复杂多变边界下燃煤机组全工况能耗基准状态的诊断与优化

It is of great significance for energy conservation and emission reduction torealize the in-depth energy saving of large coal-fired power units. With the everincreasing requirements for unit capacity, working parameters and environment protection, the structure of power system becomes more complicated with varying load demand and external boundary conditions. This calls for a new essential requirement for the energy-saving diagnosis and energy-efficiency evaluation of coal-fired power units. With the interdiscipline of thermodynamics, fluid mechanics, control science, IT and advanced measuring technology etc., the theoretical analysis, system simulation, experimental research and field testing are introduced in this work. The multi-scale coupling mechanism and all-condition operation laws are studied in the aspect of system, process and equipment to build a multi-objective comprehensive system and to propose the energy-saving diagnosis theory for coal-fired power units. Based on this, the all-condition energy-saving diagnosis system is to be developed to accomplish the accurate measurement of key parameters, visualized characterization and diagnosis of energy consumption, the comprehensive guidance for energy-saving optimization, multi-objective energy-efficiency evaluation and index assessment of power units. This research is to lay a scientific foundation for the in-depth energy saving, more efficient operation and environment-friendly development of thermal power generation.

火电机组深度节能仍是实现我国能源电力工业资源节约和可持续发展的关键问题。运行于多变边界条件下对火电机组节能理论研究带来了新的挑战，同时也使该方向理论研究与工程实践具有重大的节能潜力预期。本课题以不同边界条件和运行工况下火电机组能耗分析与节能诊断优化为研究面向，开展复杂边界条件下机组的基准运行状态理论与能耗特性表征方法研究，提出机组基准运行状态的热力学释义、数学表征方法，以及基于数据挖掘的自适应智能辨识理论与算法研究；丰富和完善机组节能诊断与优化理论，建立多变边界条件下火电机组基准状态及完整关键运行控制变量优化目标值集合的提取理论和方法，对实现我国火力发电的深层次节能具有重要理论与应用价值。

火电机组深度节能仍是实现我国能源电力工业资源节约和可持续发展的关键问题，运行于多变边界条件下对火电机组节能理论研究面临巨大的机遇和挑战。本项目基于改进单耗分析理论和大数据分析方法，综合考虑大气污染物指标，基于因子分析和主成分分析方法建立了广义能耗系统热力学模型，得到不同工况下各类设备的能耗分布规律和变工况特性；提出了基于“能耗基准状态”的节能诊断方法，基于改进单耗分析方法开展复杂边界条件下火电机组全工况基准运行状态精细表征；建立了包括锅炉、汽轮机及回热等子系统关键设备的大型燃煤发电机组的流程模型，获得了不同工况条件下主要设备的内部附加单耗与外部附加单耗的分布及其影响因素；确定了能耗基准状态条件下各主要设备的基准附加单耗和降耗效应以及变化规律；建立了反映机组能耗与负荷、环境条件、煤种等因素依变关系的定量计算模型，研究确定了不同负荷下煤质和循环水温度对受热面换热系数的影响，得到机组能耗基准状态的变化规律和节能潜力；开展基于大数据分析方法的大型火电机组“能耗基准状态”节能诊断应用研究，利用机组海量运行数据，基于模糊粗糙集和模糊聚类方法，确定多变边界条件下的实际可达能耗基准状态，建立机组节能优化知识库，用于机组运行优化和厂级负荷优化分配等工程实践。结果表明：不同边界条件下，基准状态下发电煤耗可降低1-2 g/kWh。.本项目已完成计划书制定的研究目标，并取得了一定成果。目前已发表论文27篇，其中SCI收6篇，EI收录13篇，申请并获授权发明专利4项。项目执行期间，已培养青年教师2人，博士生2名，硕士生5名。本项目研究成果已部分应用于国电、华能和神华集团的4台发电机组，涉及机组变负荷能耗特性研究，供热机组节能升级改造和空冷机组冷端性能优化等方面，为企业创造直接经济效益逾百万。