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大型燃煤发电机组过程节能的基础研究 项目简报 国家重点基础研究发展计划（973 计划）项目 大型燃煤发电机组过程节能的基础研究 （项目编号2009CB219800） 项 目 简 报 2010 年第 2 期（总第 6 期） 项目办公室主办 2010 年 6 月 25 日 目 录 “大型燃煤发电机组过程节能的基础研究”召开中期评估研讨会议1 2010 年第二季度课题一进展报告3 2010 年第二季度课题二进展报告11 2010 年第二季度课题三进展报告13 2010 年第二季度课题四进展报告24 2010 年第二季度课题五进展报告35 项目办公室 地址北京市昌平区北农路 2 号华北电力大学 邮编102206 电话010-51971332 传真010-51971328 网站 E-mail973 大型燃煤发电机组过程节能的基础研究 项目简报 2009 年第 2 期 第 1 页 “大型燃煤发电机组过程节能的基础研究” 召开中期评估研讨会议召开中期评估研讨会议 5 月 23 日，项目组在华北电力大学国际交流中心召开中期评估研 讨会议。参会人员有科技部专家闫金定博士、华北电力大学重大项目 办公室杨京京处长、项目首席科学家杨勇平教授以及各课题负责人、 联系人和学术骨干。会议就项目中期评估各项事宜进行了深入讨论与 沟通，并且就项目管理、科研工作提出了新的思路方法，为中期评估 和项目后三年的执行奠定基础。 会议由首席科学家杨勇平教授主持，杨勇平教授就项目执行一年 来的成果以及存在的问题进行简单地介绍。 科技部专家闫金定博士针对项目中期评估的有关注意事项做了详 大型燃煤发电机组过程节能的基础研究 项目简报 2010 年第 2 期 第 2 页 细的介绍。闫博士指出，中期评估是 973 项目执行的非常重要的环节， 中期评估的重要意义是“考察”、“调整”。项目通过中期评估应该 根据新的形式和变化及时调整工作中心和方向，使项目更加前沿更具 前瞻性。项目执行应该紧扣项目目标“降低煤耗”的国家需要进行， 不能简单强调或夸大学术成果，不能张冠李戴。 华北电力大学重大办杨京京处长指出“过程节能”973 项目是华北 电力大学的第一个 973 项目，杨勇平教授是第一个首席科学家，学校 将一如既往地支持项目。 各课题负责人就本课题的管理与科研情况进行汇报。闫博士有针 对性地强调了各课题应该注意问题，以及各课题对项目的支撑作用。 会议就中期评估的具体安排、项目管理、科研工作以及现场调研 等等方面进行了深入地讨论，形成了项目研讨办法等重大决策。 此次会议必将对项目的整体运作起到至关重要的作用。 （项目办公室 供稿） 大型燃煤发电机组过程节能的基础研究 项目简报 2010 年第 2 期 第 3 页 2010 年第二季度课题一进展报告 一、课题研究进展一、课题研究进展 本课题的主要目标是针对我国大型燃煤发电机组的特性规律，提出包括节煤、污染物减 排、节水在内的广义能耗评价指标体系；建立反映资源、环境因素和负荷变化影响的大型燃 煤发电机组能耗时空分布的量化模型；建立以全工况能耗为准则的燃煤发电机组系统集成优 化方法与设计规范；探索大型燃煤机组系统集成优化与节能新途径。紧密围绕课题的主要研 究目标和研究内容，课题一研究成员在首席科学家杨勇平教授的带领和指导下，建立了每周 进行一次课题进展汇报和总结的制度，通过课题成员的通力合作和积极进取，2010 年第二季 度课题一各研究方向的进展如下 1. 大型燃煤发电机组广义能耗评价方法研究大型燃煤发电机组广义能耗评价方法研究 1 电厂脱硫系统能耗统计结果的分析电厂脱硫系统能耗统计结果的分析 通过对不同电厂脱硫系统和设备的调研，获得了增加脱硫设备、采用不同脱硫系统煤耗 增量和厂用电率分布规律，分析了系统主要耗能设备电耗占脱硫电耗比例。 