汽轮机热力计算设计-毕业论文.doc

毕业设计 课程设计 毕业论文 详细资料 联系QQ号；1620812008目录第一章 绪论.11.1 我国电力工业发展概况.1 1.1.1 我国电力工业的成就及前景.1 1.1.2 燃煤发电在我国电力工业发展中的地位.21.2 热经济性计算与机组优化调度系统的重要性.3第二章 热力性能与机组优化调度系统的简单介绍62.1 热力性能检测与优化调度系统的功能组成.6 2.1.1 系统在电厂中所起的作用.6 2.1.2 系统的主要功能.72.2 性能分析与优化调度方法8 2.2.1 性能分析方法.8 2.2.1 优化调度方法.9第三章 热力性能计算基本理论概述.113.1 计算方法的选择.113.2 计算流程.123.3 软件功能和特点.15第四章 机组优化调度基本理论概述. .164.1 优化调度原理.164.2 数据输入和输出.194.3 关于负荷优化程序计算的说明.20第五章 IAPWS-IF97水和水蒸汽热力性质计算理论.225.1 简介.225.2 IAPWS-IF97公式简介.23第六章 汽轮机热力性能计算软件程序使用说明266.1 软件简介.266.2 系统运行平台.266.3 程序功能说明.26 6.3.1 软件主界面.26 6.3.2 菜单主要功能.28第七章 机组优化调度软件程序使用说明357.1 软件简介.357.2 系统运行平台.357.3 程序功能说明.35 7.3.1 软件主界面.35 7.3.2 程序主要功能.36第八章 温度标定系统及数据采集程序418.1 动力工程基本量测控实验室概述.418.2 实验室温度压力测试用设备.418.3 数据采集卡简介.418.4 MCGS系统介绍.428.5 MCGS程序设计概述.44全文总结47参考文献48专业英文翻译第一章 绪论1.1 我国电力工业发展概况1.1.1 我国电力工业的成就及前景电力是国民经济发展的基本条件，是社会基础设施的重要组成部分。经济要发展，电力要先行。电力工业的发展，不但推动了电力设备制造业和安装业的发展，同时也推动了与之相关的科研工作的发展。我国是世界上电力生产最早的国家之一【1】，早在19世纪80年代初（1882年）就开始生产电力。然而直到“六五”之前，我国的电力工业发展一直非常缓慢。因此在“六五”、“七五”特别是“八五”计划期间，国家将增加发电设备装机容量作为一件大事来抓，取得了明显的成绩。到1995年底，我国发电设备装机容量跃居世界第三位，发电量居世界第二位。“九五”期间，电力工业发展的具体目标为：到2000年全国发电设备装机容量将达到300000 MW，电力年均增长率约7%。根据1996年3月八届人大四次会议批准的国民经济和社会发展“九五”计划和2010远景目标纲要，2010年国民生产总值比2000年翻一番，按照电力与国民经济同步发展考虑，到2010年，全国发电设备装机容量将达到5055万MW。尽管我国电力建设取得了巨大的成就，但我国电力供应的缺口仍然很大。按1996年的用电情况测算，全国大约缺少装机容量20000 MW，缺电约800亿度【2】。人口的增长以及现代化进程使我国对电力的需求不断增加。到1995年底，我国人均装机容量仅为0.181 kW，按照每人1kKW计（1995年美国人均为3.4 kW，俄罗斯1.1 kW ，日本1.2 kW）的目标，按2050年我国人口达到15亿计，则至2050年我国发电装机容量需达到150万MW，比1995年净增130万MW，因此，我国电力工业仍有非常巨大的发展空间。1.1.2 燃煤发电在我国电力工业发展中的地位从全世界范围来看，火力发电在电力工业中起着主导作用，在我国所占的比例更大（70%)，我国煤炭资源丰富，故以煤电为主，燃煤发电在我国电力工业中起者决定性的作用。在今后几十年内，仍将保持在6070%【3】。1995年我国发电设备总装机容量217224.2 MW，其中火电装机占74%，核电占0.97%，水电占25.03%【4】。