對策課件

2023/10/3影響機組經(jīng)濟性因素及對策2023/7/28影響機組經(jīng)濟性因素及對策1主要內容前言機組熱經(jīng)濟性指標機組熱經(jīng)濟性的影響因素降低機組熱耗率的相應對策機組性能試驗與性能實時計算影響熱耗率實時計算準確性因素浙江大學熱工與動系統(tǒng)研究所主要內容前言浙江大學熱工與動系統(tǒng)研究所2前言上海交通大學112周年校慶前夕，江澤民在上海交通大學學報（自然科學版）2008年第3期發(fā)表題為《對中國能源問題的思考》的文章，詳細闡明了能源問題的重要性，指出能源是我國經(jīng)濟社會發(fā)展的重要制約因素，事關經(jīng)濟安全和國家安全。從資源、生產(chǎn)、消費以及對環(huán)境和經(jīng)濟社會發(fā)展影響等方面，分析了世界能源基本狀況和發(fā)展趨勢，探討了我國能源發(fā)展面臨的機遇和挑戰(zhàn)，回答了在經(jīng)濟全球化和中國現(xiàn)代化大背景下，中國如何認識能源發(fā)展趨勢，選擇什么樣的能源發(fā)展道路等重大戰(zhàn)略問題。浙江大學熱工與動系統(tǒng)研究所前言上海交通大學112周年校慶前夕，江澤民在上海交通大學學報3前言能源問題的重要性；能源是現(xiàn)代經(jīng)濟社會發(fā)展的基礎能源是經(jīng)濟社會發(fā)展的重要制約因素能源安全事關經(jīng)濟安全和國家安全能源消耗對生態(tài)環(huán)境的影響日益突出國內外能源形勢；能源發(fā)展的戰(zhàn)略思路；（重點論述中國能源發(fā)展的戰(zhàn)略思路）能源發(fā)展政策。提出走中國特色新型能源發(fā)展道路主要涵義是：堅持節(jié)約高效、多元發(fā)展、清潔環(huán)保、科技先行、國際合作，努力建設一個利用效率高、技術水平先進、污染排放低、生態(tài)環(huán)境影響小、供給穩(wěn)定安全的能源生產(chǎn)流通消費體系。浙江大學熱工與動系統(tǒng)研究所前言能源問題的重要性；浙江大學熱工與動系統(tǒng)研究所4前言電力在能源中具有特別重要的地位，通過應用電力技術，把各種化石能、核能、水能、風能等，轉化為傳輸使用方便、高效清潔的二次能源。電力工業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎產(chǎn)業(yè)，是實現(xiàn)現(xiàn)代化的物質基礎。2007年底全國發(fā)電裝機總容量達7.13億kW，其中：水電1.45億kW；火電5.54億kW；核電0.08億kW；風電0.04億kW浙江大學熱工與動系統(tǒng)研究所前言電力在能源中具有特別重要的地位，通過應用電力技術，把各種5前言汽輪發(fā)電機組為核心的大型發(fā)電廠是能源轉換的重要方式，又是消耗一次能源的大戶。我國發(fā)電廠能耗偏高，污染排放比較嚴重。新建機組（600MW，1000MW）效率、可靠性、環(huán)保性能，已達到發(fā)達國家水平（357g/(kWh)）；總體火電廠供電煤耗率比發(fā)達國家高出50g/(kWh)以上。國家把電力工業(yè)列為節(jié)能減排的重點行業(yè)之一。電力企業(yè)應該是節(jié)能減排的主力軍。浙江大學熱工與動系統(tǒng)研究所前言汽輪發(fā)電機組為核心的大型發(fā)電廠是能源轉換的重要方式，又是61.機組熱經(jīng)濟性指標汽輪發(fā)電機組在能量轉換過程中，由于存在著各種能量損失，燃料具有的能量不可能全部轉變?yōu)榘l(fā)電機發(fā)出的電能，因此，通常用各種效率和熱經(jīng)濟指標來衡量、評價機組中能量轉換過程的完善程度。浙江大學熱工與動系統(tǒng)研究所1.機組熱經(jīng)濟性指標汽輪發(fā)電機組在能量轉換過程中，由于存71.機組熱經(jīng)濟性指標衡量、評價機組熱經(jīng)濟性指標主要有：汽輪機相對內效率（各缸焓降效率）循環(huán)熱效率絕對電效率發(fā)電（供電）熱耗率發(fā)電（供電）煤耗率汽耗率鍋爐效率補給水率浙江大學熱工與動系統(tǒng)研究所1.機組熱經(jīng)濟性指標衡量、評價機組熱經(jīng)濟性指標主要有：浙江81.機組熱經(jīng)濟性指標汽輪機相對內效率shΔHihtcΔHthch0式中：ΔHt─新蒸汽具有的理想焓降，kJ/kgΔHi─汽輪機有效焓降，kJ/kgh0

