（热能工程专业论文）汽轮机凝汽器最佳运行工况实时分析技术的研究.pdf

东南人学硕上学位论文 摘要 汽轮机凝汽器最佳运行工况实时分析技术是一种比较新的节能措施，这种方 法通过把优化的计算模型用计算机实现，来对现场运行工作进行优化指导。直接 效果是增加电厂净电能的输出，节省能耗。 该方法的主要特点是研究投入小，效果明显。因为，该方法的开发研究过程 只对现有的设备进行试验性观察，不做设备改造，也不必增添新设备。试验时对 生产运行影响不大。相对其它的节能措施来讲，该方法投资较小。然而，该方法 的成功开发却能使电力企业的运行经济性显著提高。因为该优化方法的最终实现 手段将落实在调整凝汽器的工作方式与调整循环冷却水泵群的配伍上。循环水泵 的耗电量占总发电量的1 5 到2 o ，这个比例对发电行业来讲是很可观的。 而凝汽器及循环水泵的运行组合方式目前大都靠经验来操作，很难达到最经 济的运行方式。而这个最经济的运行方式指的是一种能让凝汽器的真空水平达到 最优的运行方式。最优的真空又指的是变工况下运行得汽轮机的发电功率的增量 与循环水泵耗功增量之差为最大时的凝汽器真空值。这种最优的真空所占的运行 工况区域比较窄，所以很难完全依靠经验使当前的系统运行方式保持在这个较窄 的区域内。这个困难通过数学模型和数据库与计算机技术相结合可以很好地得到 解决。 该课题的研究涉及到凝汽器、汽轮机和循环水管网三大部分，因为优化方法 与三者共同作用的结果紧密关联。研究汽轮机凝汽器运行的优化问题，事实上是 研究汽轮机、凝汽器和循环水系统三个子系统的各自运行特性和三者的相互配合 运行的问题。本文通过把理论分析和试验分析结合起来的方法对汽轮机、凝汽器、 循环水泵和管网系统的主要特性分别进行了分析说明，而后把运行时三者之间的 相互关联和制约关系作进一步阐述。 该课题研究是针对基于双母管制和单母管制混合循环水供水网络系统的中 国南方地区某电站。该电站的循环水系统比较复杂，设备运行方式繁多。本课题 研究依靠大量现场试验数据，整理归纳图形和曲线，组成数据库，然后把建立的 数学模型和数据库编成应用软件，实现优化功能。最终，软件应用到了现场运行 工作中，为经济运行提供指导帮助，获得了良好的节能效果。 关键词：汽轮机凝汽器循环水系统优化软件技术 东南大学硕士学位论文 a b s t r a c t r e a l t i m e - o p t i m i z a t i o n t ot h e c o n d e n s e r - r u n n i n g a n d c i r c u l a t i n g s y s t e m - r u n n i n gm a n n e r i sar a t h e rn e w w a y o fe n e r g ys a v i n g i td i r e c to p e r a t o r t or u nf a c i l i t ya l w a y se c o n o m i c a l l y , w h i c hc a ni n c r e a s eo u t p u to fn e tp o w e r s u p p l y i n ga n dd e c r e a s ew a s t eo fe n e r g y , t h r o u g ho p t i m i z i n gm o d u l eu s e do n c o m p u t e r s - t h em a i n s p e c i a l t yo f t h i sm e t h o di sd i s t i n c te f f e c tw i t hal i t t l ec o s t ，b e c a u s e i tn e e d so n l yn o n d e s t r u c t i v e e x p e r i e n c e w i t h o u tr e c o n s t r u c t i n g f a c i l i t y a n d a d d i n ga n yn e we q u i p m e n t ，a n dw i t hl i t t l e e f f e c to np r o d u c tr u n n i n g s ot h i s m e t h o dt os a v ee n e r g yi s r e l a t i v e l yc h e a pt o o t h e r s a tt h es a m et i m ey e t i t i n c r e a s ee c o n o m i z a t i o no fr u n n i n gr e m a r k a b l yi n p o w e ri n d u s t r y , i nt h a t i t d i r e c t l ya i m s a t c i r c u l a t i n gs y s t e mw h i c hc o s t 1 5 t o2 o o ft o t a le l e c t