到2000年全国发电设备装机容量将达到290000 MW，其中火电218700MW，占75%；水电62900 MW，占22.0%；核电2100 MW，占0.7%。年发电量约为14000亿度，其中火力发电11740亿度，占83.86%。到2010年发电设备装机容量将达到500000550000 MW，三峡全部建成，水电装机容量达到115000MW，但火电仍居主要地位。发电量达到25000亿度，占80%【5】。我国的能源资源特点决定了火电要继续发展。我国的石油和天然气储量有限，探明程度低，资源宝贵，大多要作为重要的工业原材料，不能用于发电。因此，以煤为主的能源结构在相当长的时期内难以改变。我国煤炭资源在1990年末保存储量达9543亿吨，1995年原煤产量达11.98亿吨，居世界首位。据有关部门预测，2000年原煤产量可达14.5亿吨左右，2010年可达19亿吨左右。1995年全国发电供热用煤4.4亿吨，占原煤总产量的36.7%。到2000年，全国需发电供热用煤6.3亿吨，占原煤总产量的43.4%【1】。20002010年期间，计划新增火电机组15万MW以上，年新增用煤约4000万吨，占新增煤炭产量的90% 左右（按2010年煤产量19亿吨测算）。表1-1为我国一次能源消费结构【6】。表1-1 我国一次能源消费结构（）年份煤石油天然气水电核能及新能源195394.333.810.021.84198072.220.73.14.0199375.820.32.11.820007019.536.020506070556.01525从表1-1可以看出，在未来相当长一段时期内，燃煤发电仍是我国电力工业的主力军。1.2 热经济性计算与机组优化调度系统的重要性火电厂的热力系统是实现热功转换的系统。它是通过热力管道及阀门将各热力设备有机地联系起来，在各种工况下安全、经济、连续地将燃料的热能转换成电能。因而要监测电厂热经济性就要计算各种工况下热力系统的热经济指标。火电厂热力系统计算是热能动力工程的一项重要的技术工作，通过热力系统计算可求出机组和电厂准确的热经济性，其基本原理是系统的质量守恒方程和能量守恒方程。火电厂的设计、技术改造、运行优化以及对火电厂性能监测、运行偏差的分析等均需对火电厂的热力系统作详细的热平衡计算，求出热经济性指标作为决策的依据，因此，电厂的热力系统计算是实现上述任务的重要技术基础，直接反映出全厂的经济效益，对电厂的节能具有重要意义。随着我国国民经济的发展和人民生活水平的提高，电厂的负荷状况有了很大的变化，主要表现是昼夜负荷峰谷差值加大，对于一个电厂而言，可能需要在每天的不同时间之内对机组分配不同的负荷。对于大、中容量的机组更是如此。随着市场经济的深入发展，竞价上网使电厂对于机组发电的经济性越来越关心；可持续发展也要求对一次的不可再生能源进行节约。火电厂每天每时都在消耗着各种燃料，如果提高火电厂的燃料利用的效率，无疑会为国家节约大量的宝贵的一次资源。电厂通过技术改造，提高单台机组的效率，可以使单台机组节约大量的燃料，但是，对于一个电厂而言，通常是有许多台机组并列运行；对于一个电力系统，是有许多的电厂在运行。对于电厂，给定的负荷是要在多台机组间分配的，有时一种功率的分配方式并不能完全保证所有的机组都能够在比较经济的负荷下运行。一个电厂里的机组的容量不同，经济负荷区就有可能不同，即使是同一类型的机组，各自的效率也会有差别，把负荷优先分配给效率高的大容量的机组似乎是一种经济的分配方式。但是通过分析可以知道，这样分配负荷并不一定最经济。通过对电厂的运行记录进行分析，可以知道，并不是增加高效率的机组的负荷和减少效率低的机组的负荷就会使电厂总的供电煤耗最少。通常，提高高效率机组的负荷能节约燃料的话，降低低效率的机组的负荷可能会浪费更多的燃料，如果分配不当的话有可能使浪费的燃料反而多于节约的燃料。