兩臺700MW電站的建模及其性能比較

丁敬芝

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兩臺700MW電站的建模及其性能比較

丁敬芝

（武漢紡織大學(xué) 環(huán)境工程學(xué)院，湖北 武漢 430073）

分析現(xiàn)代化的電站辦公軟件EBSILON的主要功能，并用該軟件對兩臺700MW的電站，一臺中國的供電電站和一臺德國的電熱聯(lián)供電站，建立了模型。建立模型的過程主要就是根據(jù)實際運行數(shù)據(jù)確立各設(shè)備的性能曲線的過程。模型可以用來計算預(yù)測電站系統(tǒng)運行參數(shù)變化時，電站的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)的變化，從而達(dá)到指導(dǎo)電站優(yōu)化運行的目的。文章還對兩臺電站的結(jié)構(gòu)和經(jīng)濟指標(biāo)進(jìn)行了對比。

電站；建模；700MW；性能

我國自改革開放以來，經(jīng)濟發(fā)展迅猛, 各行各業(yè)對電能的需求日益增長，國家的電力建設(shè)也隨著快速發(fā)展。以占主導(dǎo)地位的火電為例，2000年全國火電裝機2.37億千瓦[1]，而在2011年年底，僅燃煤電站總裝機容量就已達(dá)到7.07億千瓦[2]。燃煤電站消耗大量的煤資源又帶來大量的排放，造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。因此，實現(xiàn)電站的優(yōu)化運行，最有效地實現(xiàn)燃料的利用非常重要。

用現(xiàn)場測試和積累運行經(jīng)驗的方法可以找到電站機組運行的節(jié)能優(yōu)化措施[3-7]，但這種方法耗時較長?，F(xiàn)在越來越多地通過仿真軟件的計算來預(yù)測最佳運行方式及參數(shù)。而首先要做的是建立電站的數(shù)字模型。

德國軟件EBSILON Professional（以下簡稱為EBSILON）就是供電站行業(yè)使用的現(xiàn)代化專業(yè)辦公軟件。技術(shù)人員能夠利用它規(guī)劃電站系統(tǒng)，以達(dá)到最佳設(shè)計，也可以利用它來對已經(jīng)存在的電站進(jìn)行性能評估或者指導(dǎo)電站系統(tǒng)實現(xiàn)最佳運行。本論文的目標(biāo)是為中國、德國各一臺700MW燃煤電站的水-水蒸氣循環(huán)系統(tǒng)建立模型，并比較它們的參數(shù)和性能指標(biāo)。以下分別簡稱兩臺電站為“中電”和“德電”。

1 軟件EBSILON的概況

EBSILON Professional簡稱為EBSILON。它能模擬電站的單個設(shè)備部件（包括管道），并將各部件用邏輯線連接起來，構(gòu)成一個電站整體系統(tǒng)，就像真實的電站設(shè)備安裝好，通過管道、導(dǎo)線等連接起來可以運行一樣。

水-水蒸汽在電站設(shè)備中流動，通過參數(shù)的變化實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換；完成一個循環(huán)，實現(xiàn)熱-功轉(zhuǎn)換。因此EBSILON要對每個設(shè)備部件計算質(zhì)量守恒、能量守恒以及入、出口參數(shù)。設(shè)備模型之間的邏輯線用來傳遞數(shù)據(jù)，線上也可顯示這些數(shù)據(jù)。

圖1 性能曲線的兩種表達(dá)形式

圖2 汽輪機的性能曲線

設(shè)備的性能曲線對了，單個的模型就建立起來了。將設(shè)備之間正確連接，構(gòu)成一個整體就是電站模型。實際運行時，設(shè)備會逐漸老化，因此計算性能曲線時應(yīng)采集實時的變工況運行數(shù)據(jù)進(jìn)行更新。

