加热器端差对1000MW机组热经济性影响的数学模型研究.pdf

第 55 卷 第 2 期 2013 年 4 月 汽轮机技术 T U R B IN E T E C H N 0 L O G Y V ol _55 N o 2 A p r 20 13 加热器端差对1 000M W 机组热经济性影响 的数学模型研究 周振起 ， 李晓东 ， 王 涛 ， 李昕东 (1 东北电力大学能源与动力工程 学院， 吉林 132012 ； 2 山西电力职业技术学院， 太原 03000 1) 摘要： 在凝汽系数法基本理论的基础上定义了凝汽系数变动率的概念。采用凝汽系数法， 从反平衡的角度出发， 针 对不同型式的加热器， 通过严密的数学推导 ， 得出了加热器端差对经济性影响的凝汽系数模型。以超超临界参数 1 O00M W 机组为研究对象， 运用所建立的凝汽系数模型定量分析了表面式加热器端差对该机组热经济性的影响， 并将凝汽系数法模型与等效热降法模型的计算结果进行了对比， 结果表明， 凝汽系数法具有模型简捷、 结果准确的 特点。 关键词： 加热器 ； 端差； 1 000M W 机组； 凝汽系数法； 定量计算； 热经济性 分类号： TK284 1 文献标识码 ： A 文章编号： 10015884 (2013)02-0089-04 C al c ul ati on M ode on the Infl uenc e of T erm i nal T em perature D i fferenc e on H eat E c onom y of 1 000 M W U ni t Z H O U Z hen q i ，LI X i ao-dong ，W A N G T ao ，L I X i ndong (1 Energy and Power Engi neeri ng Insti tute ， Northeast D i anl i U ni versi ty ， Ji l i n 132012 ， Chi na； 2 Shanxi V oc ati onal and Tec hnol ogy Col l ege of El ec tri c Power， Tai yuan 030001， Chi na) A b stra c t： B asi ng on the exhaust c oeffic i en t c al c ul ati on m eth od w h i c h i s anti bal an c e m eth od ，a i m portant c onc epti on ， w h i c h i s c al l ed as rate of c h an ge i n exh aust c oeffic i ent，i s defi ned i n the paperE xh au st c oeffic i en t c alc ul ati on m od e for di ff erent h eater types on term i nal tem perature d i fferenc e of heater i s d efi ned an d rec om m en ded by stri c t deduc ti on and dem o nstrati on T aki ng i ntrodu c ed 100 0 M W un i t for exam p l e ， th e pap er anal yzes the i nfl uen c e of term i n al tem peratu re di fferen c e o n heat ec o nom y of u ni t b y exhaust c oeffic i en t c alc u l ati on m ode and the resu l ts of exh aust c oeffi c i ent c al c ul ati on m od e i s c om p ed w i th th e resul ts of posi