电站辅机及辅机系统性能优化（可编辑）

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1、电站辅机及辅机系统性能优化 东南大学博士学位论文摘 要本文对电站辅机、辅机系统以及相应的管网系统的性能进行了全面的分析研究,结合动态规划、Agem人工智能等技术来实旋电站辅机、辅机系统以及相应的管网系统的性能优化,以达到降低厂用电率的目的。主要内容为:首先,在电站主要辅机及辅机系统的标准性能试验的基础上,对各性能数据的测量方法、测点布置等进行了研究;结合在线实时的性能数据测量遇到的问题展开讨论,提出符合生产需要的在线性能测试方式和采用静压差来测量大流量的方法:同时还对性能模型进行了简化,给出符合电站在线性能优化的性能模型。接着对电站辅机及辅机系统的运行性能和稳定性进行了分析。针对电站辅机及辅机

2、系统的运行特点,提出合理辅机及辅机系统稳定性判断方法:同时对电站辅机及辅机系统的调节方法进行了全面的比较,为发电厂辅机及辅机系统的设计、运行提供依据。其次,对电站的主要厂用电能耗对象一一泵与风机进行性能优化,包括单一对象和联合运行对象。运用动态规划方法并建立相应的数学模型,分别对转速变化、进口导流器叶片角度变化和叶轮叶片角度变化的泵与风机进行性能优化。同时,通过对人工智能技术Agem及多AgemMAS系统的研究,应用Agem的优点,从总体上对辅机及辅机系统性能实旌优化。由于管网系统及相应的管道部件对辅机的性能影响很大,本论文通过试验研究、现场测量及理论计算等手段,对风机的进气箱、轴流风机出口整

3、流体、烟囱水平烟道、管道三通、弯头、进口和出口型式等分别进行了结构调整或者改进,提高管网性能,达到全面优化电站辅机及辅机系统的目的。关键词:电站,性能优化,辅机,辅机系统,管网系统,数学模型。东南大学博士学位论文AbstractTheperformanceoptimizationoftheauxiliaryequipment,auxiliaryequipmentsystemandpipenetworksysteminpowerplantarestudiedananalyzedinthisthesisbyapplyingthedynamicprogram,Agentetc.Theaimsofth

4、eoptimizationaleoreducethauxiliarypowerrate.Themainconcernsofthisthesisaleasfollow:Firstiy,themeasuringmetllods,thereal?timeperformancetestsaldiscussedonthebasisofthestandardperformance.Inordertoget hexactflow,thestatic?differential-pressuremethodiSp tforward.AttheSalTletime,thebriefedmathematicmode

5、lsa eusedto ptimizetheauxiliaryequipmentperformance.Secondly,theoperationperformanceandthestabilityoftheauxiliaryequipmentareanalyzedaccordingtothecharacteristicandomerulesaregiven.Andthenregulations时lesalecomparedSOastoselectthenergy-savingequ pmentandsystem.Thirdly,asmainenergy?consumptionunitsinp

6、 werplant,theperformanceoptimizationofthepumpsandfansarecarriedout.Forgettinggoodperformanceoptimizationconsults,theimportantm thematicmodelsba edondynamicprogramareputforwardbouttherotationalspeedandadjustablevanpumpsandfans.Atthesametime,Agentandmulti?Agentarapplied,thusmaketheperformanceoptimizat

7、ionsystemmanageeasilyanduseconveniently.Fourthly,fordevelopingtheallnetworkperformance,theformsandthestructuresoftheair-inletroom,therectifyingdevices,thechinmey,theduct,theree?wayduct,theinletandoutlets yles,etc,aleimproved.Thustheperformanceoftheauxiliaryequipment,auxiliaryeqmpmeIltsystemandpipene

8、tworksysteminpowerplanthasbeenoptimized.Keywords:PowerPlant,PerformanceOptimization,AuxiliaryEqmpment,AuxiliaryEquipmentSys em,PipeNetworkSystem,MathematicalModelII。?:?:?塑筌塑耋鎏垒坠?:一东南大学学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究_【二作及取得的研究成果。尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位

9、或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名:墓星茎企日期:也丝f盎东南大学学位论文使用授权声明东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档.可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外,允许论文被查阅和借阅,可以公布包括刊登论文的全部或部分内容。论文的公布包括刊登授权东南大学研究生院办理。日期:盘!垒!皇东南大学博士学位论文第一章绪 论1.1课题的背景与意义我国幅员辽阔,资源丰富,居世界前列。但是人口众多,人均资源拥有

