二次再热汽轮机能级效率法研究

第44卷第1期2015年3月热力透平THERMALTURBINEV0L44NO1MAR2O15文章编号16725549201501004604二次再热汔轮栅链级效率法研究夏晓华，杨宇，范世望1上海汽轮机厂有限公司，上海200240；2上海发电设备成套设计研究院，上海200240摘要在一次再热汽轮机能级效率法的基础上推导出二次再热机组能级效率法的计算公式，并针对某L000IVIW二次再热项目对推导的计算公式进行验证。在计算的过程中，分别对THA、TMCR、VW0、75THA、5OTHA这5个工况进行能损分析计算，获得了各工况下热力系统主循环的能级效率及辅汽能损值。采用能级效率法计算的热耗与实际计算热耗一致，验证了二次再热能级效率法计算公式的准确性。这也为能级效率法向更加复杂的热力系统的应用推广提供了思路。关键词二次再热；汽轮机；能级效率法；热力系统；能损分析；公式推导中图分类号TK262文献标识码ADOI1013707JCNKI311922TH2015O1O11STUDYONENERGYLEVELEFFICIENCYMETHODFORDOUBLEREHEATSTEAMTURBINESXIAXIAOHUA，YANGYU，FANSHIWANG1SHANGHAITURBINEWORKSCOMPANYLTD，SHANGHAI200240，OHINA；2SHANGHAIPOWEREQUIPMENTRESEARCHINSTITUTE，SHANGHAI200240，CHINAABSTRACTTHECALCULATIONFORMULAOFTHEMETHODAPPLIEDTODOUBLEREHEATTURBOSETWASDEDUCEDBASEDONENERGYLEVELEFFICIENCYMETHODFORSINGLEREHEATTURBOSET，ANDITSACCURACYWASVERIFIEDTHROUGHA1000MWPROJECTANENERGYCONSUMPTIONANALYSISOFTHEPROJECTWASCARRIEDOUTUNDERTHA，TMCR，VWO，75THAAND50THAWORKINGCONDITIONSRESPECTIVELY，ANDTHEENERGYLEVELEFFICIENCYOFTHEMAINCYCLEANDTHEENERGYCONSUMPTIONOFAUXILIARYSTEAMWEREACQUIREDTHEHEATRATESACQUIREDWERECONSISTENTWITHTHOSEFROMHEATBALANCEDIAGRAMS，WHICHVERIFIEDTHEACCURACYOFTHEDOUBLEREHEATCYCLEFORMULAMOREOVER，THEIDEAFORAPPLYINGTHEENERGYLEVELEFFICIENCYMETHODTOMORECOMPLEXTHERMALSYSTEMSWASPROVIDEDKEYWORDSDOUBLEREHEAT；STEAMTURBINE；ENERGYLEVELEFFICIENCYMETHOD；THERMALSYSTEM；ENERGYCONSUMPTIONANALYSIS；FORMULADERIVATION能级效率法具有物理意义清晰、使用简便、计算精度高、适用于计算机编程处理等优点。目前能级效率法的应用仅限于无再热或一次再热等简单热力循环系统，针对复杂的热力系统，比如二次再热系统等，尚无可以直接应用的能级效率分析的计算公式。随着国家节能减排战略的逐步实施，具有更高循环效率和更低煤耗的机组的市场份额将不断扩大，比如超超临界二次再热机组。虽然其目前仅有少数几个订单，但在未来，尤其是首个示范项目投运之后，必然在火电市场上占据重要的地位。所以，将能级效率法的应用向二次再热循环机组推广是很有必要的。由于目前尚未有可以直接进行二次再热循环能效分析的计算公式，笔者从能级效率法基本原理和热力学基本定律出发，推导出二次再热循环的能级效率法公式，并以某1000MW二次再热项目为例，对该公式的准确性进行验证。本文也为下一步利用该方法在其他更加复杂的热力系统中的应用提供思路。收稿日期20140910修订日期20150115基金论文上海市科学技术委员会“7OOC超超临界汽轮机研发”资助项目13DZL101502作者简介夏晓华1987一，女，毕业于上海交通大学，硕士研究生，助理工程师，现在上海汽轮机厂通流所从事汽轮机热力系统优化及通流设计方面工作。