2 兩臺700MW電站的模型及性其能比較

2.1 模型的輸出

設(shè)備的性能曲線數(shù)據(jù)都以表格的形式存在模型的內(nèi)部，EBSILON的工作頁面上只輸出依據(jù)這些曲線規(guī)律計算出來的參數(shù)。圖3、圖4分別顯示了兩臺電站模型在75%額定工況下的計算參數(shù)。圖上每條邏輯線(看上去像管道一樣)的任意位置上都可以顯示其傳遞的參數(shù)，用戶可以根據(jù)需要在任意位置拖出“十字交叉顯示符”。“十字交叉顯示符”的左上角顯示壓力，左下角顯示溫度，右上角顯示焓值，右下角顯示流量。根據(jù)上面敘述的建立模型的過程，只要確立了各部件的性能曲線，EBSILON可以輸出任何工況下的頁面圖。因為篇幅的限制，這里只圖示75%額定電功率的工況頁面。

兩臺電站在設(shè)計工況（即輸出100%的額定電功率）運行時均輸出700MW的電功率，都不向外供熱。而在輸出75%額定電功率時，中電不供熱，德電還向外輸出最大供熱熱流量344.36MW，是臺熱電站。圖3中最下面一排的4個換熱器是供熱換熱器。

2.2 電站結(jié)構(gòu)和主要參數(shù)比較

從電站的結(jié)構(gòu)看，主蒸汽從鍋爐出來都經(jīng)過一個高壓缸的汽輪機做功后，流進(jìn)鍋爐的再熱器加熱，然后進(jìn)入一個中壓缸的汽輪機做功，最后分別進(jìn)入兩個低壓缸的汽輪機做功。兩臺電站都用了小汽輪機驅(qū)動水泵。但是中電是從中壓缸尾部抽汽驅(qū)動小汽輪機轉(zhuǎn)動來帶動除氧水泵，小汽輪機排氣和低壓缸排汽一道進(jìn)入冷凝器冷凝成水。而德電是從高壓缸尾部抽汽驅(qū)動小汽輪機轉(zhuǎn)動來帶動給水泵，小汽輪機排汽和低壓缸排汽分別進(jìn)入各自的冷凝器冷卻。兩臺電站用來加熱鍋爐給水的抽汽都是8級（包括除氧器的加熱在內(nèi)），細(xì)小的差別是中電把軸封蒸汽專設(shè)了一道加熱器，置于鍋爐前加熱給水。

設(shè)備的主參數(shù)比較接近，只有稍微的差別。表1列出了兩者在100%、75%額定電功率下的主要運行參數(shù)。

2.3 技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)比較

圖3 中國某700MW電站模型的75%額定電負(fù)荷時的參數(shù)

表1 兩臺700MW電站的基本參數(shù)對比

3 小結(jié)

現(xiàn)代化的辦公軟件EBSILON可以用來建立電站模型。建立模型的關(guān)鍵是要根據(jù)實際運行數(shù)據(jù)來確定設(shè)備的性能曲線。采集的工況點越多，EBSILON通過模擬計算得到的性能曲線越準(zhǔn)確，建立的模型也越接近實際狀況。這種模型反過來又可以用來預(yù)測外界條件變化時，電站的運行將會有怎樣的變化或者說將出現(xiàn)怎樣的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)。因此也可以指導(dǎo)電站的優(yōu)化運行。

圖4 德國某700MW熱電站模型的75%額定電負(fù)荷時的參數(shù)

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Modeling and Performance Comparison of Two 700MW Power Plants

DING Jing-zhi

(School of Environmental Engineering, Wuhan Textile University, Wuhan Hubei 430073, China)

this Paper simply analyzed the key features of a modern software EBSILON for power-plant-simulation and developed two individual models with it. One is for a Chinese 700MW power plant and the other is for a German 700MW cogeneration power plant. The Modeling process is mainly to establish characteristic curves of each device of power plants according its actual operation data. And the simulation with the models can be used to predict the technical efficiency and economic stand of the power plants when their operation conditions change and therefore help to guide an optimal operation. The paper compared also the structure, the technical and economic parameters of the two plants.

Power Plants; Modeling; 700MW; Performance

丁敬芝（1965-），女，講師，碩士，研究方向：傳熱傳質(zhì)、能源應(yīng)用.

TK16

A

2095－414X(2014)03－0078－04