2 典型脱硫设备的能耗模型典型脱硫设备的能耗模型 通过（1）的相关调研，确定增压风机、浆液循环泵、氧化风机为 FGD 系统几个最大的 耗能设备，由此建立了电厂脱硫系统厂用电量与其主要影响因素（负荷、煤种、脱硫效率等） 的数学模型，并结合设计符合特性，提出全新的运行节能优化方法及合理的节能建议。 3 燃煤电机机组燃煤电机机组 CO2 捕获技术研究捕获技术研究 研究采用ASPEN PLUS软件对常规火电站MEA系统进行了不同操作条件下的模拟，研究 了各种影响系统能耗的操作参数。研究结果表明贫液负载率和再生塔入口富液温度对再生 能耗的影响最大，这为系统的能耗优化指出了一个可能的方向。同时通过在考虑实际运行情 况的条件下参数的优化找出了一个最低再生能耗点，其值为2.83MJ/kgCO2，较之文献中的数 据4.0-3.3MJ/kg CO2下降了29.3-14.2。 2.7 2.8 2.9 3 3.1 3.2 3.3 859095100 回收率（） 再生能耗（MJ/kgCO2） 0.3molCO2/molMEA 0.2molCO2/molMEA 图 1 CO2回收率对再生能耗的影响 对600MW传统燃煤电站进行模拟分析当从烟气中回收90 CO2时，考虑到电厂的特性 以及与CO2回收单元的集成整合，通过对比回收和不回收CO2的性能结果表明回收CO2后电 站效率下降约9个百分点,好于采用MEA吸收。 大型燃煤发电机组过程节能的基础研究 项目简报 2010 年第 2 期 第 4 页 图 2 液氨吸收 CO2 流程间图 研究提出了基于CaO的CO2吸收系统与600MW超临界火电厂结合的五种方案，对各方案 进行了集成优化研究，分析了各方案对火电厂运行指标如热效率，输出功率，煤耗率等及经 济性指标（如发电成本）的影响，并得出最优的方案。基于KL流化床模型，建立了氧化钙吸 收CO2过程中碳化器模型，并分析了主要参数（如表观气体速度，颗粒粒径和循环次数）对碳 化过程的影响。研究结果表明随着表观气体速度的增加，碳化过程开始变差随后变好；随 着粒径的减小， CO2吸收过程变好， 但为了避免颗粒焦结有一定的限制。 随着循环次数的增加， 吸收剂活性变差。因此为了优化碳化过程同时避免焦结现象，表观气体速度应逐步增加并选 用小尺寸的吸收剂。 图 3 氧化钙吸收 CO2系统示意图 图 4 CO2浓度随反应器高度变化图 大型燃煤发电机组过程节能的基础研究 项目简报 2010 年第 2 期 第 5 页 基于传统的SOFC 复合动力系统, 提出了回注蒸汽型CO2零排放SOFC复合动力系统[1]。 阳极出口燃气采用纯氧燃烧方式, 从而形成只有CO2和水的产物, CO2极易与水分离从而降低 CO2 分离能耗, 同时为了降低纯氧后燃室温度采用了注入蒸汽的方式, 从而进一步提高了复 合系统的效率. 研究结果表明 与不回收 CO2 的基准 SOFC 复合动力系统相比, 回收 CO2 的 SOFC 复合动力系统效率仅下降约 3 个百分点。 图 5 回注蒸汽的 CO2准零排放 SOFC 复合动力系统 表表 1 SOFC复合系统会收和不回收复合系统会收和不回收 CO2系统性能比较系统性能比较 参数参数单位单位 不回收不回收 CO2 基准系统基准系统 回收回收 CO2 新系统新系统 SOFC Voltage V 0.693 0.693 SOFC Current Density mA/cm2 180.20 180.05 SOFC Stack Efficiency 51.95 56.54 SOFC power（MW） 20.09 20.01 Fuel/Air compressors gross power MW 2.22 2.22 Gas Turbine Gross Power MW 5.48 2.29 HRSG Gross Power MW 2.53 2.24 CO2 Compression and Liquefaction Gross Power MW 0.59 Air Expander Gross Power MW 3.36 ASU Gross Pwer MW 0.37 Electrical Efficiency AC 68.21 65.31 建立了 SOFC 复合动力系统模型，提出了两种 CO2 零排放的 SOFC 复合动力系统，并对 这两种系统的性能进行了详细的比较和分析。