ti ve balan c e m etho d ；T h e re sul t sh ow s th at th e exh aust c oeffi c i ent c al c ul ati on m ethod i s rap i d ，c onveni ent and ac c urate K ey w ord s ： h eater ； term i n al tem p eratu re d i ff eren c e ；1 000 MW u n i t；exh au st c oeffi c i ent c alc u l ati o n m eth od ； q u an ti ta tive c a l c u l a ti on ； h eat ec on om y 0前言 凝汽系数模型。并以某 N 1000 25 0 600 600 机组热力系统 为研究对象 ， 运用所建立的模型对端差造成的热经济性影响 进行了定量分析。 表 面式 回热 加热器 是热 力系 统的重 要设 备之 一。其运 行水平影响 着机组的热经济性， 主要表现在加热器端差、 抽 1 凝汽法的基本原理 汽管道压损和散热损失等因素对热经济性的影响。表面式 回热加热器在运行中由于各种原因产生给水加热不足称为 11 凝汽系数的概念 、 功并 慧 凳 失 ，降低了装置的热经济性。定量分析加热器端差对机组热 ： 二 ，止 ： 一 。 一 。 经济性的影响， 对热力系统的设计优化 、 节能改造、 现场运行 系数的计算 管理有重要的意义。因此 ， 有必要对加热器端差造成的影响 1 2 1 抽 汽凝汽 系数计算通式 进行定量的分析、 计算。 对于疏放式加热器 No ，无论其后相邻 No 一1是汇集 针对端差对热经济性影响的研究方法多为正平衡法 ， 如 式还是疏放式加热器， 其抽汽凝汽系数计算通式为： 嚣 =( 一 ) 厦 垩 衙 法 =二 凝 系 数 法 建 立 了 端 差 对 热 经 济 性 影 响 的 g 收稿 日期 ： 2012-06-08 作者简介 ： 周振起 (1963一 )， 男， 教授 ， 从事节能理论及节能技术的教学研 究工作 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 汽轮机技术 第 55 卷 对于汇集式加热器 No， 如果其后第 m 级加热器也是汇 集式加热器， 则其抽汽凝汽系数计算通式为： J一 1 一 = 一 L， (2) 如果 与 m 级加热器之间还有其它的汇集式加热器， 上 式也适用 。 式中， ， J， 表示 N o加热器的凝汽系数； ， 表示 N o加热 器中 l kg 水的比焓升； 表示 N o 加热器中 l kg 抽汽的放热 量 ； 表示 l kg 疏水在 No 加热器中的放热量。 1 2 2新蒸汽毛凝汽系数和净凝汽系数的计算通式 新蒸汽毛凝汽系数计算通式为： 一 L = 一 ， (3) 新蒸汽净凝汽系数计算通式为： z 一 = 一 ， + (4) 式中， m 为与锅炉相邻的一个汇集式加热器的编号， 实际计 算中 常取作除 氧器， 为各种辅助成分引起的 凝汽份额 变 化量 。 1 3 再热系数计算 1 3 1 抽汽再热 系数计算通式 No加热器排挤 l kg 抽汽通过再热器的份额称为抽汽 再热系数， 用 Ol rh-j表示。N o c 为再热冷段加热器， 显然对于 N 0 c以后的加热器有 一 ， = 0 ； 再热冷段加热器 一 = 1； 再 ， 热冷段及以上抽汽再 热系数 r_= 。 c 1 3 2新蒸汽再热系数计算通式 1 kg 新蒸汽在高压缸做功后进入再热器的份额称为新蒸 汽再热系数， 新蒸汽再热系数计算通式： o ! = 一 童 ： 一 亡 奎 新蒸汽净再热系数计算通式： 一 1骞 q-mOlrh 2 回热加热器端差变化对机组热经济性影 响的凝汽系数模型 文献7 中对凝汽系数法的基本理论作出了阐述， 本文 ， 在其基础上提出了 凝汽系数变动率的概念， 即： ， = ， 表 qJ 示单位放热量所引起的 级回热加热器凝汽系数的变化量。 