基于[火用]分析法抽汽压损对煤耗率的影响

第54卷第3期2012年6月汽轮机技术TURBINETECHNOLOGYVO154NO3JUN2012基于炯分析法抽汽压损对煤耗率的影响忻炜，张红方，房林铁，田松峰1中国石油化工股份有限公司天津分公司热电部，天津300270；2华北电力大学电站设备状态监测与控制教育部重点实验室，保定071003摘要根据热经济性指标和炯的物理意义，定义锅炉炯效率、机组炯效率、发电煤耗率的数学计算式；由小扰动理论和微分理论，当抽汽压损变化时，在热力系统汽水分布方程的基础上详细推导抽汽量变化与不同类型加热器出口水焓与疏水焓的微分关系式；根据锅炉炯效率、机组炯效率、发电煤耗率的数学计算式，推导锅炉炯效率、机组炯效率、发电煤耗率变化与抽汽量的微分关系式。结合NIO0025600600机组，定量分析抽汽压损变化对锅炉I朋效率、机组炯效率、发电煤耗率的影响，为有效分析机组经济性提供理论依据。关键词加热器；抽汽压损；炯效率；煤耗率分类号TK212文献标识码A文章编号10015884201203O21505THEINFLUENCEABOUTEXTRACTIONSTEAMPRESSURELOSSTOCOALCONSUMPTIONBASEDONEXERGYANALYSISXINWEI，ZHANGHONGFANG，FANGLINTIE，TIANSONGFENG1SINOPECTIANJINBRANCHCORPORATIONDEPARTMENTOFTHERMAL，TIANJIN300270，CHINA；2MOESKEYLABOFCONDITIONMONITORINGANDCONTROLOFPOWERPLANTEQUIPMENT，NORTHCHINAELECTRICPOWERUNIVERSITY，BAODING071003，CHINAABSTRACTONTHEBASISOFTHERMALECONOMICINDICATORSANDPHYSICALSIGNIFICANCEOFEXERGY，ITDEFINESTHEMATHEMATICALCALCULATIONFORMULAOFTHEBOILEREXERGYEFFICIENCY，THEUNITEXERGYEFFICIENCY，COALCONSUMPTIONRATEBYTHESMALLPERTURBATIONTHEORYANDDIFFERENTIALTHEORY，UNDERTHECHANGESINEXTRACTIONSTEAMPRESSURELOSS，ITDEDUCESINDETAILTHEDIFFERENTIALRELATIONBETWEENTHECHANGEOFEXTRACTIONFLOWANDTHECHANGEOFOUTLETWATERENTHALPYANDDRAINENTHALPYINDIFFERENTTYPESOFHEATERSBASEDONSTEAMWATERDISTRIBUTIONEQUATIONOFTHERMALSYSTEMACCORDINGTOTHEMATHEMATICALCALCULATIONFORMULAOFTHEBOILEREXERGYEFFICIENCY，THEUNITEXERGYEFFICIENCY，COALCONSUMPTIONRATE，ITDEDUCESTHEDIFFERENTIALRELATIONBETWEENTHECHANGEOFTHEBOILEREXERGYEFFICIENCY，THEUNITEXERGYEFFICIENCY，COALCONSUMPTIONRATEANDTHECHANGEOFEXTRACTIONFLOWWITHN100025600600UNIT，ITMAKEQUANTITATIVEANALYSISOFTHEINFLUENCEABOUTEXTRACTIONSTEAMPRESSURELOSSTOTHEBOILEREXERGYEFFICIENCY，THEUNITEXERGYEFFICIENCY，COALCONSUMPTIONRATE，ANDPROVIDETHETHEORETICALBASISFORUNITECONOMICANALYSISKEYWORDSHEATER；EXTRACTIONSTEAMPRESSURELOSS；EXERGYEFFICIENCY；COALCONSUMPTIONRATE0前言在电厂热力系统中，热力损失直接影响整个机组的热经济性。