零排放系统使用纯氧燃烧，燃烧产物只有 CO2 和水蒸气，水蒸气可通过冷凝除去，得到高浓度的 CO2。同时，纯氧燃烧使得透平入口气体 温度超过目前透平所能承受的温度，基于此，本文采用了向后燃室注入水蒸汽和 CO2 的方法 来降低后燃室出口气体温度。与常规电厂脱除 CO2 相比，极大的降低了回收 CO2 的能耗。基 于分析理论，对系统单元进行了详细的火用损系数比较，找出火用损的最大部位，提出解 决办法。根据不同的运行参数，得出运行参数变化对系统火用损和火用效率的影响，并进行 了详细的分析，得到运行参数的最佳值。本文研究成果将为进一步研究高效的 CO2 零排放 SOFC 复合动力系统提供有益的参考。 大型燃煤发电机组过程节能的基础研究 项目简报 2010 年第 2 期 第 6 页 图 6 系统中各分析单元的火用损率 研究了固体氧化物燃料电池SOFC-微型燃气轮机MGT混合发电系统, 对影响整个复合动力 系统性能的关键参数进行了优化研究。分析了 SOFC 系统与先进热力循环系统整合提高系统 效率的潜力， 揭示了 SOFC-MGT 复合动力系统关键参数的优化规律， 尤其考虑微燃机透平入 口温度TIT作为主要约束条件下的特律特性。 研究结果表明TIT 是影响复合系统性能的关 键参数, 随着集成电池数目的增加, 复合系统效率和 TIT 都增大。对于有固定电池数目的复合 动力系统, 为了进一步提高复合系统效率, 应该尽可能地提高 SOFC 运行温度。然而，提高温 度的同时也导致 TIT 的增大。 增加燃料利用率是提高复合动力系统性能的有效手段， 同时 TIT 会微弱增加。 随着蒸汽碳比的增加, 复合系统发电效率和 TIT 均下降。 论文研究成果将为进一 步研究高效的 SOFC-MGT 复合动力系统提供有意的参考。 图7 SOFC-MGT复合发电系统流程图 2. 大型燃煤发电机组全工况能耗时空分布规律研究大型燃煤发电机组全工况能耗时空分布规律研究 1 空气入口温度对炉膛内佣分布特性的影响空气入口温度对炉膛内佣分布特性的影响 对炉膛内部稳态燃烧进行模拟，获得了不同负荷下炉内佣的空间分布特性，分析了不同 预热空气温度对炉内佣分布特性的影响。 0.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 温度K z/H 100负荷 75负荷 50负荷 图 8 沿炉膛高度横截面面平均温度分布图 0.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 物理佣KJ/mol z/H 100负荷 75负荷 50负荷 图 9 沿炉膛高度横截面面平均物理佣分布图 大型燃煤发电机组过程节能的基础研究 项目简报 2010 年第 2 期 第 7 页 0.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0 2 4 6 8 10 12 14 化学佣KJ/mol z/H 100负荷 75负荷 50负荷 图 10 沿炉膛高度横截面面平均化学佣分布图 0.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0 1000 1200 1400 1600 1800 2000 温度 K z/H 382度 600度 700度 800度 900度 图 11 沿炉膛高度横截面面平均温度分布图 300400500600700800900 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 计算温度（K） 预热空气温度（℃） 炉膛平均温度 火焰最高温度 炉膛出口温度 图 12 随着空气入口温度的变化计算结果的变化 0.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 物理火用KJ/mol z/H 382度 600度 700度 800度 900度 0.