热力发电厂动力循环和热经济性分析
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【摘 要】近年来，随着电力工业的迅速发展，火力发电机组容量不断扩大，电力行业的发展逐渐进入瓶颈期。
【关键词】热力系统；热经济性分析方法；发展方向
一、前言：
电厂热力系统热经济性分析是电厂节能降耗的理论分析基础，它既是热力系统设计、改造的理论依据，又是热力设备经济运行在线分析、监测的实用技术，其分析和研究具有十分重要的理论和现实意义。我国科学技术人员在这方面做了大量工作，也取得了很大的成果。
二、热力发电厂动力循环系统
热力发电厂动力循环系统是根据能源在燃烧使用时的梯级原理，首先将煤炭和天然气等在锅炉中充分燃烧，第一次产生热能进行发电，再将发电后产生的余热用于发电厂的动力循环装置中，再次发出相应的电能。使用这种动力循环系统相比以往的发电系统有很大的优势。主要表现在：能源使用上相比过去大大降低，而且可以将资源再次利用；增加了电力的供应，在原有的基础上电能的输出有了本质的提升；循环系统的建造可以节省发电厂的用地面积，在最小的范围内，完成发电的任务；集中收集尾气，将尾气的热量再次利用，有效地保护了环境，减少了有害气体的排放量；发电的效率和质量有所提高；有利于企业对发电厂的综合治理，在很大程度上减低了事故发生的概率，保障了生产的安全。
三、热力系统热经济性分析方法的概况
电厂热力系统热经济性分析方法大都建立在热力学第一和第二定律的基础上，种类较多，见诸文献的有：常规热平衡法、循环函数法、等效热降法、常规热平衡简捷算法、热耗变换系数法、热量品位系统法、质量单元矩阵分析法、火用分析法及人工神经网络等，其中前三种分析方法较为成熟，广泛的应用于实际生产领域。大体上述各分析方法可以分为以下两类：
第一类分析方法是以手工计算为主，主要包括常规热平衡法、等效热降法、循环函数法等。其中常规热平衡法计算精度最高，评价其他分析方法的精确性通常以此方法作为校验基准；等效热降法、循环函数法和组合结构法特别关心于分析计算过程中工作量的大小。经常为减少繁重的计算而对实际热力系统做近似处理，工作量小了，但却以牺牲一定的精确性为代价。循环函数法和等效热降法在我国应用较广。
第二类分析方法以计算机计算为主，大多采用矩阵形式，属于并联解法。主要包括常规热平衡简洁算法、质量单元矩阵分析法以及火用分析法等。目前这类方法的研究较为活跃，但还有许多工作要做，如热力设备局部变化对系统热经济性指标的影响，以及供热机组热力系统的定量分析计算，在上述分析方法中所设计的矩阵方程的表达形式等还存在不足，需要做大量的工作予以完善。
四、热力发电厂动力循环的热经济性
1.锅炉效率。在锅炉中燃烧存在一个公式：输入燃料热量等于锅炉热负荷加锅炉热损失。在燃烧后会产生热能的损失，排烟损失、未完全燃烧损失、排污损失。而使用动力循环系统可以有效地降低烟雾造成的污染，改善不完全燃烧的现象，以及减少了热量的逐渐耗损，不但如此，还可以收集热量进行二次发电，这些都很大程度地提高了经济性，减少了因排污治理所产生的二次费用。
2.管道效率。管道的能量平衡关系为锅炉热负荷等于汽轮机热耗量加管道热损失。在气体在传输的过程中，会因为管道的不平整或是有裂缝出现气体的排除，这些也都会对发电效率产生一定的影响，使用循环系统，就可以很大程度上收集浪费的气体，使其再次得到充分的利用。考虑到汽轮机也会有热消耗量，把气体在回收时的热量和热耗量加在一起，对整个机组产生更大的能量。这样减少了在收集尾气上的经济消耗，还能提高效率，将浪费的资源再次转化为经济效益。
