汽轮机组排汽焓在线计算模型的对比研究

第52卷第5期2010年L0月汽轮机技术TURBINETECHNOLOGYV0152NO50CT2010汽轮机组排汽焓在线计算模型的对比研究丁常富，梁娜华北电力大学能源动力与机械学院，保定071003摘要针对目前在线计算机组低压缸排汽焓的模型，对其中的两种模型进行了对比研究。结果表明利用各缸做功不足影响系数模型计算机组的排汽焓，其结果优于将低压缸、凝汽器及相应低加作为开EL系的计算模型，满足在线计算的精度要求。关键词汽轮机组；低压缸；排汽焓；在线计算分类号TK212文献标识码A文章编号10015884201005034503RESEARCHONONLINECALCULATIONMODELSFOREXHAUSTENTHALPYOFSTEAMTURBINEUNITSCOMPARATIVELYDINGCHANGFULIANGNASCHOOLOFENERGYPOWERANDMECHANICAL，NOAHCHINAELECTRICPOWERUNIVERSITY，BAODING071003，CHINAABSTRACTBASEDONTHEONLINECALCULATIONMODELSFORLOWPRESSURECYLINDERSEXHAUSTENTHALPYNOW，THEPAPERRESEARCHESONTHETWOMODELSOFTHEMCOMPARATIVELYCALCULATIONSINDICATETHATTHEPOWERINFLUENCECOEFFICIENTMODELOFEACHCYLINDERCALCULATESEXHAUSTENTHALPYWHOSERESULTSARESUPERIORLOWPRESSURECASING，CONDENSERANDLOWPRESSUREHEATERCORRESPONDINGASOPENSYSTEMMODE1ANDTHEPOWERINFLUENCECOEFFICIENTMODELOFEACHCYLINDERMEETSPRECISIONOFONLINECALCULATIONKEYWORDSSTEAMTURBINEUNITS；LOWPRESSURECASING；EXHAUSTENTHALPY；ONLINECALCULATION0前言汽轮机组低压缸排汽焓的计算一直是火电厂在线监测与热力系统分析的难点，但其对机组热经济性的分析有着重要的意义。一方面，汽轮机的末级排汽常常处于湿蒸汽区，排汽焓的确定需要由蒸汽的温度、压力和湿度来确定，但现场尚不具备实时监测蒸汽湿度的条件；另一方面，传统的排汽焓计算方法在一定程度上不能满足汽轮机性能在线监测的实时性。目前已有不少在线确定汽轮机组低压缸排汽焓的计算方法，文献1中将低压缸、凝汽器及与低压缸抽汽相对应的低压加热器作为一开口系，利用能量平衡方程、改进型弗留格尔公式计算机组的排汽焓。文献2中利用机组设计数据或典型工况热平衡试验数据拟合出各缸抽汽做功不足影响系数，进而应用功率平衡方程、低压缸效率公式计算机组的排汽焓。文献3，4分别采用BP神经网络模型、基于免疫原理的RBF神经网络模型计算机组的排汽焓。文献5分别从凝汽器能量守恒、汽轮机能量守恒出发计算机组的排汽焓。本文以某600MW机组为例，对其中的几种在线确定机组排汽焓的方法进行对比研究，分析各方法的尤点及让箕排焓塞医排汽焓的误差。收稿日期201004231低压缸、凝汽器及对应低加作为开口系求排汽焓的模型11模型的推导方案1如图1所示，将低压缸、凝汽器及与低压缸抽汽相对应的低压加热器作为一开口热力系统图中虚线框进行分析，进入该系统的工质有低压缸的进汽及B、N1、N、T、R五股辅助蒸汽，出系统的工质有5号低加出口水流，能量有低压缸的做功量、凝汽器的放热量与系统的散热损失。图1某60OMW机组原则性热力系统图对该开口系列能量平衡方程为DLHLDFBHFBDLHDHDFRHDMD日HM5QQ1式中，、。、分别为低压缸的进汽量，B点、作者简介丁常富1964，男，教授，主要研究方向为电站热力设备状态监测与控制。346汽轮机技术第52卷N1点、N点、T点、R点的辅助蒸汽流量、5号低加的出口水流量；、，、分别为低压缸的进汽焓，B点、N1点、N点、T点、R点的辅助蒸汽的焓值，5号低加的出口水流焓值；W、Q、Q分别为低压缸的做功量，凝汽器的放热量，系统的散热量。