元宝山电厂热经济性评价—火用平衡法 毕业论文(热能与动力工程).doc
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1、毕业设计(论文)毕业设计(论文) 元宝山电厂热经济性评价火用平衡法 Thermal Economic Evaluation for Power Plant of YuanbaoshanMethod of Exergy Balance : : 本 科 : 能源动力工程学院 : 热能与动力工程 : : : : 2010.6.20 学生姓名 学历层次 所在系部 所学专业 所在班级 指导教师 教师职称 完成时间 摘 要 热力系统计算是热能动力工程的一项重要的技术工作。火力发电厂的设计、 技术改造、运行管理及运行优化等均需要对火力发电厂的热力系统作详细的热 平衡计算,以求出热经济指标作为决策或制定技术标
2、准的依据。在科学技术高 速发展的今天,能否得到一个准确反映工程实际情况,并且对现场有指导意义 的核心计算程序对电厂能够实现真正的在线监测具有重要的意义。本设计题目 是元宝山电厂热经济性评价,根据元宝山电厂的实际热力系统,对其热经济性 进行评价,通过火用平衡法的计算,总结相应数据,根据现场实际资料,对所 要评价的电厂热力系统进行深入学习,分析,合理划分模块,得到计算所需要 的数学模型。由于设计所采用的数据均来自于汽轮机性能试验报告,与以往教 学中可以直接得到数据不同,需要同学认真学习分析,从而得到设计所需要的 实际参数。应用Matlab软件,自主编制所要评价电厂热经济性的程序。将分析 结果与工程
3、实际相对比,调试误差在允许范围内,从而得到以火用平衡法为理 论依据进行在线监测的通用性程序。已达到对元宝山电厂热经济性的评价。 关键词: 热经济性 火用平衡法 热力系统 矩阵 Abstract Thermal system is an important thermal power engineering technical work. The design thermal power plant, transformation, operational management and optimal operation of thermal power plant, must be on th
4、e system, the heat balance calculation in detail, in order to heat the economic indicators as a decision or the basis for the development of technical standards. The rapid development of science and technology today, can get an accurate reflection of the actual construction, and there is guidance on
5、 the core site computer program on the plant to achieve the real-line monitoring is of great significance. The design entitled Yuanbaoshan power plant heat economy evaluation, according to the actual Yuanbaoshan power plant thermal system, economic evaluation of its heat through the fire with the ba
6、lance method of calculation, summing up the corresponding data, according to the real data, to be evaluation of power plant thermal system in-depth study, analysis, rational division module to derive the mathematical model required. Because of the design data used are from the turbine performance te
