复杂热力系统非稳态工况热力学分析理论与节能基础研究

本项目针对我国节能减排重大需求及热力系统将更多地运行于更加剧烈的非稳态工况这一背景，综合运用热力学、热动力学和非稳态传热学的相关理论和方法，对复杂热力系统非稳态工况热力学分析理论及节能基础进行研究。首先，在对非稳态过程机理定性分析、非稳态工况参数计算方法及性能评价指标等问题研究的基础上，以三大守恒方程、熵率平衡方程和（火用）率平衡方程为基本依据，构筑基于热力学第一、第二定律的完整复杂热力系统非稳态工况热力学分析理论，并建立深入单元内部的系统非稳态热力学分析数学模型；然后，将该理论和模型应用于多种类型火电机组的复杂热力系统，进行系统能耗时空分布规律的定量、深入探索，以揭示节能的关键部位和过程，并进行以系统热经济性为目标、机组安全性为约束的过程优化，以获得过程的最佳路径。本项目研究成果将为热力学研究开辟新的领域，同时也将为火电机组等复杂热力系统节能减排新途径和新方法的提出奠定理论基础。

本课题针对我国节能减排的重大需求及热力系统将更多地运行于更加剧烈的非稳态工况这一背景，对复杂热力系统非稳态工况热力学分析理论及节能基础进行了研究。首先，提出了广义全工况的概念和非稳态工况性能评价指标，并对各类单元的机理进行了定性分析；然后，建立了深入单元内部的系统非稳态热力学分析数学模型，进一步结合非稳态下热经济性指标的计算方法，形成了适用于任意工况的机组煤耗计算的一般方法；最后，将该方法和模型应用于火电机组的复杂热力系统的多种工况，结合获得的水和水蒸气蓄热性质图，进行了系统能耗时空分布规律的定量、深入探索。所得主要结果与结论如下：①金属蓄热随着金属温度变化率的上升呈线性增加，增加速率取决于该受热面金属质量和比热容的乘积；工质蓄热随参数变化率的变化取决于工质的蓄热特性，随负荷的变化不仅取决于工质的蓄热特性，还与所研究的始、终点的位置有关；②在亚临界压力下，随着机组负荷上升工质蓄热比例上升，工质蓄热大于金属蓄热；而在超临界压力下，随着负荷上升，金属壁面蓄热比例上升，接近满负荷时，金属蓄热占机组总蓄热的比例可达88.4%。③省煤器为机组中蓄热最大的受热面，其蓄热约占机组蓄热的31.6%~96.2%，低温再热器（水平段）次之，约占2.9%~31.7%，再次为水冷壁和分隔屏过热器等；④机组蓄热影响煤耗增量随负荷变化速率的增大而增大，随着负荷的上升而不断减小并且在上升至满负荷时煤耗增量为最小值；⑤实例中30%~100%BMCR升负荷过程由于机组蓄热而造成煤炭消耗为1342.9kg标准煤。本项目研究成果为火电机组等复杂热力系统节能减排新途径和新方法的提出奠定了理论基础。已在国际国内刊物上发表论文16篇，其中SCI收录1篇，EI收录9篇；撰写、在审、修改论文6篇，其中2篇投至SCI 期刊。