（热能工程专业论文）600mw超超临界机组热力系统热经济性分析研究.pdf

华北电力大学硕士学位论文摘要 摘要 本文对华能营口电厂 6 0 0 mw 超超临界机组热力系统热经济性进行了分析 研究， 并和相关 6 0 0 mw机组的热经济性进行比较，找出热经济性的异同点。 对 局部热力系统及热力设备进行分析研究，包括:抽汽、漏汽、串汽、加热器和 加热器设备、蒸汽冷却器和疏水冷却器设备。着重对局部热力系统及设备进行 比较分析，找出了引进型超超临界机组的热力系统特性，为机组提高热经济性、 节能降耗提供指导作用。同时，讨论了超超临界技术的发展及优越性，分析论 证了超超临界机组选型、参数和热力系统优化问题，为我国吸收先进技术提供 参考。 关键词:超超临界机组，热力系统，等效恰降法，热经济性 abs tract i n t h e p a p e r , a n a l y z e a n d s t u d y t h e t h e r m a l p o w e r s y s t e m s e c o n mi c s o f t h e 6 0 0 mw u lt r a - s u p e r c r i t i c a l u n i t a s s e m b l y i n y i n g k o u p o w e r p l a n t , a n d c o m p a r e i t w i t h 6 0 0 mw d o me s t i c a s s e mb l i e s t o f i n d o u t t h e d i f f e r e n c e o f t h e e c o n o mi c a l l e v e l . a f t e r r e s e a r c h i n g t h e p a r t t h e r m a l s y s t e m s a n d e q u i p m e n t s i n c l u d e t u r b i n e t r u n k , s t e a m l e a k a g e a n d r e c e i v i n g s y s t e ms , h e a t e r s , d r a i n c o o l e r a n d s t e a m c o o l e r e t c , a n d c o m p u t i n g t h e e f f i c i e n c y o f t h e s y s t e m s a n d e q u i p m e n t s , f i n d o u t t h e b e t t e r c h o i c e o f t h e i m p o r t e d a s s e m b l i e s t h a n t h e d o m e s t i c a s s e m b l i e s i n p a r a m e t e r a n d t h e d i s f i g u r e m e n t s i n d e s i g n a n d m a k i n g . b a s e d o n t h e a b o v e , p o i n t o u t t h e m e a s u r e t o p r o g r e s s t h e m. a c c o r d i n g t o t h e a n a l y s i s , w e c a n g e t s o m e m e a s u r e s t o i n c r e a s e t h e e c o n o m i c a l l e v e l o f t h e s y s t e m a n d s a v e m o r e e n e r g y . a t t h e s a m e t i me , d i s c u s s u l t r a - s u p e r c r i t i c a l d e v e l o p m e n t o f t e c h n o l o g y a n d s u p e r i o r i t y a n d a n a l y s e t h e p r o b l e m o f c h o o s i n g t h e t y p e ， p a r a m e t e r a n d t h e r m o d y n a m i c s y s t e m o p t i mi z a t i o n ， h a v e b e e n t h a t o u r c o u n t r y a b s o r b s t h e a d v a n c e d t e c h n o l o g y p r o v i d e s a r e f e r e n c e w a n g z h a o w e i ( p o w e r p l a n t t h e r m