火电机组优化运行的微变工况分析

火电机组优化运行的微变工况分析火电机组优化运行的微变工况分析 发表时间 2004 7 20 作者 王超 1 余泽选 1 陈波 2 刘宇 1 沈杏登 3 周宇阳 3 摘要 一 引言一 引言 针对热力系统中的主要单元设备汽轮机和加热器 取模型内部特性参数 的元素为汽轮机级组相对内效率 中间级 组前后压力比 以及加热器端差 工况微变过程分析的目的是以 为对象 研究它们在工况微变时的变化规律 已知入口蒸汽热力学状态和出口蒸汽压力数值 再辅以级组相对内效率 就可以确定出口蒸汽热力学状态 根据通 流各部分微变工况的不同特点 将 的变化分为汽轮机调节级 各中间级组以及末级级组考虑 为叙述方便 将调节级 也视为级组 二 中间级组前后压力比二 中间级组前后压力比 微变工况时 各抽汽口蒸气的压力均发生变化 将以某级组开始的全部非调节级视为一个级组 其级前状态满足 Flugel 公式 不计各级组前温度的变化 且考虑到设计工况下大型凝汽式级组的末级均为临界工况 上式可以简写成 工况变动时 如流量增加 末级前压力随之按比例增大 末级背压保持不变或者按一定比例升高 取 决于凝汽器特性 一般升高幅度小于末级前压力 因而末级总是处于临界状态 若流量减少 理论上可能出现末级由 临界向亚临界转变的情况 而计算表明这一般发生在 0 3G 以下工况 已超出实用变工况范围 可知 级组的压力与流 量关系为线性 且线性函数的截矩为零 对于某一级组以及其后一级组 运用以上关系列出方程式 其中 P0 P1分别为某级组的级前压力及后一级组的级前压力 G0为主蒸气流量 K0 K2为比例常数 当 G01 G02 G0 上式可以写作 P2可以看作某一级组的级后压力 K 为常数 称为级组压比系数 因而可以知道对任意某一中间级组 其前后压力比 为一常数 通过这个结论 当因主汽压力 再热压损等引起的工况微变时 我们就可以根据微变前的基准工况时求取的 值 逐级应用比例关系 求得工况微变后的级组后压力 即各抽汽压力 推导 1 式的一个简化前提是不考虑各级组前蒸气温度变化 实际上微变工况时汽温的改变会改变中间各级流量与压 力所保持的正比关系 通过大量的计算实践可知 由于温度变化造成各级 G p 曲线对线性函数线的偏移从相对值来看 是基本相同的 这使得相邻级组的 G p 曲线微观上仍保持辐射线斜率之间的比例关系 只不过辐射原点偏离原原点 因而仍可以适用系数 求各抽汽口压力值 三 级组的相对内效率三 级组的相对内效率 已知入口蒸汽热力学状态和出口蒸汽压力值 再辅以级组相对内效率 就可以确定出口蒸汽热力学状态 根据通流 各部分微变工况的不同特点 将 的变化分为汽轮机调节级 各中间级组以及末级级组考虑 为叙述方便 将调节级也 视为级组 3 1 中间级组相对内效率变化对热耗率变化的影响中间级组相对内效率变化对热耗率变化的影响 由于承担的焓降 设计相对内效率 或实时基准工况下的相对内效率 以及通过的流量不同 使得微变工况时级组 相对内效率 的变化引起热耗率 的变化各不相同 等式两边取对数 然后微分 得 其中 Pel系统输出功率 Ne汽轮机内功率 Q0系统吸热量 Qc广义冷源损失 是所有进入系统的热量与返回锅炉热量之差值式中 Dk Dc Dfw一各抽汽 凝汽及给水流量 kg s hk hc hfw一各抽汽 凝汽及给水焓值 kj kg 假设系统机械与电机效率不变 则分析汽轮机内功率的表达式 其中 Di 第 i 级组流量 Hsi 第 i 级组等熵焓降 ri j 第 i 级组相对内效率 研究第 j 级组 当 ri发生变化时 对冷源损失 Qc 的变化作如下分析 变化后的冷源损失 以整个回热系统为热平衡对象 可知 从而有 代入式 2 得 记 对于中低压缸级组 对于高压缸级组 由于排汽进入再热器 没有直接造成冷源损失 根据 3 4 式 选取 125MW 机组两种设计基准工况的热力计算数据计算 ri对 q的影响系数 如表 1 所示 3 2 基于设计基准工况的级组相对内效率基于设计基准工况的级组相对内效率 级组的相对内效率 ri是级组内各级相对内效率 sri以级理想等熵焓降 HJS为权的加权平均 mJvi为级组所包含的级数 由微变工况导致的调节级后蒸气状态的改变 