加热器端差对1000MW机组热经济性影响的数学模型研究

第55卷第2期2013年4月汽轮机技术TURBINETECHN0LOGYVOL_55NO2APR2013加热器端差对1000MW机组热经济性影响的数学模型研究周振起，李晓东，王涛，李昕东1东北电力大学能源与动力工程学院，吉林132012；2山西电力职业技术学院，太原030001摘要在凝汽系数法基本理论的基础上定义了凝汽系数变动率的概念。采用凝汽系数法，从反平衡的角度出发，针对不同型式的加热器，通过严密的数学推导，得出了加热器端差对经济性影响的凝汽系数模型。以超超临界参数1O00MW机组为研究对象，运用所建立的凝汽系数模型定量分析了表面式加热器端差对该机组热经济性的影响，并将凝汽系数法模型与等效热降法模型的计算结果进行了对比，结果表明，凝汽系数法具有模型简捷、结果准确的特点。关键词加热器；端差；1000MW机组；凝汽系数法；定量计算；热经济性分类号TK2841文献标识码A文章编号10015884201302008904CALCULATIONMODEONTHEINFLUENCEOFTERMINALTEMPERATUREDIFFERENCEONHEATECONOMYOF1000MWUNITZHOUZHENQI，LIXIAODONG，WANGTAO，LIXINDONG1ENERGYANDPOWERENGINEERINGINSTITUTE，NORTHEASTDIANLIUNIVERSITY，JILIN132012，CHINA；2SHANXIVOCATIONALANDTECHNOLOGYCOLLEGEOFELECTRICPOWER，TAIYUAN030001，CHINAABSTRACTBASINGONTHEEXHAUSTCOEFFICIENTCALCULATIONMETHODWHICHISANTIBALANCEMETHOD，AIMPORTANTCONCEPTION，WHICHISCALLEDASRATEOFCHANGEINEXHAUSTCOEFFICIENT，ISDEFINEDINTHEPAPEREXHAUSTCOEFFICIENTCALCULATIONMODEFORDIFFERENTHEATERTYPESONTERMINALTEMPERATUREDIFFERENCEOFHEATERISDEFINEDANDRECOMMENDEDBYSTRICTDEDUCTIONANDDEMONSTRATIONTAKINGINTRODUCED1000MWUNITFOREXAMPLE，THEPAPERANALYZESTHEINFLUENCEOFTERMINALTEMPERATUREDIFFERENCEONHEATECONOMYOFUNITBYEXHAUSTCOEFFICIENTCALCULATIONMODEANDTHERESULTSOFEXHAUSTCOEFFICIENTCALCULATIONMODEISCOMPEDWITHTHERESULTSOFPOSITIVEBALANCEMETHOD；THERESULTSHOWSTHATTHEEXHAUSTCOEFFICIENTCALCULATIONMETHODISRAPID，CONVENIENTANDACCURATEKEYWORDSHEATER；TERMINALTEMPERATUREDIFFERENCE；1000MWUNIT；EXHAUSTCOEFFICIENTCALCULATIONMETHOD；QUANTITATIVECALCULATION；HEATECONOMY0前言凝汽系数模型。并以某N1000250600600机组热力系统为研究对象，运用所建立的模型对端差造成的热经济性影响进行了定量分析。表面式回热加热器是热力系统的重要设备之一。其运行水平影响着机组的热经济性，主要表现在加热器端差、抽1凝汽法的基本原理汽管道压损和散热损失等因素对热经济性的影响。表面式回热加热器在运行中由于各种原因产生给水加热不足称为11凝汽系数的概念、功并慧凳失，降低了装置的热经济性。定量分析加热器端差对机组热二，止一。一。