a l p o w e r e n g i n e e r i n g ) d i r e c t e d b y a s s o c i a t e p r o f . z h a n g mi n g z h i k e y wo r d s : u l t r a - s u p e r c r i t i c a l u n i t，t h e r m o d y n a m i c s y s t e m，e q u i v a l e n t e n t h a l p y d r o p m e t h o d , t h e r mo - e c o n o m y 声明 本人郑重声明:此处所提交的硕士学位论文 6 0 0 mw 超超临界机组热力系 统 热经济性分析研究 ， 是本人在华北电力 大学攻读硕士学位期间， 在导师指导下 进行的 研究工作和 取得的 研究成 果。 据本人所知， 除了 文中特别加以 标注和致谢 之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华 北电 力大学或其他 教育 机构的学 位或证书 而使用过的 材料。 与我一同工作的同 志 对本研究所做的任 何贡献均已 在论文中 作了明 确的 说明 并表示了谢意。 学 位 论 文 作 者 签 名 二 工 二 旦 聋一 日 期 : .2 0c.7 - 6 - 5 关于学位论文使用授权的说明 本人完 全了 解华北电力大学有关保留、使 用学位论文的 规定，即: 学校有 权保管、并向 有关部门送交学位论文的原件与复印 件: 学 校可以 采用影印、 缩 印或其 它复 制手段复制并保存学位论文; 学 校可允 许学 位论文被查阅或 借阅; 学 校可以 学术交流为目 的， 复制赠送和交换学 位论文; 同 意学校可以用不同方 式在不同媒体 上发表、传播学位论文的全部或 部分内 容。 (0密的 学 位论 文在 解密后 遵守 此规 定) 作者签名:导师签名: 日期:日期: 4 -111 1- y 七 子 止 车 华北电力大学硕士学位论文 第一章绪论 1 . 1课题研究的目的和背景 超超临界火电机组经过几十年的发展，己经是成熟先进的发电技术，在经济发 达国家中已大量投入商业运行，并且正进一步向更高参数方向发展.由于其显著的 节能和减少环境污染的效果，将成为 2 1世纪很具有竞争力的燃煤火电机组。为迅 速扭转我国火电机组煤耗长期居高不下的局面， 优化火电结构，缩小与国外先进水 平的差距，发展国产大容量超超临界火电机组十分必要.我国有条件立足于较高的 起点，把近期目标定在当前国际水平，充分利用当今世界最新的科技成果，尽快跨 入发展超超临界机组的发展阶段。 超超临界机组参数的选择受到许多因素的影响，但材料是最关键的因素。目 前 国外6 0 0 0 c 等级的9 % - 1 2 % c r 钢的材料技术已经相当成熟。主蒸汽和再热蒸汽温度 为6 0 0 0 c 等级的超超临界机组也已经大批量生产和投运，价格越来越具有竞争力. 在引进技术或自主开发我国超超临界机组时，应充分重视技术的成熟性、可靠性， 目前宜先完成 6 0 0 温度参数等级的超超临界机组的研制，形成批量生产能力，并 进一步完善.对更高温度参数的超超临界技术应开展储备性研究。 与亚临界机组相比，在同样的机组出力情况下，由于超超临界机组的热效率提 高，功率密度增加，电厂其它系统的投资可以减少，因而电厂总的比投资增加幅度 不大。但在节能、环保和运行经济性方面具有竞争优势. 因此， 从我国国情出发， 发展超超临界燃煤机组利于提高机组热效率， 降低发电 煤耗， 同时可减少二氧化碳和其他大气污染物的排放， 是提高我国火电机组技术水 平， 实现火电机组技术优化升级最有效又现实的措施， 也是我国火力发电机组发展 的必然趋势。 华能营口电厂二期工程 2 x 6 0 0 mw采用了日 本三菱公司设计， 三菱公 司和哈 汽公司 联合制造的参数为 2 5 m p a , 6 0 0 / 6 0 0 的超超临界、一次中间再 热、 单轴、两缸两排汽、凝汽式汽轮机。三菱公司生产的超超临界汽轮机是具有世界领 先水平的、高效的和可靠的汽轮机. 国外发展超超临界技术的历程告诉我们， 对先进技术要走吸收并创新的路线， 由 此， 超超临界机组的技术选型、 参数及热力系统优化变成为一个新的课题。 为了更好的吸收 创新， 对热力系统进行定性、 定量分析是很必要的工作， 也是研究学者应共同探讨的问 题。 . 2论文研究的主要工作 超超临界机组是我国引进型技术，本着对先进技术引进吸收的目的，本选题以 华北电力大学硕士学位论文 华能营口电厂 6 0 0 mw 超超临界机组为对象，分析了超超临界机组的发展历程及其 技术先进性、经济节能性，对超超临界机组参数的选取进行论证，同时用热力系统 分析方法对热力系统几个组成部分分别进行定量分析，发现问题并进行优化调整， 使整个系统处于最佳状态，达到提高热力系统热经济性的目的。