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將電廠熱力系統(tǒng)的組成設(shè)備模塊化，用這些模塊可構(gòu)成任一復(fù)雜的熱力系統(tǒng)，并且設(shè)計(jì)出通用的模塊以適應(yīng)任何熱力系統(tǒng)問(wèn)題的計(jì)算分析。關(guān)鍵詞：熱力系統(tǒng)；模塊化；計(jì)算分析設(shè)計(jì)更完善的熱力系統(tǒng)和提高已投運(yùn)的熱力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，一直是國(guó)內(nèi)外動(dòng)力行業(yè)努力的目標(biāo)。由于電廠熱力系統(tǒng)的日益龐大化和復(fù)雜化，出現(xiàn)了熱力系統(tǒng)分析計(jì)算的模塊化方法。將熱力系統(tǒng)中的設(shè)備處理為模塊，用一組數(shù)學(xué)方程描述，以搭積木的方式，由模塊構(gòu)成任一熱力系統(tǒng)，從而得到一種適用范圍廣、應(yīng)用簡(jiǎn)單靈活能在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)的熱力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析計(jì)算方法。目前已有多個(gè)外國(guó)公司推出基于模塊化方法的商業(yè)軟件包，其中德國(guó)sofbid公司的ebsilonprofessional軟件是比較成熟和使用方便的，已有包括abb、alstom、cee、siemens等超過(guò)100個(gè)國(guó)際知名制造商和電力集團(tuán)公司在使用，主要用于電廠設(shè)計(jì)、性能評(píng)估以及運(yùn)行優(yōu)化。1熱力系統(tǒng)計(jì)算分析模塊化的概念現(xiàn)代電廠的熱力系統(tǒng)已相當(dāng)復(fù)雜，但任何復(fù)雜的熱力系統(tǒng)不外乎是由若干個(gè)設(shè)備和管道連接構(gòu)成。如鍋爐、汽輪機(jī)組、凝汽器、換熱器、水泵、風(fēng)機(jī)、閥門、三通管道等等。根據(jù)熱力系統(tǒng)這一特點(diǎn)，可以建立這樣的模塊化概念：用不同的模塊代表不同的設(shè)備，用線段代表管道；于是，以搭積木的方式，用有限個(gè)模塊和線段可靈活地構(gòu)成任一復(fù)雜的熱力系統(tǒng)圖。如圖1所示，用7種模塊構(gòu)成了一個(gè)典型的汽輪發(fā)電機(jī)組熱力系統(tǒng)。熱力系統(tǒng)計(jì)算模塊化有三個(gè)任務(wù)：1）建立模塊，用數(shù)學(xué)模型真實(shí)描述其物理對(duì)象。2）用模塊構(gòu)成待計(jì)算的熱力系統(tǒng)。3）研究系統(tǒng)的數(shù)學(xué)求解方法。2模塊設(shè)計(jì)方法不同模塊的設(shè)計(jì)思路是相同的，都是用數(shù)學(xué)方程描述模塊的能量守恒、質(zhì)量守恒、傳熱特性、流體力學(xué)特性，以及模塊的熱力學(xué)特性和幾何條件。這里，以分流三通為例，介紹模塊的設(shè)計(jì)過(guò)程。

圖4一般模塊的示意圖圖注：j－第j種設(shè)備；zj－未知矢量；kj－表征設(shè)備特征的常數(shù)矢量；uj*－表征設(shè)備當(dāng)前特征的矢量；yj*－已知矢量；σ△fj2－等式差值的平方和；△fj－等式差值矢量。3模塊構(gòu)成熱力系統(tǒng)的方法模塊構(gòu)成熱力系統(tǒng)的實(shí)質(zhì)，是確定熱力系統(tǒng)中各模塊間的質(zhì)量和能量傳遞關(guān)系，為實(shí)施計(jì)算提供必要的信息（計(jì)算規(guī)模，待定變量，常數(shù)量，輸入量，輸出量）。模塊構(gòu)成熱力系統(tǒng)的最佳形式，應(yīng)是模塊圖形化，由圖符和連線構(gòu)成系統(tǒng)，這樣構(gòu)造的圖形與機(jī)組實(shí)際的熱力系統(tǒng)圖非常相似，在系統(tǒng)圖上面向模塊可準(zhǔn)確地輸入有關(guān)的信息。4熱力系統(tǒng)模塊化的數(shù)學(xué)計(jì)算方法通過(guò)模塊的建立和系統(tǒng)的構(gòu)成，可得到描述熱力系統(tǒng)的一套方程，求解這套方程即分析計(jì)算熱力系統(tǒng)。目前比較成熟的熱力系統(tǒng)數(shù)學(xué)計(jì)算方法是：將所有模塊的未知量作為待定變量，從一組初始值開(kāi)始，用非線性規(guī)劃的技術(shù)求解，所有待定變量同時(shí)逼近最終解，直至滿足要求的精度。