7、st reports, and past teaching data can be different and require careful study and analysis of students to be required for the actual design parameters. Application of Matlab software, independent evaluation of the preparation of the plant to process heat economy. The results will be analyzed and com
8、pared to the engineering, testing error within the allowable range, so get to the fire with the balance method for the theoretical basis for the online monitoring of common procedures. Yuanbaoshan power plant has reached on the evaluation of heat economy. Keywords: Thermal economic Method of exergy
9、balance Thermal system Matrix 目 录 前 言1 第一章 绪论2 1.1 选题背景与意义2 1.2 国内外发展趋势3 1.3 设计任务5 第二章 电厂热经济性评价方法6 2.1 常规热平衡法6 2.2 等效热降法6 2.3 循环函数法7 2.4 熵分析法7 2.5 火用平衡法7 2.6 矩阵分析法9 第三章 MATLAB 语言11 3.1 MATLAB 的发展11 3.2 MATLAB 语言的特点13 3.3 MATLAB 的组成15 第四章 火用平衡法的应用17 4.1 火用平衡法的基本思想17 4.2 拓扑矩阵的构造17 4.3 火用平衡法的通用性程序流程图20
10、 4.4 MATLAB 程序验证22 4.5 火用平衡法对元宝山电厂热经济性评价结果27 第五章 结论33 参考文献35 致 谢36 附录一:程序清单37 附录二:元宝山电厂热力系统图45 1 前 言 本课程设计来自元宝山电厂600MW热经济性评价,将火用平衡法应用到火电厂 热力系统的在线计算中去,从而得到对元宝山电厂热力系统总体热经济性的定量结 论,而且包括各个部位上火用损失的大小以及影响因素等。通过本次课程设计培养 学生学生的基础理论与专业知识、技术水平以及实际应用能力和文字、语言表达能 力,综合运用所学理论技能知识与生产实践相结合能力的重要依据,培养和提高学 生综合应用能力。运用所学理论
11、知识和技能知识,并结合生产实践按要求完成本次 设计内容。节能是我国的基本国策,而火电厂节能降耗的任务艰巨。 本论文的目的是使学生熟悉火电厂热力系统的组成,能够定性分析和运用等效 热降理论来定量计算,在此基础上对火电机组进行节能潜力分析。能源是国民经济 的重要物质基础,对国民经济的发展起着极为重要的作用。统计数据表明,能源消 耗量的增长率与国民生产总值的增长率接近正比关系。无论哪个国家,要加快国民 经济的发展,就必须保证能源消费量有相应的增长速度,否则就会制约经济的发展。 火电行业是一个不断将一次能源转化为二次能源的场所,是消耗一次能源的大户, 我国约30%的煤炭用于发电.因此,在当前国家能源供
12、应十分紧张的情况下,提高火 电行业的节能意识,加强能源管理,降低煤耗具有十分重要的意义. 提高现有机组 的运行管理水平,挖掘节能潜力,达到经济运行是提高火电行业经济性、节能降耗 的主要途径之一随着计算机在电力系统的普及应用,利用其火电机组的运行状态进 行监测实时采集现场运行参数,全面诊断机组的运行经济性,定量分析影响机组经 济性的因素的场所和大小,提供经济性诊断报告和运行操作指导,摸清机组存在的 问题,分清主次,以指导运行人员的操作和检修人员的维护,是提高火电机组经济 性的重要手段。 2 第一章 绪论 1.1 选题背景与意义 能源是国民经济的重要物质基础,对国民经济的发展起着极为重要的作用。据