在拟订或设计热力 系统时，对热力系统进行全面的优化分析，发现缺陷，探寻改造的最佳方案，使系 统在设计时就处于最优技术状态，热经济性最高，从而达到节能的目的;对运行机 组的热力系统进行全面地分析处理，发现热力系统结构上的缺陷，探讨各种改进的 途径和措施，预测可能的节能潜力，为逐步改造热力系统提供必要的资料和依据. 本选题研究的内容和重点包括以下几个方面: 1 、探讨了国外超超临界技术的发展，总结了发展过程中各国家的经验和教训， 对超超临界参数和热力系统优化进行分析论证。 2 、 针对华能营口电厂二期工程 6 0 0 mw汽轮机的机组选型及参数选择的技术经 济性进行分析论证，以寻求国内发展超超临界汽轮机的最优化方案，对未来超超临 界机组国产化发展提出可行性见解。 3 、针对营口6 0 0 mw超超临界汽轮机热力系统进行热经济性定性及定量分析， 总结设计中的优势以及存在的不足，为机组高效经济运行提出见解，为其它类型的 6 0 0 m w 机组的设计和改造提供依据，对不足的地方提出可行性改造方案.主要对 加热器端差、串汽、加热器切除、抽汽压损、疏水方式以及热力系统漏汽进行定量 计算分析研究. 华北电力大学硕士学位论文 第二章热力系统热经济性分析理论基础 2 . 1 等效焙降法简介 等 效 焙降 法 是 基 于 热 力 学 的 热 功 转 换 原 理， 利 用 导 出 的 有 关 热 力 参 量h i - n , 等， 研究热功转换及能量利用程度的一种方法.各种热力系统，在设备系统和参数确定 后，这些参量也随之确定，并可通过一定公式计算，成为一次性参数给出。对热力 设备和系统进行分析时，就是用这些参量直接分析和计算。它只研究与系统改变有 关的那些部分，并用给出的一次性参数进行局部定量，确定变化的经济效果，即用 简洁的局部计算代替整个系统的繁杂运算. 在进行热力系统计算时，把繁多的热力参数整理为三类:其一是给水在加热器 中 的 烩 升 以 r i 表 示 ; 其 二 是 蒸 汽 在 加 热 器 中 的 放 热 量 ， 用q , 表 示; 其 三 是 疏 水 在 加 热 器 中 的 放 热 量 ， 用y i 表 示 。 加 热 器 的 类 型 不 同 ， 其 q i , r j y i 也 各 不 相 同 h,6 + 1 )咨 h d - t 图 2 一1疏水放流式加热器 n o 图 2 -2疏水汇集式加热器 对疏水放流式加热器: q i 二 h i 一 h , . y i 二 h d u - u 一 h l# t i = 凡一 h w (_,+ ,) 对疏水汇集式加热器 q i = h i 一 h w v + n y i = h d (i - ,) 一 h . (f + ,) t i = 气一 h w v + ,) 华北电力大学硕士学位论文 式 中 ， h , , h t . h . , 分 别 为i 级 抽 汽 比 焙 、 加 热 器 疏 水 比 焙 和 加 热 器 出 口 水 比 焙。 2 . 1 . 1等效焙降概念 对于有回热抽汽的汽轮机( 如图2 - 3 所示) ，l k g 新蒸汽做功为: h= ( h o 一 k ) 一 a , ( h , 一 k ) 一 a , , ( k一 k ) 一 . . . 一 “ z ( h z 一 k ) = ( h o 一 k ) ( 1 一 y,a r y r ) k j l k g ( 2 - 1 ) 式中y , 一抽 汽 做 功不 足系 数，y r = 气一 h h o 一 h h o - - - 蒸 汽 进 汽 轮 机的 初 焙 ， k j / k g k 一汽 轮 机 排 汽 焙， k j / k g r 一 任意抽汽级的编号 a r 一 抽汽份额 z - 一抽汽级数 no . 1 no .2 no 3 图2 -3回热抽汽汽轮机图2 -4排挤抽汽概念 这个做功不是 l k g新蒸汽的简单焙降，它比纯凝汽式汽轮机的新蒸汽焙降 h= l o - k 小 ， 但 它 又 与 纯 凝 汽 式 汽 轮 机 中 的 新 蒸 汽 焙 降 类 似， 它 们 都 是l k g 新 蒸 汽的实际做功。为了有别于纯凝汽焙降，将它称为等效烙降，它的含义是指回热抽 汽 式 汽 轮 机 k g 新 蒸 汽 的 做 功 等 效 于 ( 1 - 艺 a y , ) k g 新 蒸 汽 直 达 凝 汽 器 的 焙 降 华北电力大学硕士学位论文 2 . 1 . 2抽汽等效烩降 在图2 - 4 所示的热力系统中， 假设在n o . 1 加热器中 加入一个纯热量9 ， 使n o . 1 加热器中回热抽汽减少 l k g ， 这 l k g 蒸汽称为排挤抽汽。这个被排挤的抽汽中有一 部分做功到排汽口，另一部分做功到后面各抽汽口再被抽出 用于加热给水。这 l k g 排挤抽汽在随后各抽汽口上的分配可由热平衡方程得出。 n o . 1 加热器l k g 排挤抽汽分配到n o . 2 中的份额是: n o . 1 加热器 l k g 排挤抽汽分配到n o . 3 中的份额是: a ,_ 3 = ( 1 一 a ,_ 2 ) z 3- r 3 所以n o . 