10、量远低于世界平均水平。我国的能源资源也一样,一次能源生产居世界第三位,但人均能源拥有量不到世界人均值的l/2【l】。由于我国是发展中国家,各领域的生产技术和工艺与发达国家相比有很大的差距,再加上节约能源的意识不强,使得我国能源利用率是发达国家的20%30%,导致我国的能源供需矛盾十分突出。据日本能源经济研究所数据,1999年按官方汇率计算的每百万美元国内生产总值能耗,中国为1297吨标准煤,分别比美国、日本、欧盟、印度和世界平均高2.4倍、8,4倍、5.9倍、50%和1.4倍【2】。为了满足工农业生产的需要,国家实施了强有力的能源战略,制定了能源发展的可持续发展计划,收到了良好的效果。因而科学

11、的解决能源闯题,制定科学的能源战略对于整个国民经济的持续、健康显得迫在眉睫。电力工业是能源工业的重要组成部分之一。到2004年的底,我国的装机总容量达到4.47亿千瓦,五十多年持续以年均10%以上的速度发展,连续跃过法国、英国、加拿大、德国、俄国、日本,从1996年开始就稳居世界第二【2J。这一方面说明了电力在国民经济中的重要性,另一方面也体现了中央政府的英明决策,所取得的成绩是我们国人有目共睹的。由于国民经济近几年来一直以9%以上的增长率飞速发展,电力发展还是稍稍滞后,近两年很多省份严重缺电的事实,已经对国民经济的发展产生了负面影响12】,因而科学地解决电力供应问题成为保障我国经济稳步增长的

12、要素之一。电力供应的紧缺,一方面是因为国民经济的飞速发展,导致电力发展显得相对滞后,电力供应已经满足不了工农业生产的需要,目前全国电力供应缺口很大。据相关资料统计,发达国家的居民用电比例约占整个电力供应的30%以上,而我国只有13.7%,与经济发达国家的居民用电比例相比差距很大【3J。因此考虑到国民经济发展的需求和居民生活水平不断提高,必须适当加快电站的建设。导致电力供应紧张的另一方面重要因素是我国能源生产企业和能源使用企业设备老化,能源危机感不强,管理水平不高;再加上我国公民节能意识差,导致我国能源浪费严重,因而我国的能源利用效率比发达国家低很多pJ。国家统计局95年资料表明,各种辅助机械的

13、耗电量占总发电量的比例较大,其中风机占总发电量的10%以上,水泵占总发电量的21%左右。风机、水泵的第一章绪论耗电总和约占去全国总发电量的l/3左右61。可见风机、水泵等辅助机械不仅对国家的电力工业、电力安全、能源利用率等方面的影响是非常重大的,而且对工农业生产的影响也是巨大的。我国现阶段的各种辅助机械的性能从总体而言比上世纪80年代以前有了大幅度的进步。根据有关资料表明:单一风机的平均效率达到75%以上,水泵的效率也达到78%,和国际水平基本相当。这也充分表明我国的辅助机械的设计、制造加工水平和世界水平差距不大。但是,风机系统包括管网、设备的效率仅仅为3040%,水泵系统的效率和风机的效率差

14、不多,这个数据比国际发达国家低20%17J。从这一点让我们看到了我国在辅助机械系统设计、研究方面的差距。如果我国的工农业生产用各类辅助机械系统效率提高到和国外发达国家一样,我国的发电装机容量可以减少6%。1.2发电企业性能优化的必要性电力工业的市场化改革已经取得了巨大发展,厂、网已经分开,竞价上网正在进行,因此发电企业之间的相互竞争会越来越剧烈,企业成本控制也会越来越受到重视,节能降耗工作已经成为电力企业适应竞争的战略性措施之一。电力企业作为电力的生产单位,不仅仅要保证正常的电力供应,也要考虑到企业自身的发展。由于历史的、技术的、经济等诸多原因,我国有相当一部分发电企业的生产成本高、效率低、自

15、用能耗大,再加上企业自身经营管理不善、人员平均素质不高,导致企业效益欠佳,有时甚至亏本经营。另外,近几年来,尤其是今年发电用煤的价格一路上扬,导致发电成本大大提高。因此,提高发电效率或供电效率,不仅仅有利于企业自身的发展,也是为了实施国家的可持续能源发展战略,为子孙造福。设备老化、厂用电率居高不下,成为困扰发电企业的主要难题之一。从电力工业主要技术经济指标来看,资源配置效率不断提高,发电厂厂用电率总体是不断降低的,比如2000年、2001年、2002年的厂用电率分别为6.28%、6.24%、6.15%,发电标准煤耗率分别为363、357、356克标准煤【5J。从电力企业整体情况看,新建的发电厂

