大型燃煤发电机组节能诊断理论与能效评价方法研究

It is of great significance for energy conservation and emission reduction to realize the in-depth energy saving of large coal-fired power units. With the ever increasing 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.

大型燃煤机组的深度节能对我国节能减排战略具有重要意义。而随着燃煤机组容量、参数及环保要求的不断提高，其系统复杂性逐渐增加、外部影响因素与符合(负荷)条件也更加复杂多变，从而为燃煤机组的节能诊断与能效评价提出了新的重大需求。本项目从热力学、流体力学、控制科学、信息技术和先进检测技术等的交叉融合角度，采用理论分析、系统模拟、实验研究和现场试验等手段和方法，通过研究燃煤机组在系统、过程、设备不同层面上的多尺度耦合机制及全工况运行规律，建立多目标综合评价体系，提出燃煤发电机组节能诊断理论，在此基础上开发火电机组全工况节能诊断系统并应用于大型燃煤发电机组，具备关键参数精确测量，机组全工况能耗特性的可视化表征和能耗诊断，机组全方位节能优化指导，多目标能效评价与指标考核等功能。本项目研究将为我国火力发电的深层次节能和确保未来我国火力发电高效、环保发展奠定科学的理论基础。

项目面向新常态下我国大型燃煤发电机组深度节能减排的重大需求，从热力学、流体力学、控制科学、信息技术和先进检测技术等的交叉融合角度，采用理论分析、系统模拟、实验研究和现场试验等手段和方法，系统研究复杂系统和多变边界条件下大型燃煤发电机组的节能诊断与能效评价。项目综合考虑机组能耗、水耗和排放指标开展机组的广义能耗评价，建立了综合反映能量数量和品位利用情况的热力学完善程度多目标评价指标和评价方法；提出绿色供热概念，基于绿色热指数指标评价热电联产的综合能效和考核体系。基于改进的单耗分析方法，确定了不同运行边界和运行工况下，燃煤机组在系统、过程、设备不同层面上的能耗分布规律和能耗作用机制；在此基础上开展锅炉烟气的余热深度利用，打破常规单元划分界限，提出了深度机炉耦合热集成技术，在大温区多工质间更彻底实现能量的梯级利用。建立了各主、辅设备及子系统的GSE变工况模型，研究机组随负荷变化的多尺度耦合机制及全工况运行规律；获得了主要设备的瞬态工况特性及能耗作用机制。提出了“能耗基准状态”和基于能耗时空分布和数据挖掘的燃煤发电机组节能诊断理论和方法，开发了火电机组全工况节能诊断系统并应用于工程实践，为我国火力发电的深层次节能和确保未来我国火力发电高效、环保发展奠定科学的理论基础。.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85篇，其中SCI收录23篇，EI期刊收录20篇。申请发明专利46项，其中已获得授权30项。项目执行期间，已培养青年教师7人，博士后2名，博士生11名，硕士生26名，项目负责人和项目骨干成员先后获得多项省部级以上荣誉称号和基金项目。本项目研究成果已部分应用于国电、华能、中兴电力，特别是神华集团的多台发电机组的工程实践中，涉及机组变负荷能耗特性研究，深度机炉耦合、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千万元。