汽轮机热力计算设计

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目录

第一章 绪论……………………………………………….…..1

§1.1 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…….2

§1.2 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…………6

§2.1 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…………………………….….7

§2.2 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………………..…….….11

§3.1 计算方法的选择……………….………………….….11

§3.2 计算流程……………………….………………….….12

§3.3 软件功能和特点……………………….………….….15

第四章 机组优化调度基本理论概述……………………….. .16

§4.1 优化调度原理……………….…………………….….16

§4.2 数据输入和输出…………….…………………….….19

§4.3 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………..22

§5.1 简介………………………….…………………….….22

§5.2 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……………26

§6.1 软件简介…………………….…………………….….26

§6.2 系统运行平台……………….…………………….….26

§6.3 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……………………35

§7.1 软件简介…………………….…………………….….35

§7.2 系统运行平台……………….…………………….….35

§7.3 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………………………41

§8.1 动力工程基本量测控实验室概述………………..…41

§8.2 实验室温度压力测试用设备…………………….….41

§8.3 数据采集卡简介…………….…………………….….41

§8.4 MCGS系统介绍…………….…………………….….42

§8.5 MCGS程序设计概述……….…………………….….44

全文总结……………………………………………………………47

参考文献……………………………………………………………48

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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50~55万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60~70%【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500000~550000 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】。2000~2010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

1953 94.33 3.81 0.02 1.84

1980 72.2 20.7 3.1 4.0

1993 75.8 20.3 2.1 1.8

2000 ~70 19.5 ~3 6.0

2050 60~70 5 5 6.0 15~25

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IAPWS－IF97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 PTC－6汽轮机热力性能试验规程的