300mw汽轮机组冷端运行优化的软件实现【最新毕业论文】

300MW汽轮机组冷端运行优化的软件实现摘要凝汽器是电厂重要设备之一，它的安全经济运行对电厂的安全经济运行具有重要的作用。本文建立了凝汽器变工况计算模型，以及不同参数对凝汽器真空的影响模型，通过建立了凝汽器变工况性能计算模型和机组最佳真空的计算模型，得到了不同冷却水进口温度和不同循环水栗组合方式下的的最佳运行真空，以300MW机组为例，进行了不同给水入口温度下和不同循环水泵运行组合方式下的机组耗功计算，得到了机组在全负荷范围内的最佳运行方式，进而达到节能降耗的目的。对于指导现场运行具有重要的现实意义。关键词300MW；凝汽器；最佳真空；冷端OPERATIONOFTHECOLDENDOPTIMIZATIONOF300MWSTEAMTURBINEUNITABSTRACTTHECONDENSERISONEOFTHEIMPORTANTEQUIPMENTSINPOWERPLANT,PLAYSANIMPORTANTROLEINSAFEANDECONOMICOPERATIONOFTHESAFEANDECONOMICOPERATIONOFPOWERPLANTTHISPAPERESTABLISHEDTHECONDENSEROFFDESIGNCONDITIONCALCULATIONMODEL,ANDTHEINFLUENCEOFDIFFERENTPARAMETERSONTHEVACUUMOFCONDENSERMODEL,CALCULATIONMODELOFOFFDESIGNPERFORMANCETHROUGHTHEESTABLISHMENTOFACONDENSERCALCULATIONMODELANDTHEOPTIMALVACUUM,GOTTHEOPTIMALOPERATIONOFTHEVACUUMOFTHEDIFFERENTINLETTEMPERATUREOFCOOLINGWATERANDCIRCULATINGWATERCHESTNUTCOMBINATIONWAY,TOTHE300MWUNITASANEXAMPLE,THEDIFFERENTWATERENTRANCETEMPERATUREANDDIFFERENTCOMBINATIONSOFCIRCULATINGWATERPUMPRUNNINGUNDERUNITPOWERCALCULATION,OBTAINEDTHEBESTMODEOFOPERATIONINTHEENTIRELOADRANGEOFTHEUNIT,SOASTOACHIEVETHEPURPOSEOFENERGYSAVINGHAVEIMPORTANTREALISTICMEANINGFORGUIDINGTHEOPERATIONKEYWORDS300MWCONDENSERBESTVACUUMCOLDSIDE目录第一章绪论111课题的背景和意义112本课题的研究现状及存在的问题2121本课题的研究现状2122目前存在的问题313本论文的主要工作5第二章凝汽器的作用及其理论分析621凝汽器的作用622凝汽器的分类6221表面式凝汽器723凝汽器的变工况模型8231凝汽器的变工况模型1024背压变化对机组微增功率的影响14241背压变化对汽轮发电机组电功率影响的几种计算方法1525小结27第三章300MW机组冷端优化方法计算4831计算参数4832300MW机组冷端优化方法计算49321优化原理及方法49322实例计算5033小结54第四章汽轮机组冷端系统优化应用软件开发5641LABVIEW简介5642软件开发60421软件的理论模型60422软件界面及功能6143软件实施62第五章结论63参考文献65第一章绪论11课题的背景和意义煤炭在我国能源构成中居主导地位，占我国一次能源生产和消耗的62。进入90年代以来，我国原煤产量就跃居世界第一，耗煤量也最大，占全世界耗煤总量的1/4。但是我国人均产能及消费量尚不及世界平均水平的一半，能源利用率目前也只有30,低于世界先进国家2030个百分点。这就说明我国存在能源短缺和供应紧张状况的同时浪费惊人、有巨大的节能潜力。因此，深入持久地开展节能工作，走低能耗、高效益的道路，是解决中国能源问题的重要途径。凝汽器是火力发电机组冷端1的主要换热设备，其任务是将凝汽式汽轮机的排汽凝结成水，并在汽轮机排汽口建立并保持一定的真空度，是影响热力系统冷端效率的主要因素。凝汽器的运行工况直接影响着冷端真空度，影响热力系统的经济性。凝汽器真空每降低LKPA,汽轮机组循环热效率降低1左右，从而使供电煤耗增加3/HKWG左右。其次，从设备的耗水量来看，凝汽器用水量大约占电厂总耗水量的428795,这对于位于缺水地区的电厂来说，是一个令人瞩目的数字。乌海热电采用冷水塔循环水方式，采用中水与地下水共同补入水塔水池。由于中水的水质差，易造成凝结器铜管腐蚀32，在运行中发生泄露。又由于高纬度寒冷地带，冬夏季机组工况相差较大，冷水塔的进出口温度调节变化范围大，水量调节滞后且有较大偏差，导致耗水量和耗电量较大，直接影响到冷端系统的运行经济性能。因此，冷端系统4尤其是凝汽器的防腐和节能技术问题一直是困扰火电厂生产运行的技术难题之一。