1 排挤 l k g 抽汽返回汽轮机的做功等于: h , = ( a一 hc ) 一 a ,- z ( h z 一 h r ) 一 a , ( % 一 k ) j ul k g ( 2 - 2 ) 这 个 做 功 称 为 抽 汽 的 等 效 焙 降 ， 用 符 号 凡表 示 ， 在 抽 汽 减 少 的 情 况 下 表 示l k g 排挤抽汽作功的增加值;在抽汽量增加时，则表示作功的减少值。它考虑了比该抽 汽压力更低的所有抽汽量的变化。 而 排 挤l k g 抽 汽 所 获 得 的 做 功 凡与 需 加 入 的 热 量 r ， 之 比 称 为 抽 汽 效 率 马 ， 即 : 7 7 1 = 兰 9 ; ( 2 - 3 ) 2 . 1 . 3 抽 汽的气 及17 1 的 计 算 通 式 从 靠 近 凝 汽 器 侧 开 始 ， 研 究 各 级 抽 汽 等 效 焙 降 ， 发 现 h j 的 计 算 公 式 的 规 律 是 从 排 挤l k g 抽 汽 的 焙 降 气 一 气 中 减 去 某 些 固 定 成 分 ， 可 归 纳 为 下 列 通 式 : 华北电力大学硕士学位论文 h j = h j 一 h 一 全 ay = h r 二 = f - 1 y , k j l k g ( 2 - 4 ) 式中 式一 取y r 或者t r ， 视加 热器 换 热 型 式 而 定. 如 果i 为 汇集 式加 热 器， 则式均 以z r 代之; 如 果j 为疏 水 放 流式 加 热 器， 则 顺着凝结 水 或给 水 来 流 方 向 从i 以 上 直到( 包括) 汇 集式 加热器 用y r 代替a r ， 而顺着凝结水 或 给水来流方向在汇集式加热器以上无论是汇集式或疏水放流式加热 器， 则一 律以t r 代替碑 r - 一加热器 j 后更低压力抽汽口脚码 2 . 2新蒸汽等效焙降 根据式2 -1 ，与抽汽等效焙降一样推演，并考虑辅助成分的做功损耗， 可以得 到新蒸汽的净等效焙降: h 一 k 一 hc 一 艺t r )7 r 一 y- 二 u l k g ( 2 - 5 ) 式中 艺r 一 系统全部辅助成份的做功损失，是指除了回热加热以外的一切附加成 份，包括门杆漏汽、轴封漏汽、给水泵功损、加热器的散热损失等的 代数和 2 . 3再热机组新蒸汽等效烩降 新 蒸 汽 等 效 焙降 h按 前 述 基 础 理 论 推 演 方 法 ， 采 用 变 热 量 抽 汽 效 率讨 可 导 出 新 蒸汽等效焙降为: h = h p + 。 一 hc 一 艺 茸 讨 一 e 二 k j l k g ( 2 - 6 ) “二二 ， 、 、 ，h w直双平刀 : 从 =代 万 g 式 中 q 一循 环 吸 热 量 ， q = 凡 十 气 一 呱k j l k g 6 - - - l k g 蒸 汽 在 再 热 器中 的 吸 热 量 ， v = h - h , k j / k g h n 一 再热热段的蒸 汽焙， k j / k g h .c 一 再热冷段的蒸 汽烩， k j / k g 华北电力大学硕士学位论文 一 变 热 量 抽 汽 效 率 ，. - h o17, h ,0 一变 热 量 抽 汽 等 效 焙 降 ， 9 . 再热热段以后由于排挤抽汽不影响再热器的蒸 汽 份 额a z r ， 也 不 影响 再 热 器的 吸 热量， 变热量 抽汽 等效 始降 的 计 算与 非再热机组一样，其通式为: h o = h j 一 气 一 14 77, k j l k g ( 2 - 7 ) r 勺- 1 对再热冷段及其以上抽汽， 根据等效烩降定义， 每产生l k g 排挤抽汽， 但有加入的热量做功，而且还包含排挤抽汽引起的再热器吸热量的做 功，该蒸汽返回汽轮机的实际做功为: h o = h i + 。 一 hc 一 艺4 77 , k j l k g ( 2 - 8 ) ， = j _ 1 2 . 4等效焙降的条件 从等效烩降的推演过程可知，等效焙降的计算是以新蒸汽流量保持不变为前提 条件的。这样就避免了热力系统一般计算方法的缺点，即热力系统中影响经济性的 任何变化.其最终结果都将导致各抽汽量和总汽耗量的变化，因而需全部从头开始 计算，方能求出经济性的变化结果。如果把新蒸汽流量固定不变，则热力系统中任 何变化，只是改变汽轮机的功率和该变动以后的抽汽份额，各级抽汽流量不致全部 变动。因此，有可能就抽汽量和热量的局部变化进行分析。这样就简化了计算，使 局部定量成为可能。 此外，在计算等效焙降时，认为新蒸汽参数、再热汽参数、终参数以及各抽汽 参数均为已知，且保持不变，即汽轮机膨胀过程线的变化暂时不予考虑。这些都是 建立等效焙降概念和推导公式的前提条件。另外，为了局部定量分析方便，把加入 循环热 量q也 保持不变。 在这些 前提下， 求 得的全部 抽汽等效烩降 和 抽汽效率， 是 一些完全确定的数值和物理含意相当的参量。它们以一次性参数给出，不必经常计 算，成为分析热力系统的重要参数。 应 当 指 出 ， 实 际 工 程 计 算 中 ， 大 量 应 用 的 是 17 ; ， 尤 其 在 局 部 定 量 计 算 中 使 用 更 为普遍。因为热力系统中任意地方发生热量的增减变化，它所引起做功变化就等于 该热量与所处能级抽汽效率的乘积。