16、厂用电率不到4%,而很多老的发电厂厂用电率达到8%以上。为了适应市场竞争形势的需要,很多发电企业对主要辅助设备进行了技改或更新,解决了部分设备问题,但是厂用电率并没有因此而大幅度下降。究其原因主要是因为考虑设备更新或改造的同时,没有充分考虑设备使用系统的优化。只有设备和相配套的系统性能达到最佳,才能使电厂的厂用电率大幅降低。由此可见,辅机及其系统性能的优化与否,不仅直接影响发电厂的安全、稳定运行,而且影响发电厂的经济效益。2东南大学博士学位论文发电企业为了自身的发展以及适应市场的需要,有必要对发电系统各个组成部分进行必要的性能优化,以提高企业自身的性能,达到降低成本、经济运行、适应市场的需要。

17、如果我国厂用电率平均下将1%,将减少440万千瓦的装机容量,无论从节约能源、原料运输、环境污染等方面都是功不可没的。风机和水泵作为电站的主要辅机,它们的能耗量占整个厂用电的70%80%,其中泵50%左右,风机30%左右。因此对辅机及其系统性能优化显得更为重要,小投入就能带来大收益。近年来有相当一部分电站已经投入部分科研力量用于对辅机技术的改进,并且取得相当好的效果。由于对于辅机单一对象的研究比较多,而对于辅机系统的研究被严重忽略,当辅机运行条件、运行参数以及负荷变化时,其性能并未得到充分的优化,有时甚至适得其反。1.3辅机性能优化的基本途径辅机性能优化技术的依据是设备在运转过程中,必然产生振动

18、、噪声、温度、压力、流量等物理参数的变化,通过对这些物理参数的监测分析可以判断和识别设备的工作状态,据此对辅机及辅机系统进行性能分析和性能优化。电站辅机性能优化可以分为两部分:单设备性能优化和辅机系统性能优化。单一设备的性能优化又分为设备性能优化或称为设备技术改造和设备系统性能优化。设备性能优化主要是为优化对象选择合适的优化方法,包括对设备重要部件的性能改进,比如对叶型、叶轮、可靠性等方面的研究。设备系统性能优化主要对设备整体性能进行优化,如对泵与风机的吸入装置、排出装置、内部流阻的减小、外部和其他设备的衔接以及优化控制系统等方面进行研究和应用。辅机系统性能优化是把单一设备性能优化和系统性能优

19、化进行综合考虑,但又不是简单的叠加或者重复,而是在前两者的基础之上充分考虑各方面的因素,对整个系统进行性能优化。主要表现为:在单机系统优化的基础上利用整个系统的可测量数据,进行相应的运行状况判别、性能计算、性能优化等步骤,对系统进行全方位考虑。对单一辅机系统性能进行优化的基础上,通过相关的性能优化技术,使整个辅机系统的性能也将进一步提高。由于辅机系统包含的对象数目多、种类多、功能广、要求各自不同,如何使整个系统工作点位于性能最佳区域,这是一个解决系统性能优化的关键所在,同时也是影响辅机及辅机系统性能的一个主要因素。如何合理的运用运行、调节、控制、分配等手段以及如何建立合理的性能优化数学模型是解

20、决辅机及辅机系统性能优化的重要环节。1.4现阶段电站辅机及其系统存在的问题虽然我国的辅助机械设计、制造加工水平和世界水平差距不大,但由于我国3第一章绪论企业管理水平、人员素质、节能意识等因素的影响,导致我国的辅机系统性能、设备管理以及运行经验都落后于发达国家,具体问题如下:1.对于辅助机械自身而言,其效率及各项性能已达到较高的技术水平,但由于企业比较注重单个对象的性能,对管网性能的研究没有引起足够的重视,当相应的管网和辅助设备组合在起后,其综合性能大幅降低。2.由于辅助机械的多样性和复杂性,没有一整套完善的有关辅助机械的性能优化方法和手段。3.对于辅机及其系统存在的一系列问题的解决方案以及它们