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0 0 2 4 6 8 10 12 14 化学火用KJ/mol z/H 382度 600度 700度 800度 900度 图 13 不同预热空气温度下沿炉膛高度横截面面平 均物理佣分布图 图 14 不同预热空气温度下沿炉膛高度横截面面平 均化学佣分布图 基于 Aspen 用户模型开发详细的锅炉热力计算模型，初步研究了去掉省煤器提高空气预 热温度后锅炉性能的变化，初步搭建了机炉整体系统，为研究去省煤器后机炉参数联动打下 基础。 2 1000MW超超临界机组热力系统单耗分析超超临界机组热力系统单耗分析 以单耗分析理论作为大型燃煤发电机组节能分析方法，建立了火电厂的单耗分析模型， 并以此数学模型公式为计算基础，以1000MW超临界机组作为单耗分析案例，获得了1000MW 超超临界机组火用流和能耗分布，同时提出了设备的相对降耗效应系数，在此系数下对回热系 统进行优化分析，降低了机组煤耗，为热力系统优化提供了新的思路。 大型燃煤发电机组过程节能的基础研究 项目简报 2010 年第 2 期 第 8 页 图 15 1000MW 超超临界机组火用流图 图 16 1000MW 超超临界机组能耗分布图 3 机组瞬态工况能耗时空分布规律研究机组瞬态工况能耗时空分布规律研究 建立了单相流体换热单元瞬态工况能量分布（热量分布、熵产分布、火用分布）计算数 学模型，并针对某 670t/h 锅炉低温过热器 70工况进行了实例计算与分析，揭示了其中的详 细能量及能耗分布。 3. 大型燃煤发电机组节能诊断方法研究大型燃煤发电机组节能诊断方法研究 由于大型燃煤发电机组设备、系统和过程的机理复杂性、非线性、参数时变性、大滞后、 强耦合性、不确定性以及随机干扰等特点，基于传统的机理建模方法难以建立精确的能耗时 空分布模型。本课题基于先进数据挖掘技术提出了一整套可反映边界条件影响、简便实现系 统运行状态重构、并具备广泛普适性的复杂系统建模方法。利用基于模糊粗糙集的属性约简 方法对采集到的火电机组实际运行数据进行特征提取，分析各变量之间，以及各变量与能耗 决策属性之间的关系， 对决策表进行约简，去除冗余信息，用得到的能耗特征属性作为 ε-SVR 支持向量机的输入进行训练和测试，得到机组在不同负荷及边界条件下的能耗特性模型。本 大型燃煤发电机组过程节能的基础研究 项目简报 2010 年第 2 期 第 9 页 课题基于上述方法学建立的大型燃煤机组全工况能耗分布模型经现场实际数据验证具备较高 精度。 图 17. 基于数据挖掘的大型燃煤发电机组全工况能耗时空分布模型结构示意 4. 大型燃煤机组系统集成优化与节能新途径探索性研究大型燃煤机组系统集成优化与节能新途径探索性研究 太阳能辅助燃煤发电耦合机理与集成模式及系统的静态性能方面我们对不同的集成方式 进行了热性能优化，搭建了太阳能辅助燃煤机组发电系统的仿真平台。并在此平台上对不同 容量不同集成方式的系统进行仿真，结果可以为太阳能辅助发电系统的集成方式的选取提供 科学依据。在槽式集热场建模方面我们建立了槽式集热场详细的数学模型并对集热场的一些 参数进行了优化，模型结果可以为互补发电系统性能优化提供科学依据。此外还对直接蒸汽 发生系统的动态过程进行了模拟，其结果能与实验数据有较好的吻合。集热器单元性能测试 等方面，我们的双轴跟踪单元实验台已进入施工阶段，规模性试验场也已完成一组，目前正 进行第二组的施工建设。完成后可为集热场传热和流动性能的研究提供实验验证。 图 18 研究包括镜面与集热管的光学两大部分 大型燃煤发电机组过程节能的基础研究 项目简报 2010 年第 2 期 第 10 页 图 19 用于验证数学重构与光学矢量表征的实验系统 二、发表论文情况二、发表论文情况 本季度课题一共发表（包括已录用）论文 15 篇，其中 SCI 论文 3 篇；申请专利 1 项。 