因此，结合实际运行和检修经验对冷端系统进行优化分析，得出机组冷端各设备最优运行工况，并在此基础上采取可行的措施优化运行或技术改造，提高冷端系统的经济性和安全性，对整个机组的节能改造5提供有用的技术资料。已有资料报道300MW机组凝汽器改造后，凝汽器真空比历史最好时期提高了2KPA,相当于热耗降低了1372HKW/J。因此，在系统分析计算的基础上，对冷端凝汽器进行运行优化，并结合运行和检修技改经验对凝汽器进行全面的分析6，提出最佳的运行工况及相应的改造技术，以求凝汽器冷端系统达到节能、安全运行，对电站节能工作做出贡献。因此，本论文课题重点放在电站300MW汽轮机组凝汽器运行优化分析和节能改造研究方面。12本课题的研究现状及存在的问题121本课题的研究现状国内外学术研究关于凝汽器节能的研究颇多，对于300MW机组的学术研究、一般性技术改造已经比较成熟，但比较系统性的理论结合实际的机组改造成功案例不很多见，且各电站的条件不同，问题不具有同一性，目前，凝汽器最佳真空和循环水泵最佳组合方式的确定，一般都采用计算方法。为了便于说明，以一台汽轮机配两台定转速离心式循环水栗为例，来说明在某一确定的汽轮机排汽量7和循环水入口温度下最佳真空计算方法的步骤。1不同组合方式下循环水流量和循环水泵耗电量测量由于循环水流量和循环水泵耗电量无法通过计算准确得到，一般通过试验测量。即分别在单泵和双泵运行方式下，测量循环水流量及循环水泵总消耗电功率。只要循环水泵运行正常，在单泵和双泵条件下的循环水流量和消耗功率基本不变。凝汽器循环水管内壁脏污使循环水流量的减小量与循环水流量的比值很小，可以忽略不计8。同时，凝汽器循环水管内壁脏污只引起循环水泵电流的微小增大109，亦即对循环水泵消耗功率的影响也可以忽略不计。2计算循环水泵不同组合方式下的循环水温升和凝汽器端差在计算凝汽器端差的过程中要用到凝汽器总体传热系数。目前，凝汽器总体传热系数的计算还没有一个普遍公认的计算方法，各国（包括各汽轮机制造厂家）都有自己的经验公式。我国目前普遍采用的是前苏联全苏热工研究所（BTH的别尔曼（EEPMAH公式和美国传热学会推荐公式。3计算不同组合方式下的凝汽器真空由以上方法计算出的凝汽器端差和循环水温升以后，再结合当时的循环水入口温度可以计算出凝汽器内蒸汽的凝结温度，其相应的饱和压力即为凝汽器的压力。利用上述过程可以得到单泵和双泵运行时的凝汽器压力。由背压变化对汽轮发电机组电功率的影响曲线可以得到由单泵运行变为双泵运行时的汽轮发电机组电功率增加值，将汽轮发电机组电功率的增加值与单泵运行变为双泵运行时循环水泵所消耗功率的增加值进行比较，当两者之差大于零时应该釆用双泵运行，否则，应该单泵运行。122目前存在的问题目前，对循环水系统优化运行的研究虽然已经取得了一定的进展，但是在寻求凝汽器最佳真空和机组最佳循环水流量的计算过程当中还有以下不严密之处1,如果处理不当就会造成计算结果偏差较大，从而不能真正保证运行方式最优。1在确定汽轮机背压变化对汽轮发电机组电功率影响时，还存在不同的计算方法，如热力学方法、沐级变工况方法、回热系统热平衡法和等效热降方法等12。这些计算结果之间还存在较大的差异，目前还没有一个被人们普遍接受的方法。2当凝汽器真空提高时，虽然会使汽轮机的电功率提高，但另一方面会由于汽轮机背压的降低而使漏入凝汽器中的空气量增加13，这样一方面使凝汽器中蒸汽的分压力降低，蒸汽分压力所对应的饱和温度会降低，这样就会产生凝结水的过冷。漏入的空气量越多，凝结水的温度就越低，产生的过冷度就愈大。另一方面也会随着漏入空气量的增加而使凝结水中的溶氧量增大。这样，虽然真空提高了，但由于凝结水过冷度的增加而使汽轮机运行经济性有所降低14,同时还由于溶氧量的增加，使化学除氧的费用增大。但现有的文献对这方面的考虑还不够完善。3由级变工况可知，凝汽器真空并不是越高越好。因为当凝汽器达到极限真空后，再继续提高真空，将使汽轮机最末级达到膨胀极限，此时，提高真空，不仅不会提高汽轮机的运行经济性，反而会使汽轮机的经济性降低。此外，当凝汽器循环水流量过低时，将导致凝汽器内循环水流速过低，容易使凝汽器冷却水管结垢或堵塞15。综上所述，凝汽器最佳真空的确定，应该全面考虑汽轮机背压变化后对经济性的影响16。而目前各种文献在讨论凝汽器真空问题时，只是单纯从汽轮发电机组电功率和循环水泵消耗功率的角度考虑，从而不能真正实现对汽轮机真空系统的优化。13本论文的主要工作在对热电厂机组冷端凝汽器运行状况分析的基础上，提出系统的改造方案。本课题将致力于这几方面的工作1了解凝汽器的具体构造，掌握凝汽器的基本理论，研究凝汽器的结构参数、物性参数对凝汽器流动特性和传热过程的影响，及其凝汽器的变工况特性。2利用末级变工况方法等效焓降法、计算背压变化对汽轮发电机组电功率的影响，从而找出一种简捷准确的计算方法。3即从整个冷端系统的角度，系统地分析研究凝汽器端差、真空度、冷水塔进出口水温等参数对系统经济性的影响，提出调节措施，挖掘各种潜力，尽可能使凝汽器处于最优运行状态，提高冷端运行热经济性。4对热电厂300MW机组进行冷端热力系统的优化分析，对夏季工况下机组的运行特性进行了分析和计算，比较季节变化对经济性的影响。通过冷端系统优化和节能潜力分析，探讨凝汽器的改造方案和节能潜力的大小。第二章凝汽器的作用及其理论分析21凝汽器的作用凝汽式汽轮机是现代火电站和核电站广泛采用的典型汽轮机。