第56卷第2期2014年4月汽輪機技術(shù)TURBINETECHNOLOGYV0156NO2APR2014基于能量平衡法的以熱定電數(shù)學模型研究王漪，薛永鋒，張敏。，王聰1遼寧省電力有限公司，沈陽110006；2國電科學技術(shù)研究院沈陽電力技術(shù)分院，沈陽110006；3東北電力科學研究院有限公司，沈陽110006；4奧克蘭大學，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，合理安排電量計劃及最大限度吸納風電，基于供熱機組以熱定電在線監(jiān)測系統(tǒng)，提出了能量平衡法。通過進入汽輪機和排出汽輪機的能量進行平衡計算，確定不同采暖抽汽流量和工業(yè)抽汽流量下機組發(fā)電負荷的關(guān)系，可以準確計算出機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)鍵詞供熱機組；以熱定電；能量平衡；調(diào)峰分類號TM73文獻標識碼A文章編號10015884201402015003RESEARCHONMATHEMATICALMODELOFORDERINGPOWERBYHEATBASEDONENERBALANCEMETHODWANGYI，XUEYONGFENG，ZHANGMIN，WANGCONG1LIAONINGELECTRICPOWERCOMPANYLIMITED，SHENYANG110006，CHINA；2GUODIANSCIENCEANDTECHNOLOGYRESEARCHINSTITUTE，SHENYANG110006，CHINA；3NORTHEASTELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTECOMPANYLIMITED，SHENYANG110006，CHINA；4THEUNIVERSITYOFAUCKLAND，12GRAFTONROADGRAFTON1010，NEWZEANDABSTRACTINORDERTOEASETHEPRESSUREOFHEATINGSEASONPEAKREGULATION，REASONABLEARRANGEMENTOFELECTRICITYPLAN，ANDTHEMAXIMUMWINDPOWERABSORPTION，THEMETHODOFENERGYBALANCEMETHODISPUTFORWARDONTHEBASISOFONLINEMONITORINGOFORDERINGPOWERBYHEATINHEATSUPPLYTURBINEUNITSINTHISPAPERTHROUGHTHEBALANCECALCULATIONOFENTERANDEXHAUSTSTEAMTURBINEENERGY，DETERMINEUNITHEATINGANDINDUSTRIALEXTRACTIONSTEAMFLOWANDPOWERLOAD，ITCANACCURATELYCALCULATETHEMAXIMUMINCREASEOUTPUTANDREDUCEOUTPUTINDIFFERENTHEATINGANDINDUSTRIALEXTRACTIONSTEAMFLOWCONDITIONSKEYWORDSHEATSUPPLYTURBINEUNITS；ORDERINGPOWERBYHEAT；ENERGYBALANCE；PEAKREGULATION0前言供熱機組在各類燃煤機組中整體熱效率是較高的，同時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)對我國經(jīng)濟社會發(fā)展做出了重要貢獻。國內(nèi)很多學者對火電機組熱經(jīng)濟性I4J、熱電負荷最佳分配方法LO方面進行了大量的研究。但在肯定熱電聯(lián)產(chǎn)機組的重要作用同時，也必須看到熱電聯(lián)產(chǎn)機組運行管理方面還存在的諸多問題。部分省份熱電聯(lián)產(chǎn)機組運行的動態(tài)信息尚未采集和分析，缺乏科學量化控制和有效監(jiān)督；不少熱電企業(yè)供熱與供電比例失衡，有的熱負荷與發(fā)電量計劃不匹配，直接影響節(jié)能減排、吸納風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，確定機組最小開機方式J，這種方法遠遠不能滿足電網(wǎng)發(fā)電計劃編制和電網(wǎng)調(diào)峰的需要。為此，在保證供熱參數(shù)的同時，如何解決供熱與供電，供熱與電網(wǎng)低谷調(diào)峰這一對矛盾已迫在眉睫J。