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仪器仪表与分析监测2013年第4期600MW火电机组汽轮机本体建模与仿真MODELINGANDSIMULATIONOFTHETURBINESYSTEMOF600MWCOALFIREDPOWERGENERATINGUNITS白阳振林丽君21中国联合工程公司,浙江杭州310022,2浙江省电力设计院,浙江杭州310012摘要介绍了600MW火电机组的汽轮机本体系统。基于基本物理原理对汽轮机本体进行精确的数学建模,对该数学模型进行仿真研究,在现场不同运行_RT验证了模型的准确性。关键词汽轮机本体;模型;机理法;仿真中图分类号TP273文献标识码A引言随着火力发电厂机组向大容量、高转速、高效率、自动化方向发展,为了保证机组安全经济地运行,对运行人员的控制操作能力及事故处理能力提出了更高要求。作为运行人员主要培训手段的仿真机,对其精度要求日益严格。模型是对于现实世界的一个特定对象,根据其内在规律J,做出一些符合工况的必要假设,运用适当的数学工具,得到一个数学结构,是决定仿真逼真程度的关键,直接影响运行人员的培训效果。本文以上海汽轮机有限公司STC与西门子西屋公司联合设计制造的型号为N600242566566的汽轮机为研究对象。其主要特点是除高压调节级外均采用反动级的机组,级数相对较少,高中压缸采用合缸,减小了轴向长度和轴承数量。高中压缸温度场对称分布,端汽封和轴承箱均处在温度较低的高、中压排汽口区域。高中压缸采用头对头布置方式,两个低压缸对称双分流布置,大大减少轴向推力。汽轮机各转子与发电机各转子采用刚性连接,轴系为挠性轴系。汽轮机的蒸汽流程为高压主汽阀、调节阀通过导汽管与高压汽缸相接;中压联合阀布置在高中压缸两侧,通过中间进汽管与汽缸焊接,并采用浮动式弹簧支架固定在平台上。主蒸汽从高中压外缸中部上、下对称布置的4个进汽口进入汽轮机,通过高压12级作功后去锅炉再热器。再热蒸汽通过再一20一热主汽门和再热调阀进人与中压缸内四个喷嘴室进汽口相连的再热进汽管。通过中压8级作功后的蒸汽,经两根异径连通管分别进入两个双流7级的低压缸,作功后的乏汽排人两个不同背压的凝汽器。汽轮机系统包括的子系统多而复杂,由此带来的建模仿真工作量也十分繁重,限于篇幅,本文仅针对汽轮机本体进行研究。1汽轮机本体模型建立本文采用机理法即依据基本的物理定律_6,M包括能量守恒、质量守恒、动量守恒原理对汽轮机本体进行建模,具有适用范围广、物理意义明确的优点。本汽轮机高中压缸合缸,两个低压缸都是双层缸结构L,高压缸有LL1级,中压缸有8级,低压缸有227级,全机共有48级。额定工况下,汽轮机的效率分别是高压缸8746,中压缸9387,低压缸9229,汽轮机总内效率为918。由于其工作机理相同,故本文以高压缸的某一级为例。为了简化模型,首先做以下假设J1过热汽为理想气体;2将高压缸、中压缸、低压缸按等效喷嘴处理,并认为蒸汽在其中发生一维均匀的绝热膨胀;3忽略蒸汽人口动能,认为人口蒸汽参数即为滞止参数;4入口和出口质量流量之间的关系近似认为是一阶惯性环节。以上假设符合现场运行工况,并简化了模型,但不影响仿真机的整体性能,保证了整体精度和实时性指标。由于假设了每一段都是由一个汽室600MW火电机组汽轮机本体建模与仿真白阳振。等和一个喷嘴组成的,动态过程在汽室中考虑,室外按稳态计算。质量守恒方程为F一FJOOUT动量守恒方程为DFOUZ1F一F能量守恒方程为汽CPTORM一1,可得汽轮机做功效率为AH1一RM7一FH一FO,H。DP。H式中,F、F分别为汽室入口、出口的蒸汽流量;H、H。分别为汽室入口、出口处的蒸汽焓值;V为汽室容积;P为汽室出口蒸汽密度;为时间常数。以上三个方程描述了汽缸内发生的动态过程,由于前面已经假设动态过程在汽室中考虑,所以以下模型均采用稳态计算“。喷嘴方程为R一A12RTMD一一,式中,P为汽室出ISL即喷嘴入13的压力;R为喷嘴前后的压力比;M为多变过程的多变指数;4为喷嘴喉部面积;叼为多变过程的效率。其中,TOPP。RP。T。;RP6P。;M_;CPC式中,为汽室出口喷嘴人口的温度;、C,分别为蒸汽的定压比热、定容比热;R为理想气体常数;为等熵膨胀系数;PB为汽缸出口压力喷嘴后。由多变过程的关系式P。VGOP及理想气体方程PV尺可推得汽缸出ISL温度TBPIJ,NIJY由上式可知,理想气体等熵膨胀时的焓降为CP一CPRM1一1CETO71MCP”CP一1对于理想气体C一CR,对于等熵膨胀叩1,所以AHCPROR肜一1由以上推导可知,对于等熵膨胀,焓降为CR一1;对于多变过程,焓降为叼该段输出的机械功P77AHF该段出口焓H6H。CPTB一汽轮机总功率为高、中、低压缸做功之和PPP咖P式中,P为高压缸做功;P为中压缸做功;PFP为低压缸做功。其中高压缸、中压缸、低压缸做功分别为它们包含的各级做功之和。排出汽轮机级组蒸汽量和进入汽轮机级组蒸汽量的关系为F。FF式中,F为排出汽轮机级组蒸汽量;F为进入汽轮机级组蒸汽量;F为抽出汽轮机级组蒸汽量。级组之间的输入输出关系如图1所示。12HINB,且图1级组墟组L因此,PPOPLP。PO,PL,P分另0为汽轮机各级组的功率。2仿真试验结果汽轮机高压缸、中压缸、低压缸的工作机理相同,因此选取高压缸的某一级为例。蒸汽流量、温度、压力、焓值以及功率是汽轮机级组的重要运行参数,在不同工况下对其变化趋势进行仿真研究。仿真结果与现场实际运行工况对应的参数进行比较,以验证模型的准确性。21升负荷协调控制方式下,从500MW到600MW进行升负荷,所选参数的变化曲线如图

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