凝汽设备是凝汽式汽轮机装置17的一个重要组成部分，在凝汽式汽轮机装置的热力循环中起着冷源的作用，使汽轮机排汽受到冷却水冷却并凝结为水，确保汽轮机排汽口形成高度真空，使蒸汽在汽轮机中膨胀到较低压力，以增加可用焓降，提高循环热效率18。对于采用表面式凝汽器的凝汽设备，汽轮机排汽的凝结水，品质纯净，最适宜用作锅炉或蒸汽发生器的给水，使给水得到保证，减少了软化水所需的昂贵的设备投资和运行费用。凝汽设备包括凝汽器、循环水泵、凝结水泵、抽气器四项设备19。在这四项设备中，从设备所起作用、尺寸、质量以及设备的布置及建造费用等各方面来看，凝汽器是最主要的设备，其发展水平影响着汽轮机组甚至整个发电站的发展，因此，凝汽器是整个汽轮机组的主要设备之一。22凝汽器的分类混合式凝汽器中，汽轮机排汽与冷却水直接混合而凝结成水，凝结水与冷却水混合在一起，由凝结水泵排出凝汽器。混合式凝汽器构造简单，制造成本低，传热效果好，冷却水消耗量少，运行方便。但是，混合式凝汽器有丢失纯净凝结水的重大缺陷，是一种旧式凝汽器，现在已很少生产。为了克服上述凝汽器丢失凝结水的缺陷，出现了间接冷却空气凝汽器系统。在这种系统中，是用经过空气冷却而降低温度的凝结水作为冷却水。由水轮机输入的冷却水进入喷射凝汽器，与汽轮机排汽混合，使排汽受到冷却而凝结成水。从喷射凝汽器出来的冷却水与凝结水的混合水流，一小部分经凝结水泵抽出作为锅炉给水，大部分经过出水泵打入干冷却塔的空气冷却器中，由自然界的空气把凝结水的热量带走。系统中设置水轮机是用来利用水的压头能量的。这种间接冷却空气凝汽器系统是应用空气为冷却介质冷却凝结水的，因此，冷却效果较差，使凝汽器内形成和保持的真空不够理想。因此，这种间接冷却空气凝汽器系统只有在少数缺水的燃料生产基地的坑口电站中应用。222表面式凝汽器在表面式凝汽器中，冷却介质与蒸汽被冷却表面隔开，互不接触，从而可保证得到适用于锅炉给水的洁净凝结水。以空气为冷却介质的表面式凝汽器称为空气凝汽器。由于空气物理性质的原因，空气凝汽器得到的真空度较低，汽轮机组的热效率低，因此，只用在缺水的中、小型电站。下面所说的表面式凝汽器或凝汽器均指以水为冷却介质的表面式凝汽器。水冷表面式凝汽器中，汽轮机的排汽同冷却水管的外表面接触，冷却水从管内流过，带走排汽传给管表面的热量，排汽受到冷却凝结成水。这类凝汽器既能得到纯净的、几乎不含氧气的凝结水，又能达到高度的真空，完成现代凝汽器的双重任务，因而，现代火电厂大功率机组几乎都采用水冷表面式凝汽器。表面式凝汽器由外壳、冷却水管、水室、端盖、管板等构成。外壳常是圆柱形、椭圆形或方箱形。外壳两端有形成水室的特殊端盖。外壳两端与端盖之间各安装着一块幵有管孔的管板。管板的管孔中装有数量很多的冷却水管。冷却水管常积聚成簇并且占满外壳内部容积的大部分。冷却水管通常采用铜管、不锈钢管或镍管。冷却水管的管壁将排汽与冷却水隔开。冷却水在管内流过，吸收管外蒸汽的热量使排汽冷却凝结成水。表面式凝结器的内部空间被冷却水管分隔成两个部分一部分是蒸汽空间，另一部分是冷却水空间。蒸汽和冷却水在凝汽器内不直接接触，因此由蒸汽冷凝成的凝结水非常纯净，可以作为锅炉的给水。表面式凝汽器的真空度一般达到9597。为了使表面式凝汽器达到较高的真空度，要求冷却水管与凝汽器管板的连接，外壳的接缝及与凝汽器汽侧连接的所有管道等处必须保持高度的严密性。否则，如果外界空气漏人凝汽器，就会使真空降低，同时使凝结水的质量降低。冷却水管装在凝汽器的管板上，管板固定在外壳上，冷却水管两端开口，并与两端水室相通。对于单流程表面式凝汽器，外壳两端与两端端盖构成两个水室。冷却水由一端水室流入，通过冷却水管流入另一端的水室，并从该水室排出凝汽器。对于双流程表面式凝汽器，外壳两端与两端端盖构成三个水室，其中一端有上下两个水室，另一端有一个水室。冷却水由一端流入下水室，再通过下部冷却水管流入另一端水室，折流后从上部冷却水管流入上水室后，排出凝汽器。汽轮机的排汽在冷却水管外面通过，放出热量凝结成水，向下流入热井中，然后由凝结水泵排出。23凝汽器的变工况模型凝汽器是汽轮机组的一个重要组成部分，其作用是将进入凝汽器的蒸汽冷凝结成水，放出的热量被冷却水带走，在凝汽器内形成高度真空，使进入汽轮机内的蒸汽能膨胀到低于大气压力，多做功。其运行工况的是否稳定，直接影响到整个机组安全和经济运行，因此保持凝汽器运行工况良好，保证凝汽器的最佳真空，是每个发电厂节能的重要内容20。经济性方面1真空降低，使汽轮机热耗增加，对于高压汽轮机，真空每降低1，可使机组热耗增加49。2真空降低，使凝结水过冷度增加，对于高压汽轮机，凝结水每过冷1,也使热耗增加015。3为了提高真空，开大轴封供气压力和流量，导致油中带水。安全性方面1由于真空的降低，使排汽压力，排汽温度升高，降低了汽轮机经济性，严重时，由于排汽温度过高,还将引起汽轮机低压缸胀差发生异常变化和低压缸变形，改变机组的中心，造成机组振动，可能引起故障停机。2由于真空降低，凝结水中含氧量增加，最髙超过100，凝结水系设备和管道被腐蚀产生的氧化铁进入锅炉，腐蚀炉方的水冷壁、过热器等设备和管道。3为了提高真空运行，开大轴封供汽压力和供汽流量，导致轴封漏汽进入润滑油系统，使油中带水，使调节系统失灵，造成机组运行不稳定，给机组的安全运行带来严重的隐患。