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多元扰动下的热力系统能效分析模型及应用研究

闫顺林  
【摘要】:提高热力系统的能效、降低火力发电厂的能耗,一直是一个备受关注的问题,为了解决好这一问题,众多的科技工作者研究发明了许许多多的有关热力系统热经济性的计算和分析方法,但这些方法要么没有通用性且计算繁杂、容易出错,要么只针对特定的扰动具有一定的通用性,面对不同的扰动形成了模型众多、不易掌控的局面。总之,这些模型都不能对任意的、多元组合扰动给出一个比较简单而通用的计算模型,这给分析任意的、多元组合扰动下的热力系统热经济性的特点、找出具有共性的热经济性变化的规律带来了困难。为此,论文选择多元扰动下的热力系统能效分析模型及其应用这一课题进行研究,研究的目的在于找到在多元组合扰动下的热力系统热经济性分析的通用定量计算和分析方法,获得机组在任意多元组合扰动下的能效指标变化幅度和能效分布规律,指导机组的设计、运行、检修和技术改造,提高火电厂的能效水平,降低其对一次能源的消耗。所以,本课题的研究对于火电厂的节能降耗具有重要的实际意义和理论价值。主要研究内容及成果如下: (1)建立了热力系统热经济性分析的统一物理模型。通过建立统一物理模型的标准化拓扑结构映射规则和统一物理模型的汽水参数映射规则,建立了适用于任意形式的热力系统热经济性分析的统一物理模型,该模型的形式规范简明,为建立热力系统热经济性分析的统一基本数学模型奠定了基础。 (2)建立了热力系统热经济性分析的基本数学模型。在热力系统热经济性分析的统一物理模型的基础上,利用能量平衡方程和质量平衡方程,分别建立了汽轮机内功方程、机组循环吸热量方程和汽水分布方程,它们是热力系统热经济性分析的基本数学模型,是最终建立多元扰动下的热力系统能效分析模型的基础。这三个基本方程对任意的热力系统都具有通用性,且形式简单、物理意义明确。通过对汽水分布方程的修正,还建立了热力系统结构自适应汽水分布方程,这一方程不但能适用于结构一定的任意形式的热力系统,而且能适应于结构发生随机的、动态变化的热力系统。从而为结构发生动态变化的热力系统热经济性的理论分析计算提供了一种新的工具。 (3)建立了多元扰动下的热力系统能效分析模型。根据热力系统热经济性分析的基本数学模型,借助于矩阵微分理论,经过严格的数学推导,建立了多元扰动下的热力系统能效分析模型,该模型形式简单,物理意义明确。在该模型中扰动对能效的影响都表达为强度系数乘以扰动变化量的简单形式。在推导过程中,通过矩阵算子和“块乘”矩阵运算新方法的引入,解决了利用矩阵微分理论进行热力系统热经济性分析的数学瓶颈,也为各种矩阵形式的能量方程的数学分析提供了理论支持。同时,利用结构自适应汽水分布方程,可以使热力系统能效分析模型适应热力系统在运行中的结构变化,特别是加热器发生的任意的、随机的解列。多元扰动下的热力系统能效分析模型为任意的、多元组合扰动时的热力系统热经济性的计算分析提供了统一且通用的数学模型,为火电机组热力系统的优化设计、运行监督以及检修和技术改造提供了新的理论支持。 (4)对多元扰动下热力系统的能效分析模型的应用进行了研究。证明了能效分析模型的正确性和可用性;分析了局域性和广域性多元扰动下强度系数及能效随扰动的变化特点,为指导机组的运行监督、检修和技术改造、提高机组的运行经济性提供了依据。


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