第56卷第2期2014年4月汽輪機(jī)技術(shù)TURBINETECHNOLOGYV0156NO2APR2014基于能量平衡法的以熱定電數(shù)學(xué)模型研究王漪，薛永鋒，張敏。，王聰1遼寧省電力有限公司，沈陽(yáng)110006；2國(guó)電科學(xué)技術(shù)研究院沈陽(yáng)電力技術(shù)分院，沈陽(yáng)110006；3東北電力科學(xué)研究院有限公司，沈陽(yáng)110006；4奧克蘭大學(xué)，新西蘭奧克蘭摘要為了緩解供熱季節(jié)電網(wǎng)調(diào)峰壓力，合理安排電量計(jì)劃及最大限度吸納風(fēng)電，基于供熱機(jī)組以熱定電在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，提出了能量平衡法。通過(guò)進(jìn)入汽輪機(jī)和排出汽輪機(jī)的能量進(jìn)行平衡計(jì)算，確定不同采暖抽汽流量和工業(yè)抽汽流量下機(jī)組發(fā)電負(fù)荷的關(guān)系，可以準(zhǔn)確計(jì)算出機(jī)組在不同的采暖抽汽流量和工業(yè)抽汽流量情況下最大可增出力和可減出力。關(guān)鍵詞供熱機(jī)組；以熱定電；能量平衡；調(diào)峰分類號(hào)TM73文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)10015884201402015003RESEARCHONMATHEMATICALMODELOFORDERINGPOWERBYHEATBASEDONENERBALANCEMETHODWANGYI，XUEYONGFENG，ZHANGMIN，WANGCONG1LIAONINGELECTRICPOWERCOMPANYLIMITED，SHENYANG110006，CHINA；2GUODIANSCIENCEANDTECHNOLOGYRESEARCHINSTITUTE，SHENYANG110006，CHINA；3NORTHEASTELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTECOMPANYLIMITED，SHENYANG110006，CHINA；4THEUNIVERSITYOFAUCKLAND，12GRAFTONROADGRAFTON1010，NEWZEANDABSTRACTINORDERTOEASETHEPRESSUREOFHEATINGSEASONPEAKREGULATION，REASONABLEARRANGEMENTOFELECTRICITYPLAN，ANDTHEMAXIMUMWINDPOWERABSORPTION，THEMETHODOFENERGYBALANCEMETHODISPUTFORWARDONTHEBASISOFONLINEMONITORINGOFORDERINGPOWERBYHEATINHEATSUPPLYTURBINEUNITSINTHISPAPERTHROUGHTHEBALANCECALCULATIONOFENTERANDEXHAUSTSTEAMTURBINEENERGY，DETERMINEUNITHEATINGANDINDUSTRIALEXTRACTIONSTEAMFLOWANDPOWERLOAD，ITCANACCURATELYCALCULATETHEMAXIMUMINCREASEOUTPUTANDREDUCEOUTPUTINDIFFERENTHEATINGANDINDUSTRIALEXTRACTIONSTEAMFLOWCONDITIONSKEYWORDSHEATSUPPLYTURBINEUNITS；ORDERINGPOWERBYHEAT；ENERGYBALANCE；PEAKREGULATION0前言供熱機(jī)組在各類燃煤機(jī)組中整體熱效率是較高的，同時(shí)集中供熱取代了大量的鍋爐房，改善了大氣環(huán)境，提高了能源利用效率，熱電聯(lián)產(chǎn)企業(yè)對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)。國(guó)內(nèi)很多學(xué)者對(duì)火電機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性I4J、熱電負(fù)荷最佳分配方法LO方面進(jìn)行了大量的研究。但在肯定熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組的重要作用同時(shí)，也必須看到熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組運(yùn)行管理方面還存在的諸多問(wèn)題。