4其他方面的影响。在实际中，凝结器真空降低还存在许多缓慢的危害，如凝结水管道被腐蚀，低压加热器铜管被腐蚀，低压加热器铜管被腐蚀，除氧器淋水盘被腐蚀等。因此在运行中尽可能早的诊断凝汽器真空偏低的原因21。及时采取相应的措施，提高机组运行的安全性和经济性。231凝汽器的变工况模型凝汽器变工况模型2主要是建立机组负荷、循环水温度、循环水流量与凝汽器内压力CP的关系。凝汽器工作过程曲线如图21所示，曲线1表示凝汽器内蒸汽凝结温度ST的变化过程，ST在主凝结区内其本不变，在空冷区下降较多。曲线2表示冷却水由入口水温1WT吸热升温至出口水温2WT，冷却水温升1W2TT，凝汽器端差2WST。图21蒸汽和水的温度沿冷却表面的分布主凝结区蒸汽凝结温度为TTWS1（21）在主凝结区，总压力CP与蒸汽分的压力SP相差甚微，C可以用SP代替，由上式算出ST后就可以过查表或公式得出ST所对应的饱和压力S，从而得出凝汽器的压力CP。2311冷却水入口温度冷却水入口温度1WT的高低取决于电站所在地区的平均气温和供水的方式，而与凝汽器的运行无关。一般将供水系统可分为直流供水和循环供水两大类。直流供水系统中的冷却水来自水源地，进入凝汽器后与汽轮机的排汽进行换热，温度升高后的冷却水排至水源地。在水量充足、水质、供水距离等条件适宜或允许的情况下，采用直流的供水系统比较经济；当供水量不充足或电站距离水源太远等条件限制，使得直流供水不经济时可采用循环的供水系统。在循环供水系统中，循环水用来冷却凝汽器中的汽轮机排汽，温度升高后进入冷却设备进行冷却，冷却后的循环水重新进入凝汽器，如此循环，从水源地仅取得用來补充损失的水量。根据循环水冷却设备的型式，循环供水系统分为以下几种1具有冷却池的循环供水系统；2具有冷却塔的循环供水系统；3具有喷水冷却池的循环供水系统。以上三种型式中，具有冷却塔的循环供水系统被广泛采用。冷却塔的工作性能直接影响循环水进口温度的高低。2312冷却水温升冷却水温升T由凝汽器热平衡公式求得TD4187HD10H10QWW1CC22式中凝汽器的传热量，/KJ；CD,W进入凝汽器的蒸汽量与冷却水量，HT/；CH，凝汽器中的蒸汽比焓和凝结水比焓，KGKJ/；由上式得MHDHTCCWC1874/1874（23）式中CWDM/,称为凝汽器的冷却倍率或循环倍率，它表明冷却水量是被凝结蒸汽量的多少倍。越大，T越小，真空越高。但越大时，循环水泵的功耗也就越大，所以就有一个最佳循环倍率的确定，一般在50120之间。CH是1KG排汽凝结时放出的汽化潜热，由于排汽有10左右的湿度，故C将比1干饱和蒸汽的凝结热量小，只有21402220KGKJ/左右，可见T主要决定于循环倍率M,CD一定时主要决于循环水泵容量和启动台数。2313凝汽器传热端差由方程可得MTKAQ（24）式中K一凝汽器的总体传热系数，KW/2MT一蒸汽和水之间的对数传热温差，/LN/LN21TTTTTWSSWM（25）凝汽器传热端T由式（22），式（24）和式（25）联立得1487/WDKAETT26凝汽器传热端差的计算公式26表明，T是由标志凝汽器换热情况、真空系统和冷却水的工作情况参数K,T，W，以及冷却面积A所决定的。运行中如果凝汽器漏气或抽汽器故障造成空气积聚，引起传热系数下降，端差随之增大；如果冷却水系统故障，造成冷却水量减少，也会引起传热端差增大；如果冷却管脏污或其它运行不当，还将引起端差增大。可以说凝汽器运行过程中任何原因引起的性能下降均可以传热端差的升高为表征。2314凝汽器压力通常泛指的凝汽器压力是凝汽器壳侧汽侧蒸汽凝结温度对应的饱和压力。在理想情况下，凝汽器汽室内只有蒸汽而没有其它气体，所以凝汽器汽侧各处压力相同。但是实际上凝汽器壳侧各处压力并不相等，凝汽器内不仅有蒸汽，同时还存在空气。我国“凝汽器性能实验规程”规定凝汽器计算压力是指距离凝汽器的管束第一排冷却管约300MM处的绝对压力静压，表示。本文所述的凝汽器压力均指凝汽器的计算压力CP将式（23和式（26代入（21得18744287/1WDAKCWSEMHT（27）计算得到ST，可以查表或者通过下面的公式计算得到凝汽器压力CP将式（27）代入（28）得4674187/1650/87409WDAKCWCWCEHTP（29）式中1WT凝汽器入口冷却水温度，CCD,进入凝汽器的蒸汽量与冷却水比，KGKJ/K凝汽器的总体传热系数，,/2MWA凝汽器冷却面积，2；凝汽器的变工况模型最终式子如（29式所示，式中涉及到的参数包括了凝汽器变工况运行中的三大主要变量排汽量CD，循环水量和循环水入口温度1WT。24背压变化对机组微增功率的影响般说来，排汽压力越低，热经济性越好。对一台压临界300MW机组，凝汽器真空每降低KPA1,机组热耗率约上升08,供电煤耗约增加HKW52。所以凝汽器的真空能否保持最佳工况就显得特别重要。事实上，汽轮机实际运行的排汽压力基本高于其目标值。在我国铜管排汽压力的设计值为49KPA无论单机容量多大，其真空在全年至少有一半时间内达不到设计值，有的机组在夏季真空度只有88。因此，如何准确地确定出背压对机组热经济性的影响，是相关人员普遍关注的问题，对机组运行和节能分析都具有重要意义。在确定凝汽器的最佳真空和最佳循环水流量的计算过程中，需要确定汽轮机背压变化对汽轮发电机组电功率的影响。