─新蒸汽焓值，kJ/kghtc─排汽理想焓值，kJ/kghc─排汽實際焓值，kJ/kg

p0t0pc

浙江大學熱工與動系統(tǒng)研究所1.機組熱經(jīng)濟性指標汽輪機相對內效率shΔHihtcΔH91.機組熱經(jīng)濟性指標

對于多缸、多排汽口、中間再熱汽輪機組，通常分別計算各汽缸的相對內效率，如高壓缸效率、中壓缸效率和低壓缸效率。

浙江大學熱工與動系統(tǒng)研究所1.機組熱經(jīng)濟性指標對于多缸、多排汽口、中間再熱汽輪機101.機組熱經(jīng)濟性指標循環(huán)熱效率定義為蒸汽具有的理想焓降ΔHt與在鍋爐中吸收的熱量Q0的比值。式中ΔHt─循環(huán)中蒸汽具有的理想焓降，kJ/kg； Q0─蒸汽在鍋爐中吸收的熱量，kJ/kg； h0─汽輪機新蒸汽的焓值，kJ/kg； hfw─末級高壓加熱器出口的給水焓值，kJ/kg。浙江大學熱工與動系統(tǒng)研究所1.機組熱經(jīng)濟性指標循環(huán)熱效率浙江大學熱工與動系統(tǒng)研究111.機組熱經(jīng)濟性指標絕對電效率

蒸汽具有的理想比焓降ΔHt轉換為電能的份額與蒸汽在鍋爐中吸收的比熱量Q0的之比。式中：ηri─汽輪機相對內效率； ηm

─機械效率；

ηel

─發(fā)電機效率；

ηt─循環(huán)熱效率。浙江大學熱工與動系統(tǒng)研究所1.機組熱經(jīng)濟性指標絕對電效率浙江大學熱工與動系統(tǒng)研究所121.機組熱經(jīng)濟性指標熱耗率每生產(chǎn)1kW·h電能所消耗的熱量，[kJ/(kW·h)]無中間再熱汽輪機組的熱耗率中間再熱汽輪機組的熱耗率式中：D0—主蒸汽流量,T/h；h0—主蒸汽焓值,kJ/kg；hfw—鍋爐給水焓值,kJ/kg；Drh—再熱蒸汽熱端流量,T/h；hrh—再熱蒸汽熱端焓值,kJ/kg；Drc—再熱蒸汽冷端流量,T/h；hrc—再熱蒸汽冷端焓值,kJ/kg；Pel—發(fā)電機輸出功率,kW。浙江大學熱工與動系統(tǒng)研究所1.機組熱經(jīng)濟性指標熱耗率浙江大學熱工與動系統(tǒng)研究所132.機組熱經(jīng)濟性的影響因素

影響機組熱經(jīng)濟性的因素很多，歸納為：主要設備的內在性能機組運行管理水平浙江大學熱工與動系統(tǒng)研究所2.機組熱經(jīng)濟性的影響因素影響機組熱經(jīng)濟性的因素很多，歸142.機組熱經(jīng)濟性的影響因素

