基于热经济学矩阵模式的发电厂热力 系统经济性分析
肖世钊
（首钢京唐钢铁联合有限责任公司，河北唐山063200）
摘要：对热经济学分析方法进行简要介绍，运用热经济学矩阵模式对某300MW机组进行热经济性分析，得出机组在设计工况下的单位衍成本和热经济学成本，并对机组热力系统性能进行评价，指出机组在运行中需要重视的热力设备.
关键词：热经济学：；矩阵模式
中图分类号：TK-09文献标志码：B文章编号：1009-3230（2013）08-0014-05
MatrixModelsBasedonThermalPowerPlantEconomics EconomicAnalysis of Thermal System
XIAO Shi-zhao(Shougang Jingtang United Iron & Steel Co. Ltd Tangshan 063200 China)
Abstract: The economic analysis methods to heat a brief introduction the use of a matrix pattem hoteconomics300MWunit condueted heat eenomy analysis the design condition unit in the unit costand thermal exergy cost economics and the Themmal System perfommance evaluation pointing out thatin the operation of the unit need to focus on themal quipment.
Key words: Hot econcenics; Exergy; Matrix pattem
模式-.矩阵模式热经济学是前几种模式的综合，代表着热经济学发展的最新成就.文中将采 用矩阵模式热经济学方法来分析发电厂发电成本以及对发电厂热力系统性能进行评价.
0引言
热经济学是一门把热力学分析与经济因素统一考虑的交叉学科.它是在炬分析法的基础上发展起来的，烟分析法综合考虑了能的”量”和”质”两个方面，能够真正反映出能量损耗的实质，比以热力学第一定律为理论基础的能平衡方法客观、准确，能够道踪系统中能量生产与转移的过程，也是追踪成本形成过程，能够有效解决热力学第一定律分析方法的不足.热经济学分析方法主要包括”会计模式”、"优化模式”、“结构系统模式”与“符号烯经济模式”，国内也称之为矩阵
1热经济学矩阵模式分析方法及相关概念
1.1关联矩阵A
所请关联矩阵也即事件矩阵，是表明系统中各股烷流与各子系统联系的矩阵.若系统中包含m个子系统，n股规流，则其关联矩阵为A（m×n），通过矩阵分析就可以知道系统内各股物理流 与各子系统的相互作用情况，如实地反映系统内部所进行的过程.其元素a以下法记之：
当烟流输出子系统i时，记作a=1；输出子系统时，记作a=-1；既不输人也不输出的记作a=0，表示与子系统无关.这样可通过矩阵描述
整个系统的特征.
1.2燃料一产品定义[3]
出人各子系统的烟流，按其作用和目的可分成“燃料F"与”产品P”两部分.所谓"产品“是指作为子系统生产目的的硼流，面“燃料”是为获得产品需要消耗的炬流.为了更清楚地表示各子矩阵，即燃料矩阵A，和产品矩阵A.矩阵元素 系统的”燃料”与”产品”，把关联矩阵A分成两个标记如同关联矩阵A.
若B（mx1）为各股流的规坐标向量（ko），用它来联系系统内部各子系统.那么
A=A -A; A B = F;A B=P; AB=I;F-P=1
式中：F、P、I（nx1）分别为系统的燃料向量、产品向量和不可逆性损失向量.
1.3单位烟成本及单位热经济学成本）
单位短成本指在边界条件已定，子系统的分布和端流分布都已知的情况下，生产单位物流所需的燃料烷量，是一个无量纲量.
生产的烟流所需要的现金值. 单位热经济学成本指每单位的烷在系统中所
2热经济学矩阵模式计算方法
引人事件矩阵A后，系统的烂平衡可写为：
式中：B（nx1）为流向量：（mx1）为各子系统的烟损.
子系统的燃料炬流以及产品佣流可写为：
F=A ×B和P=A ×B
式中：F（mx1）为燃料烟流向量；P（mx1）为产品.娲流向量.
若系统有m个子系统，可列出m个现金平衡式，以矩阵表示为}
式中：B（nxn）为曰向量的对角阵；C（aX1）为.阅成本单位向量.
对于任何系统、其中的烯流数n总大于子系就需增加n-m个补充方程.这些补充方程以矩 统数m.要对每一股物理流求得准确的唯一解，阵表示为：
式中：a为包含（n-m）行、n列的矩阵；W为（n-m）维的列向量.
