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第55卷第5期2013年L0月汽轮机技术TURBINETECHNOLOGYV0155NO50CT2013太阳能辅助加热燃煤机组凝结水系统单耗分析陈海平,于鑫玮,鲁光武,高沛1华北电力大学能源动力与机械工程学院,国家火力发电工程技术研究中心,北京102206;2华北电力大学能源动力与机械工程学院,保定071003摘要针对燃煤机组回热加热器换热不可逆损失较大的问题,通过对抛物面槽式太阳能集热器与常规燃煤机组回热系统耦合机理的研究而进行系统的集成优化,并运用单耗理论分析300MW燃煤机组热力系统各设备的附加单耗在系统集成前后的变化情况,得出了不同太阳能辐射强度下热力系统各设备附加单耗的变化趋势。结果表明,各级低压加热器附加单耗随太阳能辐射强度的增强而降低,凝汽器与低压缸正好相反,但汽轮机组附加单耗随辐射强度的增强而降低,而且汽轮机多输出功率随太阳能辐射强度的增强而增大。集成系统在设计太阳能辐射强度900WM时,汽轮机组附加单耗总值降低了0124SKWH,多输出功率148MW。关键词太阳能集热器;燃煤机组;单耗理论;附加单耗分类号TK515文献标识码A文章编号100158842013050377434THEUNITCONSUMPTIONANALYSISOFSOLARENERGYAUXILIARYHEATINGSYSTEMOFCONDENSATIONWATERFROMCOA1FIREDUNITCHENHAIPING,YUXINWEI,LUGUANGWH,GAOPEI1SCHOOLOFENERGY,POWERANDMECHANICALENGINEERING,NATIONALTHERMALPOWERENGINEERINGTECHNOLOGYRESEARCHCENTER,NORTHCHINAELECTRICPOWERUNIVERSITY,BEIJING102206,CHINA;2SCHOOLOFENERGY,POWERANDMECHANICALENGINEERING,NORTHCHINAELECTRICPOWERUNIVERSITY,BAODING071003,CHINAABSTRACTTOTHEQUESTIONOFBIGGERIRREVERSIBLELOSSOFTHEREGENERATIVEHEATERSINCOALFIREDPOWERUNIT,ITMAKESINTEGRATIONANDOPTIMIZATIONBETWEENPARABOLICTROUGHSOLARENERGYCOLLECTIONSYSTEMANDCOALFIREDPOWERPLANTREGENERATIVEHEATINGSYSTEMTHROUGHTHECOUPLINGMECHANISMRESEARCHOFTWOSYSTEMS,ANDTHENBASEDONUNITCONSUMPTIONTHEORYANALYZESCHANGINGSITUATIONSOFADDITIONALUNITCONSUMPTIONOFEACHEQUIPMENTIN300MWCOALFIREDUNITBEFOREANDAFTERSYSTEMINTEGRATION,FINALLY,ITWORKSOUTTHEADDITIONALUNITCONSUMPTIONVARIATIONTENDENCYATDIFFERENTSOLARRADIATIONINTENSITYRESULTSSHOWTHATTHEADDITIONALUNITCONSUMPTIONOFLOWPRESSUREHEATERSREDUCEWITHTHESOLARRADIATIONINTENSITYENHANCING,WHILE,CONDENSERANDLOWPRESSURECYLINDERISEXACTLYOPPOSITE,BUTADDITIONALUNITGROSSCONSUMPTIONOFSTEAMTURBINEUNITREDUCESANDOUTPUTPOWERINCREASESTHEFORMERREDUCES0124GKWH,THELATTERMUHIPLEOUTPUTPOWER148MW,WHENINDESIGNOFSOLARRADIATIONINTENSITY900WMKEYWORDSSOLARENERGYCOLLECTION;COALFIREDUNIT;UNITCONSUMPTIONTHEORY;ADDITIONALUNITCONSUMPTION简称DSG在系统运行安全稳定性以及成本初投资方面更O前言有优势。本文以某亚临界燃煤火电机组热力系统与LS一3型抛现代大型常规燃煤火电机组回热系统均采用多级抽汽物面槽式太阳能集热器进行耦合,利用单耗理论分析探讨集来加热凝结水给水,其温升达二百多度,相对于各级加热成系统和汽轮机各个设备的附加单耗变化规律以及整个机器入口凝结水给水温度而言,大多数级的抽汽品质都相对组热经济性情况。较高,致使回热系统换热不可逆损失相对比较大。