目前，工程上在确定排汽压力对汽轮发电机组电功率的影响时通常采用以下几种方法热力学方法、末级变工况方法、回热系统热平衡法和等效热降方法。以上几种方法在工程计算中都有所应用，但是在这些计算结果之间还存在着较大的差异，目前还没有一个被人们普遍接受的方法。因此，本章的重点工作就是通过计算和分析从以上各种方法中找出一种便捷、准确的计算方法。本文以300MW机组为例，以汽轮机额定背压CP000539MPA、额定排汽量CD36467T/H作为基准工况，分别采用热力学方法、等效热降方法、回热系统热平衡方法和末级变工况方法来计算当排汽压力变化时汽轮发电机组电功率的变化规律，并对其计算结果进疔比较分析。241背压变化对汽轮发电机组电功率影响的几种计算方法2411热力学方法热力学方法是以汽轮机装置的基本热力循环为基础，通过对汽轮机循环热效率和内效率的修正，达到确定机组经济性指标变化的目的。图22为汽轮机装置的一次中间再热循环原理图。由图22可见，一次中间再热机组KG1蒸汽在锅炉中的吸热量Q为0HRHFWHSTQ（210）式中，HT为蒸汽在锅炉中的平均吸热热力学温度，KR为再热蒸汽系数，即再热蒸汽流量与新蒸汽流量之比值；0H、FW、R、H分别为主蒸汽，给水，再热蒸汽及高压缸排气的焓，KGKJ/；S为工质在循环过程中的熵增，S可用一下公式计算0HRFWS（211）式中0S、FW、RS、H分别为主蒸汽，给水，再热蒸汽及高压缸排汽的熵。对于非中间再热机组，R图22汽轮机热力循环图图22所示循环的理想循环热效率为HCTT/1（212）汽轮机发电机组的电功率可以表示为GMRIQP1（213）式中，GMRI,分别为汽轮机相对内效率，汽轮发电机械效率和发电机效率。当汽轮机背压发生变化时，将引起汽轮机理想循环热效率和汽轮机相对内效率的变化，即RIIPP1（214）式（214）除以（213）得到汽轮发电机组电功率变化的相对值RIP1（215）其中，由于背压变化引起汽轮机理想循环热效率的变化可表示为CHRIT（217）式（217中的第一项表示由于背压变化所引起汽轮机相对内效率改变引起的汽轮发电机组电功率变化率，主要是由于背压变化导致汽轮机最末级余速损失变化而引起的。12TCTCRIHH（218）式中，RI，1I分别为背压变化前后的汽轮机相对内效率；21,HC分别为背压变化前后的最末级余速损失，其数值可以由制造厂家提供的汽轮机余速损失曲线查得，1,TH分别为背压变化前后整个汽轮机的理想焓降。式（217中的第二项是由于汽轮机背压变化，引起汽轮机排汽温度改变所引起的电功率的变化率。CCT1（219）式中，1,CT分别表示背压变化前后汽轮机的排汽热力学温度。令PC则就是汽轮机背压改变以后汽轮发电机组电功率的修正系数。如果在额定背压情况下汽轮机的电功率为CLP，那么当背压偏离额定背压情况时汽轮发电机组电功率的变化值为CLPC（220）2412回热系统热平衡方法回热系统热平衡法是通过对汽轮机回热系统进行热平衡计算，得到当排汽压力变化时汽轮发电机组电功率的变化值19。回热系统热平衡方法的主要计算步骤如下所示。1整理原始资料把厂家提供的数据整理成回热系统汽水参数表，其中包括各处蒸汽焓，加热器汽侧压力，疏水温度和疏水焓，加热器出口水温和出口焓（对于高压加热器水侧压力取为给水泵出口压力，低压加热器水侧压力取为凝结水泵压力）。2进行各级回热抽汽系数的计算当排汽压力变化时先假设各级抽汽压力不变，然后根据各级加热器热平衡方程式来计算各级回热抽汽系数J、再热系数RH与排汽系数C。根据以上计算出的各系数由弗留格尔公式从最末级倒推依次算出背压变化后各抽汽口的压力，然后由新算出的各抽汽压力再计算各级回热抽汽系数J、再热系数RH与凝汽系数C，这样反复叠代直到前后两次叠代间的各级抽汽压力的误差满足一定的要求为止,这时计算出的各级回热抽汽系数J、再热系数RH与凝汽系数C就是真正变工况后的各系数。3计算汽轮机的电功率根据上一步计算出的各抽汽系数再结合各处的焓值计算LKG新汽的内功IW。110SGJMCJZJRHIHQW（221）式中，RHQ为1KG蒸汽在再热器中的吸热量，J为各级的回热抽汽系数；JH为各级的回热抽汽焓；C为排汽系数；CH为排汽焓；SGJ为轴封漏气系数；SGJ为轴封漏气焓。则汽轮机的电功率为63/0GMIWDP（222）式中，0D为汽轮机新汽汽流量。由于汽轮机在额定背压时汽轮机的电功率为CLP,则当背压偏离额定背压时汽轮发电机组电功率的变化值为CL（223）2413汽轮机原理方法汽轮机原理方法是通过对级的热力计算，得到背压变化时汽轮发电机组电功率的变化值20。其计算可以按背压CP大于或小于临界压力CRP2而分为两种情况26。1背压由末级动叶临界压力CR2上升当背压由CRP2上升至C时，汽轮发电机组电功率的变化主要是汽轮机整机理想焓降1H和末级余速动能2CH减少引起的，则背压由临界压力CRP2上升至C时所引起的汽轮发电机组电功率变化值为63/21GMCICRXHHDP（224）式中，CD为低压缸的排汽量，I为背压从CRP上升至C过程中的相对内效率（未扣除湿汽损失和余速损失）；X为背压升高和凝结水温升高使最低一级回热抽汽量减少、汽轮发电机组电功率增加的系数，1；MX为1这段焓降的平均干度。