圈一一二次再热汽轮机能级效率法研究热力透平1能级效率法基本原理根据回路做功能力原理，LKG工质在热力系统中沿任何一个闭合回路运动一周，回到原来位置，其在热力系统中的做功能力保持不变。工质在热力系统中的实际做功能力由其所携带的能量和在热力系统中的位置决定，而与工质具体通过哪条路径实现做功无关。热量对热力系统的作用不仅在于热量的数量，还体现在热量进出热力系统的位置上RLZ。即使是同样数量的热量，在热力系统的不同位置进入系统，其影响热力系统对外做功的效果将不同，只有作用于同一能级的热量才能进行加减运算。11二次再热矩阵推导对于某级抽汽，其做功能力可以用沿水侧、汽轮机通流侧路径积分计算。111水侧单位工质从凝汽器水侧出发，沿给水通道流到新蒸汽位置时，其做功能力用矩阵形式表示为JNT，1式中AEA川，AAJ,N为外部作用焓矩阵，分量表示外部作用投影到每个能级上的分量；RL，为能级效率矩阵。112汽轮机通流侧1抽汽来自一级再热器前仍一IDH一HIHCRHRLT1一HHRH1M1一2竹HCRHZ一M2M2一HT一TRL2由于汽轮机的能级效率叩一1，凝汽器的能级效率仉一0，令HERB1一枞LC71，2一M2一2，所以一HIHC1一RLO1J，1一R0“2，J2抽汽来自一级再热器后二级再热汽前仍一LRDH一HIHCRH2THERB2一枞2仉M2一HCT一TRL，HIH1一2，J43抽汽来自二级再热器后HIHRT一T仉一一H5综合3、4、5可得一HIHC1一0“1，1一0“2，J其中，仉为再热器的局部做功效率，由于是从锅炉吸热，故一7。；I1，2为级抽汽沿汽轮机通流路径从第I级再热器的吸热量。当回路不包括再热器时，F一一0；当回路仅包括一次再热器时，一盯为1KG工质通过一级再热器时从再热器的吸热量，O“2，0；当回路包括二次再热器时，一ZZ为1工质通过二级再热器时从再热器的吸热量。定义热力系统一级再热结构列向量为CC1卅一FLL0，它有M1个1，表示一级再热器位于第M能级之后。那么一级再热焓升向量为仃1卅11盯10，它有1个盯1；同理，二级再热焓升向量为2，件1一22O，它有N1个2。不难验证，该推导过程对于更多次回热的汽轮机系统同样适用。12基本循环分析定义热力系统抽汽焓矩阵H。H，排汽焓矩阵H一。由于ATL7由式6可得AXT，一HH。1一1，11一R仃2，L8为避免求迭代，经等效变换3后T，RA盯1，M1盯2，11Q9式中E1EL0000000000；Q一一|IL112，R卜1求解式9得能级效率矩阵，基本循环的效率为玑B一1O基本循环的热耗为一_I圈L第1期二次再热汽轮机能级效率法研究QB一11QB一LLLB啪7G2推导公式的检验计算能级效率法分析分为两步，第一步由基本循环求得基本热耗和各能级效率；第二步计算辅助部分各项辅汽和纯热量的能损，并累加到基本热耗上，得到最终综合热耗。1000MW二次再热超超临界汽轮机系统的基本循环由4个高压加热器、1个除氧器和5个低压加热器等组成，如图1所示图11000MW二次再热汽轮机系统基本循环示意图根据热力系统的特点，整理出如表1所示的辅汽、纯热量损失回收情况。表1辅汽、纯热量损失和回收位置填写结构矩阵AA圜一L式中Q为各级加热器抽汽的放热量；R为各级加热器给水焓升；，为各级加热器疏水放热量。根据上述推导，填写再热结构矩阵。一次再热C27E1；1；0；0；0；0；0；0；0；0；012二次再热C4一L1；1；1；1；0；0；0；0；0；0；O13再热矩阵为仃一LC2A2C414最终计算结果如表2所示从表2可以看出，采用本文所推导的二次再热能级效率法计算公式求得的热耗值与热平衡图计算的结果非常接近，在这5个工况下计算的绝OOOO0O0OOO0；L1RRRRRRRRRYQ9999999999RRRRRRRRR口C1I0OO吼O000O000OI吼0O0OOOO0OOO000OO0O0O0I0O000OO0O00O000O0OO二次再热汽轮机能级效率法研究热力透平注THA为汽轮机热耗验收工况；TMCR为汽轮机最大连续输出功率；VWO为汽轮机阀门全开工况对误差不到1KJKWH这里的绝对误差很有别对基本工况和部分负荷工况共5个工况进行能可能是由于在计算的过程中各参数的舍人误差引损分析计算，得到的结果与热平衡计算结果相一起的，有效证明了该推导公式的准确性，也进一致，绝对误差在1KJKWH以内，有效证明了步证明能级效率法在电厂热力系统节能分析方面该推导公式的准确性。具有高精度的特点。3本文为能级效率法在更复杂的热力系统中的应用推广提供了思路。3结论1本文从回路做功能力原理出发，通过对抽汽位置