它的優(yōu)點(diǎn)是：提供了計(jì)算的靈活性，不需要人工確定計(jì)算過(guò)程，計(jì)算速度快。5熱力系統(tǒng)計(jì)算分析模塊化方法的應(yīng)用實(shí)例使用模塊化方法對(duì)熱力系統(tǒng)進(jìn)行分析是很方便和快捷的，目前已有多個(gè)外國(guó)公司推出基于模塊化方法的商業(yè)軟件包，德國(guó)sofbid公司的ebsilonprofessional軟件是其中比較成熟和使用方便的。ebsilonprofessional是德國(guó)sofbid公司推出的基于熱力系統(tǒng)計(jì)算分析模塊化方法的商業(yè)軟件包，目前已經(jīng)開(kāi)發(fā)出87個(gè)模塊，包括鍋爐、汽輪機(jī)級(jí)組、燃?xì)廨啓C(jī)級(jí)組、凝汽器、加熱器、水泵、除氧器、發(fā)電機(jī)、冷卻塔、三通管道...等等，并且平均每年新開(kāi)發(fā)2～3個(gè)模塊，使用這些模塊可以構(gòu)建任一類型的電廠系統(tǒng)圖；并采用圖形化界面，所有對(duì)象圖形化：模塊、管道、標(biāo)注數(shù)據(jù)的十字和文本框，用戶可以根據(jù)模塊的外形就知道該模塊代表的設(shè)備，系統(tǒng)構(gòu)成一目了然，并且可根據(jù)需要在圖上標(biāo)注出數(shù)據(jù)和備注文字。使用ebsilonprofessional軟件計(jì)算分析一個(gè)100mw機(jī)組的熱力系統(tǒng)。1）選擇適當(dāng)?shù)哪K和管道，構(gòu)建出一個(gè)100mw機(jī)組的熱力系統(tǒng)圖（見(jiàn)圖5）。2）根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果給定各個(gè)設(shè)備模塊的特性參數(shù)，模擬出一個(gè)真實(shí)的系統(tǒng)。3）根據(jù)研究需要，改變系統(tǒng)中的某些參數(shù)（如初參數(shù)，背壓，循環(huán)水進(jìn)水溫度，加熱器溫升，軸封漏汽量等等），重新計(jì)算出機(jī)組的最終出力，進(jìn)而計(jì)算分析出對(duì)機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的影響。①循環(huán)水進(jìn)水溫度改變對(duì)機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的影響。

循環(huán)水進(jìn)水溫度由20℃變?yōu)?5℃循環(huán)水進(jìn)水溫度設(shè)計(jì)值為20℃，熱耗為8841.4286kj/kg（見(jiàn)圖5）。如果閉式循環(huán)系統(tǒng)的冷卻水塔運(yùn)行惡化，改變循環(huán)水進(jìn)水溫度輸入值為25℃，在其他參數(shù)不變的情況下，計(jì)算出機(jī)組熱耗為9009.6845kj/kg（見(jiàn)圖6）。②加熱器溫升不足對(duì)機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的影響。1號(hào)高加的設(shè)計(jì)溫升為38℃，出水溫度為198.6℃，熱耗為8841.4286kj/kg（見(jiàn)圖5）。如果1號(hào)高加的溫升不足，只有30℃，改變1號(hào)高加出水溫度輸入值為190℃，在其他參數(shù)不變的情況下，計(jì)算出相應(yīng)的熱耗為8870.7386kj/kg。③機(jī)組初參數(shù)改變對(duì)機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的影響。在額定負(fù)荷下，機(jī)組的初參數(shù)設(shè)計(jì)值為8.826mpa/535℃，設(shè)計(jì)熱耗為8841.4286kj/kg。改變主汽壓力輸入值為9.2mpa，主汽溫度輸入值為530℃，在其他參數(shù)不變的情況下，計(jì)算出相應(yīng)的熱耗為8834.7857kj/kg。由以上可以看出，運(yùn)用熱力系統(tǒng)計(jì)算分析的模塊化方法，可以很方便、直觀地對(duì)熱力系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算分析和運(yùn)行優(yōu)化。6結(jié)束語(yǔ)熱力系統(tǒng)計(jì)算分析的模塊化方法的正確性是無(wú)疑的，目前已有基于這種模塊化方法的商業(yè)軟件包推出，用戶運(yùn)用該軟件進(jìn)行熱力系統(tǒng)的各種計(jì)算分析和運(yùn)行優(yōu)化，并根據(jù)結(jié)果完善系統(tǒng)，取得了較好的經(jīng)濟(jì)性。