背压由CRP2上升至C过程中的整机理想焓降改变量为2011/122/122KCRCRKCRCRTPWPVKH（225）余速损失的改变量可以根据两种工况下的速度三角形求出22CRCH（226）式中，2,WC分别是排汽压力为C为额定工况下的排汽焓。另一部分是凝结水温度的变化所引起的新蒸汽作功变化。当背压发生变化时，凝结水的温度会发生改变，NOL加热器的焓升变化1CNH,这部分焓升变化将使NOL加热器的热耗量变化NM。按等效热降原理，相当于纯热量NM进出NOL加热器系统，引起新蒸汽等效热降改变，改变量为102NMH（239）式中，M为通过NOL低压加热器的凝结水流量份额；1为汽轮机排汽压力变化后NOL低压加热器的抽汽效率。抽汽效率1表示任意热量加入汽轮机回热系统某级加热器时，该热量在汽轮机中转变为功的程度和份额。当NOL加热器为疏水放流式时11SCH（240）式中，1SH为NO1加热器的输水焓值。当NO1加热器为汇集式时11CH（241）因此，汽轮机背压变化所引起的1KG蒸汽等效热降变化量为0102HI242那么对于主蒸汽流量为0D的汽轮机组，当背压变化时汽轮发电机组电功率的变化量为2415几种计算方法的比较分析以热电厂300MW汽轮机为例。分别采用热力学方法，末级变工况方法，会热系统热平衡法和等效热降方法计算背压变化对汽轮发电机组电功率的影响，得到汽轮机背压变化时汽轮发电机组电功率的变化规律如图24图24背压变化对汽轮发电机组电功率的影响由图24可以看出，在额定工况下，以回热系统热平衡方法的计算值为基准，热力学方法和末级变工况方法如计算值的误差远远大于等效热降的计算误差。热力学方法是以汽轮机装置的基本热力循环为基础，通过对汽轮机循环热效率和内效率的修正，达到确定机组经济性指标变化的目的。由于热力学方法忽略了机组热力系统的特点和负荷特性，没有考虑加热器抽汽量变化对做功的影响，因而使用这种方法会产生较大的误差。利用末级变工况方法进行计算过程中所用到的很多数据都与机组热力系统的结构有关，当机组热力系统的结构发生变化或机组运行年久老化时就不宜再使用未级变工况方法进行计算。回热系统热平衡方法虽然计算精度较高，但是由于涉及的变量太多，计算比较繁琐，有时会由于原始资料不足而无法进行计算。等效热降计算方法比较简单，而且等效热降方法计算的结果与热平衡方法的计算值非常接近。为了一步说明各种计算方法的误差情况，当汽轮机背压发生变化时，将上迷各种计算方法的计算结果以及其与回热系统热平衡方法计算结果相比较的误差情况，列于表21中。由表21可知，在额定工况下，与热平衡法的计算结果相比，等效热降方法计算值的相对误差非常小，最大的相对误差才达到09。图24和表21的计算结果都是在主蒸汽流量为额定主蒸汽流量（HTD/630的情况计算得到的。当主蒸汽量取不同的值时，即使在相同的背压的条件下，与额定背压情况下的电功率值相比较，汽轮机的电功率变化值也会有所不同。图24是在不同主蒸汽流量情况下，用等效热降方法计算的排汽压力变化对汽轮发电机组电功率的影响。表21额定工况下排汽压力变化对汽轮发电机组电功率的影响排汽压力（MPA）回热系统热平衡方法等效热降方法汽轮机原理方法热力学方法热功率（KW）44905445861929158150004绝对误差（KW）319256143909相对误差07570871电功率（KW）276362742713322620200045相对误差（KW）2091431421434相对误差075519776电功率（KW）1166511570629533050005相对误差95537836（KW）相对误差080460717电功率（KW）17037168841051965980006相对误差（KW）153651810439相对误差09038361325小结综上所述，凝汽器的运行特性对电站的安全，稳定，经济运行起着只管重要的作用，凝汽器的工作过程是个复杂的传热流动过程。通过热力计算可确定凝汽器的某些结构参数。由于无法确切的了解凝汽器工作的每个细节，凝汽器的某些物性参数智能靠公式计算。凝汽器传热系数K的计算除考虑了水侧的修正外，还应考虑到汽侧的影响，如凝汽器管束排列修正系数，真空的严密性修正系数等。在表征凝汽器运行性能的监测参数中，传热的端差与真空度一样能够全面地反应凝汽器的运行特性。以上公式以及通过热力计算的发哦的凝汽器结构参数为建立凝汽器数学模型提供了理论基础和数据。第三章300MW机组冷端优化方法计算31计算参数凝汽器真空是表征凝汽器工作特性的主要指标，是影响汽轮机经济运行的主要因素之一。真空的降低使汽轮机的有效焓降减少，会影响汽轮机的出力和机组设备的安全性。电站凝汽器一般运行经验表明凝汽器真空每下降KPA1，汽轮机汽耗会增加1525。而且，凝汽器真空的降低，会使排汽缸温度升高，引起汽轮机轴承中心偏移，严重时会引起汽轮机组振动。此外，当凝汽器的真空降低时，为保证机组出力木变，必须增加蒸汽流量，而蒸汽流量的增加又将导致轴向的推力增大，使推力轴承过负27,影响汽轮机的安全运行。影响汽轮机真空地因素比较复杂，包括凝汽器传热特性、凝汽器热负荷、清洁系数、冷却水量、冷却水温度、冷却水统的特性等。本章模拟了各种运行参数单独变化时凝汽器真空的变化，通过计算比较了每种参数变化对凝汽器真空造成的影响，以便迅速地找出汽轮机冷端真空偏低的原因，为提出改进措施及技术改造方案打下基础。