21、之间的相互关系没有太多的研究,很多的单位、企业对它们不重视,导致我国的辅机的综合效率低下,与国际水平差距很大。4.没有专一的人员对辅机和辅机系统进行专门的研究,没有专门的企业、公司对它们投入大的科研力度,只有出现故障和技术难题时才引起重视。5.投入的资金有限,阻碍了辅机优化技术的进一步以发展。1.5国内外研究动态对于辅机的性能优化问题,国内外有众多学者对它进行了理论或实验研究。目前主要的研究方向是针对单一对象的研究,而对于电站、化工等对象较多且复杂的辅助系统的研究则比较少。1.5.1对单一辅机对象的研究对于单一对象研究的文献比较多,涉及的内容比较广,主要包括对辅机设备、辅机的配套附件、辅机的性

22、能以及相应的控制系统等。对辅机设备的研究主要方向包括:叶型、叶轮、可靠性、控制系统等。如蔡娜等对弯掠动叶的轴流风机进行了试验研究【7J,结果表明不仅提高了运行效率,而且能大幅度地拓宽稳定运行范围,具有高稳定性和节能的优点:刘拥军等对非自模化区域内小型风机的气动.声学性能做了大量实验18】,讨论了在非自模化区域内动叶叶尖间隙对气动.声学性能的影响,并与自模化区域内的影响作了对比分析,揭示了非自模化区域内动叶叶尖间隙对气动.声学性能影响的机理:相关资料通过试验研究阐述了对旋式通风机两级叶轮叶片安装角的变化对气动性能的影响【9】;对轴流通风机径向间隙对通风机性能的影响研究【lo】,探讨了轴流通风机径

23、向间隙随叶片安装角的调整及方法。另外,还有介绍磨削叶片、蜗壳、叶片宽度、蜗舌以及叶片数等11,12,13,14:151对泵与风机性能影响的相关文献。对辅机的配套附件的研究文献也相当多,比如进口附件、出口附件、导流设备等。相关资料对电站轴流风机的进气箱和进气箱内的轴径的变化对轴流风机的性能影响进行了试验研究和必要的理论分析19,20,21:任保明等通过理论和实践分4东南大学博士学位论文析了矿用离心式通风机出13导风部件的结构形式对通风机性能的影响【221;针对启动风门或立闸门靠近风机入口的特殊机房布置,为探讨合理的测试方案提供了可靠的依据田】;集流器和整流罩组合在一起对矿井局部通风机性能的影响2

24、4,251;有关导风板对风机性能的影响也进行了研究【261。对泵与风机等电站重要辅机的性能的研究也引起相关学者的重视,包括性能实验装置、性能测试差异、测试方法、控制系统、稳定性能等31,32,33,34,351。1.5.2对辅机系统研究对辅机系统的研究国内外学者也进行了一些讨论,也提出一些解决问题的方案,但主要集中在对故障、问题的分析诊断以达到解决问题的目的。各工业领域对适用于各自需要的辅机进行广泛而深入的探讨。对泵站最佳运行方案研究,提出有利于泵站及相关设备的优化手段37,381。根据泵站系统的实际情况的需要,对泵站系统实行性能优化,可以获得最佳运行泵的台数以及泵的叶片运行角度。Nesbit

25、tl391介绍了泵装置在运行过程中的可靠性和经济性,并提出一种智能泵装置,通过远程检测、诊断和测试等手段提高装置的可靠性,降低运行成本和相应的费用。Szychta4041】分折了泵系统的效率与流量、扬程和转速之间的关系,提出了系统效率和这些参数之间的函数关系,并研发了一种控制系统,根据泵系统的运行扬程,通过变速调节使泵系统效率提高。作为各类辅机主要的应用领域之一的暖通和空调系统也有很多的文献对此进行研究,比如AmgadElgowainy421等对空调系统的风机进行了深入的研究,分别分析了轮毂直径、叶片数目和叶片角度对空调风系统的性能影响。有关资料对用于手提电脑的轴流风扇的冷却系统进行试验【43

26、1,对整个换热系统的进行了详细的分析;另外,相关学者对托卡马克物理实验真空泵系统的设计方案44】以及通过实际应用对水泵的节能问题【45】进行讨论。对于火电厂的各类辅机的研究也相当普遍。洪波等对并列运行的火电厂给水泵进行性能优化州,为降低能耗和选择合适的运行方式,提出了适用于电动给水泵的调度方式一最佳调度法,并建立相应的离散化动态规划方法数学模型。Bekdemirl48】等对火电厂凝汽器的性能优化问题进行了讨论,通过对凝汽器的换热面积、冷却水流量、凝汽器能耗等的研究,并结合凝汽器的设计参数,比如汽轮机进口参数、汽轮机功率和凝汽器压力等条件,提出了凝汽器的性能优化方案。WangSong.1in49

