100MW汽轮机热力性能试验及计算分析.doc

重庆大学硕士学位论文100MW汽轮机热力性能试验及计算分析姓名：徐凤申请学位级别：硕士专业：动力机械及工程热物理指导教师：何祖威20090531 本 文 的研究对象是 攀钢 自 备电 厂 叫形汽轮 机组 热力 系统。由 于 该 机组 陈旧，缺 陷 较 多 ，面对繁 重的生 产 任务 ，长期 以 来其技 术经 济 指 标 往 往 达 不 到 预 期的要求。 本 文 通 过 对攀钢 白备电 厂 形机组 热力 系 统分析研究 ，使 用 矩 阵 分析法进行 机组 热效率 的计算，分析机组 的技 术经 济 性 ，找 出 机组 缺 陷 部 位 和 指 标偏低 的原 因 。 本 文 主 要完 成 了以 下 几个方 面的工 作 ： 依据 电 站 汽轮 机热力 性 能 试 验规 程 并 参考 娉 蹋直 鹪 诙 疃 汉 蝴 聊 、 负荷嘶 叻 和 负荷叨工 况 下 进行 现场热力 试 验。 在试 验前 ，对测 点确认 ，各 测 点的仪器按 照相 关 的标准 进行 校 核，使 之 达 到 计算的精 度要求，对不 能 满足要求的测 点或 者 没有 安装 的测 点进行 更改 或 者 加 装 ，写好 汽轮 机热力 性 能 试 验大纲 ，测 点布 置清单 ，现场测量 仪器安 装 。 满足试 验条 件 后，调 整 负荷，按 规 定时间 统一 开 始 试 验、数 据 采 集和 记 录。 依据 火电 厂 热力 系 统的典 型 部 件 ，按 模 块 化 建 模 思 想 对热力 系 统进行 划分，并 充 分考虑 辅 助 汽水 成 分的影 响 ，结 合传 统的热平 衡 法 ，建 立加 热器数 学 模型 、热力 系 统矩 阵 模 型 和 热经 济 指 标 数 学 模 型 ，并 按 汽轮 机热力 性 能 试 验规 程 所规 定的热力 性 能 试 验计算原 则，采 用 面向 对象的编 程 语 言 机热力 性 能 试 验计算程 序 ，依次 完 成 试 验工 况 计算、第 一 类修 正 计算及 第 二 类修正 计算和 不 确定度分析。 根据 试 验数 据 和 计算结 果 的分析，对机组 的运行 提出 改进建 议。 騦 蜸锄 锄 瓼 雛 萿 签 字日期：砷牟 泪签 字日 期： 泖 本 人 完 全 了 解 重 庆 大学有关 保留、 使用学位 论 文 的 规 定。 本 人 完 全 同 意 中塑塑盛 汽轮 机热 力性能 试 验 计 算分 析的目的及 意义随 着我 国社 会主 义市 场 经济 的发 展和汽轮 机组 运 行 的安 全 性不 断 提高 ， 汽轮 机组运 行 的经济 性愈来 愈为人们重视 。汽轮 机组 是 一 种 技术 上非常 精密 的设 备， 而 且结构 非常 复 杂， 要 保 证 汽轮 机安 全 经济 运 行 ， 必须 掌握它 的特 性， 特 别是 它 的热力特 性。掌握汽轮 机的热 力特 性， 不 是 一 件 轻而 易 举的事 ， 最有效 的方 法 是 通过热 力试 验来 取得。 国内 外 现 状综述试 验 标准 和 规 程 对于 汽 轮 机组 热 力 性能试 验 十 分重要，它 提 供 了 开展 热 力 性能试 验 的策划 、 准 备 、 实 施、 报 告 统一 的规 则 。只 有 在统一 的规 则 下 实 施热 力 性能试 验 ，才能准 确 地 获取汽 轮 机组 的热 力 性能数 据，保证 试 验 结 果 对精 确 度 的要求 ，反 映 汽 轮 机组 热 力 性能的真 实 状况 。国内 外 主要的汽 轮 机热 力 性能试 验 标准和 规 程 可分为 三 类 ，包括 ： 美 国 电 站 汽 轮 机热 力 性能验 收 规 程 并参考 进行 的。律 在火电 厂 热 力 系统计 算 中 的直 接 表 述 ，是一 种 单 纯的汽 水流量平衡 和 能量平衡方 法 ，沿 用已 久。 