大型燃煤发电机组过程节能的基础研究 项目简报 2010 年第 2 期 第 11 页 2010 年第二季度课题二进展报告 一、课题研究进展一、课题研究进展 根据大型燃煤锅炉多相流输运、炉内燃烧和弥散介质辐射传递的特点，研究开发煤粉浓 度、细度、火焰三位温度场、颗粒三维浓度场、气体组分、飞灰含碳量的在线准确测量方法。 在此基础上，实时监控锅炉运行状态，提出制粉系统及锅炉燃烧过程优化控制的新方法、新 策略，提高锅炉运行效率。紧密围绕课题的主要研究目标和研究内容，课题二研究成员在周 昊教授的带领和指导下，通过课题成员的通力合作和积极进取，2010 年第一季度课题二各研 究方向的进展如下 1. 测量高温气体温度和浓度的可调谐半导体激光吸收光谱技术研究测量高温气体温度和浓度的可调谐半导体激光吸收光谱技术研究 进行了利用可调半导体激光器测量CO浓度的试验。 测量系统的最小可探测吸收为7.510-5, 对应的最小可探测浓度为 22ppm-m。测量过程中的均方相对误差为 2.1。 2. 管道煤粉颗粒全息测量技术研究管道煤粉颗粒全息测量技术研究 搭建了基于 CUDA 的 GPU 快速数字全息三维并行重建硬件系统，目前真在开发快速重建 并行算法。分析了大尺度煤粉颗粒流场数字全息图像的噪声，发现了边缘噪声使得重建颗粒 具有双峰分布特性，并且产生虚假颗粒。针对该类噪声，提出了基于局部亮度来确定颗粒粒 径，以及重建后颗粒的后处理，能有效去掉虚假颗粒和双峰分布特性。在小型实验台上进行 了初步实验，采用 lavsion image prox 相机，对视场范围约 4cm*4cm 左右煤粉颗粒流场进行了 测试，并进行了重建结果分析。课题组培养本科生一名，倪小帅同学进行了“煤粉颗粒的数 字全系实验研究”的毕业论文设计。 3. 基于辐射传递的大型燃煤机组炉内燃烧过程浓度场和温度场在线测量基于辐射传递的大型燃煤机组炉内燃烧过程浓度场和温度场在线测量 对典型的热力环境中气体红外热辐射特性进行了模拟研究，得到了不同波段内气体红外辐 射特性，为红外温度分布测量提供依据。我们选取三种较为典型的燃料山西煤、城市生活 垃圾和危险废弃物。 4. 燃烧过程中瞬态物质燃烧过程中瞬态物质 OH 活性分子浓度的激光诱导荧光测量技术研究活性分子浓度的激光诱导荧光测量技术研究 本课题的主要目标是掌握燃烧过程中瞬态物质 OH 活性分子浓度的原位在线测量原理。开 展激光诱导荧光辐射测试技术中瞬态微弱信号探测技术，实现高温过程中活性分子的在线测 量。同时提出消除颗粒辐射等对上述活性分子测量影响的方法。围绕着这一目标，本课题组 成员积极开展工作，在各个具体的研究方向上进展如下丙烷火焰的温度场测量，基于激光 诱导荧光辐射技术测量丙烷火焰 OH 分布，基于激光诱导辐射技术测量丙烷火焰碳黑粒径分 布。 5. 煤粉组研究工作煤粉组研究工作 搭建了 9MW 热态试验台研究旋流燃烧器燃烧特性，研究配风、燃尽风、烟气再循环的影 响，着重研究 NOx 排放情况。开展一维炉试验，研究各种煤的结渣特性，并研究防结渣剂的 效果。 二、学术交流情况二、学术交流情况 5 月 31 日上午 900，加拿大滑铁卢大学教授、加拿大微纳流体首席教授李冬青教授受聘 浙江大学客座教授仪式及学术报告会，在浙江大学热能工程研究所 205 会议室举行。受聘仪 式由热能工程研究所常务副所长池涌教授主持，岑可法院士、倪明江教授、骆仲泱教授、周 大型燃煤发电机组过程节能的基础研究 项目简报 2010 年第 2 期 第 12 页 昊教授以及能源系、化学系的教师和学生代表出席了此次受聘仪式。岑可法院士为李冬青教 授颁发聘书。 受聘仪式结束后，李冬青教授作了题为“Electrokinetic Microfluidics and Biomedical Lab-on-a-Chip Devices” 的精彩学术报告，并与在座的师生进行了热烈的讨论。 二、发表论文情况二、发表论文情况 本季度课题二已投稿（包括已录用）论文 6 篇。 