还应当明确的认识，所得的做功变化，已毫不 遗 漏 地 考 虑 了 该 能 级以 下 所 有 加 热 器 的 抽 汽 量 、 疏 水 量 等 的 全 部 变 化。 这 是 因 为17 1 中 反 应 了 这 些 变 化 的 缘 故 。 所以 17, 是 等 效 烩 降 的 核 心 ， 是 等 效 焙 降 能 使 局 部 定 量 计 算简便、准确的根本所在。 华北电力大学硕十学位论文 2 . 5小 结 等效焙降法适合局部定量分析和手工计算，它对模型进行了一定的简化，分析 方法简洁快速，但是分析结果有一定的近似性。随着火电机组单机容量和总装机容 量的日益增大，所造成的煤耗分析偏差不容忽视。 华北电力大学硕士学位论文 第三章营口6 0 0 m w超超临界参数选择的技术经济性分析 3 . 1超超临界机组热力参数优化及其对热效率的影响 在发电热力循环中，蒸汽参数是决定机组的热效率的重要参数。燃煤火电机组 的热力系统是按朗肯循环运行的，提高蒸汽的初参数 ( 蒸汽压力和温度) ，采用再 热系统和增加再热次数都能提高循环的热效率。在一定范围内，新蒸汽温度或再热 蒸汽温度每提高 1 0 0c ，机组的热耗就可下降 0 . 2 5 - 0 . 3 %.如果增加再热次数，例 如采用二次再热，在同样蒸汽参数下热效率可高于一次再热。常规亚临界机组的典 型参数为1 6 . 7 mp a / 5 3 8 / 5 3 8 0c ， 发电效率约为3 8 -3 9 。 超临界机组的典型参数为 2 4 . 1 m p a / 5 3 8 / 5 6 6 c， 对应的发电效率约为4 1 -4 2 %。超超临界参数实际上是在超 临界参数的基础上向更高压力和温度提高的过程。通常认为超超临界是指压力达到 3 0 - 3 5 m p a , 温度达到5 9 3 -6 0 0 或者更高的参数， 并具有二次再热的热力循环. 还 有一种观点认为，温度 5 6 6 事实上一直是超临界参数的准则，任何超临界新汽温 度或再热汽温度超过这一数值时也被划为超超临界参数范畴，或者称为提高参数的 超临界机组。 在国 外的 技术资料上， u l t r a s u p e r c r i t i c a l ( u s c ) 通常用来代表这类参 数的机组，中文译成超超临界，也可理解为优化的或高效的超临界机组。 3 . 1 . 1超超临界的热力学概念 火电厂工质用的是水，常规条件下对水进行加热，当水的温度达到给定压力下 的饱和温度时，将产生相变， 水开始从液态变成汽态，出现一个饱和水与饱和蒸汽 两相共存的区域，这时尽管加热仍在进行，但汽水两相的温度不再上升，直至液态 水全部蒸发完毕， 干饱和汽才继续升温，成为过热蒸汽。但当温度超过临界温度t 值时， 水的液相就不存在，与临界温度相对应的饱和压力称为临界压力p , ，临界点 的压力和温度是水的液相和汽相能够平衡共存的最高值，为固有物性常数。水的临 界参数为: t =3 7 4 . 1 5 0, p , =2 2 . 1 2 9 m p a 。 在临界点以 及超临界状态时， 将看不见 蒸发现象，水在保持单相的情况下从液态直接变成汽态。一般将压力大于临界点p , 的范围称为超临界区，压力小于p 。 的范围称为亚临界区。从物理意义上讲， 水的物 性只有超临界和亚临界之分，如前所述，超超临界和超临界只是人为的一种区分。 目前超超临界与超临界的划分界限尚无国际统一的标准，日本的定义为压力大于 2 4 . 2 mp a ， 或温度达到5 9 3 0: 丹麦定义为压力大于2 7 . 5 mp a ; 西门子公司的观点是 应从材料的等级来区分超临界和超超临界机组等等。我国电力百科全书则将超超临 界定义为:蒸汽参数高于2 7 m p a o 9 华北电力大学硕士学位论文 综合以上观点，一般将超超临界机组设定在蒸汽压力大于2 5 mp a ,蒸汽温度高 于 5 8 0 的范围。 3 . 1 . 2温度的影响 热力循环分析表明，对于一定容量的机组，当蒸汽初压不变提高蒸汽初温，循 环效率将会提高。同时，由于新蒸汽比容增大和低压缸排汽湿度减小，汽轮机的内 效率也可提高，提高蒸汽的温度对提高机组热效率更有益。蒸汽初温的提高主要受 材料的许用温度限制，当初温提高到一定程度，锅炉的过热器和再热器、汽轮机的 高中压进汽部分的材料将需要采用热强度高的奥氏体合金钢。为此，日本的研究机 构把主要精力放在了提高蒸汽温度方面，并在材料方面与日 本钢铁工业合作研制出 了配套的锅炉与汽轮机奥氏体耐热钢系列用材。 关于蒸汽温度参数的选用，由于美国、日本和欧洲 6 0 0 等级新型高温材料的 开发成功，超超临界汽轮机的主蒸汽和再热蒸汽温度已 普遍提高到5 8 0 1c -5 9 3 1c , 在2 0 0 3 - 2 0 0 4 年投运的一些机组蒸汽温度超过了6 0 0 1c 。 根据分析， 在一定的范围 内，主蒸汽温度或再热汽温每提高1 0 c，机组的热耗就可下降0 . 2 5 % -0 . 3 % 。从理 论上讲，超超临界机组蒸汽参数提高，热效率也随之提高，在主蒸汽压力不变的情 况下，主蒸汽和再热蒸汽温度从 5 3 8 0c / 5 6 6 提高到 5 9 3 c / 5 9 3 0c，机组热效率能 够改善2 -2 . 