理论 上其 它 各 种 分析方 法 都 可以由它 推 导 出 来 ，它 以单 个 加 热器为 研 究 对象，通 过 逐级 列 写 各 个 加 热 器的汽 水质 量平衡 和 能量平衡 方 程 ，以得到 各 级 加 热 器抽 汽 系数 ，并利 用功率 方 程 和 吸 热 方 程 最 终求 解系统的热 经 济 指标。 该 方 法 概念 清晰 ，数 值求 解方 便 ，可 以利 用局 部热 力 系统变 化对热 经 济 性的影响 进行 分析，是我 国电 厂 热 力 系统的设计 和 改 造 的理论 基 础。 但 一 些 基 本 公式的推 导 都 是基 于 简 单 的代 数 运算 ，使 得对加 热 器从 高 压 到 低 压 逐级 求 解抽 汽 量 热 降法 即 可用于 整 体 热 力 系统的计 算 ，也 适 用于 热 力 系统局 部定量分析。 它 摒 弃了 常 规 热 平衡 法 的缺点 ，不 需 要重新 计 算 就 能查 明 系统变 化的经 济 效 益，即 用简捷的局 部运算 代 替 整 个 系统的复杂 运算 。另 外 ，在考虑 了 附加 成 分后，该 方 法 可单 独 求 出 这些 附加 成 分对整 个 系统热 耗 率 的影响 。这样 运用等效 热 降提 出 的小 指标耗 差 分析计 算 模型，可 节 省大量的复杂 运算 ，基 本 满足 现 场 经济 性分析的要求 ，对电 厂 深 入 开展 进行 热 经 济 性分析和 节 能降耗 工作 具有 实 用价 值。 这类分析方 法 的 共 性 在于 模型 均采用矩阵形 式表 达 ，突 出特 点是 “数 ”与“形 ”的 结合 ，即 ： 矩阵结构 与热 力系 统 结构 一 一 对 应， 矩阵中 矩阵元素 数 值与热 力系统 中 相关热 力参 数 一 一 对 应。 当 热 力系 统 结构 或 参 数 发生 改 变 时 ，只 需调 整 矩阵的 结构 和 矩阵元素 数 值即 可，使 热 力系 统 的 计算 通 用性 更 佳 ，非 常 适 合 于 编 制 通用计算 程序。在 进 行热 力试验 时 ，一 般 情况下 不 可能 所有 的 工 况参 数 和 条 件 都满 足 规 定 要求， 这些 工 况参 数 和 条 件 的 偏 差 必 然 会 对 试验 结果 产 生 影响 。 因 此 在 将试验 结果与设 计值进 行比较前， 必 需对 其 进 行修 正 。 一 般 修正 计算 包括两 组 ： 即 热 力系 统修正 和 参 数 修正 。 修正 系 数 可以是 曲 线形 式或 数 值， 还 可以经过 计算 。 通 用的 修正 计算 方 法 ，系 根据 热 平 衡等 基 本 原 理导 出， 是 一 种 较为准 确 的 修正 计算 方 法 。随 着科 学 技 术 水 平 和 人们认识 水 平 的 提 高 ，可以控制 和 尽 量 减 少测量 误 差 ，但不 可能 完全 消除， 正 是 误 差 的 不 可避 免 性 ，导 致测量 结果 的 不 确 定 度 。 我国将不 确 定 度 分为 嗖 蝗范 群 虰类不 确 定 度 。 不 确 定 度 理论 是 现 代 测试技 术 、仪器 仪表 以及 工 程实 验 等 领域不 可缺 少的 重要 理论 基 础 ，它 在 科 学 上 与生 产 实 践 高 精 度的目 标。 汽 轮 机热力性能试 验 计 算的发展趋势 本文 的主 要 工作 在试 验 之前 ，对测 点 确 认 ，各 测 点 的仪 器 按 照 相关 的标准 进 行 校 核 ，使之达到 计 算的精 度要 求，对不 能满足 要 求的测 点 或者 没 有安装 的测 点 进 行 更 改或者 加装 ，写 好 汽 轮 机热力性能试 验 大纲 ，测 点 布 置清单 ，现场 测 量 仪 器 安装 。 满足 试验 条 件 后 ，调 整 负 荷 ，按 规 定 时 间 统 一开 始 试 验 数据 采集 和 记 录 。 构建 热力系 统 及 设备的数学 模 型 ，编 写 热力试 验 性能计 算程序 。