13、 统计数据表明,能源消耗量的增长率与国民生产总值的增长率接近正比关系。无论 哪个国家,要加快国民经济的发展,就必须保证能源消费量有相应的增长速度,否 则就会制约经济的发展。 中国能源形势更不容乐观。我国人口占世界的1/5,而能源资源相对匮乏。中国 自然资源总量排世界第七位,能源资源总量约4万亿吨标准煤居世界第三位。中国煤 炭保有储量为10024.9亿吨,但精查可采储量只有1262.15亿吨(世界煤炭可采储量为 1万多亿吨,储采比为219年。储量最大的国家依次为美国、中国、澳大利亚、印度、 德国、南非、波兰。其中美国的储量比中国大一倍以上,除中国外,其余6国的储采 比均在210年以上,中国若保持
14、原开采强度,储采比不足百年)。但是我国人口众多, 能源资源相对匮乏。我国人口占世界总人口20;己探明的煤炭储量占世界储量的 11%、原油占2.4%、天然气仅占1.2。人均能源资源占有量不到世界平均水平的一 半,石油仅为十分之一。能源不足,特别是油气资源短缺已成为制约我国经济发展 的首要因素。针对能源紧张的问题,我国政府已经引起高度重视并制定了许多节能 措施,也取得了较大的成效,提高了我国的能源利用水平。但与国际先进水平相比, 我国的能源利用率仍然较低,能源浪费的现象十分严重。所以,提高我国的能源利 用率是十分重要的1。火力发电厂既是产能大户,又是耗能大户,作为其运行经济 性考核工具的热力系统分
15、析计算方法研究,具有十分重要的理论和现实意义,它既 是热力系统设计、技术改造的理论基础,又是火电厂热力设备经济运行在线分析的 实用技术。特别是计算机的普及和计算技术的发展,对火电厂热力系统分析计算方 法的研究提出了新的要求,如何提高分析方法的通用性、智能化、精确度和适应计 算机计算已经成为该领域研究的一个新特点。为了控制好电力工业的生产成本,发 电厂应对机组的运行性能有全面的了解并对发电成本有准确的估算,这就需要对热 力系统进行热经济性监测和分析,以便获得电厂设备的运行状态和机组的运行经济 性指标,并由此指导优化运行。 3 节能是我国的基本国策,而火电厂节能降耗的任务艰巨。本论文的目的是使学
16、生熟悉火电厂热力系统的组成,能够定性分析和运用等效热降理论来定量计算,在 此基础上对火电机组进行节能潜力分析。 毕业设计是学生在学校期间的最后一个教 学环节,是考核学生的基础理论与专业知识、技术水平以及实际应用能力和文字、 语言表达能力,是综合运用所学理论技能知识与生产实践相结合能力的重要依据, 是培养和提高学生综合应用能力的重要环节2。 本课程设计师根据工程实际问题对元宝山电厂热经济性评价,主要根据火用方 法对电厂进行热经济性评价。 1.2 国内外发展趋势 正在能源供应日益紧张的今天,各国纷纷将解决能源危机的出路放在节能上。通 过能源节约,虽然不能彻底解决能源问题,但却可以在一定程度上缓解能
17、源供应的压力,并 达到减少污染物排放、提高经济效益的目的。对于法治社会,一切离不开立法和行为 保障,节能当然也不能例外。纵观各国节能事业所取得的丰硕成果,无一不是以法律作 为后盾。俗话说,他山之石,可以攻玉。国外节能立法的成功经验在许多方面也可以为 我国正在进行的节约能源法的修改提供借鉴。不断提升建筑空调能效水平是全 球性的大趋势,日本、美国、欧盟已明确 制定了能效水平提高的目标值和时间表。 建筑空调是现代社会所必需的可显著改善人们生活环境,提高生活质量的以人为本 的人性化设备。但它同时又是一个能源消耗的大户,并可能对地球的环境保护造成 重大损害,如造成臭氧层空洞的扩大,地球温室效应的加重,因
18、此世界各国都无一 例外地为减轻它的负面影响而制定一些法规和标准。如限定对大气层会造成危害的 多种制冷剂的使用年限。并强调空调节能和制定了建筑空调能效水平提高的目标值 和实施时间表3。 火电机组运行优化在线管理系统是提高机组运行经济性的一种较科学的管理手 段.本文介绍和比较了国内外在这方面的开发成果,比较后发现,国外在提供运行人员 实时降低能损(耗差)的控制值是优化仿真计算的动态值,而国内还仍然采用试验结果 的非实时参考值;其次要开展对锅炉吹灰器进行经济性不定期吹灰的研究开发,以提高 和完善运行优化在线管理系统的科学性和实用性。 凝汽式发电厂将燃料中的化学能在锅炉中释放转换为蒸汽热能,引起汽轮机