建設(shè)熱電機組在線監(jiān)測系統(tǒng)，將發(fā)電機組有關(guān)設(shè)備的供熱基本參數(shù)進行實時監(jiān)測“，對現(xiàn)場數(shù)據(jù)計算分，差班究精確的熱定電數(shù)學模型，運用科學手段對其運收稿13期2013704行情況實施在線實時監(jiān)控，隨時掌握熱電機組的供熱情況及其出力可調(diào)范圍，實現(xiàn)對熱電機組的科學管理，科學合理地安排供熱機組參加電網(wǎng)調(diào)峰，充分發(fā)揮供熱機組調(diào)峰的潛力，搞好“三公”調(diào)度交易工作。1能量平衡法的特點及原理為了科學合理地進行以熱定電，研究開發(fā)一套精確實用的數(shù)學模型至關(guān)重要。建立以熱定電數(shù)學模型的方法很多，主要有供熱工況圖法、蒸汽做功能力法、完整熱力計算法等。以上3種方法都有各自的優(yōu)點，但在實際應(yīng)用過程中也有很大的缺點。工況圖是在設(shè)計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，同時供熱改造后的機組，制造廠不提供工況圖，所以無法對此類機組進行發(fā)電能力的計算；蒸汽做功能力法根據(jù)抽汽量變化反映蒸汽做功能力，但需要得到機組主蒸汽做功能力的準確數(shù)據(jù)，而且在機組每次大修后蒸汽的做功能力都會發(fā)生變化，造成計算的誤差較大。完整熱力計算法需要制造廠對所有機組進行核算，計算不同抽汽流量、不同抽汽壓力下的汽輪機特性，耗費人力和財力較大。作者簡介王漪1962一，男，博士，高級工程師，從事電力系統(tǒng)和電力市場理論及運營技術(shù)的研究。第2期王漪等基于能量平衡法的以熱定電數(shù)學模型研究15L針對以上3種方法的不足，本文提出了一種新的以熱定電數(shù)學模型能量平衡法。能量平衡法是將所有進入汽輪機和排出汽輪機的能量進行平衡計算，得到不同采暖抽汽流量和工業(yè)抽汽流量下機組發(fā)電負荷的關(guān)系。該方法具有物理意義清晰、推導(dǎo)過程嚴謹、模型簡捷實用、計算結(jié)果準確、適用范圍廣等特點，可以準確計算出機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是一般性汽輪機簡化熱力圖，一些機組和圖中所示機組有部分區(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表示中壓缸進汽焓；D表示工業(yè)抽汽流量；表示工業(yè)抽汽焓圖中的機組HH，部分機組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)電機功率。采暖抽汽D|，H8圖1汽輪機簡化熱力圖2能量平衡法電力模型的計算公式P輸人汽輪機的總能量Q。的表達式為QLDHD一12DH肼1輸出汽輪機的總能量Q的表達式為Q2LDHL2DHDH一L2DHO3DH4D。H5DHD136DH7D。H7A8DH稿DGHGDDHDDHPPF2式中，P為汽輪機內(nèi)功率。根據(jù)能量平衡原理，輸入汽輪機的總能量Q等于輸出汽輪機的總能量Q，整理后得出汽輪機內(nèi)功率的計算公式為P。DHD一1012DH一D一OL2DHH一LH12H3HO4H5HD6H，H8H豳D一DHGDDHDDHP3發(fā)電機功率P與汽輪機內(nèi)功率P的關(guān)系為PP一P叼4式中，P為機械損失；為發(fā)電機效率。將式3代人式4得出發(fā)電機有功功率的計算公式為PDHH日D一L2DH肘一D一12D。H一OHL0F2HH3H4H5HD6H7H8H胡D一DGHGDDHDDHPPR5主蒸汽流量表達式為DDDDDD6L2OL345A67817當計算機組最小負荷時，低壓缸排汽流量D已知，為低壓缸最小冷卻蒸汽流量，利用焓差來計算機組的功率，物理意義清晰。所以最小負荷的表達式為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。當計算機組最大負荷時，主蒸汽流量已知，為汽輪機TMCR最大連續(xù)出力工況下主蒸汽流量，利用焓差來計算機組的功率，所以最大負荷的表達式為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汽輪機技術(shù)第56卷3結(jié)論隨著國家節(jié)能減排政策的實施、國網(wǎng)公司加大跨區(qū)跨省電力電量交易力度實現(xiàn)更大范圍的資源優(yōu)化配置以及風電等綠色能源容量和供熱機組所占火電機組的比重的增加，以熱定電工作就越彰顯其迫切性和重要性。根據(jù)對汽輪機能量平衡分析，提出了能量平衡法建立以熱定電數(shù)學模型，并對其理論和算法進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)過程嚴謹、模型簡捷實用、計算結(jié)果準確、適用范圍廣等特點，可以準確計算出機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。