基于流体网络理论的火电机组热力系统分析方法研究

摘要

目前，火力发电仍占我国电源结构的大部分，地位举足轻重。提高火电机组能源利用效率，对于提高国民经济的意义重大。
　　火电机组运行的经济性取决于很多方面，本文的研究方向就是如何提高电能生产过程中能量利用的效率。为了提高热能的利用率，降低冷源损失，火电机组普遍采用再热循环和回热加热系统，来提高蒸汽循环的热效率。本文的研究目标就是如何分析或评价再热循环和回热加热系统对机组循环热效率的影响，包括在各种变工况条件下，再热循环和回热加热系统运行状态的分析。
　　由于工质循环流动的通道，结构复杂，构成了一个复杂的热力系统，各分支之间互相影响，要研究回热系统或再热系统，无法将它们孤立出来，必须将它们放人大的热力系统中进行研究。因此，本文以某真实火电机组的热力系统为对象，研究热力系统的分析方法及回热系统和再热系统对工质循环热效率的影响。
　　热力系统的计算和分析方法较多，本文根据自身的研究目的，将热力系统的分析计算方法简化，分解为热力系统流网计算和基于流网计算结果的焓值分布计算。将流体网络理论思想引入热力系统流网计算，通过合理假设，将热力系统流网的工质流动简化为不考虑工质换热对工质物性参数影响的一维、稳态流动问题，从而建立了热力系统流网的等值电路模型，将复杂流网的质量流量和压力分布求解，转化为直流电路的电流、电压分布求解，再应用基尔霍夫电压、电流定律建立等值电路的数学模型，通过求解该模型获得热力系统流网的质量流量和压力分布。再根据机组设计参数，建立热力系统焓值分布模型，在热力系统流网计算结果的基础上，得到热力系统焓值分布，进而得到机组循环热效率模型。
　　通过研究，本文应用流体网络理论思想建立了热力系统流体网络计算模型，并建立了热力系统焓值分布模型，通过将100％负荷、75％负荷、50％负荷、40％负荷和30％负荷5个工况的流网计算结果和焓值分布计算结果与该机组汽轮机热力特性数据进行比对，验证了模型的准确性。在此基础上，本文给出了，应用该模型求解机组运行中典型问题的方法，包括热力系统流网支路流阻变化、给水泵或凝结水泵扬程变化、凝汽器压力变化、加热器水侧管路泄漏等。
　　在分析再热蒸汽系统和回热加热系统对蒸汽循环热效率的影响时，本文定义了再热蒸汽系统和回热加热系统有效度的概念。该定义可以反映再热蒸汽系统和回热加热系统对蒸汽循环热效率的影响方向，以及影响程度的相对大小。
　　通过应用本文建立的热力系统分析方法，对目前部分机组提出增加0号高加的改造方案，进行了分析计算。在计算结果中发现，增加0号高加，在5个不同负荷工况，都可以提高蒸汽循环热效率，但0段抽汽的循环有效度低于其他段抽汽。同时发现，本文研究机组的回热系统并未工作在最佳状态，在不增加0号高加，而单纯改变回热系统工作状态的情况下，仍有提高机组循环热效率的余地，这为我们提出了基于本文热力系统分析方法的热力系统优化计算的新方向。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景及研究的目的和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 热力系统的分析方法

1．2．2 流体网络的研究背景

1．3 论文研究的主要内容及创新点

第2章 基于流体网络理论的热力系统流体网络模型的建立

2．1 流体网络的基本理论

2．1．1 流体网络理论

2．1．2 流体网络理论的发展

2．1．3 流体网络的特点和研究方法

2．1．4 流体网络理论存在的问题

2．2 热力系统流体网络的等值电路模型

2．2．1 热力系统热平衡图

2．2．2 热力系统等值电路模型所做的假设

2．2．3 热力系统的流体网络等值电路模型

2．3 基于等值电路模型的热力系统流体网络的数学模型

2．3．1 基尔霍夫电压、电流定律

2．3．2 热力系统流体网络的数学模型

2．3．3 数学模型结果验证

2．4 变工况条件下热力系统流体网络模型的建立

2．4．1 流阻变化

2．4．2 压力变化

2．4．3 支路变化

2．5 本章小结

第3章 基于流体网络理论的热力系统焓值分布模型的建立

3．1 再热、回热加热系统的热力学分析

3．2 热力系统热效率分析模型的建立

3．2．1 汽轮机各级段热效率模型

3．2．2 给水泵流量-焓增模型

3．2．3 给水泵流量-扬程模型

3．2．4 热力系统焓值分布模型

3．2．5 模型验证

3．3 有效度计算及分析

3．4 本章小结

第4章 变工况条件下焓值分布和循环有效度的计算

4．1 流阻变化

4．2 压力变化

4．2．1 水泵扬程变化

4．2．2 节点压力变化

4．3 支路变化

4．4 本章小结

第5章 热力系统增加0号高加的算例

5．1．2 数学模型

5。1．3 焓值分布模型

5．2 计算结果及分析

5．2．1 100％THA工况计算结果

5．2．2 75％THA工况计算结果

5．2．3 50％THA工况计算结果

5．2．4 40％THA工况计算结果

5．2．5 30％THA工况计算结果

5．2．6 计算结果分析

5．3 本章小结

第6章 结论

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文及其它成果

攻读博士学位期间参加的科研工作

致谢

作者简介