全厂能量效率。全厂能量平衡关系为全厂热耗量等于发电机输出功率加全厂能量损失。在整个系统中还要考虑整体的热能损失，其中也包括发电机输出功率的损失、机械磨损造成的热能损失，将这些都考虑在内，使用循环系统都能在很大程度上增加能源的使用率，从根本上降低了全厂的经济成本，提升了热济性。
五、热力系统热经济性分析方法的发展趋势
在手工计算时期，衡量热经济性计算方法的优劣的一个标准就是计算量的大小。这样为了减少计算工作量往往对复杂的热力系统进行一定程度的假设或简化，使之尽量简单，便于手工计算。计算简单了但却以牺牲一定的精确性为代价。在当前重视节能工作的大环境下，特别是随着火电机组单机容量和总装机容量的日益增大，常规分析方法的通用性不足和精确度低的不足表现得也日益明显。并且随着计算数学特别是计算机技术的飞速发展，机组热力系统分析计算方法中计算工作量的大小已不能再作为衡量某一种方法优劣的尺度。相反，在计算机计算时，我们使热力系统尽量的复杂，以保证计算的精确性。因此通用性、智能化（傻瓜化）、精确度高，适于计算机编程计算成为热力系统分析计算方法发展的新趋势：
通用性：通用性主要体现在两个方面，一是要求分析方法能够适应火电机组各种类型的热力系统定量分析；一是要求分析方法的计算形式具有普适性，以利于开发计算机通用程序。
智能化：智能化主要体现在热力系统的定量分析上，使用者不需要具有很深的专业理论知识，只需要根据分析方法所确定的规则，对计算形式做简单修改即可完成热经济性的定量分析，即傻瓜化。
六、对现有主要热经济性分析方法的认识和分析
1.常规热平衡法
常规热平衡法是随着热力发电工程的出现而采用的最基本的热力系统分析方法，是一种单纯的汽水流量平衡和能量平衡方法，是发电厂设计、热力系统分析、汽轮机设计最基本的方法，它以单个的加热器为研究对象计算出各级加热器抽汽系数，并利用系统的功率方程和吸热量方程最终求得系统的热经济指标。理论上各种分析方法都可以由它推导出来。该方法概念清晰，上世纪50年代从前苏联引入，应用广泛。但由于其在定量分析计算中工作量很大，在以手工计算为主要计算形式的时代，该方法存在着先天的不足。特别是当热系统较复杂或者是进行热力系统不同方案比较时，直接应用该方法会非常繁琐。
2循环函数法
循环函数法是由马芳礼高级工程师在美国Sa-lisbury提出的“加热单元”的概念基础上结合数十年实际工程设计和理论教学经验所创立的一种新型的热力系统简化计算方法。该方法首次用循环不可逆性来定性分析、用循环函数式来定量计算蒸汽循环的经济性，既简化了热力系统整体计算，又解决了辅助用汽水的单项热经济指标。该方法能较好的适应计算复杂的热力系统，也适用于局部的定量分析。它用串联解法先对整个热力系统进行计算，得到回热抽汽量和循环效率，然后把热力系统分为回热循环和辅助循环的相互叠加。在作不同热力系统方案选择时，如果不同的方案仅是某一加热单元的变化，只需要对该单元进行重新计算，方案中没有变化的其他加热单元不必再重新计算，与常规热平衡法相比，在手工计算的条件下，计算工作量大为减少。但是该方法对概念的理解要求较高，推导比较繁琐，并且该方法在计算端差等设备缺陷的影响还不是很方便。因此造成对方法理解、掌握方面的困难，以及应用的广泛性受限。
七、结束语
随着计算数学和计算机技术的发展，在科研技术人员的不断努力下，电厂热力系统热经济性分析方法一定会朝着通用性更广、智能化以及精确度更高、更易于计算机编程的方向发展，并臻于完善，随之能够更有效提高电厂的热经济性。
参考文献：
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[2]林万超著火电厂热系统节能理论[M].西安交通大学出版社，20044
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