基于此,采用抛物面槽式太阳能集热系统对燃煤机组凝结水进行辅1太阳能辅助加热凝结水助加热,根据太阳能辐射强度的强弱来合理分配分别被集热系统与低压各级抽汽加热的凝结水量,并通过调节低压各级11槽式太阳能集热器抽汽量保证机组回热系统稳定运行。这种耦合控制方式相抛物面槽式太阳能集热器是一种线聚焦集热器,与塔式王取汽轮圭回热抽的擅式太阳能直接蒸汽发生系统及碟式相比是太阳能热发电中最为成熟的形式,其设备及维收稿日期20121226作者简介陈海平1963,男,教授,工学博士,主要从事火电厂节能降耗方面的教学与科研工作。378汽轮机技术第55卷护费用皆相对较低,LS一3型抛物面槽式太阳能集热器主要由吸热管、抛物面反射镜、金属支撑架和跟踪驱动系统等组成,集热器面积为547M,光学效率为733。集热器热效率随着流体温度的升高而变小,当流体温度较低时,集热器热效率都处于较高水平,流体流量的大小对集热器热效率影响较小,并且集热器热效率随着太阳辐射强度的增加而变大。本文集热器中流体为机组凝结水泵出口的凝结水,其进出口温度分别为373C、1448,吸热管内流体温度较低,因此集热器效率较高。根据文献2建立的集热器传热模型,风速26RNS,大气温度21,真空运行工况时得出不同辐射强度对应不同流体流量下的集热器热效率如表1所示。表1不同太阳能辐射强度对应不同流体流量下的集热器热效率辐射强度分流流量集热器辐射强度分流流量集热器MKGS效率,WMKGS效率,9O03647035500195679285O3437016450174673480O32270OO40015366587503006973350132666570027969493OO11164346502586918250090625560H023768862OOO6959865502166843200一一12集成系统模型的建立121燃煤机组计算基础数据N3001667537537型机组额定工况下机组主要计算基础数据如下主蒸汽流量928640KGH,主蒸汽焓33944KJKG;再热热段蒸汽焓35371KJKG,再热吸热量155KJKG;排汽焓23407KJKG;主给水焓12006HKG。回热系统汽水参数见表2。表2回热加热系统汽水参数122集热器场面积的确定经槽式太阳能集热器加热的凝结水量随太阳能辐射强度的增大而增加,在最大太阳能辐射强度设计值取900WM下,流经集热器的凝结水量达到最大值,按燃煤电厂全部凝结水量进入槽式太阳能集热器来设计集热场面积,此时低压各级抽汽全部返回汽轮机中做功。通过汽轮机末级允许最大流量为3600CG275019852KGH1式中,下标2表示低压缸双排汽口;U为叶顶圆周速度;C,为末级余速,取为205MS;N为额定转数;0为径高比值为296;为末级出口蒸汽比容。当太阳能辐射强度为900WM时,凝结水全部流经集热器,低压各级抽汽全部返回汽轮机,汽轮机排汽量变为DDCD5D6D7D8648912KGH,因此低压缸通流面积满足5段8段抽汽全部排挤到低压缸的流量要求。随着辐射强度的降低,为了保证集热系统出口温度一定,进入集热器的凝结水量减少,为了维持汽轮机组回热系统各级加热器进出口参数保持不变以及稳定运行,需要采用低压各级部分抽汽来加热流经回热系统的凝结水量。到太阳能集热器最大凝结水量为DDDD嘏D720159KGH2式中,巩为补水量为35000KGH;D为8号加热器疏水出口量;D为轴封加热器疏水流量;D、D、D、D分别为低压各级抽汽流量。集热器场进口凝结水来自轴封加热器出口凝结水,其焓值为H1589KJKG;其出口水焓值为5号低加出口凝结水焓值H6112KJKG。因此太阳能集热器有效利用热量为QDH一H,由此集热系统面积为0A一150425M3DD“R9OO7式中,Q太阳能集热器有效利用热量,HH;LA为设计太阳能辐射强度900WM;为太阳能辐射强度为900WM抛物面槽式太阳能集热器热效率,为7035;为管路效率,取95。123集热器场的布置每个153型太阳能集热器面积为547M,因此所需集热器个数为275个,这275个太阳能集热器组成太阳能集热系统阵列,集热器之间的连接方式分为串联、并联、混联3种,串联越多沿程阻力损失越大,并联越多容易造成分流不均而且管道局部阻力损失相对增大,较为理想的连接方式为混联方式,其布置方式如图1所示。进LJJLJJLJ27排FFFRRJJLJJLJ凝结水,_,_7厂_7,_7,_7氧器X厂_7A厂_7XL_JLLLL_JLJ27排_7,_,_,_7,_1J图1集热器场的平面布置简图假设太阳能热量投入之后,机组的主蒸汽流量保持不变,根据太阳能辐射强度的强弱合理分配分别被集热器与低压各级抽汽加热的凝结水量,调节低压各级抽汽量保证机组回热系统稳定运行。燃煤机组热力系统与太阳能集热器辅助加热凝结水集成系统如图2所示。2单耗分析计算模型21集成前系统单耗分析单耗分析是基于热力学第二定律基础上提出来的能量系统分析理论和方法。在单耗理论中,“系统”指被分析的能量系统总体,子系统称为“设备”。