主要設備的內在性能汽輪機等主設備的“健康”狀況機組容量機組參數(shù)通流部分設計性能機組變工況性能浙江大學熱工與動系統(tǒng)研究所2.機組熱經(jīng)濟性的影響因素主要設備的內在性能浙江大學熱15主要設備的內在性能汽輪機“健康”狀況汽輪機通流部分葉片嚴重結垢葉片磨損、水蝕葉片斷裂安裝、檢修質量泄漏汽封片磨損汽缸中分面內漏機組振動轉子質量不平衡汽流激振浙江大學熱工與動系統(tǒng)研究所主要設備的內在性能汽輪機“健康”狀況浙江大學熱工與動系統(tǒng)研16主要設備的內在性能機組容量額定功率MW相對內效率絕對電效率熱耗率kJ/(kW·h)50~1000.85~0.870.37~0.399630~9210125~2000.87~0.880.42~0.438500~8370300~6000.885~0.900.44~0.468100~7810600~1000>0.90>0.46<7800浙江大學熱工與動系統(tǒng)研究所主要設備的內在性能機組容量額定功率相對內效率絕對電效率熱耗17主要設備的內在性能機組參數(shù)根據(jù)卡諾循環(huán)、朗肯循環(huán)的基本原理，火電機組的循環(huán)熱效率隨主蒸汽壓力和主蒸汽溫度的上升而提高。主蒸汽壓力提高1MPa，機組熱耗率就可下降0.13%～0.15%；主蒸汽溫度每提高10℃，機組熱耗率就可下降0.25～0.30%；再熱蒸汽溫度每提高10℃，機組熱耗率就可下降0.15%～0.20%亞臨界機組：主蒸汽壓力16-18MPa，主蒸汽溫度535℃，機組效率

37~38％超臨界機組：主蒸汽壓力24MPa，主蒸汽溫度538-560℃，機組效率40~41％超超臨界機組：主蒸汽壓力25-31MPa，主蒸汽溫度580-610℃，機組效率44~45％浙江大學熱工與動系統(tǒng)研究所主要設備的內在性能機組參數(shù)浙江大學熱工與動系統(tǒng)研究所18主要設備的內在性能通流部分設計性能1970年前（傳統(tǒng)設計），以實驗氣動力學為基礎，動、靜葉片葉型主要通過吹風實驗來確定。汽輪機設計以平均截面上一維流動的手工計算為主，靜、動葉片廣泛采用直葉片和簡單扭轉葉片。1980年，二維流場計算，計算氣動力學逐步代替?zhèn)鹘y(tǒng)設計?？煽販u概念為代表的二維設計理論，葉片按較為復雜的造型規(guī)律扭轉，汽輪機效率提高1.5%。90年代，完全三維設計概念開始應用，其突出代表是彎扭聯(lián)合成型葉片，使汽輪機效率又提高1.5%。如125MW機組的通流部分改造。浙江大學熱工與動系統(tǒng)研究所主要設備的內在性能通流部分設計性能浙江大學熱工與動系統(tǒng)研究19主要設備的內在性能

直葉片扭葉片彎扭葉片浙江大學熱工與動系統(tǒng)研究所主要設備的內在性能浙江大學熱工與動20浙江大學熱工與動系統(tǒng)研究所浙江大學熱工與動系統(tǒng)研究所21浙江大學熱工與動系統(tǒng)研究所浙江大學熱工與動系統(tǒng)研究所22主要設備的內在性能機組變工況性能設計工況（額定負荷）變工況（低負荷）浙江大學熱工與動系統(tǒng)研究所主要設備的內在性能機組變工況性能浙江大學熱工與動系統(tǒng)研究所23機組的運行管理水平機組運行方式機組運行參數(shù)熱力系統(tǒng)泄漏浙江大學熱工與動系統(tǒng)研究所機組的運行管理水平機組運行方式浙江大學熱工與動系統(tǒng)研究所24機組運行方式機組調峰運行定壓調節(jié)滑壓調節(jié)“定-滑-定”調節(jié)汽閥（單閥調節(jié)與順序閥調節(jié)）600MW機組，在400MW負荷時，單閥調節(jié)與順序閥調節(jié)方式，其煤耗率相差6.6g/(kw.h)浙江大學熱工與動系統(tǒng)研究所機組運行方式機組調峰運行浙江大學熱工與動系統(tǒng)研究所25機組運行方式回熱系統(tǒng)高加切除運行高加泄漏高加疏水管道振動循環(huán)水系統(tǒng)循環(huán)水泵運行浙江大學熱工與動系統(tǒng)研究所機組運行方式回熱系統(tǒng)浙江大學熱工與動系統(tǒng)研究所26機組運行參數(shù)機組運行參數(shù)直接影響機組的熱經(jīng)濟性指標。