抽汽压损是指抽汽在加热器中以及从汽轮机抽汽口到加热器沿途管道上产生的压力损失之总和，它是一项不明显的热力损失，使蒸汽的做功能力下降，热经济性降低。文献2根据加热器的炯效率和炯平衡方程，对加热器列出炯平衡方程，建立了炯矩阵与抽汽系数的关系。文献3根据热力系统汽水分布方程对炯损分布的通用矩阵进行改进完善。文献4以小扰动理论为基础，根据机组热力系统汽水分布通用矩阵方程、比内功方程、循环吸热量方程及标准煤耗率影响的通用微分关系式。文献5基于热力系统结构矩阵，通过严密的数学推导，给出了定流量条件下抽汽压损对机组热经济性影响的计算模型。该模型针对不同型式加热器进行讨论并给出了具体的数学表达式。本文定义了锅炉炯效率、机组炯效率、发电煤耗的计算式，由小扰动理论和微分理论，在抽汽压损变化下，推导抽汽压损变化对抽汽量、锅炉炯效率、机组炯效率、发电煤耗影响的微分关系式。以NIO0025600600机组为例，定量分析抽汽压损对锅炉炯效率、机组炯效率、发电煤耗率的影响一。1机组热经济性基本公式电拯准煤耗窭的I土箕公式，推导出了抽汽压损对机组发电T锅炉热效率是指锅炉的有效利用热占输入锅炉热量收稿日期20111208作者简介忻炜1968男，高级工程师，主要研究方向从事电厂设备检维修、工程质量检验管理等工作。216汽轮机技术第54卷的百分比，即一式中，Q为蒸汽的吸热量；Q。为输入锅炉的热量。2汽轮机的绝对内效率是指蒸汽做功量与整个热力循环中蒸汽的吸热量之比。I2式中，为蒸汽实际做功量；Q0为机组吸热量。3发电标准煤耗是指每发1KWH电量所消耗标煤量，SKWH。BJ3_一F3叩5叼P町M町G式中，、叼、田仉分别为锅炉效率、管道效率、机组绝对内效率、机械效率、发电机机械效率。4炯效率，7是指装置得到的炯与付出代价所消耗的炯的比。一每薏J式中，硪为吸热流体进入装置的炯；E为吸热流体流出装置的炯；E兰为放热流体进入装置的炯；E为放热流体流出装置的炯。2机组热力系统基本方程21汽水分布方程热力系统的汽水分布矩阵为引ADA，ADAQD05其中，A、A，、分别为回热系统、辅助蒸汽和辅助水矩阵；、D，、D为回热抽汽、辅助汽、辅助水流量矩阵；D0为主蒸汽流量；AQ为纯热量矩阵；R为给水焓升矩阵。矩阵的具体定义见文献10。22锅炉炯效率锅炉吸热方程“QDOH。ORH一D一D6其中，H。、H，为主蒸汽、锅炉给水焓；为LKG蒸汽再热吸热量；盯00R，M为再热前的抽汽级数。锅炉侧燃料量为“B7叼6叼口VT锅炉输入的燃料炯为川E6BEI8其中，EJ为固体燃料炯。燃料炯004O9006160042919其中，QC、0。、NAR为固体燃料收到基的低位发热量、碳含量、氢含量、氧含量、氮含量11。锅炉的输出I朋方程，“EQD。E。E一一D一10其中，E0、EM为主蒸汽、锅炉给水炯值；E为LKG蒸汽再热吸热的I炯升，。，EE00R。由式1、式8、式10得，锅炉的炯效率。川RLKEQE61123汽轮机炯效率汽机侧的输入J炯方程ED。E。E一E一D一12其中，E为排汽炯。百E1E一EEME一EEMLE一EEE一EE一EEEE一EC汽机的功率方程WD0H0一H一D13其中，为排汽焓值。H1一HH一HORH1一H。H一HHOR一H一HH由式2、式12、式13得，机组炯效率I9RLEQ1424机组发电煤耗率机组发电煤耗率一由式3、式11、式14可得B堡153压损变化对发电煤耗率影响的数学模型4,5,12,1331抽汽压损对抽汽系数影响抽汽压损对热力系统矩阵的影响由热力系统小扰动理论，可以认为抽汽压损的改变不影响辅助蒸汽、辅助水流量系数和纯热量的变化，即D，、D、Q不变，。