5 %。为了使超超临界机组降低制造成本， 提高市场竞争力， 开发热强 性高、工艺性好，价格低廉的高温材料是最关键的问题。 3 . 1 . 3压力的影响 当新蒸汽初温不变仅提高初压时， 一定范围内可提高机组热效率。但单独提高初 压过大，机组热效率反而会降低，其主要原因是初压提高时蒸汽比 容减小，将使汽 轮机超高压通流部分叶片高度减小，甚至需要采用部分进汽，这样将使叶片级的二 次流损失和轴封漏汽损失都增大， 将抵销一部分提高压力参数所带来的好处。 同时， 低压缸的排汽湿度将随初压的提高而增加， 加大湿气损失， 使汽轮机的热效率下降。 另外初压过高又不采用二次再热，还将使低压缸末级叶片水蚀进入不可接受的程 度。初温一定的情况下存在一个最佳初压，超过最佳初压后，机组的热耗率将趋于 上升. 根据分析， 在相同的初温下， 将主蒸汽压力从2 4 . 1 mp a 提高到3 1 m p a ， 超超 临界机组热效率能够改善1 - 1 . 5 %0 关于超超临界机组蒸汽压力的选用， 欧洲国家选取比较高， 基本上在2 6 -3 0 m p a 范围.日本选取比较低，除川越的两台机组选用了 3 1 m p a外，其它大部分机组为 2 4 -2 5 m p a 。据分析日本制造商认为将压力参数提得过高，汽轮机的超高压部分的 通流部分气动损失增加，另外还提高压力需要增大机组用材量，提高机组的制造成 本，产品的市场竞争力减弱。所以，日本在 1 9 9 3 年2 0 0 3 年投运的超超临界机组 华北电力大学硕士学位论文 的主蒸汽压力均在 2 4 -2 5 mp a ，也就是超临界机组的压力参数水平。 现代超超临界机组为适应调峰的需要，还要求锅炉和汽轮机能够滑压运行.当 机组负荷低于 7 5 % - 8 0 % 时， 超超临界锅炉锅内压力已处于亚临界状态。设计超超临 界锅炉时，还需要同时考虑锅炉在亚临界压力状态下运行的可靠性。但从经济性考 虑，超超临界机组应尽量带基本负荷运行，否则将影响其高效节能的优势发挥。 6 . 0 0 一 一1 一 7 0 o mw的超 超临界机组也未采用2 7 . 5 m p a 以上的主蒸汽压力。日 本的东芝、日 立、 三菱三公司 所设计制造的超临界机组的压力均为簇2 5 . o mp a ;只有 s i e me n s公司近年才有 2 5 . o m p a -3 0 . o m p a 的业绩。 综上述，2 5 mp a 压力方案和 2 8 m p a 压力方案属于同一层次。2 5 m p a 压力方案 在技术可行性、 设计制造模式、 国外业绩及与国外合作、 技术经济方面稍好; 而2 8 m p a 压力方案的热效率稍高，但其技术经济不如2 5 m p a 压力方案。 3 . 3 两缸两排汽设计的优势分析 6 0 o mw 等级超超临界机组是在超临界机组的基础上提高主汽、热再热蒸汽的 参数，通流部分叶片型式及末级叶片长度等会发生一些变化，但变化不大，不会改 变汽轮机汽缸结构和数量，现国内外己投运的6 0 o m w 机组大多采用三缸四排汽或 早期的四缸四排汽机型。但随着汽轮机设计制造技术，末级叶片和材料的发展，汽 轮机正朝着结构简单，尺寸减小，效率高的方向发展。6 0 o m w 机组采用两缸两排 汽或三缸两排汽是今后6 0 o mw等级机组的发展趋势。 1 、技术发展的必然趋势。随着汽轮机设计制造技术和材料的发展，大功率火 电机组朝着结构简单，尺寸小效率高发展，是火电机组永恒的追求目 标。 2 、运行经济性差别不大。目前阶段两排汽机组与三缸四排汽机组相比 ， 采用目 前可选用的1 1 4 6 m m和 1 2 2 0 m m两种末级叶片，在额定负荷工况下，由于其排汽面 积小于四排汽面积， 排汽的余速损失增加， 使汽机效率略有降低， 从汽机制造厂计算 结果看， 额定负荷时两排汽比四排汽热耗高2 0 k j / k w - h 左右: 但在部分负荷运行时两 排汽热耗还低于四排汽机型， 因此， 经济性上的差别主要取决于机组实际的运行工况. 在假定条件下，考虑了 年平均运行工况后，两排汽比四排汽热耗高6 k j / k w h 左右， 所以，两排汽与四排汽的年平均经济性相差不大。随着西门子公司1 4 3 0 m m末级叶 片的开发成功，排汽面积进一步加大，排汽损失随之减少，两排汽的经济性会优于 四排汽机型。 3 、降低汽机造价。由于两排汽比四排汽少 1 个低压缸，按照三菱在广野 5 # 机 组情况， 两缸两排汽机组长2 1 米、 宽1 0 . 5 米、 高7 . 5 米; 三缸四排汽机组长2 8 米、 宽1 0 . 5 米、 高7 . 2 米， 可见两缸两排汽机组比三缸四排汽汽机长度可缩短7 米， 汽机 成本将降低。根据以上所述，超超临界机组采用两排汽机型是合理的。 华北电力大学硕士学位论文 第四章热力系统定量计算分析 热力系统对机组效率的影响较大，主要表现在加热器的端差( 包括运行中的加 热不足) 、散热损失、抽汽压损、加热器疏水方式、切除加热器和给水部分旁路等 因素对热经济性的影响。