火电厂热力系统经济性诊断讲课-严俊杰.ppt

火电机组热力系统经济性诊断理论及应用,西安交通大学能源与动力工程学院 严俊杰 2006年4月,内容提要,一、国内外的研究现状 二、火电机组热力系统经济性诊断的理论基础 三、等效热降的基础及应用法则 四、热力系统及热力设备的经济性定量诊断方法 五、火电机组经济性诊断的实例 六、机组最好运行水平的确定 七、机组滑压运行曲线 八、循环水泵最佳运行方式,一、国内外的研究现状,1、火电机组经济性诊断的目的 火电机组经济性诊断就是确定其主、辅机及热力系统运行参数和运行方式的经济性；定性分析运行方式、运行参数是否合理；定量分析运行参数标准值及偏离标准值对机组经济性指标的影响大小，以及各种运行方式、系统不合理的节能潜力大小。 2、经济性诊断的方法（全部是基于热力学第一定律、第二定律） 小指标分析法 （不考虑负荷、环境、热力系统结构） 热偏差分析法 (考虑负荷) 矩阵分析法（考虑负荷、环境、热力系统结构，但定量计算分析比较烦琐、容易出错） 循环函数法 （考虑负荷、环境、热力系统结构，但定量计算分析比较烦琐） 等效热降理论 （考虑负荷、环境、热力系统结构，计算简捷、快速、概念清晰，融合了热力学第一、第二定律的特点） “循环函数法”和“等效热降法”已成为目前我国火电机组热力系统定量计算的两种主要方法,二、火电机组经济性诊断的理论基础,2.1、热力系统计算 热力系统计算的目的：确定热力系统各部分汽水的参数及流量、机组的功率和热经济性指标（汽耗率，热耗率，热效率和煤耗率等）。它是火电厂设计、运行和技术改造的一项基本运算，是热力工程的一件重要的技术工作，同时也是热力系统经济性诊断理论的基础。 热力系统计算最基本的方法： A.常规计算：热力系统常规计算方法比较繁琐。 B.简捷计算：在常规计算方法的基础上，经过不断的改进，逐渐形成了热力系统简捷计算方法，这两种计算方法是热力系统的基本计算方法。,2.2 热经济指标及相互关系,1、热经济指标 机组效率： 机组发电煤耗率： 机组汽耗率： 机组供电煤耗率 ： 汽轮机热耗率 ： 汽轮机装置效率：,2.2 热经济指标及相互关系,2、热经济指标变化间的相互关系 绝对变化: 相对变化是: 或 或 或 相互关系：,2.3 热力系统变工况计算,1、热力系统变工况 指热力系统的工况偏离设计工况或者偏离某一基准工况。 产生变工况的原因有机组电负荷变化、热力设备发生变化、蒸汽初终参数及再热参数发生变化等。 2、准备工作 将额定工况或基准工况的原始资料按热力系统简捷计算方法进行整理，确定该工况下的各级抽汽量和热经济指标，这一工况的所有原始数据和计算结果是热力系统变工况计算的基础和基准。 利用制造厂提供的各种工况数据拟合出各个级组的相对内效率曲线( )。对于末级可以采用相对内效率与压比拟合曲线。,2.3 热力系统变工况计算,3、变工况计算方法 (1)开始变工况计算时，首先假设变工况的新蒸汽流量，按如下公式进行粗略确定： -基准工况的功率； -基准工况的流量。 同时假设各个抽汽口压力，按如下公式进行粗略确定： (2)由高到低的确定各级抽汽焓值： -各级等熵喷胀的焓降,2.3 热力系统变工况计算,3、变工况计算方法 (3)计算各个加热器的进、出口水焓、疏水焓，利用简捷计算方法得出各加热器的抽汽量 ，并计算通过该抽汽口后的汽轮机蒸汽流量 。 (4)确定凝汽器压力 凝汽器压力所对应的饱和温度 可用凝汽器的传热端差 、循环水进凝汽器的入口温度 与循环水在凝汽器中的温升 表示为：,2.3 热力系统变工况计算,3、变工况计算方法 (5)确定各抽汽口压力 利用弗留格尔公式 (6)再热机组的特点 再热机组的特殊性在于确定中压缸进汽的压力和高压缸排汽压力。 中压缸进汽压力： 高压缸排汽压力：,2.3 热力系统变工况计算,3、变工况计算方法 (7)计算热经济指标 汽耗量 ，发电煤耗率 等 (8)计算结束的条件 判断 ，则结束变工况计算，否则重复 (2)(7)过程，直至满足为止。