随着当前计算机技术、控制技术、系统软件等高新技术的迅速发展，电厂的技术水平不断提高，国外电厂基本上已装备了DCS系统，具有在线实时机组热经济分析和优化运行监控等功能。采用这一技术的关键之一是机组热经济分析和优化软件。然而，杭州半山发电有限公司目前还没有装备DCS系统，也没有发电部、值长和生产技术部等都需要的热经济性分析和负荷调度、（热效率、热耗以及汽耗计算等）软件，以及在WINDOWS平台上运行的水和水蒸汽性质计算软件。为了提高机组运行水平和经济效益，配合4号机的改造和上脱硫设备，在半山发电有限公司的支持下，我们开发了125MW机组热经济性分析和负荷优化调度软件。该软件包括基于最新的国际水和水蒸汽热力性质公式IAPWSIF97的水和水蒸汽热力性质计算软件、在此基础上发展的根据ASME PTC6汽轮机热力性能试验规程的125MW汽轮机热力性能计算软件和能用于2台125MW机组间最佳负荷分配的软件。目前此软件已交付杭州半山发电厂使用，且反映良好。第二章 热力性能与机组优化调度系统的简单介绍2.1热力性能检测与优化调度系统的功能组成2.1.1 系统在电厂中所起的作用杭州半山发电厂一期工程安装建造的两台125MW汽轮发电机组，经过几十年运行调整，随着管理方式和机组运行技术的日趋完善，机组的可靠性越来越高，在保证电网的负荷要求和稳定电网运行方面发挥了非常重要作用。但是，随着机组投运时间的增加，机组的设备也不可避免地会发生老化，从而会导致机组性能的改变。因此，如何设法监视机组的运行性能，改进机组的运行方式，进一步提高机组的安全性和经济性，充分发挥在役机组的作用，就成为在解决机组运行可靠性问题后亟待解决的另一个重要问题。与此同时，在我国电力工业中，电网中高参数大容量发电机组越来越多，促使对网中机组经济性要求也越来越高，特别是与经济性密切相关的“竟价上网”已越来越引起国家电力管理部门和企业单位的高度重视。面对电力工业的这种发展趋势，大型汽轮发电机组如何监视机组的运行性能，提高机组的运行经济性，延长机组的运行寿命亦已成为我国电力工业中必须抓紧研究和解决的重要问题。125MW汽轮发电机组性能监测与调度系统是针对杭州半山发电厂3，4号机组研制开发的，该系统通过离线计算机组各组成设备的性能指标，把数量庞大的原始采集数据分析和处理成为直观的为数较少的性能结果，实时指导运行人员及时调整机组运行工况，从而取得最好的经济效益。2.1.2 系统的主要功能125MW汽轮发电机组性能与调度系统为汽轮机安全与有效运行提供了性能计算、优化调度、数据输出和保存功能。l 性能计算与汽轮机热力性能有关的性能计算主要有机组总热耗率偏差和总负荷偏差计算、各影响因素产生的热耗率偏差和负荷偏差计算、汽轮机效率计算、不可测参数计算、回热系统有关性能特性计算。对热耗率偏差和负荷偏差的影响因素各有十多项.l 优化调度 由于目前杭州半山发电厂机组都没有能够实现数据的实时采集，所以无法精确的根据实时数据计算得到机组优化所需的目标函数。而且在运行中，机组的工况随时可能有小范围的波动，利用实时数据采集的结果也难以保证真正的实时优化分配负荷。所以不采用实时的分配负荷，而是根据机组在相邻近的不同日期同时间段的工况特性具有相似的特点，根据前一段时间的运行记录数据拟合出机组的煤耗与机组负荷的函数，利用两台机组的煤耗关于负荷的函数得到负荷优化分配目标函数。用户可以根据实际需要刷新数据，以适应机组的工况特征随季节的变化。l 数据输出和保存 所有计算结果和原始数据均以EXCEL的表格形式输出，图1、图2分别给出了汽轮机热力性能和负荷优化分配的输出表格。运行人员根据少量的输出数据就可方便地了解机组当前的运行状态，从而正确指导机组运行。图1图22.2 性能分析与优化调度方法2.2.1 性能分析方法性能分析方法是指在性能计算中如何正确处理各种测量数据从而获得有用信息的方法，这是在性能检测系统研制开发过程中的一个关键问题。