火电厂热力系统定量分析通用模型设计
【摘要】在等效热降理论的基础上，提出2个新的分析参量抽汽热流与抽汽热流系数，使得实际循环内功和循环吸热量的计算公式具有同一形式，且公式的物理意义明确，并由此导得热力系统定量分析的通用模型。其分析方法及导出的通用模型，可方便地应用于热力系统的节能潜力判断与优化分析。
【关键词】火电厂；热力系统；定量分析；通用模型
1．引言
火电厂热力系统定量分析对火电厂的工程改计、运行管理和技术改造，都是一项重要的技术工作。过去通常采用常规热平衡方法进行计算，其缺点是计算过程繁杂，对热力系统的局部定量分析需要进行全面计算。近年来发展和运用的等效热降法克服了常规热平衡方法的一些缺点，使得热力系统的整体计算和局部定量分析都大为简化，但对再热机组的定虽分析尚不够完善。等效热降分析中，由于采用了抽汽等敛热降和抽汽效率2个参量，使得实际循环内功的计算非常简便，但对实际循环吸热量的计算仍缺少有效的手段。为此本文作者提出2个新的分析：参抽汽热流与抽汽热流系数，使得实际循环内功和循环吸热量的计算公式具有同一形式。公式的物理意义明确，并由此导得热力系统定分析的通用模型。
2．热系统等效热降分析方法
火电厂热力系统，由于其结构复杂、参数繁多，运行过程中导致能损的变动因素也很多。定量分析热力系统中各种变动闻素对火电厂热经济性的影响，需要借助于热平衡计算。根据热力循环效率的定义可知，快速准确地计算符种变动素对实际循环内功和循环吸热量的影响值，△H，和△Q，是热力系统定分析的关键。
等效热降法是在常规热衡基础上发展起来的热力系统定量分析方法，用它对热力系统进行定量分析较为便捷。等效热降法之所以简化分析计算，是因为它维持循环总工质量不变的前提下，导出了2个分析参量——抽汽等效热降H，和抽汽效率Q。其数学模型如下：
3．新的分析参量
再热机组的局部定量分析，由于再热冷段及其前的局部变动会引起再热蒸汽吸热量的变化，而现有的分析方法（变热量分析）在计算其变化值（△Qn）时，仍较繁杂。为此，本文作者提出2个新的分析参量，以求简化。
为了简化再热机组的定分析，并使得H和Q、△H和△Q附通用数学模型具有统一的形式，我们参照抽汽等放热降和抽汽效率的概念，提出2个新的分析参量抽汽热流和抽汽热流系数。在物理意义是：抽汽热流（Qny）表示j级抽汽流对回热吸热量的影响程度；抽汽热流系数（§）表示回热系统中，j级排挤1kg抽汽时，该抽汽放热流转变为实际循环吸热量的份额。根据以上定义，仿照H1和q1的公式推导得出：
4．热力系统定量分析的通用模型
4．1整体定量分析模型
根据再热机组等效热降分析，新蒸气的等效热降，即单位工质的实际循环内功为：
4．2局部定量分析模型
火力发电厂热经济性计算是设计热力系统，分析、指导已运行电厂的安全经济性的重要手段。现在常用的计算方法有热平衡法、等效热降法、循环函数法和分析法等，上述方法已成为火电厂热力系统热经济性计算的有力工具。但是，这些方法对不同型式的热力系统进行计算时缺乏通用性。通过对不同型式非再热机组热力系统的分析与计算，找出热力系统经济性计算中不同型式换热器的内在计算规律，建立热力系统通用计算模型，简化计算步骤，优化电算程序，提高运算速度和通用性，对火电厂进行热力系统热经济性计算、机组在线监测和机组热力系统优化设计都有重要实用价值。
火电厂热力系统局部定量分析类目繁多，归结起来可分为3大类：第1类是：质热量进出热力系统，如工质热付损失、外部热源利用等；第2类是回热设备进、出口参数变化或系统连接方式的局部变动，如加热器端差变化、疏水连接系统的切换等；第3类是循环的蒸气参数变化，如汽轮机进汽参数和排汽参数的变化。