部分省份熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組運(yùn)行的動(dòng)態(tài)信息尚未采集和分析，缺乏科學(xué)量化控制和有效監(jiān)督；不少熱電企業(yè)供熱與供電比例失衡，有的熱負(fù)荷與發(fā)電量計(jì)劃不匹配，直接影響節(jié)能減排、吸納風(fēng)電等綠色能源的能力及資源優(yōu)化配置。以往通常由政府相關(guān)部門組織年度核查，確定機(jī)組最小開機(jī)方式J，這種方法遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足電網(wǎng)發(fā)電計(jì)劃編制和電網(wǎng)調(diào)峰的需要。為此，在保證供熱參數(shù)的同時(shí)，如何解決供熱與供電，供熱與電網(wǎng)低谷調(diào)峰這一對(duì)矛盾已迫在眉睫J。建設(shè)熱電機(jī)組在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，將發(fā)電機(jī)組有關(guān)設(shè)備的供熱基本參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)“，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)計(jì)算分，差班究精確的熱定電數(shù)學(xué)模型，運(yùn)用科學(xué)手段對(duì)其運(yùn)收稿13期2013704行情況實(shí)施在線實(shí)時(shí)監(jiān)控，隨時(shí)掌握熱電機(jī)組的供熱情況及其出力可調(diào)范圍，實(shí)現(xiàn)對(duì)熱電機(jī)組的科學(xué)管理，科學(xué)合理地安排供熱機(jī)組參加電網(wǎng)調(diào)峰，充分發(fā)揮供熱機(jī)組調(diào)峰的潛力，搞好“三公”調(diào)度交易工作。1能量平衡法的特點(diǎn)及原理為了科學(xué)合理地進(jìn)行以熱定電，研究開發(fā)一套精確實(shí)用的數(shù)學(xué)模型至關(guān)重要。建立以熱定電數(shù)學(xué)模型的方法很多，主要有供熱工況圖法、蒸汽做功能力法、完整熱力計(jì)算法等。以上3種方法都有各自的優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中也有很大的缺點(diǎn)。工況圖是在設(shè)計(jì)的額定壓力下繪制的，如果抽汽壓力發(fā)生變化，查取的數(shù)據(jù)將出現(xiàn)較大偏差，同時(shí)供熱改造后的機(jī)組，制造廠不提供工況圖，所以無(wú)法對(duì)此類機(jī)組進(jìn)行發(fā)電能力的計(jì)算；蒸汽做功能力法根據(jù)抽汽量變化反映蒸汽做功能力，但需要得到機(jī)組主蒸汽做功能力的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，而且在機(jī)組每次大修后蒸汽的做功能力都會(huì)發(fā)生變化，造成計(jì)算的誤差較大。完整熱力計(jì)算法需要制造廠對(duì)所有機(jī)組進(jìn)行核算，計(jì)算不同抽汽流量、不同抽汽壓力下的汽輪機(jī)特性，耗費(fèi)人力和財(cái)力較大。作者簡(jiǎn)介王漪1962一，男，博士，高級(jí)工程師，從事電力系統(tǒng)和電力市場(chǎng)理論及運(yùn)營(yíng)技術(shù)的研究。第2期王漪等基于能量平衡法的以熱定電數(shù)學(xué)模型研究15L針對(duì)以上3種方法的不足，本文提出了一種新的以熱定電數(shù)學(xué)模型能量平衡法。能量平衡法是將所有進(jìn)入汽輪機(jī)和排出汽輪機(jī)的能量進(jìn)行平衡計(jì)算，得到不同采暖抽汽流量和工業(yè)抽汽流量下機(jī)組發(fā)電負(fù)荷的關(guān)系。該方法具有物理意義清晰、推導(dǎo)過(guò)程嚴(yán)謹(jǐn)、模型簡(jiǎn)捷實(shí)用、計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確、適用范圍廣等特點(diǎn)，可以準(zhǔn)確計(jì)算出機(jī)組在給定的采暖抽汽流量和工業(yè)抽汽流量情況下調(diào)峰出力范圍。圖1是一般性汽輪機(jī)簡(jiǎn)化熱力圖，一些機(jī)組和圖中所示機(jī)組有部分區(qū)別。圖中，D表示主蒸汽流量；表示主蒸汽焓；HH表示高壓缸排汽焓；H表示中壓缸進(jìn)汽焓；D表示工業(yè)抽汽流量；表示工業(yè)抽汽焓圖中的機(jī)組HH，部分機(jī)組HH；D表示采暖抽汽流量；表示采暖抽汽焓；D表示各段抽汽流量；毗，I1，2表示高壓缸各段抽汽流量占D的比例；，I3，4，5表示中壓缸各段抽汽流量占D的比例；，I6，7，8表示低壓缸各段抽汽流量占D的比例部分機(jī)組沒有八段抽汽，即0；HI1，2表示高壓缸各段抽汽抽汽焓；HI3，4，5表示中壓缸各段抽汽抽汽焓；HI6，7，8表示低壓缸各段抽汽抽汽焓；D表示低壓缸排汽流量；H。