性能计算的最终目的是指导运行人员选用合适的运行或调整方式，使机组处于最佳或接近最佳运行状态。这意味着性能计算应能为运行人员提供两类重要性能数据，一类是能用来定量地评价机组实际运行状态的优劣，另一类是能定量地确定各种运行条件变化对实际运行性能的影响。在一般性能试验或新机组性能考核试验中，通常采用绝对量来衡量机组的性能优劣。如采用热耗率来确定机组的经济性，热耗率高低表明了机组经济性的好坏。在这些试验中对运行工况、过程稳定性、数采测点的精确性以及有关阀门的隔离情况都必须严格服从试验规范要求，因而采集得到的或计算得到的数据均具有较高的可信度和较强的可比较性，以此确定机组性能优劣不存在太大偏差。125MW汽轮发电机组性能计算系统根据当前工况下的各种真实测量值计算机组的性能指标，为了便于进行比较，可同时与当前工况的初终参数为值来计算性能指标的应达值。显然，由于测点问题这两种热耗率都存在误差，但两者差值的误差通常比绝对值的误差要小。运行人员依据热耗率的偏差值可以确定当前机组运行经济性的好坏，或了解当前工况偏离理想工况的程度，明确机组运行的改进方向。另外，理想热耗率与当前的运行参数密切相关，即理想热耗率随工况的改变而改变，故由此得到的热耗偏差有较好的可比较性。2.2.2 优化调度方法根据电厂的实际情况，电厂的负荷在某一段时间内是不变的，总的说来是阶梯状变化。所以，优化分配的任务主要是在某个时段内合理分配负荷，令投入运行的机组总的燃料消耗是最少的。进行优化的方法使用最多的是基于拉格朗日乘数法的“等微增率法”，其目标函数是参与分配的机组总燃料（煤）消耗量对总负荷的函数，约束条件为各机组的负荷之和等于总负荷。举个例子来说，如电力系统分配给电厂负荷小于100MW，电厂只要开一台机组，当然由热经济性较好的机组来承担。如果系统分配的负荷介于100200MW之间，则有如何在两台机组间进行分配才经济的问题。似乎是让经济性好的机组带满负荷，余下的负荷由另外一台机组承担，其实这样分配却是不经济的。设系统给定的负荷为120MW，有甲乙两种不同的负荷分配方案，假设经济性好的机组为1号机组，另外一台为2号机组。前者先让1号机组带满100MW，余下20MW由2号机承担；后者与之相反。根据有关的能量特性曲线上的有关数据，甲、乙两方案的总汽耗为：甲方案：P1d1+P2d2=10*4.28+2*9.2=61.2 t/h乙方案：P2d2+P1d1=10*4.38+2*6.8=57.4 t/h两者相差标准汽3.8 t/h，可见按能耗率分配负荷是不经济的。发电厂内热力设备间或电厂之间的负荷经济分配，起主导作用的是微增能耗率，不是能耗率。第三章 热力性能计算基本理论概述3.1计算方法的选择电厂热力系统计算的目的是为了确定热力系统各部分的汽水流量和电厂的热经济性指标。其计算的方法有多种，如热平衡法、等效热降法、循环函数法和组合结构法等。本软件根据ASME PTC6汽轮机热力性能试验规程，结合热平衡法和组合结构法编制。热平衡法即常规计算方法，它主要是利用热力系统的物质平衡和热平衡关系计算热力系统的热经济性。计算的核心，实际上是对Z个加热器的热平衡式和一个功率方程式或一个求凝水流量的物质平衡所组成的（Z+1）个线性方程的方程组求解，最终求得Z个加热器的抽汽量和凝水流量。采用热平衡为基础的热力系统计算可分为串联算法和近年来发展的并联矩阵算法（或称同时算法），传统算法都遵循串联方法，严格遵守系统中汽水流动的实际物理过程分步计算，比较直观。但若系统构成有变化时，要重新建立方程。并联矩阵算法，就是以系统的热平衡原理为基础列出热平衡和质量平衡方程组组成矩阵进行求解。当热力系统发生改变时，只需调整矩阵的维数或相应的系数矩阵即可，使计算变得更加简明、层次明晰。因此本软件采用了并联矩阵算法。求热经济性指标（汽耗、热耗、汽轮机内效率及高中低压缸效率）的计算采用了正平衡法。3.2 计算流程半山发电有限公司4和5# 机组是125MW，二高加、四低加一除氧器的凝汽式机组。