定量分析这些因素对热经济性的影响，是促进节能改造、 完善热力设备、改进运行操作和管理的一项重要技术工作，对提高装置热经济性具 有很大现实意义。 4 . 1 加 热 器 的 端 差( 扔的 定 量 分 析 加热器端差是指加热蒸汽的饱和温度与加热器出口水温之差。在设计中根据技 术经济选定的端差， 在运行设备小， 由于各种原因产生给水加热不足称为运行端差。 端差的存在和变化， 虽没有发生直接的明显热损失， 但是增加了热交换的不可逆性， 产生了额外冷源损失，降低了装置的热经济性。其定量分析可借助等效热降进行准 确的计算。 图4 - 1 是 加 热 器n oj 有 端 差 z , k 1 / k g ( 以 热 焙 表 示 ) 的 示 意 图 ， a t ; 也 可 以 是 加热器n o j 在运行中出现的给水加热不足。 显然， 这个加热不足或端差将使n o j 十 1 级 加 热 器 的 抽 汽 热 量 增加 z i ， 按 等 效 热 降 原 理 ， 该 抽 汽 热 量 的 增 加， 将 使 新 蒸 汽 的 作 功 损 失 气 几 十 ; ， 与 此 同 时 ， 加 热 器 n o j 的 抽 汽 热 量 将 相 应 减 少 乓 ， 使 新 蒸 汽 的 作 功增加 t i n y e 因 此 ， 端 差 t j 使 新 蒸 汽 等 效 热 降 降 低o h = a t j ( 17, * i - 1l, ) k j l k g l .， . _ 一_ ，_ _ ， 一 ， 。. _ _ ， . ， 、 ，_万_ _ r _1 一 一 ， ， 由此引起装x双4e d t h x 7 1* 1 kt 刀a n , = - x i u u i r o i at 1 1 = n一 a n 月-一 应当指出，在计算中必须区别下面几种情况， ( 1 ) 流经 加热器的 水份额不是 l k g ， 而是a 算式为 采用不同的计算公式: ，则新蒸汽等效热降降低 万的计 o h = a , a t , ( q , . : 一 r/, ) k l l k g ( 2 ) 当 加 热 器n oj + 1 有 疏 水 冷 却 器 时 ， 加 热 器n o j 出 现 加 热 不 足 t / ， 如 图4 - 2 所 示 。 这 时 t j 对 新 蒸 汽 等 效 热 降 的 影 响 有 其 特 点， 它 不 仅 使 加 热 器 之 间 的 热 量 分 配发生了 变化， 还将使疏水放热产生 y , 的 变化。当 疏水冷却 器冷端端差不变时， 华北电力大学硕士学位论文 a r l = 0 r j o 显 然 ， 这 时 疏 水 在 加 热 器n o j + 1 中 的 放 热 增 加 了 y ; ， 而 在 加 热 器 啊中 的 放 热 相 应 减 少 y i . 由 此 引 起 新 蒸 汽 作 劝 增 加q o r , ( 1lj . l - 77,) k j l k g 式中刀 加热器n o j 十 1 的疏水份额。 因 而， 端 差 t i 引 起的 新 蒸 汽 等 效 热 降 的 降 低 o h = 4 r j ( i7, , 一 171 ) 一 ,6 a r j (r/ j. ， 一 7jj ) = a h = a r j ( l 一 f ) ( rlj . ， 一 7/j ) k j l k g ( 3 ) 当 加 热 器n o j + 1 是 汇 集 则 加 热 器 时 ， 加 热 器n o j 出 现 加 热 不 足 t i ， 如 图4 - 3 所 示 。 这 时 加 热 不 足 气 将 使 流 过 加 热 器 t i 的 水 份 额a发 生 变 化 ， 故 新 蒸 汽 等 效 热降 a h = ao t j ( 77 j . , 一 llj ) 式中a变化后的水份额， 按 热 平 衡 原 理 可 推 得 a ;, 一 a 。 一 卫 j+ l 4 , . 士 i 。，、4 r + l a = aa t , v 7 , . l 一 r l , ) 一 p a r r h l , * t 一 - i i / 甲 ， 一 丁 万 1 ， i j w j k g j 4 j . 1 x n t j 公式中的a “ 为变化的的 水 份额， 正、 负 号的 选用是， 当 端差或加热不 足增大时 为正，反之为负. ( 4 ) 最 后 一 个 高 压 加 热 器( 最 高 抽 汽 压 力 ) 出 现 端 差 成 加 热 不 足 t j 时 ， 计 算 装 置 热 经济性变化时有它的特点。 因为， 这时不仅有作功变化， 而且还有循环吸热量变化。 图4 - 4 为 最高 加 热器出 现加 热 不 足， 按等 效 热 降 原 理， 加热 不 足 t , 减少了n o j 段的 油 汽 量 ， 使 新 燕 汽 作 功 增 加a h = 17 , a r , k j l k g 与此同时，出了给水加热终温降低，循环吸热量增加 o q = q 一 q = a t j k j 1 创 因而，装置热经济性的相对变化为 气= 丛 二 丛 x 1 0 0 从 = a tj鱼- n x 10 0 【 % 华北电力大学硕士学位论文 式中 从 变化前的 装置效率。 