大型燃煤发电机组过程节能的基础研究 项目简报 2010 年第 2 期 第 13 页 2010 年第二季度课题三进展报告 一、课题研究进展一、课题研究进展 建立大型燃煤发电机组锅炉、汽轮机及辅机等个单元的参数及性能指标模型，通过耦合 分析得出机组在不同负荷和外部因素条件下的运行参数的变化规律，获得机组的变工况稳态 特性和瞬态特性的精细表征方法；以降低机组综合煤耗作为目标进行多尺度偶和研究，得出 大型燃煤发电机组机、炉及辅机耦合变工况运行特性及能耗控制方法；通过理论及实验研究 完善重要辅助设备的经济运行理论和系统设计方法，为大型燃煤发电机组的安全经济运行提 供理论指导。紧密围绕课题的主要研究目标和研究内容，课题三研究成员在严俊杰教授的带 领和指导下，通过课题成员的通力合作和积极进取，2010 年第一季度课题三各研究方向的进 展如下 1．． 对粤电集团的对粤电集团的 3 台台 300MW 机组的运行经济性进行了调查机组的运行经济性进行了调查，获得了其节能 潜力的大小及分布状况，为本课题的开展奠定了良好基础； 2．． 对超临界对超临界 600MW 及及 1000MW 机组的耦合变工况特性展开了研究机组的耦合变工况特性展开了研究，获得 了各因素同时变化时其经济指标的变化规律；在此基础上建立了线性相加模型及对数相加模 型，进行了初步的分析计算，为耦合合变工况模型的建立奠定了良好的基础； 3．． 采用双网格、双二次样条插值方法，分别建立了水和水蒸气吉布斯自由 能、密度、熵、焓的样条函数 采用双网格、双二次样条插值方法，分别建立了水和水蒸气吉布斯自由 能、密度、熵、焓的样条函数 gSp,T、、ρSp,T、、sSp,T、、hSp,T。有效计算区域 为 温度 273.16 K 到 1073.15 K；压力 0.001 MPa 到 100 MPa，覆盖 IAPWS-IF97 的 1 区、2 区、3 区和 4 区。计算结果表明，通过采用双网格样条模型对 p-T 热力学面进行整体拟合，避 免了 IAPWS-IF97 分区导致的区域边界数值不一致性问题；临界区附近，样条函数与 IAPWS-IF97 精度相当，而其它区域样条函数精度均比 IPWAS-IF97 高 1-2 个量级，而计算速 度比 IAPWS-IF97 快 10-640 倍； 4．． 建立了汽轮机及回热系统整体模型建立了汽轮机及回热系统整体模型，并进行了验证；完善了炉膛分段模型完善了炉膛分段模型， 并进行了变工况验证；对凝汽系统不同工况下优化运行方式进行了研究；对凝汽系统不同工况下优化运行方式进行了研究； 5. 完成了加热器及冷却塔实验系统的调试完成了加热器及冷却塔实验系统的调试，初步的实验数据与理论分析的结果一 致。 二、工作动态二、工作动态 1．．300MW 机组运行经济性的调查机组运行经济性的调查 随着我国火电行业的快速发展，300MW 及 300MW 以上机组已成为各大电力公司的主力 机组。我国 300MW 机组来源复杂，机组新旧程度及运行维护状况差别很大，导致各机组的运 行经济指标也相差较大。为了掌握 300MW 的实际运行状况，有针对性地开展本课题的研究， 课题组先后对粤电公司多台 300MW 机组进行了运行经济性性调查。调查结果表明这些 300MW 机组的运行经济性差别较大，存在多个影响其经济性的因素；开展大型燃煤发电机组 变工况特性的研究、迫切需要建立各因素耦合作用下其经济指标的简化计算模型。 2．大型燃煤发电机组耦合变工况特性的研究．大型燃煤发电机组耦合变工况特性的研究 2.1 数学模型数学模型 火电机组热力系统变工况指机组运行状态偏离设计状态的工况。影响机组变工况特性的 大型燃煤发电机组过程节能的基础研究 项目简报 2010 年第 2 期 第 14 页 参数很多，具体来说可分为两类，一类包括机组的电负荷、热负荷及环境温度、环境湿度等， 这些参数是机组运行的边界条件；另一类包括蒸汽温度、蒸汽压力、再热温度、再热压损、 排汽压力、回热加热器端差及抽汽压损、凝汽器端差、循环水温升、循环水进口温度等，这 些参数决定着机组运行的经济性及安全性。 2.2 超临界超临界 600MW 机组耦合变工况特性分析机组耦合变工况特性分析 图 16 分别给出了超临界 600MW 机组负荷与主要参数耦合变化时机组发电标准煤耗率 的变化规律。