使汽流在中间级组内各级的流动损失发生变化 进而影响到级组的相 对内效率 例如主汽压力 P0提高时 比容 V0减小 汽机高压缸各级组通流部分间隙的漏汽损失相对增加 使 ri降低 同时 膨胀终干度 x 减小 低压缸末级组内各级湿汽损失增加 使 ri降低 提高主汽温度 t0 V0 X 均增大 其对 ri 的影响与 P0提高时恰好相反等等 但是这些运行参数的微变对 ri的影响主要集中在调节级和末级组 对于大部分中间级组影响甚微 根据统计规律 当机组负荷大于 30 40 额定负荷时的变工况 绝大多数中间级组的相对内效率都几乎不变 同时由表 4 1 可以看出 除中压缸第一级组外 其余中间级组 ri的相对变化 ri对热耗率 q 的相对变化的影响系数均很小 微变工况时可以不 计 而代以基准工况时的数据 中压缸第一级组 ri对 q 的影响程度占全部中间级组的近乎 1 3 而且受到再热压损及再热汽温波动的影响 因而有 必要加以考虑 根据设计基准工况数据对该级组进行详细变工况计算 以级组前后压力比 0为自变量 求出不同级前 温度条件下的级组相对内效率 0ri变化曲线 如 125MW 机组在再热温度 t 535 条件下中压缸第一级组相对内效率与 前后压力比关系数据如表 3 所示 根据表 3 数据 用最小二乘法拟合得到 系数 bi如下所示 用于喷嘴配汽的调节级 由于承担的焓降较大 工况变化时对热耗的影响很大 对应于相同的调节级后压力 通过 各调速汽门的蒸气因受到不同的节流损失 各股蒸气在调节级中的焓降不相同 因而速比 也就不同 使它们作功时效率各异 造成不同流量工况下调节级的效率复杂多变 为了便于实时计算 事先对机组设计 工况下的调节级进行详细热力计算 得出特性曲线 进而求出全级的特性曲线 回归为数值方程 系数 bij如下所示 末级组的级前压力受到前面级的影响 背压又随级流量的变化按凝汽器特性曲线确定 故而末级组的变工况通常对 应于不同的级流量以及不同的级组前后压力比 为便于实时计算 根据设计基准工况数据得出末级余速损失与级组前后 压力比关系特性曲线 表 4 为 125MW 机组在设计基准工况时的关系数据 根据表 4 数据 用最小二乘法拟合得到 系数 bi如下所示 3 3 微变工况的级组相对内效率微变工况的级组相对内效率 微变工况时级组的相对内效率 ri可以由实时基准工况下的相对内效率 ri依据设计基准工况时的关系曲线 修正而得 先由流程模拟计算得出实时基准工况时的各级组 ri值 调节级和各中间级组的 ri可以很方便地由汽轮机级组模型的 PT 参数矩阵求得 末级组的 ri需要迭代求解 我们知道 流程模拟计算的实质就是一组功热平衡方程组 以加热单 元为界 可以将这个方程组分解成几个独立且封闭的方程组 从而对其分别求解 通过高加及除氧器组成的加热单元的 热平衡计算 可以迭代求解出除氧器进口水量 Dc 达到实测值时的该加热单元的各级抽汽量 Dj 然后求出主汽流量 D0 由此计算出末级组的实发功率 依据低加加热单元热平衡计算迭代求解出末级组出口状态及 ri 微变工况时 除中压缸第一级组外的各中间级组的 ri可以直接取用实时基准工况下 ri的值 此外各级组的 ri需由 相应的 ri修正得到 设微变工况修正至设计基准工况的级组前后压力比为 0 由方程式求得 处的效率微增率 然后以下式计算 ri 调节级和中压缸第一级组的 关系曲线是根据额定参数初参数计算的 微变工况时初参数发生变化 需计算得出 修正 值 计算时依据理想焓降相等的条件 由微变工况时的级组理想焓降查出设计基准工况时对应于这个理想焓降值 的级组前后压力比 四 给水加热器的端差变化 略 四 给水加热器的端差变化 略 五 结束语五 结束语 在线流程模拟软件通过热力系统单元设备内部特性参数矩阵 结合 实时求解 得出 在此基础上构建系统结构 数学模型 其求解的流程较真实地模拟了实时的热力系统 通过对选定 的元素的微变工况分析 实时计算时认定中间 级组压比系数 及除中压缸第一级组外的各中间级组相对内效率 等同于实时基准工况 调节级及中压缸第一级组 依据 设计基准工况下的 关系在实时基准工况下的 基础上修正得到 末级组用类似的方法修正排汽焓值 给水加热器的 端