r i c p o w e r , w h i c h i sp r o m i n e n tt op o w e r i n d u s t r y w h i l ei ti s e x p e r i m e n t s t h a ti n s t r u c t c i r c u l a t i n g - s y s t e m r u n n i n g a tt h e p r e s e n tt i m e ，a n di sd i f f i c u l tt oo p e r a t es y s t e ma te c o n o m i cs t a t e t h ee c o n o m i c s t a t ei sam a n n e ri nw h i c hv a c u u mo fc o n d e n s e ri st h em o s tp r o p e r m e a n w h i l e t h em o s tp r o p e rv a c u u mc o r r e s p o n d i n gt oas i t u a t i o ni nw h i c ht h ed i f f e r e n c e b e t w e e nt h ei n c r e a s eo ft u r b i n eo u t p u ta n dc i r c u l a t i n gp u m p i n p u t t h i sk i n do f s i t u a t i o n o c c u p i e s af e wp r o p o r t i o no fa nk i n d so fs i t u a t i o n s oi ti sa l m o s t i m p o s s i b l e t ok e e pt h es y s t e ma tt h i ss i t u a t i o no n l yb y e x p e r i e n c e 0 u rr e s e a r c hi n c i u d e sc o n d e n s e r s ，s t e a mt u r b i n e sa n dan e to fc i r c u l a t i n g w a t e r b e c a u s e t os e l e c tw h i c hm e t h o dt oo p t i m i z ei sr e l a t e dt oi n t e g r a t i v ee f f e c t s o ft h e m t h er e s e a r c ho no p t i m i z a t i o no ft u r b i n ea n dc o n d e n s e r r u n n i n g ，i nt h e f i n a la n a l y s i si sar e s e a r c ho nt h e i rr e s p e c t i v ep e r f o r m a n c e ，a n dc o o p e r a t i o ni n r u n n i n g t h i st h e s i s c a r r i e so u tt h er e s e a r c h t h r o u g hb o t he x p e r i m e n t sa n d t h e o r e t i c a la n a l y s i s t h er e s e a r c ha i m sa tap o w e r p l a n tw i t hp a r a l l e lh e a d e rc i r c u l a t i n gw a t e r s y s t e mi ns o u t hc h i n a i nt h i sp o w e rp l a n t ，c i r c u l a t i n gs y s t e mi sv e i 了c o m p l e x ， a n df a c i l i t ym a yr u ni nl a r g e l yv a r i o u sm a n n e r s t h e r e s e a r c h ，b a s i n go n a l a r g e n u m b e ro fe x p e r i m e n t a ld a t a ，f o u n d e dac a l c u l a t i n gm o d u l ea n dad a t ab a s e w h i c hi s c o m p o s e db yc h a r a c t e r i s t i cc u r v e s ，a n de q u a t i o n a n dt h e nb o t ht h e m o d u l ea n dt h ed a t ab a s ew a sc o m p i l e di n t