27、】等通过RBF神经网络,准确的绘制风机性能曲线并求出离心风机的流量检测模型。以4-73NoSD为研究对象,分别对变转速、改变管网阻力和改变叶片角度进行试验,并且求得准确的流量结果。在管网防泄漏的事故诊断过程中,管网阻力系数和风机的进出口静压用特征向量来表示,并且作为神经网络的输入,结果表明管网系统的故障能够被精确诊断。S第一章绪论曹先常,陆志厚,周文龙等对电厂引风机运行状态50,51,52,53】进行了深入的分析,但主要的是针对设备本身的状况。1.5.3对管网系统研究管网系统的性能对泵与风机等各种辅助设备的性能影响很大,有时候甚至是决定性的。如图1?1所示为泵与风机的性能与管网性能的相互关系图

28、。由图1一l可见,管道效率刁。随着流量的增加而递减,泵与风机的效率,76浙E量2/rr/hn。一再与风扣.神蜜17,一管网神蜜17.一磊与风.加系缔煎前摩图1?1 泵与风机与管网相性能互关系图为上凸减曲线,正常范围内除个别低比转速离心泵与风机上升段和轴流泵与风机马鞍形段不稳定运行区域外泵与风机的压力p为上凸单调减曲线。而泵与风机系统效率灯:可以用下式表示:r/:%r/b 卜1其中管道效率刀。可以用下式进行计算:口。J一望一f芒 1?2式中:占p一管道压力损失,p一泵与风机的压力扬程,f一管网系统阻力系数,r流体速度,p一流体密度。根据以上各式,对于一定的泵与风机系统而言,其系统最优工况流量如随

29、着管网阻力系数的增大而减小,最高效率也随之降低。因此,为了提高泵与风机等电站辅机的整体效率,在提高辅机本身效率J76的同时还要降低与之配套的管网系统的阻力系数f。对于如何减小阻力系数,不少文献进行了试验研究和理论探讨,但由于各自研究的领域和研究目的的不同,互用性不强,而且很多是在特别领域内的专业问题。6东南走学博士学位论文在工业生产的各个领域都有对阻力系数进行研究的学者。张洪国等【删对管道阻力系数的组合灰色推定方法进行了研究,介绍了组合灰色推定的基本原理,建立了给水管网管道阻力系数组合灰色推定模型,通过在三个城市的实际应用,并且验证了其有效性及可行性。周金柱【6lJ等采用优化拟合法通过对图表中

30、有关数值的拟合,给出了管道阀件阻力系数的函数表达式,具有较高的拟合精度。白晓宁旧J等探讨了管道水力输送的机理,综述了管道固液两相流动中流动状态、临界流速及阻力损失等方面的研究进展。王桂秋163l研究了管道系统中局部阻力的计算有几种方法j采用3.K方程能更准确地计算出管件的阻力降。另外还有对煤矿通风、纺织行业、天然气输送等方面的附加管道阻力方面的介绍64,65。对电站管网系统的研究也有很多文献资料进行了介绍。潘卫国【”】等分析了气固两相流在水平管道内流动时摩擦阻力系数、的计算方法,结合在大型模化试验台架上所作的试验,通过回归分析得出了计算送粉管道摩擦阻力系数A、F的经验公式,提供更接近工程实际的

31、水平送粉管道阻力计算的方法。冷杰扣7】等通过对朝阳发电厂撑1锅炉出力不足原因的分析,找出了解决锅炉出力不足的方法,通过在烟道系统的急转弯处加装导流板,在除尘器出口处加装叶片式导流器,清除烟道积灰,并进行堵漏风,降低了烟风道系统的阻力。邱朋华等【68】对高浓度粉体输送进行了广泛的研究。另外还有资料对电站的泵与风机采用变频技术进行详细的介绍,通过改变转速来获得性能优化效果16E”J。总之,目前性能优化技术的应用主要针对主要设备,对电站的辅机及辅机系统的研究投入不力,无论是资金还是科研力量。无论国内还是国外,性能优化系统一般都是针对大型高速转动机械。在国内的很多电厂,针对辅机的安全、经济运行的性能数