其原则性热力系统图如图所示。计算步骤如下：（1）整理原始资料对热力性能试验得到的有关原始数据进行整理、分类，按已确定的格式写入Excel表格中，并按ASME PTC6规程确定某些辅助设备的汽水流量和效率。（2）建立各个加热器的热平衡方程和物质平衡方程组 根据得到的数据建立能量平衡和质量平衡方程组如下： （h1-hd1）D1+ (hw2-hw1) Dfw = (hd1-h1) Dgj （h2-hd2）D2 + (hd1-hd2) D1+ (hw3-hw2) Dfw = (hd2-hd1) Dgj (h3-hwp3)D3 + (hd2- hwp3) D2+ (hd2- hwp3) D1 = (hwp3-hw4)Gc +(hwp3-h3)Dcy+ (hwp3-hd2)Dgj-hwp3Djy+hjyDjy (h4-hd4)D4= (hw4-hw5)Gc (h5-hd5)D5+ (hd4-hd5) D5= (hw5-hw6)Gc (h6-hw7)D6+ (hd5-hw7) D5 +(hd5-hw7) D4= (hw6-hw7)Gc- (hw6-hw7)Djd (h7-hd7)D7+ (hw7 hw8) D6 +(hw7 hw8) D5 + (hw7 hw8) D4= (hw7-hw8)Gc+ (hw8-hw7)Djd D1+D2+D3-Dfw=Djy+Grh-Dgj-Dcy-Gc-(Gbfp-Gboo)（3）将以上线性方程组整理成矩阵的形式，进行回热系统计算，得到各个加热器的抽汽量和给水流量Dfw：a11 a12 a13 a14 a15 a16 a17 a18 D1 b1 a21 a22 a23 a24 a25 a26 a27 a28 D2 b2 a31 a32 a33 a34 a35 a36 a37 a38 D3 b3 a41 a42 a43 a44 a45 a46 a47 a48 D4 = b4 a51 a52 a53 a54 a55 a56 a57 a58 D5 b5 a61 a62 a63 a64 a65 a66 a67 a68 D6 b6 a71 a72 a73 a74 a75 a76 a77 a78 D7 b7a81 a82 a83 a84 a85 a86 a87 a88 Dfw b8说明：第六抽汽点已进入湿蒸汽区，此时压力和温度不再是独立的参数，在蒸汽湿度事先未知的情况下，软件采用整个机组的热平衡方程式不断迭代的方法得到6和7低加的汽水焓值和抽汽量（4）热经济指标的计算为了定量评价凝汽式电厂的热经济性，世界各国目前均用热量法制定了全厂和汽轮机组的热经济指标。这些指标一般可以分为三类：直接说明热经济性的热效率和能耗率（单位发电量的能耗），以及说明与产量（Pe 或Wi）和热经济性有关的单位时间能耗。它们之间可通过反映能量生产关系的功率方程式相联系。凝汽式电厂最重要的热经济性指标是：全厂热效率、煤耗率；汽轮发电机组的绝对电效率和热耗率。这里给出的是：a.汽轮机的绝对内效率WiWi=Wi / Q0Wi-汽轮机汽耗为D0时，以热量计的实际内功率Q0-汽轮机汽耗为D0时的热耗b. 汽轮发电机组的热耗率q 、汽耗率dq =Q0 / Ped =q*D0 / Q0Q0-汽轮机汽耗为D0时的热耗D0-汽耗量Pe-汽轮机的功率c. 汽轮机高、中、低压缸的效率（5）计算结果的修正由于汽轮机热力系统的主汽参数、再热蒸汽参数、背压、发电机功率因素等在运行时与制造厂给定的额定参数不尽相同，得到的热耗率、效率等也不相同。为能对结果进行比较，必须对计算结果进行修正。按ASME PTC6标准，我们将制造厂给出的各种修正曲线拟合成函数，编入程序。软件会根据输入的参数自动对计算结构进行修正，并给出修正前和修正后的热耗值等参数。3.3 软件功能和特点（1）由于目前半山发电有限公司的热力性能试验或各测点的测量结果还不能直接进入计算机数据采集系统进行处理，软件只能采取离线处理的方式。