忽略系统的散热损失Q根据式1可以求得机组低压缸的排汽焓为H。DFHF1LDHD佛D日H一WTDH2其中，D、DQ可由式3、式4分别确定如下DD。一D一一一一3D0一D4QDH一H512模型中相关项的计算121蒸汽流量的计算主蒸汽流量可由调节级后的温度和压力利用弗留格尔公式求得DN每6式中P、分别为调节级后蒸汽的参数；“1”表示工况发生变化后蒸汽的参数。汽轮机排汽量可利用改进型弗留格尔求得每DP等T0一等1。一S，式中，D为汽轮机的排汽量；P0、为末级抽汽的压力、温度；。为级组压比；为末级的临界压比，其值决定于末级的结构参数和机组转速。122低压缸功率的计算汽轮机的总功率、高压缸功率与中压缸功率分别为鱼DO叩H0一HL1一O1HLH2ODH一H3，一3H3一H4则低压缸的功率为W一一式中，P为汽轮机组的电功率；D。为主蒸汽流量；叼、叼分别为机械效率、发电机效率，其值变化不大，在实际计算中取为常数；为其它辅助成分引起的做功损失。2抽汽做功不足影响系数求排汽焓的模型21模型的推导方案2根据图1所示的热力系统，定义汽轮机组的高压缸、中压缸与低压缸的抽汽做功不足影响系数分别为VHLA7T7一8一一O7H7一H8H8一H0FLH4一HLH4一H9按照以上定义，汽轮机组的高压缸、中压缸与低压缸的内功率可分别为YH。一HWMA，H，一HQFHH应用汽轮机组的功率平衡、低压缸效率公式得WYH0一H2YH一H4OFH一H叼F10H4一HF其中，F为低压缸效率；I1，28为各段抽汽焓值；。I1，28为各段抽汽流量份额；，、分别为进入中压缸、低压缸的蒸汽份额；H、H分别为低压缸的排汽焓、低压缸终参数状态点的等熵膨胀焓值；为其它辅助成分对功率影响的修正系数。22模型中相关项的计算221蒸汽流量的计算主蒸汽流量可应用式6求得，再热蒸汽量D、低压缸的进汽量分别为DDTRLDNPILTL式中，P，、表示中压缸人口压力及温度；P、表示低压缸入口压力及温度。222功率影响修正系数的计算根据机组的设计数据及典型工况试验数据，利用以下方程求得不同工况下的功率影响修正系数，并拟合出其与负荷的关系曲线。K，YH0一H2OT，YMH一H4AZL，H4一H叼3实例分析应用本文的两种排汽焓在线计算模型，分别对某600MW机组不同工况下低压缸排汽焓进行计算分析。机组的运行方式90负荷以上采用定压运行，90负荷以下采用滑压运行。表L为应用方案2根据机组的设计数据及热平衡试验数据按照式7、式8、式9计算所得结果，并拟合出各缸做功不足系数与负荷的关系曲线，满足在线计算的需要，其拟合出的曲线如图2一图4所示。按照222节将计算出的其它辅助成分对功率影响修正系数拟合成曲线，如图5所示。表2为分别采用方案1、方案2计算出的汽轮机排汽焓值的结果，并将计算结果与实际排汽焓值的比较示于图6。上述计算结果表明方案2中，不论机组是滑压运行还是定压运行，各缸做功不足影响系数随着机组负荷的减小，呈增大趋势。功率影响修正系数，在定压运行方式下随着机组负荷的减小，呈增大趋势；在滑压运行方式下随着机组负第5期丁常富等汽轮机组排汽焓在线计算模型的对比研究347糕叫替趟出髹1J5增妊叫毯塔量图2高压缸做功不足影响系数与负荷的拟合曲线图3中压缸做功不足影响系数与负荷的拟合曲线图4低压缸做功不足影响系数与负荷的拟合曲线表2两种方案在不同负荷下的计算结果荷的减小，呈减小趋势。采用方案2的计算结果比采用方案1具有更高的精度，方案1计算出的排汽焓相对误差O0298，而方案2计算出鼎懈蝰台差蓑图5功率影响修正系数与负荷的拟合曲线图6两种方案计算的排汽焓值与实际排汽焓值的比较的排汽焓相对误差000122。4结论1方案1的模型中需要在线计算出前四级的抽汽量，这就要用到前四级抽汽监测点监测出的参数；而方案2中，在求各缸做功不足影响系数时用到的各级抽汽量是根据设计数据或典型工况热平衡试验数据求得的。所以方案1的测点积累误差较大。2方案2的模型中各缸做功不足影响系数及功率影响修正系数是根据设计数据或典型工况热平衡试验数据求得的，当工况发生较大变动或机组大修后，需要重新计算这些参数。