凝汽器及循环泵主要技术规范如表31表31凝汽器及循环泵主要技术规范名称型式或数值单位凝汽器型号N107501凝汽器型式双背压、双壳体对分流程、表面式冷却面积107502M额定压力54AKP管内循环水平均流速19S/循环泵型号1600HLB2354台循环泵型式立式斜流泵单泵流量12963HT/轴功率1250KW32300MW机组冷端优化方法计算以一台汽轮机配两台定转速离心式循环水泵为例，在不同负荷、不同冷却水入口温度、不同冷却水量下确定凝汽器真空的应达值。比较确定在不同的机组负荷下机组输出功率增加值等于循环水泵耗功增加值时的冷却水入口温度值，确定循环泵切换的最优冷却水入口温度点，实现冷端运行优化计算。321优化原理及方法凝汽器伍力是冷端系统的重要参数，一方面受冷却水入口温度、冷却水量、凝汽器负荷以及凝汽器运行状况的影响，另一方面影响汽轮机组的输出功率。通过凝汽器压力建立各影响因素与输出功率的数学模型，比较确定循环水系统的最经济运行方式。在某一负荷下，冷却水入口温度受环境温度和冷却设备（如冷却塔等）的影响，人为可调力度不大，这时机组凝汽器压力的主要决定因素是循环水量。当循环水流量改变时，循环水温升和凝汽器端差都将发生变化，从而使凝汽器的饱和温度发生变化，凝汽器压力随之变化，最终影响机组的输出功率。将机组电功率的增加值与因循环水量变化而造成的循环泵耗功增加值进行比较，随着冷却水入口温度的变化，当两者在某一温度值相等时，称这一温度为循环泵切换的最优冷却水入口温度点，当冷却水入口温度大于循环泵切换的最优冷却水入口温度点时，机组电功率增加值大于循环水泵耗功增加值，这时当切换循环泵的运行方式。322实例计算热电厂夏季以冷却水入口温度CTW201双泵运行且在额定负荷下进行计算，计算过程如下1）冷却水温升T的计算CDHTWCC8172018745438742凝汽器传热系数K的计算清洁系数50循环水流速SMADCW/62304897系数280157012501720WTX流速与管径修正系数425441DCBW水温修正系数0329XW流程修正系数80323510723510421WTT单位面积蒸汽负荷设计值8454521WZT单位面积蒸汽负荷设计临界值/02738/10/2HMTADDCC单位面积蒸汽负荷/021719291HMTDTCWC系数因为C所以。蒸汽负荷修正值/02873/1054/2HMTADDCC总传热系数/84091315662KHMJKDZTW3）传热系数的计算24197120483487EETTWCDKA4）排气压力CP的计算132497201TTWSKPAPSC658659805）修正功率系数XPPKGUWPMKCKCCIOSSIN122/22/1根据计算出来的排汽压力KAC63，根据公式修正功率机组功率增加为WPT5482。按照以上的计算方法，当负荷变化时单双泵分别计算，结果如表31所示。表31冷却水入口温度为C20时冷端系统计算数据表冷却水量蒸汽负荷传热系数冷却水温升凝汽器端差饱和温度凝汽器压力真空应达值微增功率WDCKTSTPTHTSM/3W2/AKKW12130201853142682697892291214020186517283289728613121502018772298319699016202752018109293383994161002021002035132367369479531835202302331321624823977999220240233139225925975951820250233146242726974103012027523316533629932968851920210023507942321369645468表32冷却水入口温度为C20时单双泵运行数据比较机组负荷项目30405075100单泵修正功率KW92298613901651001835双泵修正功率KW999295181030185195468单双泵切换微增功率KW763905128534193633单泵功耗KW3100泵最佳运行台数11122表32为冷却水入口温度为C20时两台泵运行和一台泵运行数据比较，表中的单泵指一台循环水泵运行，双泵指两台循环水泵运行。表中单双泵切换微增功率等于两台泵运行时的修正功率减去一台泵运行时的修正功率。当单双泵切换微增功率大于单泵功耗时就运行两台泵，否则运行一台泵。由表中数据看出C20时机组负荷从30到75，循环栗的最佳运行台数都为一台，当机组负荷为75100额定负荷时两台运行经济，所以C20时循环泵当在100负荷时切换为两在不同的机组负荷下，变化冷却水入口温度，比较单双泵运行时的汽轮机微增功率值TP，作图34,当PTP时该点做平行于横坐标的虚线，这些交点表示当循环水泵台数由单台变为两台时，汽轮发电机组电功率的增加值等于循环水泵功耗的增加值的工况，当PT时，表示为双泵运行经济，当PTP时，表示为单泵运行经济。这时可以从图上读出不同负荷下单双泵切换最优冷却水入口温度点。图34功率变化随冷却水入口温度的变化表33不同负荷下单双泵切换最优冷却水入口温度点机组负荷（）10075504030切换温度点（C）151185261325不切换33小结汽轮机冷端优化的主要目的是确定冷端系统的运行方式，也就是确定最佳冷却水量从而确定循环泵的运行方式。