对该 电 厂 汽 轮 机组 热力系 统 及 热力设备进 行 全 面深 入 分 析，按 模 块化的建 模思 想对热力系 统 进 行 划 分 ，并 充 分 考 虑辅助 汽 水成分 的影 响 ，建 立 起加 热器 数学模 型 、 热力系 统矩 阵 模 型 和 热经济指 标数学 模 型 。在所 建 立 的数学 模 型 的基 础上 ，采用面向对象的编 程语言 程经验 和 分 析误 差来源的不 确 定 度来评 定 。 试 验 结 果 的不 确 定 度取 决 于试 验 数据不 确 定 度的综 合影 响 ： 确 定 每 一个测 量 参 数的测 量 不 确 定 度；确 定 用来计 算试 验结 果 的各 种 计 算变 量 的不 确 定 度；确 定 每 个计 算变 量 的不 确 定 度对试 验 结 果 的影响 ；将 各 个计 算变 量 的不 确 定 度合成为 试 验 结 果 总 的不 确 定 度。 热力系 统 局 部 定 量 分 析。 试验 工 况下的 热 力 性 能 计 算定完 整 的 机内 膨 胀过 程 线。过 程 线时 用抽 汽 口状 态来 代 替机内 状 态， 只 是 一 种近 似 做 法。求解 排 汽 焓的 方 法多 种多 样， 其特 点可 归 纳如 下： 除氧 器 水量 的 变 化 。 给水泵 密 封水的 处理。 试 验结 果 的 修 正 此 ，在 将 试 验结 果 与 保 证 杓 值 比 较之前 ，必须 对其 进行 修 正，消 除 偏 差 产 生的 影 响 ，以 保 证 比 较是 在相 同的 热力 循环 条件 下 进行 。 原 则 上 ，试 验工 况 与 规 定工 况 的 任 何 偏 差 都 应 予 以 修 正。 修 正系数 可 以 是 曲 线 形 式或数 值 ，还 可 以 经 过计算 。 对试 验结 果的 修 正，必须 在试 验前 达 成 协 议 ，包 括修 正的 项目 ，修 正的 方法，以 及修 正曲 线 等。对偏 离规 定工 况的 运 行 参数 、 条件 的 修 正，可 分 成 第 一 和 第 二 两 类情形 【 俊 】 ： 第 一 类修 正。 第 一 类修 正又 称 系统 修 正，主 要是 对影 响 给水 加 热系统 的变 量 进行 修 正，以 消 除 试 验循环 与 规 定循环 的 偏 差 产 生 的 影 响 。 还 包 括对发电 机运 行 参数 的 修 正。 第 一 类修 正包 括以 下 变 量 的 修 正： 给水 经 过凝结 水 泵 和 给水 泵 的 焓 升。 给水 经 过凝结 水 泵 和 给水 泵 的 焓 升是 系统 中 除 锅 炉供 给的 热量 外 ，经 水 泵 做 功 加 入到 汽轮 机 循环 中 的 热量 ，此 热量相 当 于 给水 压 缩 的 理 论 功 加 上 水 泵 的 内部 损失，这些 附加 的 热量 是 由外 部 能 源或给水 泵 汽轮 机 所提供 的 。 在规 定循环 中 该 焓 升是 一 定的 ，试 验时 的 焓 升会 影 响 系统的 热耗 ，因 此必须 给予 修 正。 汽 轮机 的 主 蒸 汽 压 力 。 各加热器端差 取设 计 值。 离 开 每 个加热器的 给 水 温度 ，为进 汽 压 力 下的饱 和 温度 减 额定 的 给 水 端差 。 若 加热器不 包括疏 水 冷 却 段 ，则 加热器疏 水 温度 等于和 加热器蒸 汽 压 力 相 对 应的 饱 和 温度 。 若 加热器包含 疏 水 冷 却 段 ，则 疏 水 温度等 于本级加热器进 水 温度 加上 规 定的 疏 水 端差 。 除氧 器出 水 温度 为进 汽 压 力 下的饱 和 温度 。 在 修 正计 算中 级后 流量 氤槠 沽 的 比 值保 持 不 变。 由 试 验 循 环 下 计 算新的 抽 汽 压 力 。 确定 修 正后 的发 电机 功 率。 进 行 不 确定 度 分 析 评 价 时 ，要 满足 以下条件 ： 恰 步 进 行 俊 】。