oa p p l y i n gs o f t w a r ea n dt h es o f t w a r e a r en o w b e i n g u s e di np r a c t i c e k e y w o r d s ：s t e a m t u r b i n e ，c o n d e n s e r ，c i r c u l a t i n gs y s t e m ， o p t i m i z a t i o n ， s o f t w a r et e c h n o l o g y s 6 q s 3 2 学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构 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。 签名： 日期：趔孑 关于学位论文使用授权的说明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位 论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人 电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论 文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包 括于0 登) 授权东南大学研究生院办理。 签名：啦导师签名：缉 日期：妒3 、甲、3 东南大学硕士学位论文 绪论 一。深麓背策 电力工业中姻节能是发展国民经济的一项重要的长期任务。从我国当前的电 厂现实情况来看，节能的潜力很大。常见的有效节能措施有：改进遇流部分，减 少漏汽等掇蒸汽轮祝效率；提麓主蒸汽压力、淫度，辫稳蜚压等采掇蔗搬维疆环 效率；溅少数障，提裹机组运行可靠性筹。髓整优化理论、计算科学以及计算枧 技术的发鼹，又产生了种新的节能方法优化运行。这种方法不需要对现衣 设备滋行改造，其须傣鼙寿计簿税软件，虢可确定系统当蓊工况下豹最佳运 亍获态 点，在保证安全生产和运行的前提下，以最小的代价获得收盏。 与以往的节能措施不同，优化运行方法蔻种比较新的节能理念，这种方法 寿诲多优点，圭溪有：它遣鼷系统工程愚怒帮瑷代俊纯理论镜够哉逝互潺熬 瀑娃运雩亍状态。二它其有魍组织、自学习的特点，能够充分剩月计箕枫的快遮 运算，迅速反映实际工况的状态变化。三可为运行人员提供调度依据，不仅可 以帮韵运行a 虽摒弃缀验往斡习惯调度方法，凝疆运霉亍人员懿节艇意谈，辔有弼 于提商电厂的科学运行管理水平。 簿种型号的汽轮机出于它的末级喷嘴、叶片的型式，流通面积，叶撩高度， 滚遂形状翡不露，对瘟翡澎骚毪簸氇有掰不网。一般遗说，蘧蓑箕囊空度豹提毫， 术级前恁压差妁逐渐增大，末级膨胀漯发增加。束级的徽功能力逐灏提高，但跫 当真窳离别一定程度的时候末级的膨胀程度就达到了极限，此后，弭提高凝汽器 粪空，寒缀豹徽凌麓力粼不褥壤杰嚣，此澄真空楚佬引怒瞧澎滕在级努发生，膨黢 将作无用功，这时对应的真宅就是极限真空。 鼹高囊空的手段在凝汽器进汽量一定时，通常是增龆冷却承流邀，掇赢冷却 承携带簿汽熬蠢静能力。遮藏要求增大泵功瓣投入。这藏是诞，在蠢空掇高，汽 轮机末级做功能力增加的同时，循环水泵的糕功媳在增加，当前者大于匿者时， 调整魑有利的，而后者大于前者时，调整是不合算的，只有当汽轮机功率增量与 提毫囊空时矮环隶泵熬裁功壤爨之差为最大辩豹运行状态点才是最经漭熬运行 状态点，她对对应鲍真空我们称之为最有毒| 3 囊空。 耍髓巢插气嚣工作在设计条件范围内，且电盛占凝汽器设备的严密健能良好的前 提下，个已经设诗宠蟹静凝汽嚣上，影璃它豹工侔( 稍造真空) 棼妻能的主要蕊 素有： ( i ) 汽侧的负荷( d 。摊汽爨的大小) ； ( 2 ) 承穗瓣冷却力( 卜承羹的太小，t 雾莛琢水瀑度) ； ( 3 ) 汽、承侧的健热阻力( 汽侧；盐垢嗣气膘，水侧：水援拨热西受 污染状态) ： 葵中( 1 ) 、( 2 ) 是与汽稔撬缀运行条 牟帮热力畚绞谲整俸爝有关黪羹，它燕 东南大学硕士学位论文 依靠常规的操作调整来达到最佳使用效果的。 而( 3 ) 是一个随机量，没有一定的规律，受较多的因素影响，只能用专门的技 术加以防范，克服。 我们优化的目的就是要通过调整控制( 1 ) 、( 2 ) 这两个生产过程中的变量之 间的最佳配伍比例来最大限度的发挥凝汽器设备作用，获取最有利的真空水平， 以提高热机在能量转换过程中的工作效率。 长期以来许多发电厂都非常重视汽轮机凝汽器运行的效果，并结合各自的系 统情况，总结了长期的实践经验，提出和采用了一些优化运行方案，取得了定 的经济效益。但是依靠现代优化理论与计算机技术相结合，进行全面指导干预的 实例尚不多。国内南方某电厂有这样的需求，我们受其委托开展研究，本课题也 应运而生。 二课题的研究意义 汽轮机的真空对火电f 一的经济性影响较大，增加循环水量会使汽轮机的真空 提高从而也会使汽轮发电机组发电量增加，但增加循环水量也会使循环水泵发电 量增加，循环水泵耗电量很大，约占发电厂本身发电量的i 5 左右，仅次于给 水泵的耗电量。