,三、等效热降的基础及应用法则,等效热降作为一种新型的热工理论，利用其对火电厂热力系统进行经济性诊断，具有简捷、准确、方便等特点，是热力系统经济性诊断的基础理论。 等效热降首先由前苏联学者库兹涅佐夫在20世纪60年代后期提出，并在70年代逐步完善、成熟，后经西安交通大学拓展而形成了完整的理论体系。 等效热降是基于热力学的热变功的基本原理，考虑到设备质量、热力系统结构和参数的特点，经过严密的理论推演，导出几个热力分析参量 及 等，用以研究热工转换及能量利用程度的一种方法。,三、等效热降的基础及应用法则,3.1 抽汽等效热降 概念：抽汽等效热降是指排挤1kg加热器抽汽返回汽轮机后的真实作功大小。 其计算方法为： 如果j为汇集式加热器，则 均以 代之；如果j为疏水放流式加热器，则从j以下直到（包括）汇集式加热器 用 代替，而在汇集加热器以下，无论是汇集式或疏水放流式加热器，则一律 用 代替 。 抽汽效率：,三、等效热降的基础及应用法则 3.2 新蒸汽等效热降,新蒸汽的净等效热降（也就是前面简捷计算方法中的Nip）可表示为： 轴封漏汽及利用、加热器散热、抽气器耗汽和泵功耗能等辅助成分的作功损失的总和。 实际循环效率 ： 也就是汽轮机的装置效率。,三、等效热降的基础及应用法则 3.2 再热器吸热量变化,在变热量诊断计算中，除用变热量抽汽效率计算作功变化外，还要用再热器吸热量变化计算循环吸热量变化。 是指任意能级j排挤1kg蒸汽引起的再热器吸热量的变化。,三、等效热降的基础及应用法则 3.4 等效热降应用法则,火电厂热力系统经济性诊断就是要确定其热力设备和系统偏离标准值时对机组经济指标影响的大小。热力系统中的各种热经济性问题，可以归纳为两大类：一类是纯热量变动或出入系统，它只有热量变迁或进出系统，没有工质伴随，简称“纯热量”；另一类是带工质的热量变动或出入系统，它不仅有热量变迁，而且还伴随有工质的变迁，简称“带工质的热量”。 1、纯热量进出系统的定量诊断法则 纯热量利用于j加热器使循环作功增加 ，循环吸热量增加 ，则装置效率为：,三、等效热降的基础及应用法则 3.4 等效热降应用法则,2、带工质的热量进出系统的定量诊断法则 分为四种情况：蒸汽携带热量进系统、蒸汽携带热量出系统、热水携带热量进系统、热水携带热量出系统 (1) 蒸汽携带热量进系统 (2) 蒸汽携带热量出系统 分析方法同上，只需将其反号。,三、等效热降的基础及应用法则 3.4 等效热降应用法则,(3) 热水携带热量进系统 (4) 热水携带热量出系统,三、等效热降的基础及应用法则 3.4 等效热降应用法则,(5)补水地点对诊断计算公式的影响 应当指出:凡有工质进出系统，且补水地点又在除氧器时，若引用前面以冷凝器为补水基点的计算公式，都应在该公式中增补这项作功差异。,四、热力系统及热力设备的经济性定量诊断方法 4.1 门杆、轴封渗漏及其利用系统的经济性诊断,如果诊断轴封漏汽对机组经济性的影响，则装置效率的变化为： 轴封渗漏及利用于c加热器对装置热经济性的影响为：,四、热力系统及热力设备的经济性定量诊断方法 4.1 门杆、轴封渗漏及其利用系统的经济性诊断,轴封渗漏及利用于c-1加热器对装置热经济性的影响为： 轴封渗漏利用于c加热器与利用于c-1加热器对装置热经济性的影响为： 辅汽系统对经济性的影响与轴封漏汽利用于c-1加热器的分析方法完全一样。,四、热力系统及热力设备的经济性定量诊断方法 4.2 抽汽压损的经济性诊断,由于抽汽压损存在将使加热器内压力降低，因而，加热器出口水温下降，出现给水加热不足，同时加热器疏水放热产生变化，如图所示。