3热经济学矩阵模式计算分析
型号为N300-16.67/537/537，有8级不调整抽 以300MW凝汽式机组为研究对象，汽轮机汽，回热系统为“三高、四低、一除氧”，采用疏水逐级自流方式.给水泵配有前置泵，经常运行为汽动泵，驱动小汽轮机为豪汽式，正常运行时汽源取流的短值，参考环境设定为To=273.16K，Po=0. 自第四段抽汽，排汽引人主凝汽器.要确定每一股1MPa，燃料的比短近似等于高位发热量.
3.1物理结构图绘制
首先，参照热力系统图，根据各热力设备的功能，选择较低的集成度，将整个机组划分为16个子系统，38股烟流，需补充22个方程.应用机组 设计工况参数进行分析.其中锅炉分为过热器和再热器两个组元，最后一级给水加热器和轴封加热器看做一个组元，其它各个设备分别为一个组元，由此绘制成物理结构图（如图1和图2所示）.
至1基300MW机组黄化热力系统图
组元的产品都应进入虚拟的汇集组元J1.高温 功能、都是把给水加热产生高温高压蒸汽，故这些蒸汽作为燃料，流人汽轮机、各给水加热器、除氧器、小汽轮机、凝汽器，故在汇集组元Ⅱ1之后设置一分支组元B1，把燃料在各组元之间合理配置.凝汽器的生产功能从热力学角度来看，是减少汽水循环中由于过程中的不可逆所增加的，使工质返回到热力循环的起始状态：从数学角度来看，凝汽器中滴的减少等于产生负滴，很多学者将负作为凝汽器的产品.负（N=To*（Si-So)）具有能量的单位，在热经济学中其含义是将凝汽器余热排放所消耗的燃料资源按照各设备不可逆端增的比例分摊到各个设备，作为各设备由于不可逆滴增而额外消耗的燃料资源（FS）.除凝汽器和发电机外，系统组件都消耗两种燃料：①烯资源（FB）：②凝汽器所产生的负(FS)-
图2第300MW机组的物理结构图
3.2生产结构图的绘制
据前文所述燃料一产品定义，建立整个系统各组元间的”生产关系”，即资源在系统中的消耗及其在组元之间的配置，生成生产结构图（如图3所示）.在画生产结构图时，尽可能使每个单元只有一个燃料流，一个产品流.生产结构图中除了包含真实的单元外，还包含两种虚拟的单元，一种单元是用于汇合烟流的，即有多股烟流输人，一股流输出，称为汇合单元：另一种单元是用于分流流的，即有一股炳流输人，多股烟流输出，称为分流单元.例如，凝结水泵、给水加热器、除氧器、给水泵、锅炉这些组元具有相关联的
图3300MW机组生产能构图
3.3单位短成本的计算
系统的事件矩阵（即其关联矩阵）A（mXn）展开后见表1.
全系统共划分16个子系统和38股炬流，即m=16，n=38.按前述关于矩阵元素的规定，此
内继发电机、配套余热直燃机技术参数
123 1739202122X252627229X0312035368 1000000000-1-00.10000 0000- -1100.000.1-00.100000000.0000.1000000000.-.1000.1-.00.000 00.010000000000-1.100000 -1000000000000006 7 00000.1000000c000-1.1c000.1- 100c00000000000000-11- .10000000000-100000.1-1.1000120000-1-1-1-00-1000 1110000 010 -11000 0D001-6 0 0 00000.1-10000 -100000000000
根据前面物理结构图知每个单元都有自己的任务，都将消耗一定量的烯，并生产出一定量的规，供给其它单元或供给环境，即终端产品.将单元消耗的炬统称为燃料，生产的短统称为产品.由的单元及连接单元的燃料和产品构成的图，称为生产结构图.前已述及单位短成本的定
文，由此可得单元产品的单位炜成本为产品的单位烟所消耗的外部佣.
根据图2中划分的组元，应用设计工况的热工试验数据进行计算，计算中考虑了轴封漏汽及管道的损失，此外将锅炉的产品及系功作为机组的外部燃料.计算结果见表2.