可控參數(shù)：主蒸汽壓力主蒸汽溫度再熱蒸汽溫度汽機排汽壓力排煙溫度煙氣含氧量飛灰含碳量給水溫度過熱器減溫水量再熱器減溫水量可控參數(shù)引起耗差可通過運行參數(shù)的調整來消除，這些可控參數(shù)應在最優(yōu)運行參數(shù)（也稱應達值）下運行

。浙江大學熱工與動系統(tǒng)研究所機組運行參數(shù)機組運行參數(shù)直接影響機組的熱經(jīng)濟性指標。浙江大27機組運行參數(shù)不可控參數(shù)：低加端差高加端差凝結水過冷度機組補水率缸效率鍋爐排污環(huán)境溫度再熱器壓損輔助蒸汽用汽量浙江大學熱工與動系統(tǒng)研究所機組運行參數(shù)不可控參數(shù)：浙江大學熱工與動系統(tǒng)研究所28熱力系統(tǒng)泄漏旁通閥、疏水閥是否存在嚴重泄漏等。工質的損耗

熱能的損耗

浙江大學熱工與動系統(tǒng)研究所熱力系統(tǒng)泄漏旁通閥、疏水閥是否存在嚴重泄漏等。浙江大學熱工293.降低機組熱耗率的相應對策

根據(jù)上述對機組熱經(jīng)濟性影響因素的歸納、分析可知，要提高火電機組發(fā)電效率、降低熱耗率的相應對策也是從提升機組主要設備的內在性能和加強機組運行的科學管理著手。

浙江大學熱工與動系統(tǒng)研究所3.降低機組熱耗率的相應對策根據(jù)上述對機組熱經(jīng)濟性影響因303.降低機組熱耗率的相應對策

(1)關停高能耗的小火電機組和沒有熱負荷的小熱電機組。(2)新建機組要采用1000MW等級的超臨界、超超臨界機組、天然氣聯(lián)合循環(huán)機組、整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)機組，同時積累運行經(jīng)驗。(3)科學調度，建議盡量讓1000MW等級的超臨界、超超臨界機組帶基本負荷運行。浙江大學熱工與動系統(tǒng)研究所3.降低機組熱耗率的相應對策(1)關停高能耗的小火電機313.降低機組熱耗率的相應對策

(4)大型火電廠已相繼構建了廠級監(jiān)控信息系統(tǒng)（SIS），但功能模塊的二次開發(fā)相對滯后。建議逐步開發(fā)和完善機組實時性能計算、耗差分析、運行優(yōu)化與操作指導、能量平衡、轉子等設備的壽命管理等模塊或系統(tǒng)，加強運行管理的科學性和可操作性。浙江大學熱工與動系統(tǒng)研究所3.降低機組熱耗率的相應對策(4)大型火電廠已相繼構建323.降低機組熱耗率的相應對策WEB服務器防火墻耗差分析運行優(yōu)化SIS實時數(shù)據(jù)庫服務器MIS數(shù)據(jù)庫服務器DCS接口機DCS接口機RTU接口機DCSDCSDCS接口機DCSRTU性能計算…………辦公自動化物資管理人事管理……能量平衡浙江大學熱工與動系統(tǒng)研究所3.降低機組熱耗率的相應對策WEB服務器防火墻耗差分析運行334.機組性能試驗與性能實時計算汽輪機組的熱耗率是通過做熱力性能試驗，然后進行一系列計算得到的。發(fā)電廠做熱力性能試驗的目的是要知道汽輪機組本身內在的性能。剛投產(chǎn)的新機組做性能考核試驗，來檢驗機組是否達到制造廠家在技術合同上保證的熱耗率；機組大修前、后也要進行常規(guī)熱力性能試驗，來發(fā)現(xiàn)設備缺陷、檢驗大修的質量。機組運行優(yōu)化系統(tǒng)投運前，做循環(huán)效率試驗，得到不同負荷下的性能，確定主要參數(shù)的應達值。需要消除運行方式、運行參數(shù)對熱耗率的影響，采取高精度測試儀表及嚴格的系統(tǒng)隔離措施，計算不明泄漏量，確保性能試驗精度。浙江大學熱工與動系統(tǒng)研究所4.機組性能試驗與性能實時計算汽輪機組的熱耗率是通過做熱力34性能試驗式中：qt—試驗工況參數(shù)下得到的機組熱耗率；qn—把試驗工況參數(shù)修正到額定工況參數(shù)后的機組熱耗率；Δqt—由于試驗工況參數(shù)偏離額定工況參數(shù)使得機組熱耗率增加值；C—總的試驗工況參數(shù)修正系數(shù)，即：