一 般 来 说 ，一 个 测量 值 的 不 确定 度 应 考 虑源自三 个 方面的 不 确定 度 的 贡献 ， 卟 “寺 式中 机组 的 技 术 规 范行 系 统 修 正 和 参 数 修 正 ， 汽轮 机高 、 低压 缸效 率 做 参 考。测 点 清 单 见表 汽轮 机组 性 能 试验测 点 清 单 。表 汽轮 机组 性 能 试验测 点 清 单 哟 咖 复 速 级压 力一 级减温水 管 路一 级减温水 管 路二 级减温水 管 路二 级减温水 管 路省 煤 器 入 口 测 点 布 置 图 见图 汽轮机 组 热力 性 能试 验测 点 布 置 图 。 线 制 接线 ，热电 偶 由 数 据 采 集 仪 器自动进 行 冷 端补偿 。数 据的 整理 是计算 的 第 一步，通过 对数 据的 整理 ，确 定用 作 计算 依 据的 观测值 ，进 而 求 出被 测参 数 的 真 实 值 ，其 主 要 内 容 有 ： 对工 况点 全 部 原 始 记 录 的 观测值 进 行 检查，检查时 要 把 确 知 的 工 况变动时 间内记 录 的 全 部 观测值 删 除 。 另外 ，再根 据 明 确 的 物 理 或工 程 技 术 方 面的 原 理 判断观测值 的 合 理 性，将 不合 理 的 删 除 。、 设 备 和 系 统 无异 常 泄 漏 ； 甤嚣芷 表 系 统隔 离 清 单 及 阀 门位 置 图 的 要求。除 安 全 原 因 和 正 常 的 调 整外 ，不 得 对 机组 进行 与 试 验无 关的 操 作 。 鷗 注 ： 表 中 压 力 均指绝对 压 力 正式 试验 热 介 质 只 槠和冷介 质 鞲 蛑 髂 崴 的传 热 通 过 管 壁 蝗 让 进行 ，通 常 给 水在管 内 流 动 ，抽 汽在管 外 和加 热 器 外 壳 之 问 流 动 。为 了减小换 热 端差 ，降 低 平均换 热 温 度 ，减少煳失 ，提高 设 备能 源利 用率 ，在加 热 器 的设 计中 ，对 于 换 热 面 积和介 质 通 道 的选择都 给 予 了周 密的考 虑 。为 了减少 下端差 ，在主 受 热 面 左 侧 加 装了辅助 受 热 面 ，称为 疏 水冷却 器 ，现 代机组 所 有面 式加 热 器 都 装设 了疏 水冷却 器 。 当 汽轮 机抽 汽过 热 度 较大 时 ，还要 加 装蒸 汽冷却 器 。 蒸 汽冷却 器 是 用 蒸 汽的过 热 度 进一 步提高 给 水温 度 ，以 减小 换 热 器的上端差 。 没 有蒸 汽冷却 器 的加 热 器 上端差 通 常 为 ，加 装蒸 汽冷却 器 后，上端差 可 减小 到 零 甚至 为 负 值 。 现 代机组 前四级 加 热 器 均 装设 蒸 汽冷却 器 ，设 计上端差 均 为 。 图 是 面 式加 热 器 结 构 及 端差 示意 图 。七图 面 式加 热 器 结 构 及 端差 示意 图妇 图 疏 水自流 面 式加 热 器 示意 图图 汇 集 式加 热 器 示意 图图 混 合 式加 热 器 示意 图 瑰 第 都 尤 绕鞯 某槠 蔒豫乏 第 都 尤 绕魇 杷 蔒碾髫本 文 对加 热 器级 的 划分 规定 如下 ：图 是 系 统 级 的 划分 示 意图 ， 图 中 圆 点表 示 回 热 加 热 器级 的 边界。图 回 热 加 热 主系 统 级 的 划分 示 意图 善毫。 慵 郊 尤 ：一 瓦 。 慵 郊 尤 绕 图 热力 系 统示 意 图吼乃吒勺办圪乃弓勺缈弓勺缸乃乃式 中 【 俊 俊 】 分别 为 各 级抽汽流量 、辅 助 蒸 汽流量 、辅 助 水流量 组 辅 助 水 流在 各 加 热 器中的 焓 升 ，其 填写 规 则 是 ： 当 ，矩 阵 】反 映 的 是 水 侧热 耗 率 的 公 式 为 ：刀 全竺 垒 竺 二 立二 皇 坐 幺 材 七臃 汽轮发 电机组 效 率 。吃 汽缸 排 汽焓 綣 继承 关 系 ，是每 一 个 对 象 类按“基类”、 “派生 类”、 或 “成员 ”的 概 念构 成一 种 层 次机构 。 