在循环水系统外部条件( 循环水温、水位、及机组负荷等) 及内 部条件( 系统结构、布置形式及设备性能等) 一定的条件下，其运行方式( 泵运 行台数和循环水量分配) 不同，对整个电厂净电能输出的大小有一定影响。如果 实现了循环水系统的经济运行，则能使电厂净电能输出增大，节省能耗，降低供 电成本，提高发电厂的经济性。 三课题研究内容 汽轮机凝汽器的运行方式对电厂经济性的影响涉及到凝汽器、汽轮机和循环 水泵三大系统，是三者共同作用的结果。若循环水系统在某种运行调整方式下， 机组出力的增量与循环水泵耗功增量之差为最大，则此种调整后的运行方式为最 佳运行方式。因此，研究汽轮机凝汽器的最经济运行方式，事实上是研究汽轮机、 凝汽器和循环水泵三个子系统的各自运行特性和三者的相互配合运行的优化问 题。 本文所研究的课题内容包括： ( 一) 对火电站的汽轮机、凝汽器设备，双母管制开式循环冷却水系统性能 的研究方法。 ( 二) 对火电站的汽轮机、凝汽器设备以及双母管制开式循环冷却水系统的 试验方法。 ( - - ) 对建立汽轮机凝汽器设备的最优运行方式的数学模型的方法、数学模 型的解法。 ( 四) 怎样把上述模型用软件实现，并用最直观的形式表现给运行操作人员 东南大学硕士学位论文 参考，指导其运行操作。 该课题研究所基于的现场特性试验是针对中国南方地区某电站的生产系统。 该电站的循环水系统比较复杂，它不同于一般的单元制循环水系统，也不是单一 母管制循环水系统，而是既有双母管循环水系统，又有单元制循环水系统组成的 复杂网络供水系统。如图0 一l 所示。而且，水泵机组台数较多，型号不一；水泵 并联台数多，性能不一，就更增加了该电站循环水系统优化问题的研究难度。对 于这个问题的研究既有循环水系统优化运行的共性，也有该电站的具体特点，本 文将作出逐一研究。 四课题研究方法 根据以上叙述可以看出，该课题的主要工作有以下三方面： ( 一) 建立数学模型 由最有利真空的概念我们可以知道，获得凝汽器最有利真空是一个优化求解 的问题，这个优化的目标函数就应该是： s 。= 峨一厶 j = l = i 式中s 目标函数； a p t , 汽轮机功率增量； 只，循环水泵耗功的增量。 在获得充分的试验和理论计算数据后，便可用此目标函数的求解过程来处理 这些数据，以得到应用软件所需数据。 ( 二) 热力试验 由于该电站的设备已经运行多年，反映设备性能的各项参数许多已经发生变 化，如果延用原设计说明书的设计参数，数据并不能准确反映设备当前的状态， 这就直接影响到研究结果的实际应用效果，因此要对汽轮机、凝汽器、循环水泵 及循环水管路系统进行全面的试验，整理出循环水泵特性曲线、循环水管网特性 曲线、汽轮机真空变化特性曲线以及凝汽器特性曲线，并把以上各类性能曲线回 归成数学方程。 ( 三) 优化模型的软件实现 由于该优化方法涉及到的数学模型的求解，以及求解后的数据结果运用到最 佳工况图的时候还需要反复多层次计算，手动计算虽然理论上可以实现，但没有 必要，同时由于手动计算的时间需要量大，等计算结果出来时，已没有应用价值。 所以以上提到的试验得到的，并且经过严格处理过的数据，只有经过数学模型在 计算机上的计算，得到的结果才能实时的应用到实际运行当中去。 五本文的内容 东南太学砸土学饿论文 搬掰以上的综合阐述，本文将围绕凝汽器、汽轮机和循环水浆及管路系统展 开论述。 笫一章介绍汽轮机特性以及相关的试验方法，数据处理过程方法。 第二：章介绍凝汽嚣特性以及相关的试验方法，数据处理过程方法。 繁三章奔绍莛环承裂黢管网特缝良及藤关瓣试验方法，数爨愁理过程方法。 籀酉章介绍试验数据的处理，主要针对数据误差的控制。 篇五章介绍针对优化运行问题建立数学模型阻及该模型的求解方法。 第六章介绍最佳工况图的作用和求得方法。 第七章介绍软件的制作思想、内容和功熊。 本文首先对炎毫厂汽辍援缰凝汽设备及棼毳琢冷部承系统夔分缨主要穰重予 与本研究课题有关的、舆有对现场运幸亍有实粥指导价值的特毪箍述主。并且有针 对性地介绍了如何获得上述性能规律和特点的现场试验，同时以真实的试验数据 为例进行说明。随后把数学模型的建立以及软件的制作有重点地加以讨论，从而 使整个研究课题得到完整地介绍。 本硪究工俸的特色怒姆磅究思想成功建交成7 可行实用技术，势实褒了工程 应蹋，获得了鞠显静柱会和经济赞篷。 = ：= 二= = = 二：= = 二= 二= 二= = ：= ：= ：= 然：= ：= = 二= 二= = ：= = 二：= ：= = ：= 二= = 二= 二二= 二 图3 一 o 该电菇锤磷永系统示意图 4 东南大学硕士学位论文 第一章汽轮机特性 汽轮机特性就是当汽轮机背压变化时背压与功率的关系。我们在确定最佳水 量和计算经济效果喇都要用到这一特性关系。这一关系可以在汽轮机真空变化通 用曲线上得以反映，如图卜l 所示： 只 q 例1 1 汽粘机翼空蹙化趣用觑裁 要得到这一关系曲线有两种方法：理论计算和现场试验。 一理论计算 当新蒸汽温度和压力以及流量不变时，汽轮机的内功率p 。