新蒸汽作功的变化为： 循环吸热量的变化为：,四、热力系统及热力设备的经济性定量诊断方法 4.3 加热器端差的经济性诊断,1、最后一级高压加热器 最后一个高压加热器出现加热不足，使新蒸汽作功的变化为： 循环吸热量增加：,四、热力系统及热力设备的经济性定量诊断方法 4.3 加热器端差的经济性诊断 2、上一级加热器为不带疏水冷却器的放流式,j加热器端差超标的存在对j加热器和j+1加热器相当于纯热量的进出，因此作功能力的变化为： 循环吸热量增加： 经济性变化：,四、热力系统及热力设备的经济性定量诊断方法 4.3 加热器端差的经济性诊断 3、上一级加热器为带疏水冷却器的放流式,当j+1加热器有疏水冷却器时，j加热器出现加热不足，如图所示。这时它不仅使加热器之间的热量分配发生改变，还将使j+1加热器的疏水放热产生变化。,四、热力系统及热力设备的经济性定量诊断方法 4.3 加热器端差的经济性诊断 4、上一级加热器为汇集式,当j+1加热器是汇集式加热器时，j加热器出现加热不足，如图所示。这时加热不足将使流经j加热器中的水份额发生变化，故作功的变化为：,四、热力系统及热力设备的经济性定量诊断方法 4.4 加热器疏水端差的经济性诊断,当j加热器有疏水端差超标时，j加热器的疏水温度提高，如图所示。一部分疏水的热量贬值利用于j-1加热器。其计算方法如下：,四、热力系统及热力设备的经济性定量诊断方法 4.5 凝结水过冷的经济性诊断,由于过冷度的出现，使1加热器的耗热量增加，抽汽量增加。按纯热量诊断，新蒸汽作功的变化为：,四、热力系统及热力设备的经济性定量诊断方法 4.6 过热器喷水减温的经济性诊断,过热器喷水调温按减温水来源可分为给水泵出口分流和最高加热器出口分流两种系统，如图所示。前者，减温水不流经高压加热器，故减少回热抽气，降低回热程度，使热经济性降低；后者，由于不影响热力循环，如果忽略锅炉内部的微小变化，则对热经济性不产生任何影响。,四、热力系统及热力设备的经济性定量诊断方法 4.7 再热器喷水减温的经济性诊断,喷水从最高一级高压加热器出口引出时，如图中A所示，由于喷水份额存在对机组经济性的影响: 喷水从给水泵抽头引出时，如图中B所示，再热器喷水对机组经济性的影响:,四、热力系统及热力设备的经济性定量诊断方法 4.8 锅炉方面的经济性诊断,1、排烟温度诊断的数学模型 排烟温度和排烟氧量运行值对应的排烟热损失： 排烟温度标准值对应的排烟热损失： 煤耗差： 2、排烟氧量诊断的数学模型 排烟温度、排烟氧量标准值对应的排烟热损失 ： 煤耗差：,四、热力系统及热力设备的经济性定量诊断方法 4.8 锅炉方面的经济性诊断,3、飞灰含碳量诊断的数学模型 飞灰含碳运行值对应的机械不完全燃烧损失 ： 飞灰含碳标准值对应的机械不完全燃烧损失 ： 煤耗差： 4、炉渣含碳量诊断的数学模型 炉渣含碳运行值对应的机械不完全燃烧损失 ： 炉渣含碳标准值对应的机械不完全燃烧损失 ： 煤耗差：,四、热力系统及热力设备的经济性定量诊断方法 4.9 运行参数的经济性诊断,火电机组运行参数包括主蒸汽温度、主蒸汽压力、再热蒸汽温度、再热蒸汽压损、排汽压力（温度）、给水温度等。 机组的运行经济性与其运行参数密切相关，机组只有在标准参数下运行才可能达到最佳的经济指标。一般制造厂只给出了设计工况下机组运行参数的标准值，而机组在实际运行过程中，其工况会千变万化。如果在不同工况下，均认为运行参数的标准值等于设计工况的参数标准值，显然是不恰当的。因此机组运行参数的标准值应该由其负荷、环境和热力系统结构特性确定。主蒸汽温度、再热蒸汽温度、再热蒸汽压损的运行标准值： 主蒸汽温度、再热蒸汽温度、再热蒸汽压损偏差对经济性指标的影响可以通过变工况计算得出。,四、热力系统及热力设备的经济性定量诊断方法 4.9 运行参数的经济性诊断,排汽温度的诊断： 运行标准值： 利用变工况计算排汽温度标准值对应的煤耗率和运行值对应的煤耗率之差。