从 上 述 指 式 看 出 ， 端差 对 热 经 济 性的 影 响 主 要 决 定 于 端 差 t j 的 大 小 ， 以 及 相 邻 加 热 器 抽 汽 效 率 之 差 ( 亿 一 ， ) 的 大 小 。 此 外 ， 还 与 后 面 加 热 器 n oj 十 有 无 疏 水 冷 却 器 ， 以及疏水份额大小有关。 抽汽效率之差反映了相邻加热器抽汽能位的能级差。 因而， a t , 愈 大、 抽汽能 位的 级差愈大， 端差对热经济性的 影响也就愈大。 后面加热 器 n o j + i 有疏水冷却器，将减弱端差对热经济性的影响。由 此可知，在同一系统中， 由于热力系统结构上的差异和给水回热焙升分配上的不同，使各加热器所处地位和 条件各不相同，因而，各加热器的端差对热经济性的影响也各不相同，有时甚至相 差很大。所以，根据不同系统、不同加热器，按实际情况选择不同端差和针对某些 影响较大的端差，加强其监视与维护是可取的。那种以高低川划界，分别采用划一 的相同端差是不尽合理的。 应当指出，用等效热降原理进行定量分桥，核算运行机组在加热器端差上的节 能与亏损， 加强维护， 降低各加热器的运行端差， 是提高运行管理水平的一个方面。 抽厂 + l从2 + l q抽 图4 - 1 加热器n o j 的端差 图4 - 2 端差影响疏水冷却器 t b j + lab rj 图4 - 3汇 集 型 加 热 器 与 气 的 示 意 图 图4 - 4最后高压加热器的端差 华北电力大学硕士学位论文 计 算 机 组 各 加 热 器 端 差 减少 : ， = i o )v i k g 的 热 经 济 效果。 _ _万， * ， ，.，式 ， ，、 ， 。. h, =气一气=1 9 0 . - ) 1 7 , =一 =u . u b i l l t i e =气一n一 一 伪 =s o b . / 4 9 l 叭 一 兰一 0 .1 5 1 2 0 从一 气 一 气 十 从 一 。 .112 = 5 2 6 .8713 = 兰= 0 .2 1 2 1 0 4 29 3 h 4 = h 4 一 h 3 + h 3 一 。 1/3 = 6 6 1 .6 174 一 兰一 0 .2 6 2 2 8 9 4 几-乳 h , 二 ,% - k 一 t . h , 十 丘 9 2 h 3 十从) = 7 7 6 . 3 17, = 兰一 0 .3 0 0 6 5 h 6 一 (fk 一 h ) 4 6 一 (i - h , + l 2 . 4 i r 2 凡+ th 3 + - 4 h 4 9 4 凡) = 9 2 2 .0 276 一 兰一 0 .3 5 0 4 5h , = h , + q ( 1 一 17 , ) 一 k + h 6 一 r 6 - 17 6 = 8 0 7 . 1 9 6 /7 一 兰一 0 .3 8 0 2 5 _ _ _he ,s = h s 一 h , + / i , 一 r 7 - 1 7 , =8 2 1 . 8 1 7 , =一 =u .4 1 1 1 -*) 9 ,4 s h m = h o + 。 一 气 一 艺 r , q , = 1 4 6 0 .3 h =1 3 7 0 . 7 9 = 7 4 2 8 勺l k w - h a q ,_ , = 6 2 2 .8 kj l k g o q ,_ s = 5 5 9 .0 lv l k g n 0 . 8 加 热 器 端 差 减 少( a r j = 1 0 kj l k g ) 的 热 经 济 效 果 新 蒸 汽 等 效 热 降 降 低: d h = o r g /s = 4 . 1 2 1 5 kj l k g 循环吸热量减少 q = o r ,(1 十 o q k - s ) = 9 s 1 2 .7 8 3 )j / k g 装置效率相对提高九 = a 么 一 万 h 一 万 x 1 0 0 二 0 . 1 6 5 % n 0 . 7 加 热 器 端 差 减 少( a r j = 1 0 kj l k g ) 的 热 经 济 效 果 华北电力大学硕士学位论文 新 蒸 汽 等 效 烙降 增 加11 h = ) a , ( 778 一 77, ) = 0 .3 1 9 伪/ k g 循 环 吸 热 量 增 力 口 q 二 。 (丝 纽一 全 至 鳖 渔 ) 一 0 .1 5 1 因创 9 7 9 s 装置效率相对提高a n , 刀+ a q 77 ; h 十 h x 1 0 0 = 0 .0 2 8 8 % n o .6 加 热 器 端 差 减 少 ( a z j = 1 0 )v / 坛 ) 的 热 经 济 效 果 新蒸汽等效热降增加 月二 t 6 ( 1 - a s - a , ) ( 71 , - 77 6 ) 9 5 一 z 6 0 .2 5 2 kj l k g 循环吸热量减少 q= a t 6 1 一 ( a s 十 a , ) a q 7 , - 7 9 7 一 = 6 = 2 .4 8 1 kj l k g 装置效率