32、据测点也很不完善,现有的测点只是为了满足运行的需要,并没有从性能优化的角度考虑测点的布置。比如很多电站的送风机的进口、引风机的进口、水平烟道等部位都没有测点。现阶段,由于发电成本的提高以及国家能源政策的影响,降低厂用电率已经成为各发电企业节能降耗的主要手段之一。各大发电公司也投入了一定的力量进行研讨,也给电站辅机的性能优化带来了机会。1.6本文的主要研究内容本文对电站辅机及辅机系统性能优化技术和方法进行了深入研究,全文共分为六章,除第一章绪论外,其余各章安排如下:第二章在泵与风机标准性能基础上,针对电站的特点提出在线泵与风机的性能数据测量和计算方法。针对流量测量的困难,通过分组测量,根据每组流

33、量压差的差值大小来决定压差测量测点所在区域的流场是否稳定,以达到测量和判断7第一章绪论的双重目的;同时根据电站管网的特点,提出根据静压压差测量流量的方法:对设各性能优化模型进行简化,提出采用等效效率公式替代标准效率公式的方法,为后面章节深入讨论性能优化方案提供了必要的理论依据。第三章对电站辅机及辅机系统的运行性能和稳定性进行了分析。针对电站辅机及辅机系统的运行特点,结合发电厂常见的辅机故障,对辅机及辅机系统稳定性判断给出合理的方法;同时对电站辅机及辅机系统的调节方法进行了全面的比较,为发电厂辅机及辅机系统的设计、运行提供依据。第四章对电站的主要厂用电能耗对象一泵与风机进行性能优化,包括单一对象

34、和联合运行对象。运用动态规划思想,采用合理的数学模型和相应的约束条件,分别对转速变化、进口导流器叶片角度变化和叶轮叶片角度变化的泵与风机进行性能优化。同时,通过对人工智能技术Agent及多AgentMAS系统的研究,充分应用Agent的优点,从总体上对系统进行优化,使优化程序便于管理、应用方便。第五章讨论了管网系统及相应的管道部件对辅机的性能影响,通过试验研究、现场测量及理论计算等手段,对风机的进气箱、轴流风机出口整流体、烟囱本体、烟囱进口部分及水平烟道、管道三通、弯头等分别进行了结构调整或者改进,大大提高管网性能。第六章是本文工作与成果的总结与展望。参考文献I】吴钟瑚.我国能源可持续发展政策

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38、,常冰,马材芬.复杂形状轴流风机进气箱内轴径对风机性能的影响.流体机械,1998.11.f22任保明,刘桂仁,南化鹏等.离心式通风机扩散部件对其性能的影响.煤矿机械,2002.6.【23陈其泰.启动风门和立闸门对风机性能测试的影响.煤炭科学技术,V01.26,N06,1998.6.24】潘地林,张立祥.局扇进121元件结构形式对其噪声性能的影响.风机技术,1999.5.【25】朱正林,徐治皋等.集流器对轴流风机性能影响的试验研究.能源研究与利用,2003.5:24.25.【26】张强.导风板性能的研究.云南冶金,1996.1.【29】陈志高.发电厂辅机程控系统的网络与通讯.电力建设.2002,

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43、iment.【45】栗平.给水泵的节能.国家能源部网站.【46洪波,杨自奋,高鹗.动态规划法在火电厂的并列运行给水泵优化运行中的应用.【47】/.shall,AlexK z,OrhanautyLMultimodePumpingofOpticalParametricOscillators.IEEEJournalofQuantumElectronics.V01.32,No.2,Feb,1996.48】/.rmalScinece.V01.12,No.2.49】WangSong-lin,YuanXio gjtm.NewCommonMathematicalmode soffannersP formanc

44、eBaseconthePartialLeastquaresR gressionMethod.Proceedingsof1EEETENCON02:1834-1837.【50曹先常,史进渊,蒋安众.大型火电站锅炉送引风机的可靠性增长模型及预测.流体机械,2002.85l】曹先常,蒋安众.电站锅炉送引风机故障与效应分析.锅炉技术,2003.7.【52】周文龙.锅炉辅机得述改进措施的实施与效果.华北电力,1994.253陆志厚,刘影等.改善锅炉引风机运行条件的试验研究.电站辅机,2001.124.【54陆志厚,高克昌.锅炉引风机运行状态的试验研究.电站辅机,2001.124.【55】DIN24163?