分析计算结果可以发现以下规律 1 不同负荷下各主要参数变化相同数值时机组煤耗率变化的数值并不相同，即机组负荷 与这些参数之间均存在耦合现象。 -3.0000 -2.0000 -1.0000 0.0000 1.0000 2.0000 3.0000 4.0000 -15 -10-5051015202530 △t0 / ℃ △b / g/kW.h 40Nd 50Nd 60Nd 80Nd 100Nd -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 -1-0.500.51 △P0 / MPa △b / g/kW.h 40Nd 50Nd 60Nd 80Nd 100Nd 图 1 600MW 机组负荷-主蒸汽温度耦合 图 2 600MW 机组负荷-主蒸汽压力耦合 -0.9 -0.6 -0.3 0 0.3 0.6 0.9 1.2 1.5 -18-13-8-32712172227 △tzr / ℃ △b / g/kW.h 40Nd 50Nd 60Nd 80Nd 100Nd -1.3 -1 -0.7 -0.4 -0.1 0.2 0.5 -20-1001020304050 △dpzr / △b / g/kW.h 40Nd 50Nd 60Nd 80Nd 100Nd 图 3 600MW 机组负荷-再热温度耦合 图 4 600MW 机组负荷-再热压损耦合 -3 -2 -1 0 1 2 3 -15-10-505101520 △tgs / ℃ △b / g/kW.h 40Nd 50Nd 60Nd 80Nd 100Nd -12 -9 -6 -3 0 3 6 9 -4-3-2-101234 △pn / kPa △b / g/kW.h 40Nd 50Nd 60Nd 80Nd 100Nd 图 5 600MW 机组负荷-给水温度耦合 图 6 600MW机组负荷-排汽压力耦合 大型燃煤发电机组过程节能的基础研究 项目简报 2010 年第 2 期 第 15 页 但各参数与负荷的耦合强度并不相同主汽压力、给水温度及排汽压力与负荷的耦合强 度大，主汽温度、再热温度次之，而再热压损则最小； 2 在相同的参数变化值时，机组负荷越低，其煤耗率的变化也越大，反映在各规律曲线 图上，低负荷下的曲线更为陡峭、变化的幅度更大。 图 710 分别给出了超临界 600MW 机组循环水温度与部分主要参数耦合变化时机组发电 标准煤耗率的变化规律。分析计算结果可以发现以下规律 1 不同循环水温度下各主要参数变化相同数值时机组煤耗率变化的数值并不相同，即机 组负荷与这些参数之间也存在耦合现象。但各参数与负荷的耦合强度并不相同主汽压力、 再热压损与循环水温度的耦合强度大，主汽温度、再热温度则与循环水温度的耦合则较小； 2 在相同的参数变化值时，机组循环水温度越高，其煤耗率的变化也越大，反映在各规 律曲线图上，高循环水温度下的曲线更为陡峭、变化的幅度更大。 图 7 600MW 循环水温度-主蒸汽温度耦合 图 8 600MW 循环水温度-主汽压力耦合 图 9 600MW 循环水温度-再热温度耦合 图 10 600MW循环水温度-再热压损耦合 表 1 给出了 600MW 机组各主要参数相互耦合的计算结果。 分析该结果可以发现各主要参 数之间也存在相互耦合的现象。 表 1 600MW 机组各主要参数相互耦合的计算结果 Nd↓10 P0↓1MPa t0↓10℃ tzr↓10℃ △Pzr↑5 Pn↑1kPa HR 7972.7 7924.2 7935.4 7918.7 7912.9 7943.4 SR 2.803 2.845 2.863 2.864 2.839 2.851 Nd↓ B 295.5 293.7 294.1 293.5 293.2 294.4 大型燃煤发电机组过程节能的基础研究 项目简报 2010 年第 2 期 第 16 页 HR 7908.0 7914.8 7899.7 7893.1 7923.1 SR 2.904 