将随其背压变化而 改变，它们之间的关系如下式： p , - 警= 急( h o y lo j 争v ( ) ( 1 _ ) 式中 h o 汽轮机内新蒸汽做功焓降，k j k g ； ；汽轮机的相对内效率： 风坑，没有余速损失及湿汽损失时，一公斤蒸汽在汽轮机中所做 的功，k j k g ； 碗没有余速损失及湿汽损失时的绝对内效率； g 。流入低压缸的蒸汽流量； c ，蒸汽动叶出口流速； x 。末级的平均干度； x 由低压缸抽汽量改变时机组功率改变的校正系数。 背压改变时，要计算汽轮机的功率变化，需考虑的因素有：汽轮机的理想焓 降的变化、级效率的变化、末级余速损失的变化及背压变化所引起的凝结水温的 变化，以及最后一级回热抽汽量改变。如果不考虑通流部分效率巩，变化，( 实际 上巩，变化很小) ，则功率的变化量可表示为如下公式： 东南大学硕上学位论文 扯= 丽g t 。面o h o ，, 旷c z 瓦o c 2 ) 印e x ( 1 2 ) 其中p 内功率的变化量，k w ； 仇背压变化量，k p a ： 其它参数请见式( 1 1 ) 在式( 1 2 ) 中，首先要求出_ a h o 和兰值。 o p t中 1 - 求o h o 一 魏 由能量转换公式得： 耻击小一c 舻， - 鲁= 一击。去) 字t k - i 一。( 竽_ 1 ) ! 一1 5 一p o t v o p t k = 一v 。( 丝) i ( 1 3 ) p o 式中p 。新蒸汽压力，k p m k 绝热膨胀系数； v o 新蒸汽比容，1 2 1 3 k g 。 对于绝热过程蒸汽参数的变化为： v o ( 盟) 一i = 式中 一蒸汽绝热膨胀到理想绝热膨胀时达到的背压水平时的比 容，m 3 k g 。 则：_ o h o ：v “ 若假定v k ，= h ，并考虑到p o v o “= 岛唯”= 届及v k p 。j = ，于是 婴：一p 协一二1 ( 1 - 4 ) 中e 式中声蒸汽多变膨胀时的膨胀常数。 2 ，求一o c 2 印。 6 东南大学硕士学位论文 由速度三角形得 c 22 = 2 2 + “22 2 0 0 2 b c o s , i 2 微分后 2 c ：_ o c 2 ：2 c o 。磐一2 “c o s 卢2 譬垒 印t印t印 = 2 ( c 0 2 一s 房) 娑 ( 1 - 5 ) p 式中0 9 ，汽流动叶出口相对速度； “，动口。t 半径处转动线速度； “动叶平均半径处转动线速度； 孱2 方向角。 由流体力学和工程热力学可知，当气流未达到临界流速时，气流在喷嘴斜切 部分中偏转不大，这时b2 是可以近似认为不随p k 而改变，于是由末级叶片出口 界面连续方程式得： 2 = 等v ( 1 6 ) 式中v 。汽轮机实际膨胀过程中末级出e l 处排汽比容； g k 汽轮机末级蒸汽流量，d t 。妄矗， k g s _ f 末级出口通流面积，i l l 2 。 将式( 1 6 ) 微分得： 一o c o = ：垒o v k ( 1 - 7 、 。p 女f 印l 代入式( 卜5 ) 得： 2 c ：挈_ 2 ( 一s 岛) 譬晏 ( 1 删 c p ，c p 3 求卸 糕1 a 1 4 0 一及晏代入蛔的表达式中得： c pku p k 等一去c 器c 等去- - u c o s 黝一鲁，x , 。x a p t c ，删 图卜l 就是根据上式绘制的反映汽轮机特性的关系曲线。 汽轮机背压影响汽轮机功率是从两方面作用的： 第一，影响汽轮机末级的蒸汽焓降( 在亚临界条件下) ： 第二，在动叶中出现超临界工况时，还要引起内效率的变化。 这个特性可以用计算方法，也可以用试验的方法获取，但是由于在汽轮机末 级变工况的时候，会产生一些诸如汽流过度膨胀、漩涡和湿汽损失等多种不定因 东南大学硕士学位论文 素，这样就使得计算的结果误差较大，一般情况下宜采用现场试验的方法获取精 确的数据。 用试验的方法求取“真空变化通用曲线”，然后按比例计算求取“真空变化 对功率的修正曲线。当我们知道了凝汽器真空变化量p 。和汽轮机末级排汽流量 d 。之后就可以在上述曲线中找到汽轮机末级功率的对应变化量只、。 二汽轮机特性试验方法 为了保证试验数据的精确性和数据处理时有统一的修正标准，汽轮机热力试 验对机组的运行参数、运行方式、各运行方式下的蒸汽参数以及外界对系统的影 响、负荷点的选择都有比较严格的要求，具体说明如下： 1 对机组运行参数的要求 在试验过程中，应尽量保持试验期间各种运行参数稳定并尽可能接近规定的 数值，以便减小数据修正时的修正幅度，因为各个修正公式在靠近标准值的附近 修正精度较高。 2 机组运行方式 汽轮机组的热力系统结构组成复杂，运行参数受较多因素影响，要使修正前 的运行参数有标准可循，需对机组的运行方式提出一定的约束要求。试验时的热 力系统应当接近机组正常运行的系统，或者至少要达到稍加修正计算就能修正到 正常情况的热力系统的标准，这就需要做到以下方面： ( 1 ) 应当严密隔离所有与试验没关系的设备或管道热力系统，尽量使试验 系统简单。要根据发电厂的具体情况、运行条件以及试验类型来决定试验时机组 运行方式( 是单元运行还是并列运行) 。 ( 2 ) 凡是试验涉及到测量的流体，不应有重复流动、涡流等现象尽量选用 直管段安装流量计，并且保证测量处离管道弯头、法兰的距离达到相关规定的标 准。