45、2.Fans-Performancet sting.1985【56ANSI/ASHRAE51-1999.LaboratorymethodsoftestingfansforratingalsoANSI/AMCA210-9957】沈阳鼓风机研究所.AMCA通风机应用手册.58】章璇.试论电站辅机控制技术发展趋势.电站辅机,2001.3.【59】安艳琴,安国云.西柏坡电厂锅炉送粉管道设计探讨.河北电力技术,1996.1.60】张洪国,袁一星,赵洪宾.给水管网动态模型中管道阻力系数的组合灰色推定方法.哈尔滨建筑大学学报,1998.10:58?63.【61】周金柱,刘桐云,韩东.管道阀件阻力系数的函数表

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47、力技术,1997.1.【68】邱朋华,陈力哲.王宏,吴少华.水平管道细粉高浓度分层流动阻力特性的试验研究.热能动力工程,2001.1:2371.【69】张承慧。程全.夏冬伟等.变频调速技术的发展及其在电力系统中的应用.热能动力工程,2003?970】张承慧,李洪斌.热力发电厂风机变频调速效率优先控制策略.电力系统自动化,2002,261132?36.10东南大学博士学住论文第二章性能模型建立及分析2.1风机性能模型2.1.1风机标准性能模型由于泵与风机内部流动的复杂性,用理论计算方法所确定的性能曲线与通过测试手段获得的实际性能曲线存在很大的差异。因而为了提供可靠的泵与风机技术性能,世界各国仍采

48、用泵与风机性能试验装置对泵与风机进行性能测试,根据获得的性能数据进行性能计算151。根据我国于2001年2月1日颁布实施了的GB/T1236-2000工业通风机用标准化风道进行性能试验标准中的有关规定,对于各种型式的试验装置,配合采用不同流量测量方法可组合成60多种不同的试验装置。在如此众多的试验装置中,根据性能实验装置的自身样式,分为风管式和风室式。对于电站用风机而言,大部分应用场合为连接流体管道,因此可以认为风机的工作状况与风管试验装置的使用条件相似,采用与风管试验装置的性能计算进行性能计算181“f17】。进气风管实验装置由文丘里流量计或者试验标准允许的流量测量装置、压力测试装置、整流网

49、、调风门等组成,如2一l图所示lJ剐。决定风机性能状况的主要因素是风机流量Q、压力P和功率尸。在满足流量Q和压力P的条件下,通过效率.17来表示风机性能的好坏。采用进气风管风机试验装置对风机进行性能测试时的效率计算公式181如下:q。?P,n?K风机静压效率: %2?了历石j二一风机效率: 蠕浮式中q。:试验风机进口流量m3/s:pFt:试验风机压力Pa;PsFt:试验风机静压Pa;,I:试验风机轴功率Kw;%、J:压缩性修正系数。其中qw、PFl、m、Prl等数据需要经过试验装置进行测试。第二章性能模型建立及分析图2?1进气厉l管实验装置简图以下分别以风机效率厅。为基础,对风机的主要性能数据

50、:压力P。、进。El流量玑,、轴功率厶等性能数据分别进行探讨。1标准流量测量方法及计算公式根据GB/T1236-2000规定的性能计算方法,风机流量是通过流量喷嘴、喷管、孔板、皮托管等流量装置来进行测量。流量喷嘴的流量可以用下式进行计算:Q剃詹 2?1式中Q:喷嘴流量m3/s;a:流量系数;4且流量压差p矗;A:通流截面面积一;p。:空气密度Kg/m3。而采用文丘里流量计或者其它差压式流量计测量流量时采用的计算公式与式2?1相似【2”。2标准风机压力测量方法及计算公式风机的压力测量是采用标准压力测量仪器,如u形管、倾斜式微压计以及常用的其它各种压力计。测试点为实验装置的压力测试段相互垂直的四点

51、连通方式,即平均压力法。在GB/T1236-2000标准中取消风机全压的概念,取而代之的是风机压力P。压力P。定义为:通风机出口滞止压力P耐与通风机进口滞止压力P.,gl之差:pRp蝴。p删 2?2通风机静压p。定义为通风机出口静压印与通风机进口滞止压力P。,之差:P,ytP?一P日, 2?3同时,根据风机压力的定义,风机的压力又可以表示为:PRP,vl+Pd2,2?4式2?4中风机动压和静压可用下面公式求得:12东南大学博士学位论文%,譬等一去警2 。:吲静压:2只一譬-l等j 一般风栅 cz?a,3标准风机轴功率测量方法及计算公式试验风机的轴功率通过扭矩法、电功率法测试。对于常用的电功率法