热力性能试验得到的数据先按一定的格式输入到Excel表格中，该表格在软件中已设定好，使用时只要按表格上的提示输入试验数据即可，软件会自动计算试验数据的平均值。（2） 计算结果不仅直接标注在软件显示的系统图相应位置上，还输出到Excel表格中，图和表格均能打印出来。（3） 参数的热力性质计算采用了IAPWSIF97公式。（4） 压力输入可以是表压，减轻了试验人员的工作强度。第四章 机组优化调度基本理论概述41 优化调度原理电厂负荷优化分配是要使电厂里投入运行的机组总燃料消耗量最少。目前在数学上有许多对目标函数进行优化的方法，许多都可以有效的用于电厂的负荷优化分配。对于电厂的负荷优化而言，更多的是使用基于拉格朗日乘数法的“等微增率法”，其目标函数是参与分配的机组总的燃料（煤）消耗量对总负荷的函数。约束条件为各机组的负荷之和等于总负荷。电厂机组总的燃料消耗量是各机组燃料消耗量之和B=B1+B2+BnB电厂机组总的煤耗Bi第I个机组的煤耗每台机组的煤耗可以认为是该机组负荷的单值函数Bi=F(Pi)Pi 第I个机组的负荷 等微增率方程：P=P1+P2+PnB=B1+B2+Bn负荷分配的目标是min（B）,而P=P1+P2+Pn为约束条件。根据拉格朗日乘数法，将条件极值化为无条件极值处理，引入不定乘数，目标函数化为W=B1+B2+Bn+（ P1+P2+Pn） 条件极值的必要条件是目标函数的一阶导数为零，充分条件是二阶导数大于零。电厂的机组之间的煤耗是独立变化的，所以有 dW/d(Pi)=d(Bi)/d(Pi)+ *d(P1+P2+Pn)/d(Pi)= d(Bi)/d(Pi)+ *d(Pi)/d(Pi)= d(Bi)/d(Pi)+ =0定义bi= d(Bi)/d(Pi)，bi称为机组对于功率（负荷）的微增煤耗率，有b1+=b2+=bn+=0即 b1=b2=bn=-（*）同样，由于机组各自的煤耗为独立变化的，且为常数，所以，W对P1,P2,Pn的二阶导数为ddW/d(Pi)/ d(Pi)= dd(Bi)/d(Pi)/ d(Pi)通常机组的煤耗对于负荷的函数为二次的下凹函数，由高等数学的知识可知下凹二次函数的二次导数大于零。由（*）式可以看出，在满足拉格朗日乘数法的条件时，各机组的微增煤耗率相等，“等微增率”即体现于此。在实践中上还有电厂采用“内点法”，“单纯型法”，以及人工智能的“遗传算法”等对机组负荷进行优化。以前，对电厂进行负荷的优化分配是通过人工计算，再根据结果编制表格或绘出线算图，分配时查取表格或图得到负荷，这样进行负荷优化分配需要要大量的时间来编制表格和图，而且不易保证准确。当机组的情况发生变化后，要重新计算并编制表格和画图，对于机组的变化的适应性很差。在计算机软件和硬件技术高速发展的今天，许多的繁杂而又需精度的工作可以通过软件编程来完成。计算机的计算速度是人工计算速度不能比拟的，一些人工计算难于实现的方法用计算机可以很容易的解决。而且当程序编好并调试正确后，一般不会再出现人为的误差。当资料较为完备时，还可以进行更为准确的计算，使结果更加接近实际。程序可以将大量的需要用到的数据存储到数据库中，当机组的情况发生变化时，只需修改程序中相关的参数即可，工作量很小。用户需要进行计算时只须输入必要的参数就可以很快而且很直观的得到结果,十分方便。目前杭州半山发电有限公司为两台50MW机组和两台125MW机组。由于50MW机组计划在不久后将淘汰，本项目暂不对它们不进行负荷优化分配。 2台125MW机组中的4机组的汽机通流部分进行改造，在基本相同流量时最大负荷可达135MW，经济性有了很大提高，所以两台机组的性能有很大的不同，可以考虑如何在它们之间进行合理的分配负荷来降低煤耗。根据实际情况，电厂的负荷随在一天内是变化的但是在某一段时间内是基本不变。由于目前半山发电有限公司尚不能对机组的参数进行在线实时采集，所以无法根据实时数据计算得到机组优化所需的目标函数。