表2
单元序号 单元名称 燃料的单位 产品的单位 元效率 换失 损失的外烟或本 成本2 1 二号商加 一号高加 1.095 1.096 1.171 1.183 S60 0.926 1107.9 1445.8 1213.2 1584.63 4 三号高加 除氧器 1.614 1.100 1.684 1.253 0.959 0.877 1458.2 1219.5 1 604.0 1 968.35 五号低加 1.088 1.251 0.870 842.92 917.17 6 六号低加 七号低加 1.093 1.078 1.241 1.306 0.880 0.825 519.12 410.48 559.6 448.710 八号低加 高压缸 1.076 1.177 0.914 7186.6 141.54 7819.0 152.311 1.073 1.088 1.136 1.174 0.944 0.927 4918.8 5 277.913 12 爱汽器 低压缸 1.076 1.206 272 226 1.156 0.004 0.931 10117.8 10 607.4 10 8865.8 12 792.514 给水泵 小汽机 1.353 2.220 0.609 2521.7 1 637.9 3411.9 1 770.516 1.081 1.362 0.794
表2中列出了各单元燃料的单位短成本及产品的单位烟成本等数据.仅对汽轮机组进行分析，将锅炉的产品及泵功作为机组的外部燃料.由于给水泵靠小汽机驱动，凝结水泵消耗的功又比较小，因此外部燃料主要是锅炉的产品，将锅炉
产品的单位短成本取为1，而实际上如果将锅炉也包括在系统内进行分析时，钢炉所消耗的燃料是外部燃料，它的单位端成本取为1，则锅炉产品的单位弧成本大于1.将锅炉产品的单位用成本取为1，只是影响单位远成本数值的大小，使单位
烯成本较低，但并不影响相对大小，因此不影响对机组的分析结果.通过结合图2及表1的数据可以看出系统终端产品成本的形成过程.表1中单元的”损失的外部烷”一项为”端损失”与”燃料的单位端成本”的乘积，它反映了该单元的焖损失所造成的外部燃料损失.由于各单元燃料的单位罚成本不同，因此相同的短损失会造成不同的外部燃料损失，显然各处的炬损失不能等同对待，燃料的单位短成本大的单元中的烷损失会造成大的外部燃料损失，应尽量减少其炳损失，提高其烘效率.由结果可见，除氧器的燃料的单位调成本最高，其次是给水泵和凝汽器，因此它们的烘损失会造成更大的外部燃料损失，提高它们的拥效率更应受到重视.除氧器的炳效率已经很高.给水泵的烧效率较低，应考虑提高给水泵的祠效率..由于凝汽器放出的热量未加以利用，因此焖损失很大，短效率很小.但这并不是凝汽器这个设备本身的间题，面是热功转换过程遵循热力学第二定律的结果.
表3列出了各股词流的单位成本，形象地描述了成本形成的过程.凝汽器输出流（第33股炳流）的单位完成本最高，说明生产单位该股流花费了很高的代价，但从炯成本来看，所消耗的燃料烂量却是很少，因为这股端流的品味很低测值很小.若给定燃煤市场价格，可计算每股炳流的热经济学成本.
4结束语
（1）系统的生产结构图及短流的单位河成本计算结果，能够形象地表明系统终端产品胡成本的形成过程.
（2）单元的端损失与该单元燃料的单位烯成本的乘积，可以反映出该单元的烯损失所造成的外部燃料短的损失.
（3）规损失不能等同对待，燃料的单位烧或本较大的单元中的烂损失会造成较大的外部燃料损失，应尽量减少这些单元的罚损失，提高其短效率.
（4）燃料的单位端成本较大的单元有除氧器、给水泵和凝汽器，因此它们的烯损失会造成更大的外部燃料损失，提高它们的端效率更应受到重视.
计算该热力系统各股烧流的单位调成本.根据图1中的焊流，计算结果见表3.
表3 单位或本计算结果
参考文献
台 1 单位烧成本 2.1640 低流序号 20 单位成本 2.16342 2.1640 21 2.16403 4 2.1101 2.1101 22 23 2.1311 2.11925 6 2.110 1 2.110 1 24 25 2.1101 2.110 17 2.1101 26 2.1101$ 9 2.1101 2.1101 27 28 2.1634 2.110110 11 2.9274 2.438 5 30 29 2.1640 2.164 012 3.168 5 31 2.110113 14 3.3906 3.6742 32 33 2.1101 193.69915 16 4.376 7 5.969 8 34 35 47 782417 7.532 6 36 2.1101 2.164018 19 10.610 7 12.640 3 37 38 2.1640 2.4385
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