19、膨 4 胀做功将热能转换成机械能,以拖动汽轮发电机最终转换对外供应的电能。在这些 能量转换过程中横有部位不同、大小不等、原因各异的能量损失,正是通过衡量转 换过程中能量利用程度或能量损失大小来评价火电厂的热经济性4。 评价火电厂热经济的方法有很多,但从热力学观点来分析,只有两种基本分析 方法,即基于热力学第一定律的热量法(效率发,热平衡法),基于热力学第二定 律的火用方法或熵方法。它按供热抽汽的火用与新汽的火用的比例分配热电联产的 燃料总消耗和费用总消耗。它没有象热量法因改进汽轮机设备的完善化,反而使供 热机组总热耗增加的弊端。恰恰相反,当热力系统和热力设备愈完善,供电煤耗率 则愈小,可鼓励电
20、厂进行进一步技术革新。火用是与环境偏离程度的一个尺度,便 于用它来体现过程可逆性的大小,所以值得提倡。但是须要指出的是火用法指的是 一个范畴,而不是一个具体方法,而且只要是联产,不论使用什么方法都不可避免 地引入某种人为的规定性,火用法只是为合理分摊提供了良好的基础。为进行整个 火电机组的能量系统热经济性分析及考察其组元变化的影响,提出了以热经济学和边 际成本概念为基础的热经济性分析方法.对复杂能量系统主要以功能划分后形成的组 元,考察其组元的输出火用流变化引起整个系统的能耗变化,可以通过边际火用成本、 单位火用成本和组元产品的函数来表达,来衡量整个系统所有组元的输出火用流变化 对系统外部输入
21、燃料的影响,便于火电机组的运行经济状态动态评估.机组主蒸汽参数 变化的计算表明:参数变化时将引起系统的煤耗增加,降低了经济性,因而从本质上进 行了热经济性的全面综合分析,以优化机组运行,进行性能诊断5。 综合目前国内外系统节能理论,无论是第一定律分析方法还是第二定律分析方 法,我们发现在以下几个方面还需要发展。 (1)从方法论上讲,没有引入系统工程的普遍分析方法,所采用的数学工具仍是 初级的。与其它学科相比,热力系统的研究滞后于其它学科,如电力系统、信息系 统等。用系统工程方法研究热力系统,可以综合目前系统节能分析方法,发现更普 遍的规律。 (2)从本质上讲,目前的系统研究都属于静态研究或稳态
22、研究。研究的基础是汽 轮机通流部分热力学状态参数已知,并且在系统变化时,这些热力学状态参数保持 不变,因此使热力系统分析所能解决的范围大大缩小。正因为如此,有很多常见的 5 热力系统分析问题,一直没有得到较好的解决,如对于已经设计好的系统,当系统 初参数(初温或初压)升高或降低1%时,系统能耗变化多少?再如,在用电量远远低 于发电量的今天,采用滑压运行还是定压运行方式,在热经济性上哪种更合理,恐 怕还没有一个一致的意见6。 1.3 设计任务 热力系统计算是热能动力工程的一项重要的技术工作。火力发电厂的设计、技 术改造、运行管理及运行优化等均需要对火力发电厂的热力系统作详细的热平衡计 算,以求出
23、热经济指标作为决策或制定技术标准的依据。在科学技术高速发展的今 天,能否得到一个准确反映工程实际情况,并且对现场有指导意义的核心计算程序 对电厂能够实现真正的在线监测具有重要的意义。 本次毕业设计的主要内容如下: 将火用平衡法应用到火电厂热力系统的在线计算中去,从而得到对元宝山电厂 热力系统总体热经济性的定量结论,而且包括各个部位上火用损失的大小以及影响 因素等。 1.在已学习过专业知识的基础上进行专业拓展,通过查阅中、英文专业文献等 手段,重点深入学习适用于在线监测的变形后的火用平衡的基本理论。 2.自学Matlab软件,达到完成本次设计所要求的难度,并能够熟练的对程序进行 调试。 3.根据
24、现场实际资料,对所要评价的电厂热力系统进行深入学习,分析,合理 划分模块,得到计算所需要的数学模型。由于设计所采用的数据均来自于汽轮机性 能试验报告,与以往教学中可以直接得到数据不同,需要同学认真学习分析,从而 得到设计所需要的实际参数。 4.应用Matlab软件,自主编制所要评价电厂热经济性的程序。 5.将分析结果与工程实际相对比,调试误差在允许范围内,从而得到以火用平 衡法为理论依据进行在线监测的通用性程序。 6.整理元宝山电厂600MW的热力系统热经济性的监测结果。 6 第二章 电厂热经济性评价方法 电力系统是火电厂实现热工转换热力部分的工艺系统,其工作状况的好坏直接 影响火电厂的经济效
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