參考文獻華敏，沈林成，龔云貴，等一種分析熱力系統(tǒng)熱經(jīng)濟性的新方法凝汽系數(shù)法J汽輪機技術(shù)，2010，526421423于淑梅，李金磊汽輪機組不同運行方式熱經(jīng)濟性比較的通用數(shù)學模型J汽輪機技術(shù)，2010，5212728李勇，張斯文，李慧基于改進等效熱降法的汽輪機熱力系統(tǒng)熱經(jīng)濟性診斷方法研究J汽輪機技術(shù)，2009，515333337李書營，何雪梅基于熱經(jīng)濟學矩陣模式的發(fā)電廠熱力系統(tǒng)經(jīng)濟性分析J汽輪機技術(shù)，2008，505378379吳龍，袁奇，劉昕供熱機組熱電負荷最佳分配方法分析J中國電機工程學報，2012，32356126金建國，國文學，姜鐵騮，等供熱機組問熱電負荷最佳分配的研究J汽輪機技術(shù)，2007，49290967魏昭峰風電在我國能源發(fā)展中的定位J中國電力，2011，4158張靈凌熱電廠最小運行方式分析與監(jiān)管研究D北京華北電力大學，201140499盛德仁，陳堅紅，李蔚，等供熱機組間熱電負荷優(yōu)化分配的研究J動力工程，2001，216156015631O孫瑋，尚力，劉繼東，等山東熱電聯(lián)產(chǎn)機組在線監(jiān)測系統(tǒng)的研究J熱力發(fā)電，2009，119O一9211魏豪，刁學廣，趙偉東供熱電廠熱電負荷優(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，郭江龍，王興國，等調(diào)節(jié)抽氣式汽輪機參與電網(wǎng)調(diào)峰的負荷特性分析J汽輪機技術(shù)，2009，511616313王興國，何燕玲，張海良供熱機組調(diào)峰運行中的最小出力分析J河北電力技術(shù)，2006，6464814初立森，李敏，李海峰供熱機組的熱力與運行特性探討J吉林電力，2009，61515謝春林，薛永鋒，王松嶺供熱機組在線監(jiān)測系統(tǒng)以熱定電模型研究J東北電力技術(shù)，2012，791116王漪，薛永鋒，鄧楠供熱機組以熱定電調(diào)峰范圍的研究J中國電力，2013，463596217倪景峰熱電聯(lián)產(chǎn)機組以熱定電運行的研究及軟件實施D北京華北電力大學，200418楊偉光，魯愛，李學剛供熱機組在線監(jiān)測系統(tǒng)調(diào)峰計算方案研究J吉林電力，2010，65719李維特，黃保海汽輪機變工況熱力計算M北京中國電力出版社，2001上接第87頁的問題，提出了徑向滑動軸承變形與潤滑耦合設(shè)計的雙間隙協(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目前經(jīng)典潤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，從而達到利用經(jīng)典潤滑理論近似求解計入彈性變形的軸承性能的目的。這種模型和算法對于重載或低黏介質(zhì)軸承尤為重要。2針對某重載圓弧軸承，通過ANSYS和經(jīng)典潤滑理論軸承計算軟件迭代，對計入瓦體變形的軸承性能及實際瓦面型線進行計算，并提出了變形控制技術(shù)，即通過改變瓦體結(jié)構(gòu)及約束方式控制瓦體變形，從而達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，約為一般流體動力潤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力潤滑模型相比約增大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，利用本文提出的雙間隙協(xié)調(diào)方法以某重載軸承為對象進行了等效雙間隙的確定及性能求解。利用雙間隙方法計算得到的軸承性能與彈流模型結(jié)果較吻合，與一般流體動力潤滑模型相比，軸承的最小膜厚誤差由157減小為47。雙間隙協(xié)調(diào)方法有效解決了計算精度與效率之間的矛盾。參考文獻1張國淵，陳大治，袁小陽，董光能軋機油膜軸承設(shè)計技術(shù)研究J太原科技大學學報，2006，27S024272段芳莉，魏云隆彈性變形對徑向軸承彈流潤滑性能的影響J潤滑與密封，2000，69一L13張直明，張言羊，謝友柏，等滑動軸承的流體動力潤滑理論M北京高等教育出版社，19864李維特根據(jù)潤滑理論求解軸承特性的新方法J汽輪機技術(shù)，2007，49031751785YUANXIAOYANG，CHENGZHILAN，ETA1ATHREEDIMENSIONALTEHD