參數(shù)（主蒸汽壓力p0、主蒸汽溫度t0、再熱蒸汽壓損Δpr、再熱蒸汽溫度tr、給水溫度tfw、真空pc）偏離額定工況參數(shù)引起機組熱耗率變化的修正系數(shù)。浙江大學熱工與動系統(tǒng)研究所性能試驗式中：qt—試驗工況參數(shù)下得到的機組熱耗率；qn—35修正曲線初壓p0

修正系數(shù)初溫t0修正系數(shù)再熱溫度tr

修正系數(shù)再熱壓損Δpr修正系數(shù)浙江大學熱工與動系統(tǒng)研究所修正曲線初壓p0修正系數(shù)初溫t0修正系數(shù)再熱溫度t36修正曲線排汽壓力pc修正曲線pc熱耗率修正系數(shù)選取：制造廠家提供的參數(shù)修正曲線美國ASME標準推薦的參數(shù)修正曲線通過汽輪機組詳細熱力計算浙江大學熱工與動系統(tǒng)研究所修正曲線排汽壓力pc修正曲線pc熱耗率修正系數(shù)選?。赫憬?7經(jīng)濟性能指標實時監(jiān)測機組正常運行時，實時監(jiān)測機組熱耗率的目的是為了評價機組運行管理水平。式中：qt—運行工況下熱耗率的應達值；qn—額定工況下熱耗率的應達值，C—總的運行工況參數(shù)修正系數(shù)。運行工況下熱耗率的應達值是隨著機組負荷、設備“健康”狀況及參數(shù)變化的。實際運行熱耗率與該工況下熱耗率應達值之差，就反映了機組運行管理水平。各可控參數(shù)應達值也是隨機組負荷變化的。浙江大學熱工與動系統(tǒng)研究所經(jīng)濟性能指標實時監(jiān)測機組正常運行時，實時監(jiān)測機組熱耗率的目的385.影響熱耗率實時計算準確性因素

實時性能計算實時數(shù)據(jù)

溫度、壓力、流量、水位等，從DCS系統(tǒng)取數(shù)，或從SIS系統(tǒng)取數(shù)測量參數(shù)預測與驗證需人工輸入

煤灰份、水份、低位發(fā)熱量；漏風系數(shù)；漏汽量；灰渣含炭量等浙江大學熱工與動系統(tǒng)研究所5.影響熱耗率實時計算準確性因素實時性能計算浙江大學熱工39原則性熱力系統(tǒng)圖浙江大學熱工與動系統(tǒng)研究所原則性熱力系統(tǒng)圖浙江大學熱工與動系統(tǒng)研究所40主蒸汽流量測量

采用標準節(jié)流孔板測量使用差壓變送器測量其差壓值，換算成流量，再進行蒸汽密度修正。存在二個問題：由于蒸汽的可壓縮性，盡管進行了蒸汽密度的修正，但測量精度仍較低。隨著汽輪機組容量增大、初參數(shù)提高，在主蒸汽管道上加裝節(jié)流孔板，會增加額外的節(jié)流損失。因而，在大型汽輪機組的主蒸汽管道上通常不再通過安裝節(jié)流孔板來測量主蒸汽流量。Δp浙江大學熱工與動系統(tǒng)研究所主蒸汽流量測量采用標準節(jié)流孔板測量Δp浙江大學熱工41主蒸汽流量計算