经济性的影响，对热力系统的设计优化、节能改造、现场运行系数的计算管理有重要的意义。因此，有必要对加热器端差造成的影响121抽汽凝汽系数计算通式进行定量的分析、计算。对于疏放式加热器NO，无论其后相邻NO一1是汇集针对端差对热经济性影响的研究方法多为正平衡法，如式还是疏放式加热器，其抽汽凝汽系数计算通式为嚣一厦垩衙法二凝系数法建立了端差对热经济性影响的G收稿日期20120608作者简介周振起1963一，男，教授，从事节能理论及节能技术的教学研究工作。汽轮机技术第55卷对于汇集式加热器NO，如果其后第M级加热器也是汇集式加热器，则其抽汽凝汽系数计算通式为J一1一一L，2如果与M级加热器之间还有其它的汇集式加热器，上式也适用。式中，J，表示NO加热器的凝汽系数；，表示NO加热器中LKG水的比焓升；表示NO加热器中LKG抽汽的放热量；表示LKG疏水在NO加热器中的放热量。122新蒸汽毛凝汽系数和净凝汽系数的计算通式新蒸汽毛凝汽系数计算通式为一L一，3新蒸汽净凝汽系数计算通式为Z一一，4式中，M为与锅炉相邻的一个汇集式加热器的编号，实际计算中常取作除氧器，为各种辅助成分引起的凝汽份额变化量。13再热系数计算131抽汽再热系数计算通式NO加热器排挤LKG抽汽通过再热器的份额称为抽汽再热系数，用OLRHJ表示。NOC为再热冷段加热器，显然对于N0C以后的加热器有一，0；再热冷段加热器一1；再，热冷段及以上抽汽再热系数R_。C132新蒸汽再热系数计算通式1KG新蒸汽在高压缸做功后进入再热器的份额称为新蒸汽再热系数，新蒸汽再热系数计算通式O一童一亡奎新蒸汽净再热系数计算通式一1骞QMOLRH2回热加热器端差变化对机组热经济性影响的凝汽系数模型文献7中对凝汽系数法的基本理论作出了阐述，本文，在其基础上提出了凝汽系数变动率的概念，即，表QJ示单位放热量所引起的级回热加热器凝汽系数的变化量。式中，为级回热加热器的凝汽系数，表示，级回热加热器LKG抽汽在汽轮机中做功后到达凝汽器的份额；QJ为LKG抽汽在级回热加热器中的放热量。假设由于NO加热器端差的影响，使该级加热器出口水焓下降R，根据NO1的不同类型可以分为以下4种情况。21NO1加热器为不带疏水冷却器的表面式加热器图1中由于NO加热器端差增大，使得NO加热器出口给水焓值下降，引起NO加热器抽汽份额减少二，。Q下NOL加热器抽汽份额增加，从而引起凝汽份额的变1化。LNOJ图1NO1加热器为表面式加热器凝汽份额变化量为一一嚣、QFG7L，、G7QFL循环吸热量的变化量为棚式中，为各种辅助成分引起的再热份额变化量。14热力系统局部变动前后汽轮机绝对内效率计算式局部变动前汽轮机绝对内效率计算式1_7局部变动后汽轮机绝对内效率计算式小8热力系统局部变化前后绝对内效率相对变化量的计算公式溉等9式中，Q为LKG新蒸汽的吸热量变化；AL为新蒸汽的净凝汽系数变化量；Q为局部变化引起的热力循环除凝汽器外的其它部位非凝汽放热量。1011，一一一土JQ1Q|LLIQ式中，AQ为NO加热器排挤LKG抽汽在再热器中吸收的热量。假设NOC加热器为再热冷段加热器，则循环吸热量的变化量公式中C一1。22NO1加热器为带疏水冷却器的表面式加热器图2中NO1加热器带有疏水冷却器，假设疏水份额为口，由于疏水冷却器利用了本级疏水的热量，从而改变了该级加热器的凝汽系数和抽汽放热量。当下端差不变时有，TR，。设FI、。分别为局部变动后的抽汽凝汽系数和抽汽放热量。1一等1一QJLQJL经推导可得第2期周振起等加热器端差对1000MW机组热经济性影响的数学模型研究91NO31NO3图2带疏水冷却器的表面式加热器一专专一专凝汽系数变化量为ALOL1一一专带人得一卢一1223NO1级加热器为汇集式加热器图3中NO1加热器为汇集式加热器，当N0级加热器出口端差增加R，时，NO级加热器出口水焓下降，不仅使NO与NO1加热器之间发生热量转移，改变各自的抽汽份额，而且使QJ和发生变化，从而使凝汽份额发生改变。NO1NO3图3NO1级加热器为汇集式加热器一QJ一QIL1一一QJ1对于NO1级加热器，NO端差增大TJ使其抽汽份额增加，故其凝汽系数变化量为一压加热器，故不会引起循环吸热量的变化。