式中， 为 级回热加热器的凝汽系数， 表示， 级回热加热器 l kg 抽汽在汽轮机中做功后到达凝汽器的份额； qj 为 l kg 抽 汽在 级回热加热器中的放热量 。 假设 由于 No加热器端差的影响， 使该级加热器出口 水焓下降 r ， 根据 No + 1 的不同类型可以分为以下 4 种情 况。 2 1 No + 1 加热器为不带疏水冷却器的表面式加热器 图 1 中由于N o加热器端差增大， 使得 N o 加热器出 口给水焓值下降 ， ， 引起 No 加热器抽汽份额减少二 ， 。 q 下 N o + l 加热器抽 汽份额增加 ， 从 而引起凝 汽份额 的变 + 1 化 。 l N oj 图 1 No + 1 加热器 为表面式加热器 凝汽份额变化量为 ： ( 一 ) ( 一 嚣) 、 qf g 7+l ， 、 g 7 qf+l 循环吸热 量的变化量 为 ： 棚 式中， 为 各 种 辅 助 成 分 引 起的 再 热 份 额 变 化 量 。 1 4热力系统局部变动前后汽轮机绝对内效率计算式 局部变动前汽轮机绝对内效率计算式： 1 _ (7 ) 局部变动后汽轮机绝对内效率计算式： 小 (8) 热力系统局部变化前后绝对内效率相对变化量的计算 公式 ： 溉= = 等 (9) 式中， q 为 l kg 新蒸汽的吸热量变化； AL 为新蒸汽的净凝汽 系数变化量 ； q 为局部变化引起的热力循环除凝汽器外的 其它部位非凝汽放热量。 (10 ) (1 1) ，一 一 一土 j q 1 q |L l-I q 式中， a Q为 No加热器排挤 l kg 抽汽在再热器中吸收的 热量 。假设 N o c 加 热器 为再 热冷段 加热 器 ， 则循 环 吸热量 的变化量公式中 C 一1。 2 2 N o 1 加热器为带疏水冷却器的表面式 加热器 图2 中No+ 1加热器带有疏水冷却器， 假设疏水份额 为口， 由于疏水冷却器利用了本级疏水的热量， 从而改变了该 级加热器的凝 汽系数 和抽汽放热量 。当下端差不变时有 ， = t r， 。设 f+I 、 +。 分别为局部变动后的抽汽凝汽系数和 抽汽放热量。 1一 等 ) 1一 ) qj+l =qj+l+ 经推导可得 ： 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2 期 周振起等： 加热器端差对 1 000M W 机组热经济性影响的数学模型研究 91 N o3+1 N o3 图 2 带疏水 冷却器的表面式加热器 +- 一 专 (专 + 一专 ) 凝汽系数变化量为： AL = Ol (1 一 ) ( + 一专 ) 带人得： ( 一 卢 ( + 一 )(12) 2 3 N o + 1 级加热器为 汇集式加热器 图 3 中 N o + 1 加热器为汇集式加热器 ， 当 N 0 级加热 器出口端差增加 r， 时， No 级加热器出口水焓下降 ， ， 不 仅使 N o与 N o+ 1 加热器之间发生热量转移， 改变各 自的 抽汽份额， 而且使 qj+ 和 + 发生变化， 从而使凝汽份额发生 改变。 N o 1 N o3 图 3 No + 1级加热器 为汇集式加热器 ： ( 一 qj) ( 一 ) qi +l = +1 一( 一 ) = qj+1 + 对于 No + 1 级加热器 ， No端差增大 t-j使其抽汽份 额增加， 故其凝汽系数变化量为： 一 + 压加热器， 故不会引起循环吸热量的变化。 2 4末级加热器端差的分析 图4 中加热器为热力系统的末级加热器 ， 当末级加热器 端差增大 t-j会使进入锅炉给水焓下降 Arj， 从而使给水在 锅炉中多吸收 的热量。 N o j 图4 末级加热器端差 凝汽系数变化量为： A L ： T| i 循环吸热量变化量为： Ag = + Q = l+ ) 3实例计算及分析 (14 ) (15) 以1 000M W 超超临界机组额定工况为例 ， 分析加热器端 差对机组热经济性的影响。机组型号 N 1000 25 0 600 600 ， 为一次中间再热单轴四缸四排汽。为节省篇幅， 各工况热力 参数省略， 机组原则性热力系统图如图5 所示。 