,四、热力系统及热力设备的经济性定量诊断方法 4.9 运行参数的经济性诊断,凝汽器端差 标准值： 偏差： 循环水温升 标准值： 偏差： 凝汽器端差对煤耗率的影响： 循环水温升对煤耗率的影响：,五、火电机组经济性诊断的实例-热力系统-图(ECR),五、火电机组经济性诊断的实例- 参数整理,H0= 1226.41 kJ/kg i =0.4571 b=329.4 g/kW.h,五、火电机组经济性诊断的实例-主汽温度,五、火电机组经济性诊断的实例-主汽压力,五、火电机组经济性诊断的实例-再热蒸汽温度,五、火电机组经济性诊断的实例-排汽温度,五、火电机组经济性诊断的实例-过热器喷水,五、火电机组经济性诊断的实例-循环水温升,五、火电机组经济性诊断的实例-凝汽器端差,五、火电机组经济性诊断的实例-凝结水过冷,五、火电机组经济性诊断的实例-高压辅汽供汽方式,机组启动时一般使用汽轮机高压缸排汽给高压辅汽母管供汽，但机组正常运行时，应关闭供汽阀，依靠轴封和门杆漏汽维持高压辅汽母管压力； 十号机组长期维持供汽阀开3圈左右，大量高压缸排汽经过高压辅汽母管进入老厂和本机除氧器，造成蒸汽贬值利用； 经测试供汽阀开度为3圈时间隙为1.6cm，300MW负荷时阀门前后的压差为2.65MPa、210MW负荷时阀门前后的压差为1.56MPa，对机组经济性的影响见下表； 经过2004年7月底试验，目前已关严该供汽阀，基本消除了该缺陷。,五、火电机组经济性诊断的实例-门杆漏汽切换,机组主汽门的门杆漏汽本应进入1高加，运行中一直将进入1高加的漏汽引入除氧器，造成能量贬值，使机组经济性下降，对机组经济性的影响如下表所示。目前已经更改 。,五、火电机组经济性诊断的实例-轴封漏汽_轴加,2004年7月29日上午的试验（试验负荷210 MW）确认进入轴封加热器的轴封漏汽严重超标：210MW时轴封加热器的设计温升为1.5，但试验结果是轴封加热器的实际温升达到5，经过核算此时对应的轴封漏汽量为4.19t/h，超标2.94 t/h。由于轴封供汽压力和轴封加热器压力基本不变，故可以认为进入轴封加热器的轴封漏汽量不随机组负荷变化，这样其对经济性的影响如下表所示。应当在检修时调整轴封间隙,以减小轴封漏汽量。,五、火电机组经济性诊断的实例-轴封漏汽_高压前轴封,高压前轴封漏汽直接进入3号高加的抽汽管道，无法直接测量，但通过运行数据可以看出3号高加抽汽压损仅2%，大大低于设计的5%，而没有轴封汽引入的加热器抽汽压损达到7%以上，说明3号高加有大量高压前轴封汽漏入，使其抽汽量减少。通过核算可以得出高压前轴封的漏汽量相当于3号高加抽汽量的35%左右。其对经济性的影响如下表8所示。应当在检修时进行高压缸轴封间隙的调整。,五、火电机组经济性诊断的实例-轴封漏汽_进入#1低加,进入#1低加轴封漏汽设计工况为0.979t/h，实际运行中#1低加疏水温度偏高30 ，分析各参数在各种工况下的变化规律可以得知，在机组降负荷时出现八段抽汽温度急剧上升，说明实际运行中进入#1低加的轴封漏汽严重超标，出现轴封汽返汽轮机的现象； 根据分析情况可以判断#1 低加的实际抽汽量较少，但确实有抽汽。若按照轴封抽汽排挤50%的8段抽汽来计算，则其导致机组煤耗率上升2.5g/kWh左右 。,五、火电机组经济性诊断的实例-回热加热器,五、火电机组经济性诊断的实例-排烟温度,五、火电机组经济性诊断的实例-排烟过剩空气系数,五、火电机组经济性诊断的实例-飞灰含碳量,五、火电机组经济性诊断的实例-炉渣含碳量,五、火电机组经济性诊断的实例-低位发热量,五、火电机组经济性诊断的实例-灰份,五、火电机组经济性诊断的实例-锅炉的q4,从上面锅炉的运行参数和煤质运行数据看出，锅炉方面的节能潜力似乎不大，而实际上锅炉效率确实偏低，大家一直以为锅炉运行煤质变化是造成锅炉效率低的原因，实际上锅炉运行煤种与设计煤种差别不大，为了找出原因，下表给出了的设计值和运行值，发现差别很大，说明是飞灰含碳和炉渣含碳运行值过高导致（厂方提供的标准值数值过高），这也就是锅炉燃烧不充分