如条件不允许，应事先对这些水量加以确定，以便在整理试验结果时修正。 ( 3 ) 试验期间，应切断高压段抽汽。应使给水流量保持稳定，并使之尽量 保持与主蒸汽流量相等。 3 保持汽轮机调速汽门的开度不变。 试验需要在机组运行工况稳定的情况下进行，稳定工况的方法，既要考虑到 方法简便易行，又要使试验结果的误差达到最小，在这里我们主要研究一下本课 题进行试验时采用的保持调速器门开度不变的方法 ( 1 ) 试验期间，由于新蒸汽压力、温度和周波等时刻都不可避免地在发生 变化，因而蒸汽流量和功率也都在不断发生变化，要保持蒸汽流量和功率在长时 间内不变，是很不容易做到的，这就必须频繁地调整同步器。采用保持调速汽门 丁= 度不变的方法，不需经常调整同步器，不仅试验方便，而且对试验的影响和误 差都小。 东南人学硕上学位论文 ( 2 ) 当主蒸汽温度变化时保持调速汽门丌度不变的方法，能使蒸汽在调速 汽门内的节流损失不变。由于试验时主蒸汽温度变化的容许范围不大，对整个汽 轮机的效率来说产生的影响很小，可忽略不计。 ( 3 ) 当主蒸汽压力发生变化时，汽轮机的进汽量也要发生变化。此时要想 保持汽轮机组的功率不变，调速汽门的开度就得改变，调速汽门的节流损失和调 整段效率也随之发生了变化，从而引起了汽轮机相对内效率的变化。当保持汽轮 机的主蒸汽流量不变时，主蒸汽压力变化，使主蒸汽流量和中间各级的压力按比 例变化。除最后一级外，中间各级前后压力比p 。p ，几乎是不变的，焓降h ：f ( p 2 p ) 也可认为不变。因此，中间各级的速比u c ，不变，内效率也不变。最后一级的内 效率虽然有变化但不大，可以另作修i _ f 。所以，在这个条件下总的来说，汽轮机 的相对内效率可以看作是不变的。 ( 4 ) 把试验时的汽轮机功率或蒸汽流量修正到额定参数时的功率或蒸汽流 量，都需经过修正计算。当保持调速汽门开度不变时，因蒸汽在调速汽门的节流 损失不变，汽轮机内效率可认为是不变的。根据这种方法所进行的修正计算，则 比较准确可靠。 所以说，采用保持调速汽门开度不变的稳定方法是较好的。在本课题针对的 南方某电厂的热力试验中，我们采用了这种稳定汽轮机负荷的方法。 4 试验负荷的选择 由于本课题研究的目的是针对现场运行指导，所以负荷应选择常用的负荷 点。同时因为我们采取的稳定负荷的方法是保持调速器门开度不变的方法，为此 我们在试验前的日常运行中要注意各个调速汽门全阀点所对应的负荷值。如果试 验目的是为了求取汽轮机热力特性曲线，从原则上讲，应当选择具有代表性的负 荷点。通常应包括：空负荷点，最小负荷点、经济负荷点，额定负荷点等。 三汽轮机特性试验内容 我们在课题的进行中，分别对该电站的n 1 0 0 9 0 5 3 5 型汽轮机和5 卜5 0 3 型 汽轮机进行了特性试验。试验内容和结果如下： 1 汽轮机特性之一“末级压力末级流量”试验 在热平衡计算和凝汽器变工况计算时，必须准确知道进入凝汽器的排气量。 根据汽轮机变工况原理，凝汽器式机组末级常处于临界工况，抽汽点的压力与排 汽量成正比，即使处于亚临界工况，抽汽压力也与排汽量成正比，可用关系式表 达如下： b 一只o d o kr k 式中d o 。、只。分别为设计工况下排汽量和排汽压力。 图1 2 为本次热力试验中得出的该电站国产n 1 0 0 9 0 5 3 5 型汽轮机末级压力 末毒大学硕上学使论文 和排气量之间的关系曲线。运用这条曲线就可以运用试验时采集的n 计算出b 的大小。供凝汽器特性计算之用。 汽轮机的排汽压力p 。可由该压力剥应下的饱和蒸汽温度来确定，可由对应 曲线感接查得。 图1 - 2n 1 0 0 9 0 5 3 5 型汽轮撬泰级援力靼捧气量之闯懿关系麴线 2 。汽轮祝籍瞧之二“真空功攀”( 真空变纯试验) 2 1 试验目的： 汽轮机背压变化时，“背压( 真空) 与功率变化”之间的关系称为汽轮机的 动力特性。我们在确定最肖利真空的过程中甍知道真空变化多少与汽轮机功率变 化多少靛关系。这样才能始道增减循环冷却水爨疑获褥弱效果，以及鳃 莓确定最 佳王掇( 凝汽器戆) 祭馋。掰浚真空交纯试验熬器静是，要在汽轮掇蒸汽流量不 变的情况下求取汽轮机摊汽压力变化对功率变化的关系。 2 2 试验要求 为了得到真空变化曲线，应先求得通用曲线。由于通用曲线鼹根据两段曲线 迭搬落褥，所以必须进行两缀真空变化试验。 在试验兹，应对瓠绦邈乎于全瑟检查翼俗器求燕下： ( 1 ) 试验枫组瘟始于究好状态，尤其楚黧空系统的严密褴一定要求达到良 好水平，通流部分、凝结器铜管的清洁度达到派常运行优良水平。 ( 2 ) 停用各段抽汽，仅保留末级抽汽。 ( 3 ) 试验时，应将低压加热器的凝结水旁路门、凝汽器凝结球再循环门等 关鲻严密，拳滚不可鸯缀薅耪重复滚动瑗象。冬转送入凝汽器簿筑承、羚充承瑟 水封颡东( 或蒸汽) 必缬切断。 ( 4 ) 试验采用放空气改变排汽压力的方法，因此应事先在抽气器的空气管 道上焊一段带有截止门的短管。试验中通过打开截止门放入空气，使抽气器过负 荷，来提高凝汽器压力。 