大型燃煤发电机组变工况性能分析及节能优化研究

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1、华中科技大学硕士学位论文耗水平有所下降，但是我国的大型火力发电机组在世界范围内能耗水平并不处于十分[5]领先的地位，同火电技术领先的国家相比，我国大型燃煤发电机组的煤耗率要高[6]10g~20g/kwh，因此我国大型燃煤发电机组还有很大的优化节能空间。我国600MW超临界燃煤机组数量较多，并且600MW既有亚临界参数的机组，也有超临界参数和超超临界参数的机组，与300MW和1000MW相比更具有研究的代表性，因此本课题以600MW机组为研究对象。图1-2我国单机容量600MW以上机组的比例影响燃煤发电机组运行的因素有多个方面，既有外部电网调峰的原因，又有机组受内部设备运行性能变化影

2、响的原因。我国现阶段燃煤发电机组参加调峰的频率开始变得越来越高，这导致发电机组并不是所有时间都处于额定工况下运作的，多数时间都是在变工况运行。变工况是指发电机组的运行状态偏离原额定工作状态，运行参数如主蒸汽温度、主蒸汽压力、再热蒸汽温度、锅炉排烟温度、锅炉给水温度等发生改变的运行状态。据资料显示，我国大型燃煤发电机组越来越多的时间是处于变工况的运行状态，变工况运行时间达到70%，而机组变工况运行多数时间处于60%~80%额定负荷的范围，见图1-3。安全性与经济性是考虑大型燃煤发电机组运行的首要问题，大型机组运行参数的提高对机组的安全经济运行提出了更高的要求，所以超临界大型燃煤发电机

3、组在变工况运行时需要新的运行以及控制方式。因此，有必要研究分析大型燃煤机组的变工况节能控制、设备性能变化对机组运行特性的影响以及机组节能改2万方数据华中科技大学硕士学位论文造等问题，并且提出安全经济的理论指导，这是本课题研究的核心问题。图1-3大型机组变工况运行情况1.2Aspen简介本课题选用AspenTech公司的AspenPlus作为仿真建模的平台，英文全称为AdvancedSystemforProcessEngineering，顾名思义Aspen是一种先进流程仿真软件。Aspen的研发由麻省理工学院主导，从1976年开始，到1981年基本研发完成，其中有55所高校以及公司参

4、与了开发。AspenPlus是Aspen工程套件AspenOne中的一个核心软件，除了AspenPlus之外AspenOne中还包含了很多工程开发与应用软件：稳态、动态模拟软件：Hysys/AspenPlus/Optimizer/Dynamics/CustomModeler/AspenWebModels换热器设计：ExchangerDesignandRating/HTFS/AspenHetran/Aerotran/Teams物性计算软件：COMThermo/AspenProperties/AspenOLI/DETHERM工艺分析软件：AspenSplit/Pinch/Water/U

5、tilities工艺数据管理：AspenZyqad医药、精细化工：AspenADSIM炼油、管道：AspenFCC/CatRef/Hydrocracker/Hydrotreater/Traflow/FlareNet使用Aspen建模在操作方面十分简便，并且有DesignSpec、Calculator、Transfer、Sensitivity、Optimization、Constraint等辅助计算工具，为建模计算和优化设计工作提[15-16]供了十分便捷的工具。同时，自带的模型库大大增加了建模的便捷性和建模速度。模型库十分丰富，涵盖了多种工业常用的设备。并且它是现在物性数据库最为全

6、面的3万方数据华中科技大学硕士学位论文软件，可以很好的模拟燃煤机组中各个工质的热力循环，例如煤的燃烧以及水的循环。软件在集成了一些工业常用模块的的基础上，还可以根据用户的要求来自主编辑模块，既保证了建模的便捷，又给了用户一定的自主建模空间。Aspen建模流程见图1-4。建模计算分为四个操作步骤：1.根据研究对象建立仿真模型，AspenPlus为贯序计算软件，软件建模采用模块化建模思路，因此应根据仿真对象各个设备之间的耦合关系来选择相应的模块建立流程图;2.输入边界条件;3.软件通过内置的热力学方程、单元操作方程、数学方程进行求解；4.处理计算数据。AspenPlus中有五大类基本参

7、数必须输入：1.全局参数设置，这里可以设置物流参数单位（物流就是指流通在不同设备间的工质）以及物流种类。2.工质的组成成分设置，这里需要设置模型中所有涉及到计算的工质，软件中分为常规组分和非常规组分两种，也可以自己设定未知物质的物性参数。3.设置工质的物理性质，AspenPlus中带有丰富的物性方法模型，可以用来计算工质的热力学性质和迁移性质，比如包含逸度系数、焓、熵、吉布斯自由能、体积等热力学参数；或者粘度、热导率、扩散系数、表面张力等物理性质。Aspen中含有大量