利用給水流量計算對單元制機組，在最末加熱器與鍋爐間的給水管道上，安裝節(jié)流孔板測量給水流量，然后換算成主蒸汽流量，即：

式中：Dfw—鍋爐給水流量；Ded—過熱蒸汽減溫水流量；Dab—鍋爐排污流量（定排和連排之和）。 常規(guī)熱力性能試驗中的主蒸汽流量計量都是采用此方法的，但直接把此方法應用于實時性能計算中，會產(chǎn)生較大的誤差。因為：①當投過熱蒸汽減溫水時，噴水量轉換成汽輪機作功的蒸汽量有一個滯后效應。上式無法反映這個效應，使得主蒸汽流量產(chǎn)生一個不真實的躍變，從而，機組熱耗率也產(chǎn)生一個不真實的躍變；②鍋爐排污流量的實時監(jiān)測也較困難。浙江大學熱工與動系統(tǒng)研究所主蒸汽流量計算利用給水流量計算浙江大學熱工與動系統(tǒng)研究所42主蒸汽流量計算

通過調節(jié)級后壓力計算測量調節(jié)級后（監(jiān)視段）壓力，利用Flugel公式計算主蒸汽流量，并作適當修正。取調節(jié)級后到汽輪機排汽口為一級組，根據(jù)Flugel公式，考慮凝汽式汽輪機排汽口壓力非常小，并忽略調節(jié)級后的溫度變化，則變工況運行時主蒸汽流量為：式中：D0—設計工況時的主蒸汽流量；p1—設計工況時的調節(jié)級后壓力；p11—變工況運行時的調節(jié)級后壓力。在實際使用時，還需用調節(jié)級后溫度及負荷進行修正。通常運行工況范圍內（不包括機組的啟、停工況），主蒸汽流量可以滿足實時性能計算的需要。

浙江大學熱工與動系統(tǒng)研究所主蒸汽流量計算通過調節(jié)級后壓力計算浙江大學熱工與動系統(tǒng)研43再熱蒸汽流量再熱蒸汽進、出管道上，不加裝節(jié)流孔板來測量再熱蒸汽流量。再熱蒸汽流量通過回熱系統(tǒng)熱平衡計算求得。式中：D0—主蒸汽流量；Dex1—1級抽汽流量；Dex2—2級抽汽流量；

Dzp—再熱器減溫水流量。浙江大學熱工與動系統(tǒng)研究所再熱蒸汽流量再熱蒸汽進、出管道上，不加裝節(jié)流孔板來測量再熱蒸44末級排汽焓

在汽輪機實時性能計算中，汽輪機末級排汽焓值的實時確定一直是一個難題。原因是處于濕蒸汽區(qū)時，其壓力和溫度不再是相互獨立參數(shù)，且又不具備實用的在線測量汽輪機內蒸汽濕度的手段。汽輪機末級排汽焓在機組系統(tǒng)熱平衡計算、汽輪機低壓缸效率計算等中，又是一個非常重要的參數(shù)。濕度測量方法：熱力學法；光學實時計算汽輪機末級排汽焓的方法歸納為以下幾種： (1)能量平衡法 (2)外推法 (3)外推-能量平衡法

浙江大學熱工與動系統(tǒng)研究所末級排汽焓在汽輪機實時性能計算中，汽輪機末級排汽焓值的實時45末級排汽焓計算

(1)能量平衡法式中：D0、h0—主蒸汽流量、焓值；Drh、hrh—再熱蒸汽熱端流量、焓值；Drc、hrc—再熱蒸汽冷端流量、焓值；Dexj、hexj—各抽汽流量、焓值；Dc、hc—排汽流量、焓值；ηm、ηel—機械、發(fā)電機效率；Pel—發(fā)電機功率。D0、h0Drh、hrhDrc、hrcDc、hcPelDexj、hexj實際上有幾個低壓抽汽參數(shù)已進入濕蒸汽區(qū)，需要迭代計算。其他參數(shù)測量誤差會累計在排汽焓值上，并且影響迭代計算的收斂性。

浙江大學熱工與動系統(tǒng)研究所末級排汽焓計算(1)能量平衡法D0、h0Drh、hrhDr46末級排汽焓計算

(2)外推法根據(jù)中壓缸進汽狀態(tài)點和以后的抽汽口狀態(tài)點連線的變化規(guī)律，外推到濕蒸汽區(qū)，得到濕蒸汽區(qū)抽汽焓值及排汽焓值。此方法概念簡單、計算方便，但其不足之處也是明顯的：由于在中壓缸進汽狀態(tài)點之后，處在過熱蒸汽區(qū)的抽汽口較少，使得參與擬合的點數(shù)較少，精度較差；過程線外推，即過程線斜率不變，也