所以本软件不采用实时的优化分配负荷，而是根据机组在相邻近的不同日期的同时间的工况特性具有相似的特点，根据长时间运行记录的数据拟合出机组的煤耗与机组负荷的函数，利用两台机组的煤耗关于负荷的函数得到负荷优化分配的目标函数。用户可以根据实际需要刷新数据，以适应机组的工况特征随季节的变化。由于条件的限制，对机组的能耗的目标函数还不能够实时、精确地给出，负荷的优化分配算法还是采用较为简便易行的“等微增率法”。机组的负荷优化分配考虑的是“供电煤耗”最少，对于一般的火电厂，厂用电率在6%-10%之间变化，对于大容量的机组而言，厂用电的量以及净功率同总功率的差别间是很大的。所以计算中要考虑厂用电对煤耗的修正。一般的做法是先计算煤耗同总功率的关系，待求出微增煤耗率同总功率的关系后再对其修正。本程序采用这种方法。在电厂中的厂用电主要设备是风机、磨煤机、给水泵、循环水泵、及其他设备电机的电耗。根据我们对电厂运行日志的分析发现，锅炉引风机和送风机的用电随功率的变化有明显的变化，而该2台125MW机组是中间仓储式制粉系统，磨煤机电耗的变化同负荷的变化没有明显关系，给水泵、循环水泵和发电机冷却水泵的用电随负荷没有明显的变化，电厂没有明显的随负荷变化的厂用汽的特征。考虑到这些因素，我们对4和5机组长时间的运行记录以及煤的发热量等参数进行了回归，并按前述方法对数据进行处理，得到2台机组的负荷最优调度结果。如对于9月3日0 时的运行资料分析，当时2台机组的总负荷为253MW，当时实际的分配方法是4号机组的负荷为133MW，5号机组的负荷为120MW。采用负荷优化分配之后，相应的4号机组的负荷应为 135MW，5号机组的负荷为118MW。42 数据输入和输出图3 是软件的输入参数界面。数据的输入分2部分，一部分是2台机组共同的参数，包括总负荷、煤的发热量等。进行负荷分配时认为2台机组燃用的煤是同样的煤。另一部分输入参数是各台机组自己的特性参数，包括锅炉的不同负荷时的效率、锅炉的出口蒸汽的额定参数、给水参数、再热器参数、引风机和送风机在不同负荷时的电流等。根据对运行日志的分析，我们得到一组参数作为软件的默认值。设定以上参数后就可运行软件对2台机组的负荷进行优化调度，优化结果显示在另一窗口中，并能打印或输出到文件中。图3 优化运行软件的输入参数界面43 关于负荷优化程序计算的说明（1） 因为中间仓储式制粉系统难以准确的测量燃料消耗量，所以本程序用锅炉提供的热量、锅炉的效率和煤的发热量求燃料消耗量。程序中须输入每个机组在五个负荷下的一些汽水参数以便计算机组消耗的热量。这些数据短期内基本无太大变化，所以不必在调用程序时实时输入。在第一次输入以后程序会存储这些数据，以后的计算将采用以前输入的数据，以后用户可以在需要时对其刷新。（2） 电厂的运行记录看，难以根据其中的数据来准确求得锅炉的再热蒸汽的流量，所以，程序中提供了再热流量的默认值，此值是根据汽机的性能试验数据用三次曲线拟合的机组负荷的函数。如能实现参数的实时采集或用户如果能提供准确的再热蒸汽的流量，只需改写输入框内的数值即可。（3） 序对数据的拟合采用的是最小二乘法。对燃料消耗的曲线是用二次曲线拟合的。汽轮机的能耗特性曲线采用的是分段一次曲线（直线）。最后求得的机组供电微增煤耗率是机组总负荷的一次函数。（4） 因为5号机组没有可用的锅炉效率的实验数据，所以，目前两台机组采用的效率曲线都是用的4号机组在2000年4月的#4炉大修后效率实验报告中的数据。如果以后用户有了5号机组的锅炉效率曲线后可输入新的值。（5） 根据电厂的运行记录分析，本程序没有考虑厂用汽对供电煤耗的修正，厂用电部分则主要考虑随负荷变化较大的锅炉的风机耗电量。（6） 程序采用Visual Basic语言编写。第五章 IAPWS-IF97水和水蒸汽热力性质计算理论51 简介1967 年国际公式化委员会通过IFC67水和水蒸汽热力性质计算公式后，该公式迅速得到了国际电力界的认可和广泛使用。