面向对 象 的 方法认 为 汽轮机的 各 子 系 统、 各 部件都是研究对 象 ， 任一 对 象都包 括 两 个 部分：一 是具 有 “数 据 ”属性 和 “过 程”属性 的 各 种 实体对 象 ； 二 是对 象之间 的 相互 作用关 系 ：“信 息”行 为 和 “响应 ”行 为 ，即 对 象 在 通 过 信 息的 传 递确 定了 自身 数 据 属性 的 状态之后 ，其过 程属性 处 于的 “激 活 态” 。 对 象 的 各 种 属性 和 行为 的 总 和 就 构 成了 关 于对 象 描 述集合 。 对 应 于汽轮机热力系 统对 象 ， 其数 据 属性是对 象 的 特 性 参 数 与输入输出 参 数 ； 过 程属性 是热力计 算 过 程和 相应 的 辅 助 计 表 形机组 汽轮机热力系 统主 要 参 数 胑 有 用能 终点焓 删砌撇砌帆砌砌撇砌帆砌姚砌撇砌慨砌撇砌忱砌慨砌肭帆忱忱 厂 家 的 主 要 计 算 结 果 如 表 所 示。 鷘 產 目 前机 组运 行中 使用 凝 汽器 再循 环 调 整 凝 结水流 量 来 控制 除 氧器 水位 ， 造成 凝 泵功 耗 增 加 ， 降 低 机 组经 济性。建 议 检 修 除 氧器 水位 调 整 门 ， 恢复 调 整 门 水位 协 调控制 。 表 实 测 数据 统 计 縭 等一主蒸汽流量等一一级减温水流量 不确 定 度 ；等一二级减温水流量 不确 定 度 。 式中热 耗 率 的综合 影 响系 数 。堕“巩 瓦 ： 熊 平 舞鲅沙病搿 畂 ： 黑 小 彩錾 一 ， 日。 一 日 导署一主蒸汽 压力对热耗修正曲线的斜率 最 一 蛳 水焓与饱 和温 度关系蝴 斜率日一 主蒸 汽 焓 罯 罯 皁 击 热 耗 总 不确 定 度的计算 结 果 见 表 。 其中， “ 绷 形 8鞑 饬 坎 问 的测 坎 蝗 范 疲 骸 癋”歹 为 热耗的不确 定 摩 。 。表 热 耗 总 不确 定 度的计算 结 果热 耗 不确 定 度 加热 器端差 对 热 经 济 性 的 影 响豸 岘 取 当 加 热器第 ;慵 褪 保 趈 级 端 差 引 起 新 蒸汽 等 效热降降低： 形 鷗 各加 热 器的下 端 差与 设 计值 相比 均 有 较 大偏 高 。 形 工况下各加 热 器端 差计算 结果如 表 。 “加 热 器上端差一般 为 阻：造成 加 热 器疏水 端 差偏 大 的 原 因可 能 有 加 热 器排 气 系 统不畅 、加 热 器水 位 过低 或 者 无 水 位 运行、加 热 器内部 汽 水 短 路 、加 热 器管子 结垢等 。 加 热 器疏水 水 位低 于 正常水 位 聊 垅 为低 水 位 。 水 位 过低 会 使 疏水 冷 却段 进 口 露 出 水 面而 使 蒸 汽 漏入 该段 ， 从而 破 坏 该段 的 虹 吸 作 用， 并 造成 疏水 端 差变 化 ， 在疏水 冷却段 进 口 处和 疏水 冷 却段 内产 生 冲 蚀而 使 管子 损 坏 。针 对 上 述分析 的 原 因， 提 出 下面 的 改 造建 议 ： 检查加 热 器水 位 和 疏水 调 节 阀是 否正常， 调 整 加 热 器水 位 在正常范 围 ，检修 更换 不严 密 的 疏水 调 节 阀。 严 格控 制 锅 炉 给水 值 和 含氧 量 ， 减少钢 管表面 的 腐 蚀。认 为抽汽 口 固 定 不变 ；抽汽 压 损 将 使 加 热 器内压 力 降低 。 因而 ， 加 热 器出 口 鞫 旷 叫 嚣妨 谲 抽 汽压损 对 热 经 济 性 影响 计 算结 果 如 表 ：给 水 焓 升 甇 级 引 起的 给水 加 热不 足 造 成 机 组 热耗 量 显 著 增 加 。 根 据 上 述 原 因 ，提 出 技改建 议是 ，抽 汽 管 上 必须 设的 逆 止阀 应选用 阻 力小 的 类 型 ，运 行 中 把应该打 开的 阀 门 开 式中：日：口期云对 试 验工 况 的 过冷 度 计 算 ， 结 果 如表 。表 过冷 度 对 热经 济 性 影