24末级加热器端差的分析图4中加热器为热力系统的末级加热器，当末级加热器端差增大TJ会使进入锅炉给水焓下降ARJ，从而使给水在锅炉中多吸收的热量。NOJ图4末级加热器端差凝汽系数变化量为ALT|I循环吸热量变化量为AGQL3实例计算及分析1415以1000MW超超临界机组额定工况为例，分析加热器端差对机组热经济性的影响。机组型号N1000250600600，为一次中间再热单轴四缸四排汽。为节省篇幅，各工况热力参数省略，机组原则性热力系统图如图5所示。31端差变化对热力系统循环吸热量的影响对于图5所示热力系统，只有第6级、第7级和第8级加热器端差变化会对循环吸热量产生影响。1第8级加热器端差增加R对循环吸热量的影响QH0OTORT16式中，Q为循环吸热量；H。为新蒸汽进汽轮机的初焓；为再热蒸汽份额；OR为单位质量工质在再热器中的吸热量；T为进入锅炉的给水焓。令O、T为局部变化后的再热份额和给水焓值。QH0ORT图5N1000250600600机组。故汽轮机技术第55卷AQR818172第7级加热器端差增加，对循环吸热量的影响QH01一7一OD8一TAQAT71一JBSS，183第6级加热器端差增加对循环吸热量的影响QHO1一7一8一T邸AQ3“6一岛，932热力系统原始数据及计算结果热力系统原始数据及端差所引起的热经济性变化的计算结果如表1一表3所示。表1为额定工况下各级加热器给水焓升，、加热器放热量、疏水放热量F及凝汽系数，表2和表3分别为凝汽系数法和等效热降法对端差所引起的热经济性变化的计算结果。表1额定工况各级加热器给水焓升、加热器放热量疏水放热量YJ及凝汽系数注该工况新蒸汽净凝汽系数L06251，循环吸热量Q26925KJKG，循环放热量吼138065KJKG，非凝汽放热量GO，叼04872。表2凝汽系数法分析端差对机组影响凝汽系数法计算效率相对变化量卸叼一叼1一叼G一G一3Q叼一QQ一LTLQ一Q各级端差的变化对机组热经济性的影响如表2所示；等效热降法计算各级端差的变化对机组热经济性的影响如表3所示。表3等效热降法分析端差对机组影响4结论1通过严格的数学推导，得出了表面式加热器端差变化对机组热经济性影响的凝汽系数模型，并与等效热降法计算结果进行了对比，通过实例计算证明了本文所提出模型的正确性。2通过实例分析可知，端差对经济性的影响除了与端差的大小和加热器的类型有关以外，还与相邻加热器凝汽系数变动率之差有关，此外还与前一级加热器NU1有无疏水冷却器及疏水份额有关。参考文献1林万超火电厂热系统节能理论M西安西安交通大学出版社，19942郭江龙，张树芳，宋之平，等定热量等效热降法的数学基础及其矩阵分析模型J中国电机工程学报，2004，2432102153吴正勇，王培红加热器端差对机组经济性影响的通用计算模型J汽轮机技术，2008，5032262294阎顺林，张春发，李永华，等火电机组热力系统汽水分布通用矩阵方程J中国电机工程学报，2000，20869735张学擂，王松岭，等加热器端差对机组热经济性影响的通用计算模型J中国电机工程学报，2005，2541661716马芳礼电厂热力系统节能分析原理一电厂蒸汽循环的函数与方法M北京水利电力出版社，19927郭江龙，张树芳，陈海平，等循环函数法单元矩阵计算模型及其应用J热力发电，2004，21718，448华敏，沈林成，龚云贵，等一种分析热力系统热经济性的新方法凝汽系数法J汽轮机技术，2010，5264214239李勤道，刘志真热力发电厂热经济性计算分析M北京中国电力出版社，20081O郑体宽热力发电厂M北京水利电力出版社，1995上接第114页3ZHOUSQ，TURNBULLASTEAMTURBINEOPERATINGCONDITIONS，CHEMISTRYOFCONDENSATESANDENVIRONMENTASSISTEDCRACKINGACRITICALREVIEWRNPLREPORTMATCA95，19924MAGDOWSKIRM，SPEIDELM0CLEANSTEELSFORSTEAMTURBINEROTORSTHEIRSTR