在我国该公式已广泛用于汽轮机锅炉设计，电厂热力系统循环计算，性能试验等涉及到水和水蒸汽热力性质的各种场合，并随着计算机技术的飞速发展而得到迅速推广。但经过20多年的实际使用，IFC67公式的一些缺点，如公式极其繁复，计算速度慢，在各个计算子区域间各公式的一致性不好，仅有由压力和比容计算其它热力参数的正则公式，使用不够方便等。这些问题在其得到广泛使用的同时也日益显现。这些事实的存在，以及近20多年来对水和水蒸汽性质研究的进展和发展精确状态方程方面数学方法所取得的巨大进展，使得国际水和水蒸汽性质学会（IAPWS）从1990年开始研究新的水和水蒸汽热力性质计算公式，并于1995年通过了“通用和科学用水和水蒸汽性质计算公式”，简称IAPWS95，作为水与水蒸汽热力性质的基准。在此基础上，IAPWS于1995年开始研究工业用公式，1997年新的工业用公式获IAPWS通过。这个新公式称为“IAPWS水和水蒸汽热力性质1997工业用公式”，简称为IAPWSIF97。该公式于1998年6月正式发表，IAPWS建议从1999年开始取代原有的IFC67公式以作为新的水和水蒸汽热力性质工业用标准应用于国际商务活动中。由于IAPWSIF97与IFC67之间在焓、熵等热力参数的值上存在差异，IAPWS建议用户，特别是锅炉、汽轮机制造厂商，电厂和相应的工程技术人员修改原有的程序和设计规程，采用新的标准。52 IAPWSIF97公式简介在IAPWS-IF97的制定中为提高新标准的整体质量，考虑了3个关键的因素，精度、沿子区域边界的一致性和计算速度。IAPWSIF97的整个计算范围为： 273.15 K T 1073.15 K , P 100 MPa 1073.15K T 2273.15K , P 10 MPa 与IFC67公式不同，IAPWSIF97公式简化了计算子区域，将原有的6个计算子区域简化为4个子区域，同时增加了一个高温区。计算子区域的划分见图1：图1 IAPWSIF97公式的计算子区域子区域1称为单相液态区，子区域2称为单相汽态区，它们由吉布斯比自由能g ( P ,T )基本方程涵盖；子区域3称为临界点区，由霍尔姆兹比自由能 f (,T )基本方程涵盖；子区域4是两相区（湿蒸汽区），由饱和压力方程PS（T）涵盖；高温区5则由一个g ( P ,T )方程涵盖。从理论上讲可以由这些基本公式通过叠代运算，根据任意2个输入参数得到其它热力参数，如在IFC67公式中采用的那样。但在实际应用中这样做并不太方便，为此IAPWSIF97在常用的子区域1和子区域2分别提供了以压力焓，压力熵为输入参数来求解温度值的导入方程T（P，h）和T（P，S）。导入方程的引入使得在这两个子区域的计算更为方便、快捷。考虑到IFC67公式在各子区域边界上一致性不好，IAPWSIF97在这方面有了很大的改善。现在各相邻子区域的基本方程在边界上的计算结果基本吻合，根据文献的介绍，IAPWSIF97在这方面的精度比IFC67高一个数量级，在整个计算范围内IAPWSIF97的精度也有较大提高。表1给出了部分热力参数值分别按IAPWSIF97和IFC67公式计算的比较。从表中可以见，在子区域中按新公式计算的热力参数值与按老公式所计算的热力参数值有所不同，而这对汽轮机性能保证热耗试验等会带来较大影响。同时，与IFC67公式比较，在各个子区域内IAPWSIF97的计算速度可以提高512倍不等。这使得由于原IFC67公式计算速度慢而进行的简化近似公式研究不再必要。原IFC67公式计算速度慢而进行的简化近似公式研究不再必要。 表1 IAPWSIF97公式与IFC67公式部分参数值比较P(Mpa)t()v(m3kg-1 )h(kJkg-1)s(kJkg-1K-1)所属子区域203500.0016651645.953.7288子区域1IAPWSIF97203500.0016621647.23.7308