系统总体最初投入的原第5期陈海平等太阳能辅助加热燃煤机组凝结水系统单耗分析379燃煤机组热力系统槽式太阳能集热器场图2槽式太阳能集热器辅助加热凝结水系统材料统称为“燃料”,系统产出的有用部分为“产品”,其余部分为“炯耗损”。产品的单耗包括理论最低单耗和附加单耗两部分。理论最低单耗是单位产品所蕴涵的炯值与单位燃料所蕴涵炯值的比值。在没有任何附加损失的理想系统中,理论最低单耗为BMIN44式中,E、E,分别为单位产品和单位燃料的炯;F、P分别为投入系统的燃料的总炯值和产品的总炯值。对于燃煤发电而言,其理论最低单耗为123GKWH。针对集成前后汽轮机组各设备的附加单耗展开讨论,设备的附加单耗值的大小反映了该设备不可逆损失的程度。其值的大小与设备的结构特征和运行状态有关。设备的附A一100100000000010000加单耗为6RL半R5式中,A为,设备与,流的联系矩阵,其元素或为0,与,无联系,或为1若,流人,或为一1若,流出,;ER是流入或流出设备的炯值。假设系统有N个设备M个流,设备的附加单耗组成一个N维的向量,每个流的炯值组成一个M维的向量。则,BRB,B,B,ER。,E,ETO本文主要研究汽轮机组中高压缸、中压缸、低压缸、高压加热器、除氧器、低压加热器、凝汽器、小汽机、给水泵等14个设备不考虑轴封加热器以及凝结水泵,设备依次编号为AN,设备流编号为154,如图3所示。图3机组各设备与流简图根据图3汽轮机组各个设备的连结关系得到汽轮机组各设备与炯流联系矩阵A14行,54列如式60000000000000000000000000101000000001000000000011一100000010表3设备的炯损及附加单耗值6、焖损附加单耗、煳损附加单耗设备1OK_IHGKWH议备1OKJHGKWH高压缸55045455735号低加201905024中压缸9076811036号低加521891060低压缸36979384217号低加1732670201号高加3585490418号低加8334000952号高加782058089凝汽器25051525633号高加501752057小汽机641770073除氧器281803032给水泵800766091从表3中可以明显看出,汽轮机组各设备附加单耗总量为2242GKWH,汽轮机中高压缸附加单耗最大占汽轮机组各设备附加单耗总量的2556,是因为高压缸中叶轮摩擦损、漏汽损失及部分进汽损失都很大,而低压缸中存在较大的湿汽损失以及余速损失,造成低压缸附加单耗也较大;在回热系统的各级加热器中,经过8号低加凝结水温升最高为448C,不可逆损失最大,因而其附加单耗最大;凝汽器属于大型的换热设备,有多股汽流、水流的汇入,导致其附加单耗值较大。22集成后系统单耗分析太阳能辅助加热凝结水系统涉及到4个低加、中压缸、低压缸及凝汽器的炯流量改变,这些设备的附加单耗将随之而变,其变化量取决于辐射强度,因太阳能集热器出口水的参数始终保持定值,其它设备的附加单耗值不变。不同太阳能辐射强度时经集热系统加热的凝结水量及进入回热系统的凝结水量分别为380汽轮机技术第55卷7D一7DLD一D8式中,D。为总凝结水量;,为太阳能辐射强度;叼为不同太阳能辐射强度下的集热器热效率。NE低压各级抽汽量变为DI。DWCL9式中,D、D分别为集成前后低压各级抽汽量。N此集成后系统与集成前系统相比汽轮机多输出的功率为18。1一L08,JDWD一1”10效率为988。从而得到集成系统在不同太阳辐射强度下的汽轮机组附加单耗总值以及汽轮机多输出的功率等参数如表4所示,并且得到汽轮机组各个设备附加单耗随辐射强度的变化曲线如图4所示。从图4中可以明显看出,太阳能辅助加热凝结水系统对汽轮机组某些设备附加单耗的影响较大,太阳能辐射强度变化时,中压缸附加单耗值基本不变,因其五段抽汽为中压缸末级抽汽,直接进入低压缸做功;低压缸附加单耗随辐射强度的增强而增加,且变化幅度较大;凝汽器的附加单耗也随辐射强度的增强而增加,因低压各级抽汽返回汽缸,最终成为排汽汇入凝汽器中,较高参数的排汽与循环冷却水的换热必然带来很大程度的不可逆损失;4个低加的附加单耗随辐射强度的增强而减小。从表4中数据可以看出,汽轮机式中,H为各级抽汽焓;叼为机械效率为99;“QG为发电机组附加单耗随太阳能辐射强度的增强而减小。表4集成后系统汽轮机组各参数值,LD汽轮机组附加单耗ZIPD汽轮机组附加单耗PWMKGHGKWHMWWMKGHGKWHMW900022296148O5003338924223467948504L8493223031394450375487722352708800832058223L01309400417242322358622750L253L862231512223504588092223645377O0166885522322113730050061492237045L65020869702232810512505422955223763656002502240223339662005839875223

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