叫 萋| 一bd舌ol_x)r蜒景赣* 东南大学顶士学位论文 ( 5 ) 试验采用固定调速器门开度的方法来稳定负荷。 ( 6 ) 试验一般是在循环水温度最低的季节进行，试验中凝结器的循环水量 应该开至最大流量，这样可以获得足够低的凝结器内压力。 ( 7 ) 试验对蒸汽参数的要求比一般热力试验严格，般要求： 主蒸汽压力的波动：9 0 0 0 5 m p a 主蒸汽温度的波动：5 3 5 5 2 3 试验方案 ( 1 ) 试验的工况选择 每台机的真空变化试验必须分两组进行，这两组试验都应在通过汽轮机低压 缸蒸汽流量不变的情况下进行。 第一组试验时低压缸的蒸汽流量为1 0 0 第二组试验时低压缸的蒸汽流量为6 0 在做每组试验时，凝结器内的压力可按表卜1 所示分几个等级逐次降低。 表l l 低压缸蒸 凝汽器内压力( 绝对压力) k p a 最小 56791 11 3 汽流量 试验次数 1 0 0 6 e p l111111 6 0 g e p 111l1l1 表中所列的凝汽器内压力的最小值是指循环水温度最低、水量最大时所能达 到的数值。 ( 2 ) 试验的操作方法 a ，在做每组试验时使用同步器把流经汽轮机低压部分的蒸汽流量调整到所 需数值后，投入功率限制器，将调速器门固定在某一个位置，并将同步器向增负 荷方向摇数圈。在调整后，必须保证调速器阀能够正常关闭，以防事故发生。 b 调整好之后，一般要求经过2 0 分钟左右的稳定时间，当真空值的波动小 于o 5 k p a 就可以认为己达到稳定状态，可以进行测试。 c 测试中须记录以下各参数 主蒸汽压力m p a ：主蒸汽温度：监视段压力；凝汽器喉部真空k p a ；大气 压力k p a ；大气温度。 d 当结束一个试验点测试之后，采用打开抽气器空气管上加装的放空气截止 门的方法，逐渐降低凝汽器内的压力，使其达到第二个试验点对应的( 请参见表 卜1 ) 凝汽器压力下建立新的平衡。 东南大学硕士学位论文 女r is l 重复完成每组七个试验点的测试。 2 4 真空变化试验结果的计算方法 试验结果的计算，主要包括对试验时汽轮机的进汽参数进行修正和绘制真空 变化对功率的修e 曲线。由于我们采用向凝汽器内放空气的方法来改变真空，所 以还需要进行过冷却度的修正。 ( 1 ) 汽轮机进汽参数的修f 计算 在一组真空变化试验中，如果各个试验工况点之间功率的改变只是由于凝汽 器真空的变动所引起的，这样得到的真空变化通用曲线才能正确的反映出凝汽器 真空变化对机组功率的影响。因此，在计算功率的增值时，每组试验中各个工况 点必须保证主蒸汽流量和进汽参数相同 然而，在试验中，汽轮机进汽参数及流量不可能保持不变。这就应将每组试 验中各个工况点的进汽参数修正到一个共同的数值( 可以叫做规定值) 。由于试 验是在保持调速汽门开度不变的条件下进行的，当进汽参数修正到相同的数值 时，主蒸汽流量也就相同了。 汽轮机进汽参数的修正计算方法习惯上常采用增量的形式表示，其步骤如 下： a 进汽压力的修正( 初温不变) 在调速汽门开度不变的条件下，汽轮机的进汽压力与流量成正比。对凝汽式 汽轮机来说，监视段压力也与流量成正比。这样，进汽压力变化对流量的影响， 就可以根据监视段压力的变化进行修正。假设，监视段压力为规定值p ，。时的蒸 汽流量为g 二。，相应于试验监视段压力见的蒸汽流量为g 。：，则 门n 兰! = 丝( 卜1 0 ) g 。，p 。 式中碰规定监视段压力。在每一组真空变化试验中，取同一数值，并 等于或接近于各工况点监视段压力真实值的平均值： p 。每一次试验工况点监视段压力的真实值。 采用增量表示，式( 卜1 0 ) 可以写为： 挚：堕( 1 - i i ) “。p 。 式中a g 。= g 二一g 。， 所以，进汽压力对流量的修正系数为： 印。：盟 p 。 经过进汽压力修正后的蒸汽流量为： g ：，= g ，；( 1 + 印。) ( 1 一1 2 ) ( 1 一1 3 ) 东南大学颁士学位论文 b 进汽温度的修正( 初压不变) 在调速器门开度不变时，进汽温度升高，则流量降低，理想焓降增大，这二 者对机组功率的影响是相反的。以下分开讨论。 b 1 进汽温度变化对流量的修f ：假设，在规定进汽温度聪( 足) 时的主蒸汽 流量为g ：。，则 g ：。f l ， g 。v 令g ：。一吒= a g m ，： 一瓦，= 死。 式( 11 4 ) 改写为： 瓯，+ g 。 吒。 ( 1 1 4 ) 1 + 竺：( 1 - 生、i g m 。厶7 ( 1 1 5 ) 把式( 1 1 5 ) 等号右侧按二项式展开，取其前两项，得到 ”争小薏 m 将式( 11 6 ) 带入式( 卜1 5 ) ，得出进汽温度对流量修的正系数： ( 口r 。) 。：一丝 y p m s ( 1 1 7 ) 式中丁：每一组真空变化试验中取同一数值，并等于或接近于各工况点 进汽温度真实值得平均值。 乙，= f ，r ；一f 。 b 2 进汽温度变化对焓降的修正：在进汽压力和排气压力保持一定的情况下， 进汽温度升高，理想焓降增加。进汽温度变化对焓降的修正系数可利用焓熵图求 得，即 ( 吒，) 。：氅血1 0 0 ( 1 1 8 ) 式中 汽轮机的进汽参数为规定值( 取值原则同) ，排气压力为 修正后背压时的理想焓降； 汽轮机的进汽参数以及排气压力均为试验数值时的理想焓降。 