但方案1不存在这样的问题。3由于方案1模型中使用到的监测点的参数较方案2多，所以方案1的计算速度较方案2慢。4方案1的计算结果误差较方案2大，是由于汽轮机低压缸排汽量的计算中用级组前监测出的压力、温度替代了这些蒸汽参数的滞止参数，以及忽略了系统的散热损失引起的。本文只对目前众多的在线计算机组排汽焓方法中的两种进行了对比分析，需要进一步对其它方法进行对比研究，得到计算速度更快，精度更高的机组排汽焓算模型。下转第324页324汽轮机技术第52卷于该处没有喷嘴过来的气流，所以存在流动滞止区。在动叶G、H、I通道所组成的内部流场存在漩涡，当该处通道旋转到进汽部分时，对上游来流有阻挡作用。动叶J处上游流体与动叶H、I前的流体进行掺混后，有相当部分不能进入动叶G、H、I组成的通道内部，而沿流向在动叶G吸力面流出，从而造成掺混损失和斥汽损失。动叶带动通道内部滞止流体运动，从而产生鼓风损失。在其它工况下，非进汽部分的动叶流道的流动与动叶G、H和I中的类似，不再一一描述。图9A区域处的相对马赫数及流线分布图10是得到的4种工况下的功率和效率。为094和070时效率相差仅027，而为070与047效率相差为054，由此可见，随着部分进汽度的减小，调节级效率显著下降。O2O3O4O5O6O7O8O91O毒图L0多工况下的气动性能对比7674糌籁3结论本文基于三维黏性可压缩NST程，采用一S双方程湍流模型、有限容积法以及结构化网格对带有进汽室和加强筋的300MW汽轮机调节级多工况下的三维流场进行了分析，研究得到以下结论1由于该汽轮机调节级进汽室内部结构限制，流动比较紊乱，流道内部漩涡较多，存在很大的流动损失。随着部分进汽度的减小，流动损失逐渐增大，合理改进进汽室结构可以提高调节级效率；2由于部分进汽的影响，调节级叶栅通道内部流动在周向变化较大，尤其在进汽段下游和非进汽区段下游，流动差异更加明显。进汽段下游的动叶通道，内部流动较为顺畅，涡旋很少甚至没有，但在非进汽段下游，动叶通道内部涡旋较多，甚至充满着整个流道，产生斥汽损失、掺混损失以及鼓风损失；3不同工况下的流动差异主要存在于非进汽段下游，而随着部分进汽度的减小，叶栅中流动损失逐渐增大，效率降低。参考文献1JENSF，JENSEA，BUNKUTE，ETA1ANEXPERIMENTALSTUDYONPARTIALADMISSIONINATWOSTAGEAXIALAIRTESTTURBINEWITHNUMERICALCOMPARISONSAPROCEEDINGSOFASMETURBOEXPOCVIENNA，AUSTRIA，2004，GT2004537742NARMINBH，JIASENH，JENSF，ETA1NUMERICALSTUDYOFUNSTEADYFLOWPHENOMENAINAPATTIALADMISSIONAXIALSTEAMTURBINEAASMEPAPERPOWERCBERLIN，GERMANY，2008，GT2008505383DANIELJD，LISAWGFULLANDPARTIALADMISSIONPERFORMANCEOFTHESIMPLEXTURBINELA138THAIAAASMESAEASEEJOINTPROPULSIONCONFERENCEEXHIBITCAIAAPAPER20023638，INDIANAPOLIS，INDIANA，20024徐星仲，许力平，蔡虎，等处于部分进汽时动叶片排内非定常流动现象的数值研究J工程热物理学报，2001，22136395訾宏达，方韧，徐星仲，等汽轮机部分进汽调节级三维流场的非定常数值模拟J动力工程，2007，275721724，7616王福军计算流体动力学分析M北京清华大学出版社，20041227BARTHTJ，JESPERSONDCTHEDESIGNANDAPPLICATIONOFUPWINDSCHEMESONUNSTRUCTUREDMESHESA27THAEROSPACESCIENCESMEETINGCAIAAPAPER890366，RENO，NEVADA，1989上接第347页参考文献1李斌，王茹汽轮机低压缸效率的在线计算方法J汽轮机技术，2008，506471473