表示低壓缸排汽焓；P表示發(fā)電機(jī)功率。采暖抽汽D|，H8圖1汽輪機(jī)簡(jiǎn)化熱力圖2能量平衡法電力模型的計(jì)算公式P輸人汽輪機(jī)的總能量Q。的表達(dá)式為QLDHD一12DH肼1輸出汽輪機(jī)的總能量Q的表達(dá)式為Q2LDHL2DHDH一L2DHO3DH4D。H5DHD136DH7D。H7A8DH稿DGHGDDHDDHPPF2式中，P為汽輪機(jī)內(nèi)功率。根據(jù)能量平衡原理，輸入汽輪機(jī)的總能量Q等于輸出汽輪機(jī)的總能量Q，整理后得出汽輪機(jī)內(nèi)功率的計(jì)算公式為P。DHD一1012DH一D一OL2DHH一LH12H3HO4H5HD6H，H8H豳D一DHGDDHDDHP3發(fā)電機(jī)功率P與汽輪機(jī)內(nèi)功率P的關(guān)系為PP一P叼4式中，P為機(jī)械損失；為發(fā)電機(jī)效率。將式3代人式4得出發(fā)電機(jī)有功功率的計(jì)算公式為PDHH日D一L2DH肘一D一12D。H一OHL0F2HH3H4H5HD6H7H8H胡D一DGHGDDHDDHPPR5主蒸汽流量表達(dá)式為DDDDDD6L2OL345A67817當(dāng)計(jì)算機(jī)組最小負(fù)荷時(shí)，低壓缸排汽流量D已知，為低壓缸最小冷卻蒸汽流量，利用焓差來(lái)計(jì)算機(jī)組的功率，物理意義清晰。所以最小負(fù)荷的表達(dá)式為PIDGH日一H日H一HDDHHHHMHD8DC一HOI一88一HOIHG88一OI一83I一H。一H胡DHHHHHH一P叼。D6DDCD田P叩一PMR8式中，EL,HHHHH；6HHHHHMHD叩；B8CH一H。OLI。一HOLI一H88一一88一一H胡8H一HPDHHHHHMH。當(dāng)計(jì)算機(jī)組最大負(fù)荷時(shí)，主蒸汽流量已知，為汽輪機(jī)TMCR最大連續(xù)出力工況下主蒸汽流量，利用焓差來(lái)計(jì)算機(jī)組的功率，所以最大負(fù)荷的表達(dá)式為PDHHHHHMHP一DGHGHP一DDHDHP一D。H礎(chǔ)一HPL234O56O7H一HL0123456H一HLO2345HDH1234H一HD123H一H2L2H塒一H1H。1一H一P田PHDD一EDD一尼DTR7一PM9式中，PDHHHHHH一H；DH一HP叼；EHDHPR；76H一H；H胡OLI一543HDHH2OLI一H。一O152汽輪機(jī)技術(shù)第56卷3結(jié)論隨著國(guó)家節(jié)能減排政策的實(shí)施、國(guó)網(wǎng)公司加大跨區(qū)跨省電力電量交易力度實(shí)現(xiàn)更大范圍的資源優(yōu)化配置以及風(fēng)電等綠色能源容量和供熱機(jī)組所占火電機(jī)組的比重的增加，以熱定電工作就越彰顯其迫切性和重要性。根據(jù)對(duì)汽輪機(jī)能量平衡分析，提出了能量平衡法建立以熱定電數(shù)學(xué)模型，并對(duì)其理論和算法進(jìn)行了全面的分析研究，豐富和發(fā)展了以熱定電的理論和方法。能量平衡法具有物理意義清晰、推導(dǎo)過(guò)程嚴(yán)謹(jǐn)、模型簡(jiǎn)捷實(shí)用、計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確、適用范圍廣等特點(diǎn)，可以準(zhǔn)確計(jì)算出機(jī)組在給定的采暖抽汽流量和工業(yè)抽汽流量情況下最大可增出力和可減出力。參考文獻(xiàn)華敏，沈林成，龔云貴，等一種分析熱力系統(tǒng)熱經(jīng)濟(jì)性的新方法凝汽系數(shù)法J汽輪機(jī)技術(shù)，2010，526421423于淑梅，李金磊汽輪機(jī)組不同運(yùn)行方式熱經(jīng)濟(jì)性比較的通用數(shù)學(xué)模型J汽輪機(jī)技術(shù)，2010，5212728李勇，張斯文，李慧基于改進(jìn)等效熱降法的汽輪機(jī)熱力系統(tǒng)熱經(jīng)濟(jì)性診斷方法研究J汽輪機(jī)技術(shù)，2009，515333337李書營(yíng)，何雪梅基于熱經(jīng)濟(jì)學(xué)矩陣模式的發(fā)電廠熱力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性分析J汽輪機(jī)技術(shù)，2008，505378379吳龍，袁奇，劉昕供熱機(jī)組熱電負(fù)荷最佳分配方法分析J中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2012，32356126金建國(guó)，國(guó)文學(xué)，姜鐵騮，等供熱機(jī)組問(wèn)熱電負(fù)荷最佳分配的研究J汽輪機(jī)技術(shù)，2007