故对式6分别对加热器出口水焓和疏水焓求偏导并简化得I5，”A薏，等01732不同类型加热器的抽汽系数变化321抽汽系数对加热器出口水焓的变化由A的结构特点知，恒有第3期忻炜等基于炯分析法抽汽压损对煤耗率的影响217AAAIO一1一111O一00OOO0000018该矩阵第I一1行和第I行前I一1个兀素分别为一1和1，其余元素为0，且粤F00一I0OL198HL一1第I级加热器前没有带疏水冷却器的表面式加热器或汇集式加热器，则有箦OAI0OH20A伽将式18式20带入式16有1毒212第I一1级加热器是带疏水冷却器的表面式加热器或汇集式加热器，则有箦OHOH篑OH，一I一_将式18、式19、式22带入式16有A一。【一II一II一II。】233第I一1级加热器是无疏水冷却器的表面式加热器，若该加热器前第K级加热器为带疏水冷却器的表面式加热器或汇集式加热器，则有A一一4上一A一A一O一1一10110000L；该矩阵第I一1行和第I行前K个元素分其余元素为0。将式18、式19、式24带人式16有240J别为一1和1，一砉一砉一II贵25322抽汽系数对加热器出口水焓的变化1如果第I或I1级加热器为带疏水冷却器的表面式加热器或汇集式加热器，则有026AA九、将式26带入式17有027A2第I级加热器是无疏水冷却器的表面式加热器，若该加热器前没有带疏水冷却器的表面式加热器或汇集式加热器，则有一一AH一O一0；01一11100000000O028该矩阵第I行和第I1行前I个元素分别为一1和1，其余元素为0。将式28带入式17有AD一【1100293第I级加热器是无疏水冷却器的表面式加热器，若该加热器前第K级加热器为带疏水冷却器的表面式加热器或汇集式加热器，一一D一A一00000OOO003O该矩阵第I行和第I1行第K41到第I个兀素分别为一1和1，其余元素为0。将式30带入式17有。一D【O_11。0】3133抽汽压损对煤耗率影响的数学模型，由小扰动理论可知，可以认为抽汽压损的改变不影响主蒸汽流量、辅助蒸汽流量、主蒸汽焓值、再热蒸汽焓升，即D。、D，、H。、不变，将式6分别对加热器出口水焓“和疏水焓求偏导并简化得锅炉吸热量的变化率一D。山OD32篑。山OD33由式7式9和式32、式33可得锅炉燃料炯变化率篑34OHOH，等OH薏OH35一根据式10同理得锅炉输出的I朋量变化鲁_E。OD360O0；10O一一010；2L8汽轮机技术第54卷一OAE_QDOODOE,I_一ODOHA“鲁OH引OHLODOHA薏_ODOHA卺47同理，将求得OD、OD和式12、式13、式38一式41、式45、546带入547即可求得机组炯效率的变化量。根据式15同理得机组煤耗率变化R不变去卺去蔷一卺去根据微分理论，对式11两端取对数求偏导得锅炉煳效即率变化量4243蒉恤S。同理，将求得OD、和式15、式42、式43、式45、式46、式48、式49带入式50即可求得机组炯耗率的变化量。叩。卺444实例验证与分析根据不同类型的加热器，求得抽汽系数的变化率，即、OD。将其和式6式11、式34式7、式42、式43带入式44即可求得锅炉炯效率的变化量。根据式14同理得机组炯效率变化为薏【，薏告。OEQ【一古。OEQ本文以N100025600600机组热力系统为例，分析抽汽压损变化对煤耗率的影响。N100025600600热力系统如图1所示。根据回热系统I朋损分布的通用矩阵方程建立该机组的炯损分布矩阵方程建立的煤耗率的数学模型，定量计算抽汽压损对煤耗率的影响。在某级加热器抽汽压损变化5情况下，定量计算抽汽压损对煤耗率的影响。