[科普中国]-虚拟热力系统

研究背景

为了实现电能的连续生产，实际热力系统的结构都是非常复杂的，传统的做法是在将实际热力系统分解为主系统和辅助系统基础上，分别计算主、辅系统对热经济性指标的影响，然后再合成最终的热经济指标。这种处理方法，摒弃了常规热平衡法牵一发而动全身的缺点，尤其在分析辅助系统(或扰动)对热经济性的影响程度时，可以用简捷的局部运算近似代替整个系统的繁杂计算，非常符合以手工计算为基点的热经济性分析方法的要求，在等效热降法和循环函数法中得到了广泛的应用。但是，在热经济性计算中，相比辅助系统而言，主系统的计算更具有规律性和简捷性，因此若以一个热力系统结构和热经济性指标不变，且只具有单一主系统的热力系统来代替实际的热力系统，无疑能够大大简化热力系统热经济性的计算分析过程，并探究其规律。1

虚拟热力系统简介我们将满足以下两个条件的热力系统定义为与所研究实际热力系统相对应的虚拟热力系统：

(1)热经济性指标与所研究的实际热力系统相等；1

(2)热力系统结构与所研究的实际热力系统中主系统结构相同，且不含任何辅助汽水成分，为单一主系统结构。

符合构造条件的虚拟热力系统形式不是唯一的，虚拟热力系统的引入，使热力系统热经济性计算分析的问题简化为对主系统的研究，其核心可以归结为两点：第一，选择合适的主系统分析方法；第二，归并各种辅助汽水成分，以构造与主系统分析方法相适应的虚拟热力系统。

虚拟热力系统构造符合构造条件的虚拟热力系统形式不是唯一的，但虚拟热力系统和原实际热力系统的热经济性计算结果必须是相同的。例如：可以在不改变各加热器连接形式、给水、疏水参数的前提下，通过改变回热抽汽参数来归并原实际热力系统中的各辅助汽水流，如图1、图2所示。图1为附带各种辅助成分的第i级加热器，图2则是将各种辅助成分归并之后的虚拟热力系统，其形式和原热力系统中的主系统完全相同。在虚拟热力系统中，只包含主循环，各种辅助汽水流对回热抽汽的影响都在加热器抽汽焓值变化Δhi中得到体现，根据各加热器能量守恒、质量守恒，Δhi的计算公式为：2

其中，加热器序号从高加到低加递减排列。

也就是说，在热经济指标计算上，任意一复杂的实际热力系统都可以用构造出的虚拟热力系统来替换，所构造的虚拟热力系统与原实际热力系统在加热器连接形式、疏水、给水参数方面完全一致，只是加热器进口抽汽烩值变化为hi+Δhi，但外在形式却与单纯主系统完全相同。因此，对实际热力系统热经济性计算分析的问题就可以简化为对主系统的研究，而相对辅助系统而言，主系统的分析要简单得多。