，49290967魏昭峰風(fēng)電在我國(guó)能源發(fā)展中的定位J中國(guó)電力，2011，4158張靈凌熱電廠最小運(yùn)行方式分析與監(jiān)管研究D北京華北電力大學(xué)，201140499盛德仁，陳堅(jiān)紅，李蔚，等供熱機(jī)組間熱電負(fù)荷優(yōu)化分配的研究J動(dòng)力工程，2001，216156015631O孫瑋，尚力，劉繼東，等山東熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究J熱力發(fā)電，2009，119O一9211魏豪，刁學(xué)廣，趙偉東供熱電廠熱電負(fù)荷優(yōu)化分配系統(tǒng)的研制J東北電力技術(shù)，2002，1115一L812姚立強(qiáng)，郭江龍，王興國(guó)，等調(diào)節(jié)抽氣式汽輪機(jī)參與電網(wǎng)調(diào)峰的負(fù)荷特性分析J汽輪機(jī)技術(shù)，2009，511616313王興國(guó)，何燕玲，張海良供熱機(jī)組調(diào)峰運(yùn)行中的最小出力分析J河北電力技術(shù)，2006，6464814初立森，李敏，李海峰供熱機(jī)組的熱力與運(yùn)行特性探討J吉林電力，2009，61515謝春林，薛永鋒，王松嶺供熱機(jī)組在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以熱定電模型研究J東北電力技術(shù)，2012，791116王漪，薛永鋒，鄧楠供熱機(jī)組以熱定電調(diào)峰范圍的研究J中國(guó)電力，2013，463596217倪景峰熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組以熱定電運(yùn)行的研究及軟件實(shí)施D北京華北電力大學(xué)，200418楊偉光，魯愛，李學(xué)剛供熱機(jī)組在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)調(diào)峰計(jì)算方案研究J吉林電力，2010，65719李維特，黃保海汽輪機(jī)變工況熱力計(jì)算M北京中國(guó)電力出版社，2001上接第87頁(yè)的問(wèn)題，提出了徑向滑動(dòng)軸承變形與潤(rùn)滑耦合設(shè)計(jì)的雙間隙協(xié)調(diào)方法并構(gòu)造了相應(yīng)的膜厚方程和雙間隙確定方法。該方法的基本思想是對(duì)目前經(jīng)典潤(rùn)滑理論中處理成一段圓弧的，依據(jù)變形的大小處理成分別代表變形區(qū)和非變形區(qū)的兩段圓弧，從而達(dá)到利用經(jīng)典潤(rùn)滑理論近似求解計(jì)入彈性變形的軸承性能的目的。這種模型和算法對(duì)于重載或低黏介質(zhì)軸承尤為重要。2針對(duì)某重載圓弧軸承，通過(guò)ANSYS和經(jīng)典潤(rùn)滑理論軸承計(jì)算軟件迭代，對(duì)計(jì)入瓦體變形的軸承性能及實(shí)際瓦面型線進(jìn)行計(jì)算，并提出了變形控制技術(shù)，即通過(guò)改變瓦體結(jié)構(gòu)及約束方式控制瓦體變形，從而達(dá)到合理利用瓦體變形的目的。改善結(jié)構(gòu)下的軸承最大變形量為734ILM，約為一般流體動(dòng)力潤(rùn)滑模型下最小膜厚的68；彈流模型下改善結(jié)構(gòu)的軸承最小膜厚與一般流體動(dòng)力潤(rùn)滑模型相比約增大186，可見瓦體變形不容忽視。3以重載工況下受關(guān)注的軸承最小膜厚和最大油膜壓力等效為目標(biāo)，利用本文提出的雙間隙協(xié)調(diào)方法以某重載軸承為對(duì)象進(jìn)行了等效雙間隙的確定及性能求解。利用雙間隙方法計(jì)算得到的軸承性能與彈流模型結(jié)果較吻合，與一般流體動(dòng)力潤(rùn)滑模型相比，軸承的最小膜厚誤差由157減小為47。雙間隙協(xié)調(diào)方法有效解決了計(jì)算精度與效率之間的矛盾。參考文獻(xiàn)1張國(guó)淵，陳大治，袁小陽(yáng)，董光能軋機(jī)油膜軸承設(shè)計(jì)技術(shù)研究J太原科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，27S024272段芳莉，魏云隆彈性變形對(duì)徑向軸承彈流潤(rùn)滑性能的影響J潤(rùn)滑與密封，2000，69一L13張直明，張言羊，謝友柏，等滑動(dòng)軸承的流體動(dòng)力潤(rùn)滑理論M北京高等教育出版社，19864李維特根據(jù)潤(rùn)滑理論求解軸承特性的新方法J汽輪機(jī)技術(shù)，2007，49031751785YUANXIAOYANG，CHENGZHILAN，ETA1ATHREEDIMENSIONALTEHD