52、可如下进行计算:P2PcAE?dPj2-7式中只:电机输入功率w;册:机械损耗功率w:AE:电机效率%。4其他辅助数据的测量及计算1大气密度成计算几?JL2-8R273.15+tp42?okg/m3式中Pa:大气压力Pa;乇:大气温度;R:气体常数:R,一!:!翌丝!J/Kg?k 2?9上式中妒:相对湿度%;仇:岛对应的饱和蒸汽压力Pa,且舻exP。I器熹札。四见e西丽专+o一1珥7f 俨a2试验风机进口密度,J计算p,2瓦厉P万a巧 K酊式中:f,:进口温度。3风机进口流量g。计算岛Qm31s9w。F2?102?12第二章性能模型建立及分析4试验风机出口密度岛计算pz2面丽PaKg/m,电机

53、在风筒内2?132?14电机在风筒外 2-15Ce:定压比热容,且Cp1008J/Kg.K。5试验风机转速n测量风机转速可以采用转速表或测速仪进行测量,现在大多采用自动化的数字转速表。测量方法比较简单,这里不做详细介绍。6风机效率仇计算”:!:旦:苎2-16JoooP.舯铲最翻 沪mr1+塑2-18P。一P,z。:丝jL 2?19k qwP“2.1.2风机在线运行性能数据测量风机在线性能模型与国标规定的风机标准性能计算方式有很大的区别,采用的仪器仪表有很大的区别。以下针对流量、压力、功率等性能数据的测量进行讨论。下面以引风机为例,讨论在线运行时的性能模型。1风机在线流量测量流量作为重要的性能数

54、据之一,在试验室进行性能测试时,可以保证风机性能数据的准确性、可靠性,以及保证结果是否在规定范围以内。而现场设备上没有满足性能测试要求的测量装置,也没有试验装置中所要求的测试流量的测量位置、直管长度、管道的均匀度等,这给现场风机的性能测试带来一定的困难。为了方便地测量风机在线流量,经过对上述测量方法的比较,根据现场维护、运行的要求,综合考虑各方因素,选用合适的流量测量装置,或者根据要求对现有的流量测量装置进行改造。如果采用皮托管一种标准的动压测定管来测量14东南大学博士学位论文流量,则可以根据皮托管所测量出的动压值即可以计算出气体的流速妇Vd“2等cm触上式中m:截面动压平均值p。;髟:动压修

55、正系数,标准皮托管K1:t9:被测流体密度kg/m3。也可以采用其它测量速度的方法测量出流体的速度等。然后由连续性方程即可求得气流流量玑:g,彳. m3/s;式中A:管道横截面积m2:2?19如测速管、激光测速仪2?20由于皮托管只能测量截面上某一点的流速,而所需要的是截面的均匀流速。因而在截面上同时获取若干点的流速,取其平均值,这就要求正确选择测点。根据相关资料的介绍,选择测点时把管道分成若干面积相等的同心圆圆形管道或者面积相等的矩形矩形管道,具体的方法参考有关资料。但是由于现场条件的限制,风机的进出口管道直管段不长,管道直径很大,不可能安装如此多的皮托管:同时由于风机进出El流场的不均匀性

56、和不稳定性,测点过少又不能获得准确的数据,因而必须采用合理的测量手段、测量方法来满足性能优化要求。2风机压力测量压力的测量和标准风机性能测试一样,在直管长度大于管道4Dn处,进行压力测点布置,并取其平均值。对于压力较高的离心风机来讲,直管长度还要长,才能使气流密度、流速和压力分布均匀12”。3风机轴功率测量方法根据各厂的要求和可能的条件进行测量,或者直接进行输入功率的测量。4其他辅助数据的测量及计算1气流密度计算流体密度的计算和测量在实际的运行工况中是比较麻烦的,尤其是在变工况运行的情况下。燃料完全燃烧后烟气的成份主要为C02,S02,H20,02,N2:在燃烧不完全时,除以上成份外,还会有未

57、燃烬的CO,CH4及H2等;在运行时对烟气成份进行测量,烟气还包括部分固体混合物。因此从上面的分析可以看出测量烟气的成分比较复杂。但还是可以根据定义求出烟气的密度p,:kg/m 2?21可以根据式2?21?1求出烟气的密度p?15第二幸性能模型建立及分析p.Py2可历葫岬如kg/m3式中西:烟气压力Pa;ty:烟气温度;Psi:折合到单位烟气体积的固体混合物密度km3:尺:烟气气体常数,计算方法如下【22】:月t足 2?22式中z,:烟气的所含气体成分的质量成分;髓:烟气的所含气体成分的相应的气体常数。2风机进口密度计算风机的进13密度和烟气的密度相似,只是因为压力的变化而引起的差别:P。P,2一R273.2+t;Kg/m3 2?233风机进口流量。一业“p, m 2?2