最佳真空是汽轮机组冷端系统中的一个重要参数，是冷端运行的目标条件，通过比较机组微增功率与循环泵耗功的差值，确定最佳真空。但在实际运行中，电站冷端系统的循环水量多为离散变量，很难达到最佳真空值，而是对应一个真空应达值。通过对实际系统的建模分析，确定凝汽器端差应达值和冷却水温升应达值最终确定凝汽器真空应达值。以一台机组配两台循环泵为例，在不同负荷下,以冷却水入口温度为连续变量,比较单双泵切换后机组电功率的增加值与循环水泵所耗功率的增加值，从而确定循环泵切换的最优冷却水入口温度点。当冷却水入口温度大于循环泵切换的最优冷却水入口温度点时，机组电功率增加值大于循环水泵耗功增加值，这时当切换循环泵的运行方式。以热电厂300MW电厂的实际运行状况下的循环栗的组合方式，能够达到现场指导节能降耗的效果。第四章汽轮机组冷端系统优化应用软件开发汽轮机冷端系统设计优化的应用软件是基于WINDOWS的操作系统，用图形化的编辑程序软件LABVIEW为平台来进行开发的。根据前面几章简介的理论基础和数学模型，编制了电厂汽轮机冷端系统设计优化应用软件。该软件能在线显示在各种背压下冷端系统优化设计的回收年限。利用该软件，设计人员只需要根据自己的需求选择背压和端差，根据实际情况手动重新输入常量参数（包括上网电价、水费和环保费以及凝汽器的冷却面积），然后点击优化按钮，就可以得到在当时的初始条件下的冷端最优设计参数。41LABVIEW简介LABVIEW是LABORATORYVIRTUALINSTRUMENTENGINEERINGWORKBENCH（实验室虚拟仪器集成环境）的简称，是一种程序开发环境，由美国国家仪器（NI）公司研制开发的，类似于C和BASIC开发环境，但是LABVIEW与其他计算机语言的显著区别是其他计算机语言都是采用基于文本的语言产生代码，而LABVIEW使用的是图形化编辑语言G编写程序，产生的程序是框图的形式。与C和BASIC一样，LABVIEW也是通用的编程系统，有一个完成任何编程任务的庞大函数库。LABVIEW的函数库包括数据采集、GPIB、串口控制、数据分析、数据显示及数据存储，等等。LABVIEW也有传统的程序调试工具，如设置断点、以动画方式显示数据及其子程序的结果、单步执行等等，便于程序的调试。虚拟仪器的起源可以追溯到20世纪70年代，那时计算机测控系统在国防、航天等领域已经有了相当的发展。PC机出现以后，仪器级的计算机化成可能，甚至在MICROSOFT公司的WINDOWS诞生之前，NI公司已经在MACINTOSH计算机上推出了LABVIEW20以前的版本。对虚拟仪器和LABVIEW长期、系统、有效的研究开发使得该公司成为业界公认的权威。目前LABVIEW的最新版本为LABVIEW2009，LABVIEW2009为多线程功能添加了更多特性，这种特性在1998年的版本5中被初次引入。使用LABVIEW软件，用户可以借助于它提供的软件环境，该环境由于其数据流编程特性、LABVIEWREALTIME工具对嵌入式平台开发的多核支持，以及自上而下的多核而设计的软件层次，是进行并行编程的首选。LABVIEW程序称为“虚拟仪器”或简称为VI。虚拟仪器是基于计算机的仪器，它是利用计算机的图形环境，采用可视化的图形编程语言和平台，并没有传统的常规仪器控制面板，计算机编程人员可以在计算机屏幕上创建属于自己的图形化面板。除上述特点之外，与传统的仪器编程工具VISUALBASIC，VISUALC相比，还有如下几个方面的优势。（1）用于常用测量与自动化应用程序的交互式EXPRESSVI应用程序模板与设计模式以创建常用应用程序；（2）内置的编译器可以加快执行的速度，支持条件断点和自定义探针，自动错误处理；（3）内置的GPIB、VXI、串口和插入式DAQ板的库函数，利用NIDAQ70和DAQASSISTANT完成数据采集任务与自动代码；（4）650多种SCPI仪器驱动程序，利用仪器I/OASSISTANT完成交互式仪器控制与代码生成；（5）内容丰富的高级分析库，可以进行信号处理、统计、曲线拟合以及复杂的分析工作；（6）直观明了的前面板用户界面和流程图式的编程风格,GUI对象的属性设置页面；（7）利用ACTIVEX、DDE以及TCP/IP进行网络连接和进程通讯，缓冲DATASOCKET,用EMAIL转送VI数据；（8）适用于WINDOWSNT/9X/31、MACOSX、UPUX、SUN以及CONCURRENT实时计算机；（9）3D图形控件，增加了模块化和可视化的灵活性；（10）可缩放的前面板，用户可以移动他们的程序而无需手动改变控件的大小；（11）增强的报告的生成，可以快速地建立和打印格式化报表；（12）增强图形，包括SMITH和极坐标图，可以定制图形和动画；（13）基于WEB的应用程序开发，便于连接NETWEB服务，基于网络的帮助工具及更强的搜索工具；（14）与MATHWORKS的MATLAB及NI的HIQ的无缝地集成；（15）带有声音与振动、信号处理、DSP等附加工具包；（16）LABVIEW运行于FPGA上和LABVIEW运行于PALMOS与POCKETPCPDA上；（17）对齐网络，子面板和树形控件，反馈节点和平序结构，自动走线，动态及用户自定义事