2.919 2.922 2.894 2.906 P0↓ B 293.1 293.3 292.8 292.5 293.6 HR 7925.8 7909.0 7902.4 7932.6 SR 2.938 2.939 2.912 2.923 t0↓ B 293.7 293.1 292.9 294.0 HR 7892.5 7886.4 7916.3 SR 2.941 2.914 2.926 Tzr↓ B 292.5 292.3 293.4 HR 7880.0 7909.94 SR 2.887 2.899 △Pzr ↑ B 292.0 293.1 HR 7938.0 SR 2.910 Pn↑ B 294.2 HR 7910.0 7890.0 7899.5 7883.4 7877.0 7906.9 SR 2.836 2.892 2.910 2.911 2.883 2.896 纵行 参数 不变 B 293.1 292.4 292.7 292.2 291.9 293.0 2.3 超临界超临界 1000MW 机组耦合变工况特性分析机组耦合变工况特性分析 图 1116 给出了超临界 1000MW 机组负荷与主要参数的耦合变工况的计算结果，表 3-5 给出了主要参数之间相互耦合的计算结果， 这些规律与 600MW 机组基本类似， 但再热参数与 负荷的耦合效果更明显，而排汽压力与负荷的耦合效果则不明显，这与这两个机组热力系统 结构特性以及运行方式有关。从计算结果可以看出，负荷与主要运行参数的耦合效应很显著。 -3.2 -2.4 -1.6 -0.8 0 0.8 1.6 2.4 3.2 -20-15-10-505101520 △t0 / ℃ △b / g/kW.h 40Nd 50Nd 60Nd 80Nd 100Nd -2.5 -2 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 2 -1.2 -0.9 -0.6 -0.300.30.60.91.2 △P0 /MPa △b / g/kW.h 40Nd 50Nd 60Nd 80Nd 100Nd 图 11 1000MW 机组负荷-主蒸汽温度耦合 图 12 1000MW 机组负荷-主蒸汽压力耦合 大型燃煤发电机组过程节能的基础研究 项目简报 2010 年第 2 期 第 17 页 -2.8 -2.1 -1.4 -0.7 0 0.7 1.4 2.1 2.8 -25 -19 -13 -7-15111723 △tzr / ℃ △b / g/kW.h 40Nd 50Nd 60Nd 80Nd 100Nd -1.6 -1.2 -0.8 -0.4 0 0.4 0.8 -20-1001020304050 △dp / △b / g/kW.h 40Nd 50Nd 60Nd 80Nd 100Nd 图 13 1000MW 机组负荷-再热温度耦合 图 14 1000MW 机组负荷-再热压损耦合 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 -20 -15 -10-50510152025 △tgs/ ℃ △b /g/kW.h 40Nd 50Nd 60Nd 80Nd 100Nd -12 -8 -4 0 4 8 12 -2-101234 △Pn / kPa △b / g/kW.h 40Nd 50Nd 60Nd 80Nd 100Nd 图 15 600MW机组负荷-给水温度耦合 图 16 600MW 机组负荷-排汽压力耦合 3 全工况下水和水蒸气热物理性质的精确、快速表征模型全工况下水和水蒸气热物理性质的精确、快速表征模型 1 双二次样条函数双二次样条函数 gSp,T、、ρSp,T、、sSp,T、、hSp,T  p-T热力学面的分区及网格划分热力学面的分区及网格划分 将样条插值模型应用到水和水蒸气的热物性计算， 选取的计算区域覆盖 IAPWS-IF97 模型 的 1 区、 2 区、 3 区和 4 区， 具体范围为 273.16 K≤T≤1073.16 K； 0.001 M