3 1 端差变化对热力系统循环吸热量的影响 对于图5 所示热力系统， 只有第6 级、 第 7 级和第8 级加 热器端差变化会对循环吸热量产生影响。 (1)第 8级加热器端差增加 r 对循环吸热量的影响 Q = h0 + Ot or t (16) 式中， Q 为循环吸热量； h。 为新蒸汽进汽轮机的初焓； 为再 热蒸汽份额； or为单位质量工质在再热器中的吸热量 ； t 为 进入锅炉的给水焓。令 O 、 t 为局部变化后的再热份额和 给水焓值 。 Q = h0 + or t 图 5 N 1000 25 0 600 600 机组 。故 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 汽轮机技术 第 55 卷 a Q = r8(1 + 8) (17 ) (2)第7 级加热器端差增加 ， 对循环吸热量的影响 Q = h0 + (1 一 7 一Od8 ) 一t a Q = AT7(1 一JBs) ( s ， )(18 ) (3)第6 级加热器端差增加 对循环吸热量的影响 Q = ho + (1 一 7 一 8) 一t邸 a Q：3 6( 一岛 ， ( 9 ) 3 2热力系统原始数据及计算结果 热力系统原始数据及端差所引起的热经济性变化的计 算结果如表 1 一表3 所示。表 1 为额定工况下各级加热器给 水焓升 ， 、 加热器放热量 、 疏水放热量 f及凝汽系数 ， ， 表 2 和表 3 分别为凝汽系数法和等效热降法对端差所引起的热 经济性变化的计算结果。 表 1 额定工况各级加热器给水焓升 、 加热器 放热量 疏水放热量 yJ及凝汽 系数 注 ： 该 工况 新 蒸汽 净 凝汽 系 数 L = 0 625 1， 循 环 吸 热量 Q = 2 692 5kJ kg， 循 环放 热量 吼=1 380 65kJ kg， 非 凝汽 放热 量 g = O ， 叼 = 0 487 2 。 表 2 凝汽 系数 法分析端差对机组影响 凝汽系数法计算效率相对变化量： 卸 = 叼 一叼 (1 一叼 ) g 一 g 一3 q 叼 一 q + q 一(L + tL )q 一 q 各级端差的变化对机组热经济性的影响如表2所示 ； 等 效热降法计算各级端差的变化对机组热经济性的影响如表3 所示 。 表 3 等效热降法分析端差对机组影响 4 结论 (1)通过严格 的数 学推导 ， 得 出了表面式加 热器端差 变 化对机组热经济性影响的凝汽系数模型， 并与等效热降法计 算结果进行了对 比， 通过实例计算证明了本文所提出模型的 正确性。 (2)通过实例分析可知， 端差对经济性的影响除了与端 差的大小和加热器的类型有关以外， 还与相邻加热器凝汽系 数变动率之差有关 ， 此外还与前一级加热器 N U 1有无疏 水冷却器及疏水份额有关。 参 考 文 献 1林万超 火电厂热系统节能理论M 西安 ： 西安交通大学 出 版社 ， 1994 2 郭江龙 ， 张树芳 ， 宋之平 ， 等定热量等效热降法的数学基础及 其矩阵分析模 型J中国电机 工程学报 ， 2004 ， 24 (3 )： 210 2 15 3 吴正勇 ， 王培红加热器端差对机组经济性影响的通用计算模 型J汽轮机技术 ， 2008， 50(3)： 226 229 4 阎顺林 ， 张春发 ， 李永华 ， 等火 电机组热力系统汽水分布通用 矩阵方程 J中国电机工程学报 ， 2000， 20(8)： 69 73 5 张学擂 ， 王松岭 ， 等加热器端差对 机组热经济性 影响的通用 计算模型 J中国电机工程学报 ， 2005， 25(4)： 166 171 6 马芳礼电厂热力系统节能分 析原理一电厂蒸汽循 环的函数 与方法 M 北京 ： 水利电力出版社 ， 1992 7 郭江龙， 张树芳 ， 陈海平 ， 等循环函数法单元矩 阵计算模 型及 其应用 J热力发电 ， 2004， (2)： 17 18， 44 8 华敏， 沈林成 ， 龚云贵 ， 等一种分析热力系统热经济性 的新 方法 凝汽系数法J汽轮机技术， 2010 ， 52(6)： 421423 9 李勤道， 刘志真热力发 电厂热经