NO3NO4N05NO6图1N100025600600机组热力系统图表1为某加热器抽汽压损增加5时，锅炉炯效率、机组热器抽汽为再热后第一段抽汽，该段抽汽温度比较高，进口炯效率和机组煤耗率的计算结果。由计算结果可知，机组煤炯比较大，造成不可逆损失大，同时引起2号加热器抽汽增耗率的变化与锅炉J朋效率和机组炯效率相关。抽汽压损的加，致使汽轮机做功量减少，最终导致机组煤耗增加；随着加增加使锅炉进口给水相对加热不足，锅炉的输入燃料炯量相热器级数的增加，相同比例的压损变化对给水焓升的影响越对增加，抽汽量相对减少，机组的做功量增加，即锅炉的炯效来越小，煤耗率变化都将逐级较小。率有所减小，机组炯效率增加，最终使得机组煤耗率增加。而且，1号加热器抽汽压损对机组煤耗率影响最大，因为1号加热器抽汽压损引起进入锅炉欠焓增加，造成锅炉吸热量增加，直接导致机组煤耗率增加；其次，3号加热器，由于3号加5结论1本文根据热力系统热经济性指标和炯的物理意义，“一一上一J上叩一一即第3期忻炜等基于炯分析法抽汽压损对煤耗率的影响219结合再热机组的特性，定义炯煤耗率的数学计算式；根据小扰动理论和微分理论，推导了抽汽压损变化对机组煤耗率变化的微分关系式。2机组煤耗率微分计算式物理意义明确，具有较强的规律性和通用性，矩阵表达式更加简洁，便于编程实现。3根据机组煤耗率微分计算式对N100025600600机组进行计算，计算表明能很好地反映抽汽压损的变化对机组煤耗量的影响，并且利用炯分析法可以真实反映电厂用能水平。参考文献1崔峨热力过程炯分析及计算方法M大连大连海运学院出版社，19872李永华，李庚生，闫顺林火电机组回热系统L炯损分布的通用矩阵J动力工程，2006，2645955983李永华，吴洪浩火电机组回热系统炯损矩阵方程的改进及应用J汽轮机技术，20108，5242442464王松龄，张学镭，陈海平，等抽汽压损对机组热经济性影响的通用计算模型J动力工程，200612，2668888935李永华，李玉辉抽汽压损对煤耗影响分析的通用微分关系式J汽轮机技术，200812，506410412朱明善能量系统J炯分析M北京清华大学出版社，1988沈士一，庄贺庆，康松，等汽轮机原理M北京中国电力出版社，1992林万超火电厂热系统节能理论M西安清华大学出版社，1994郑体宽热力发电厂M北京中国电力出版社，2003郭民臣，魏楠电厂热力系统矩阵热平衡方程式及其应用J动力工程，20024，38317331738樊泉桂，阎维平锅炉原理M北京中国电力出版社，2004刘强，郭民臣，刘鹏飞抽汽压损对机组热经济性的影响J中国电机工程学报，20073，2785963薛青鸿基于矩阵法的超超临界机组热经济性分析J电力建设，201010，3110100103王朝伟600M超超临界机组热力系统热经济性分析研究D保定华北电力大学，2007杜亚荣600MW机组热力系统的热力学分析与优化D保定华北电力大学，2008李新鹏张电300MW机组回热系统热经济学诊断研究D保定华北电力大学，2008上接第169页6随着蒸汽发生器排污份额的增加，对于采用可再生热交换器的系统，其蒸汽动力转换系统循环热效率降低；而对于采用非再生热交换器的系统，其蒸汽动力转换系统循环热效率提高。同时，随着蒸汽发生器排污份额的增加，其管道热效率均降低。但与采用非再生热交换器系统相比，采用可再生热交换器的系统管道热效率的降低幅度较小。另外，采用可再生热交换器系统全厂热效率随排污份额的降低幅度小于采用非再生热交换系统。7本文的研究，对于进一步理解各损失对于全厂热效率的影响机理，挖掘压水堆核电厂的节能潜力，具有一定的参考价值。23参考文献藏希年，申世飞核电厂系统及设备M北京清华大学，2003严俊杰，李运泽，林万超压水堆机组二回路经济性定量分析理论的研究【J中国电机工程学报，2000，2O558冉鹏，张树芳压水堆核电机组二回路热力系统热经济性的矩阵分析方法J核动力工程，2008，2927477李勇，张玉铎，张毅核电汽轮机相对内效率测量方法研究