在实际计算中，也可以求出一个通用的修正系数，即在等压线p ：。上定出 r ：。一1 0 ，f ：，：，+ 1 0 三点，然后以p 二为共同的背压，求, m , - - 个等熵焓降，见图l 一3 ， 再用式( 11 8 ) 求出进汽温度由规定值升高1 0 和降低i o 。c 的焓降修正系数。 东南大学顾士学位论文 进汽温度每变化l 的焓降修正系数为上述数值的1 1 0 。具体用法见表1 2 。 综上所述，进汽压力和进汽温度对发电机电功率的修正系数为： 口= a p 。，+ ( a r m ，) g + ( 口f 。) = a p 腓+ 口；( 1 - 1 9 、 经进汽压力和进汽温度修f 后的发电机电功率为： 蜓2 ( 1 + 引，( 1 2 0 ) 式中 。试验条件下的发电机功率。 图1 3 c 过冷却度的修正 在做真空变化试验时，如果采用向凝汽器内放入空气的方法改变真空时，由 于空气量增加，使蒸汽的分压力降低。而凝结水的温度则对应于蒸汽分压下的饱 和温度，这就使得凝结水的过冷却度增大，致使低压加热器的抽汽量增大，因而 减少了机组的实发功率。为了排除这种影响在计算真空变化试验的结果，应对这 部分增加的过冷却度进行修正。设没有放空气( 即最低排汽压力时) 进入凝汽器 时的凝结水过冷却度为r ，放入空气后，凝结水的过冷却度增量是： a ( a t 、= a t 一a t ( 1 2 1 ) 由于增加的过冷却度所引起的低压加热器抽汽量的变化为： a g ：， e at一,(ja仇t)(iol d 过冷却度对机组功率的修正值为： a n 。= a g 。口。( 1 一日。) 千瓦( 卜2 3 ) 式中a c 凝汽汽流的单位发电率，它等于 日c = i r e s 丽- - l e t 可“， 度公斤( 卜2 4 ) 其中i 。由试验的进汽状态至排汽压力的等熵膨胀终点焓； _ “相对电效率； 以抽汽汽流的相对发电率，它等于 东南大学硕上学位论文 d 。= 譬， ( 1 2 5 ) z 一z “ 其中j 。低压加热器的回热抽汽焓，大卡公斤； i 一排汽焓，大卡公斤。 经过过冷却度修正后的发电机功率是： ；2 n s ( 1 + 口) + g 千瓦( 1 2 6 ) 经过进汽参数修正后，机组的排汽压力应为： p 。= p 。【1 + 叩。+ ( 耐。) g 】 r 1 9 7 、 通过以上项目的修正，得出在规定进汽参数下的机组排汽压力p ：。和发电机 出力_ v ：。由此就可以进行真空变化睦线的绘制。真空变化试验结果的计算实例 请见表1 2 和表1 _ 4 。 3 真空变化曲线的绘制： 真空变化曲线包括真空变化通用曲线和真空变化对功率的修正曲线。为了绘 制真空变化曲线，首先要将经过修正后的数据进行变换，然后再绘制曲线。进行 上述工作的主要理论依据是： 当真空改变时，不论自动叶出口的临界压力升高或者降低，单位蒸汽流量的 功率改变值等( 单位比功率) 只与嚣单位比压力) 有关。而且，等与毒 的关系式对应于不同的流量具有相同的形式，即为一根曲线。因而，我们可以用 在两种低压缸流量下进行真空变化试验的数据，作出通用曲线，从而得出真空变 化对功率的修正曲线。 做图的具体步骤是： ( 1 ) 根据修正后的数据计算出单位比压力和单位比功率，并以此作出真空 空变化通用曲线； ( 2 ) 选择不同的流量，绘制真空变化对功率的修正曲线。 下面以该电厂4 号机组9 4 7 3 t h 低压缸蒸汽流量为例进行说明，各参数如 表卜2 、卜4 所示。试验是在两种低压缸流量下进行的： 第一种低压缸流量g 。为9 4 7 3 吨小时。为了清楚起见，把各试验工况点经 过修正的排汽压力和相应的功率另外列在表卜3 中的第一、第二行。表中第三行 电功率的改变值a 是以p 。，= o 0 0 3 8 7 7 m p a 的电功率为起算点依次相减得到的数 值。由表可见，当汽轮机的排汽压力由o 0 0 3 8 7 7 m p a 开始升高( 真空降低) 时， 机组的电功率逐渐减小。在该组试验中各试验点的单位比功率和单位比压力列于 表卜3 中第四、第五行。 第二种低压缸流量g 。为1 4 3 7 3 吨小时，各试验点经过修正后的排汽压力 东南大学硕士学位论文 和相应的电功率如表卜5 第一、第二行。表中第三行电功率的改变值是以 p f 0 0 0 4 2 m p a 时的电功率为起算点依次相减得到的数值。 当取定低压缸流量g 。p = 9 4 7 3 吨小时时的功率为起算点( 也就是l 缶界压力 点) 后，在低压共流量为g 1 。= 1 4 3 7 3 吨小时下，功率改变的起算点所对应的排 汽压力应当按照正比关系求出，即 g 。 p 。= p 。孚= o 1 1 2 4 绝对大气压 u 印 采用表1 4 中第三行的数据，用内插法可以算出以p 。= o 0 0 4 2 m p a 为功率起 算点时，p ；x = o 0 1 8m p a 所对应的功率改变值。为2 5 9 5 7 m w 。当改用以 p ；= o 为功率改变的起算点时，各试验点的功率改变的换算值：应以x 0 1