为使分析过程简化，并易于应用。
4．3同质热量进出热力系统
同质热量进出热力系统，一般不会引起同热设备进出口值的变化，因而相应能级上的抽汽流变化易于确定。对于纯热量进出热力系统，可根据分析参量的定义，得到简单的计算公式。在维持循环总质量不变的前提下，工质进出热力系统定其自成一虚拟的闭台路，分析时，只要沿着虚拟路线考察热堵的变化和使用能级的变化，即可方便地求得△H和△Q。在分析中可将回质带的热量人为地定作：部分是纯热量；另一部分是1kg顶替lkg，即沿着虚拟回路作质数量的顶替或补充，这样就避免了计算抽汽流量变化的复杂过程，使得△H和△Q的计算既简单义直接。譬如，向加热器引入一股外来蒸气，则其定量分析式为：
5．应用模型进行优化设计和变工况计算
由于该模型是通用模型，参数用数据矩阵的形式，因此可以通过修改参数矩阵表进行优化设计和变工况计算。当矩阵的某项发生改变时，对应的数学模型及其有关参数也发生相应的改变。这对机组热力系统的优化设计和变工况计算带来了很大方便。
优化设计在设计热力系统时，往往需要修改换热器的热力参数、换热器型式和组台方式来分析比较其经济性以确定最佳热力参数和系统组态。在常用算法中，一般某个结构参数发生变化，整个系统的计算方法也要全部改变，计算相当复杂。应用本模型设计的通用热力系统设计程序，设计人员只需要改变参数矩阵的有关数据，计算机就自动设计出相应的热力系统，并对其进行相应的热经济分析。
变工况计算在变工况计算中，由于系统热力参数和结构参数都有可能发生变化，常用算法都需要有一确定的热力系统模型。而在变工况运行时，模型往往发生了改变，因此还要修改算法才能满足实际计算要求，这就增加了计算的复杂性，而且缺乏通用性。用本模型设计的热力系统变工况计算程序，只需输入数据矩阵中的有关参数，系统就会自动根据实际运行工况进行变工况计算，这也为设计通用在线监测系统带来了方便。
6．结论
利用本模型编制的热经济性分析程序可以适用不同非再热机组的热力系统，应用所建的模型编制的通用热经济性分析程序对上述100Mw机组设计工况进行了分析计算，利用本文模型和其它方法计算机组换热器抽汽份额的计算结果与热平衡法、循环函数法的计算结果比较可知，本文提出通用计算模型的计算结果与其它常用方法的计算结果是一致的，但本方法更为简捷，通用性更强。主要表现在以下几个方面：
1）本文提出的火电厂热力系统通用定量分析模型可适用不同型式非再热机组的热力系统，具有简捷、通用性，有利于采用计算机对不同型式的热力系统进行热经济性计算。
2）利用本文模型可以编制适用于不同型式非再热机组的热力系统热经济性计算通用程序。
3）利用本文模型使得热力系统的优化设计和变工况计算更为通用、简捷，通过改变数据矩阵中的有关数据，不需修改算法就可以直接分析变工况和设计工况下的热经济指标。
参考文献
[1]丁毓山，雷振山．中小型变电所实用设计手册[M]．北京：中国水利电力出版社，2000．
[2]能源部西北电力设计院．电力工程电气设计手册[M]．北京：中国电力出版社，1989．
[3]林万超．火电厂热系统定量分析[J]．西安：西安交通大学出版社．1985,(6):48
[4]郑体宽．热力发电厂[M]．北京：水利电力出版社，2006,(5):145
[5]汪盂乐．火电厂热力系统分析[M]．北京：北京水利电力出版社，2002,(3):79
