汽轮机组不同运行方式热经济性比较的通用数学模型

第52卷第1期2010年2月汽轮机技术TURBINETECHN0L0GYVO152NO1FEB20T0汽轮机组不同运行方式热经济性比较的通用数学模型于淑梅，李金磊华北电力大学能源与动力工程学院，保定071003摘要以汽轮机热耗率作为汽轮机定压和滑压运行热经济性比较的指标，在常规热平衡的基础上，经过严格的理论分析和数学推导，构建出具有矩阵表达形式的汽轮机组不同运行方式热经济性比较的数学模型。该模型性具有通用性和适合计算机编程的特点，最后给出该模型200MW机组的应用示例。关键词汽轮机组；运行方式；热经济性；数学模型分类号TK262文献标识码A文章编号100158842010OL002702GENERALMATHEMATICALMODELFORTHERMALE壤CIENCYCOMPARISONOFSTEAMTURBINEINDIFIERENTOPERATIONMODESYUSHUMEILIJIN1EIENERGY,ANDPOWERCOLLEGEOFNOAHCHINAELECTRICPOWERUNIVERSITY，BAODING071003，CHINAABSTRACTWITHHEATRATEASTHEINDEXFORTHERMALEFFICIENCYCOMPARISONOFSTEAMTURBINEATFIXEDPRESSUREANDVARIABLEPRESSURE，BASEDONSTRIETTHEORETICALANALYSISANDMATHEMATICALINFERENCE，THISPAPERESTABLISHEDAMATHEMATICALMODELINEXPRESSIONOFMATRIXFORTHERMALEFFICIENCYCOMPARISONOFSTEAMTURBINEINDIFFERENTOPERATIONMODESTHISMODELWASFEATUREDWITHGENERALIZATIONANDAPPLICABILITYTOCOMPUTERPROGRAMMINGATLAST，APPLICATIONEXAMPLESOFTHISMODELIN200M,UNITWEREGIVENKEYWORDSSTEAMTURBINEUNIT；OPERATIONMODE；THERMALEFFICIENCY；MATHEMATICALMODEL0前言随着国民经济的发展、人民生活水平的提高和国家能源政策及产业结构的改变，电网中的用电负荷比以前发生了较大的变化，最高负荷与最低负荷的差值越来越大。汽轮机长期处于低负荷运行状态，偏离设计工况，热经济性大大降低。般来说，影响机组低负荷运行热经济性的主要因素有系统设计、设备状况、运行环境背压、运行方式、运行人员的技术水平。只有运行方式可以人为随时调整。故研究汽轮机组不同运行方式的热经济性，对现场节能降耗具有十分重要的意义目前有一些文献。对汽轮机组的运行方式进行了研究，定性或定量地分析了不同运行方式对调节阀门压损、调节级相对内效率、高压缸效率、高压缸排汽温度、再热器吸热量、给水泵耗功、循环效率和热耗率的影响通过对这些文献的研究，笔者认为存在以下两方面的问题一方丽，没有从整体上给出比较汽轮机不同运行方式热经济性的指标。另一方面，在定量分析时没有一个通用的数学模型。针对这些不足，本文以汽轮机热耗率作为汽轮机定压和滑压运行热经济性比较的指标，在常规热平衡的基础上，经过严格的理论上蚯塑数堂推昱，扭建出县查矩阵表达形_式的汽轮机组不同收稿日期20094418运行方式热经济性比较的数学模型。该模型性具有通用性和适合计算机编程的特点，最后给出该模型200MW机组的应用示例。1汽轮机的运行方式火电机组的运行方式有定压运行和滑压运行方式之分。定压运行方式是指汽轮发电机组在正常运行时，主蒸汽压力保持额定压力，不随负荷变化而变化。一般定压运行的汽轮发电机组可以采用节流配汽，也可以采用喷嘴配汽。对节流配汽的调节是通过词速汽门的节流将主蒸汽压力降低到所需负荷对应的压力；而喷嘴配汽的调节是通过4个或8个调速汽门改变进汽度，节流只在单个阀门上进行，来改变负荷。汽轮机滑压运行时，调节汽门全开或开度不变。根据负荷大小调节进入锅炉的燃料量、给水量和空气量，使锅炉出口气压和流量随负荷升降而升降，但出口汽温不变，因此汽轮机的进汽温度T维持额定值不变，而进汽压力与流量都随负荷升降而增减，可借以调节汽轮机的功率。汽轮机的进汽压力随外界负荷增减而上下“滑动”，故成为滑压运行，也称变压运行。滑压运行又可分为纯滑压运行方式、节流滑压运行方式和复合滑压运行方式。作者简介于淑梅1955一，女，河北高碑店人，副教授，主要从事火电机组性能优化与节能分析。28汽轮机技术第52卷2通用数学模型21汽轮机不同运行方式热经济性的评价指标汽轮机热耗率是指机组生产LKWH电能，汽轮机所需的循环吸热量。相比于标准煤耗率它更能反映汽轮机本身的热经济性，所以选用它作为比较汽轮机组不同运行方式热经济性的评价指标。汽轮机在定压和滑压运行方式下，其给水泵消耗的功率不同，因此评价汽轮机不同运行方式的热经济性时，热耗率应该采用净热耗率。Q0，、Q二_L式中，Q0为蒸汽在锅炉中的吸热量，LLH；P为发电机输出的电功率，KW；P为电动给水泵耗功的电功率，KW。22模型的构建根据常规热平衡法，汽轮机热耗的计算表达形式H0一TA一一窆。五一仃一2令A，叩和分别为机械效率和电机效率，通常仉取098，所以A为固定值。根据分式的基本性质，同时在分子减去一项OL，在分母减去一项AG，则结果不变AH0一TQH。1一AQ一H一I五一11PEQF1G式中，。为新蒸汽焓值，KJKG；H为排汽焓值，KJKG；H。为第I级加热器抽汽焓值，KJKG；A。为第I级加热器抽汽系数；T为给水焓值，HKG；OR为LKG蒸汽在再热器中的吸热量，HKG；再热前ZIHH。ORH，HHGR1一AQ一H，再热后HHH，HH一H；玎为汽轮机本体的做功损失，IIR一HOLNI一，ROLMI一O1一AQ；为再热系数，1一一；脚标表示末级高加序号；脚标M表示再热冷端抽汽所对应加热器序号；脚标K表示从汽轮机本体再热冷端出来辅助汽水的股数。公式3中的加热器抽汽系数OL可由汽水分布矩阵方程表示AAR，AOLAQAR一AR，一A一GAE一AS，一A一3QRJE一，一A，A一GARAOL4AE一ARA一AOL一GA，它的符号定义与汽水分布矩阵方程的相应符号定义相同，矩阵的填写规则也相同。AR，矩阵表示工质从加热器汽侧进出系统的辅助汽水成分；A矩阵表示工质从加热器水侧进出系统的辅助汽水成分；Q代表纯热量；E为对角线元素为1的阶单位矩阵；Q为对角线元素为QI的Z阶方阵；为对角线元素为AFR的Z阶方阵，为对角线元素为Z的阶方阵。3将4式中的加热器抽汽系数带入3式得AH0一TH。1一AQ一H一FRAN一A矗一H一将公式5用矩阵的方式表达，得【A】式中，QOAH0一T。矩阵方程式6中直接含有汽轮机的热耗Q，因此，利用6式可以很方便地比较汽轮机组不同运行方式的热经济性。6式可以通过改变矩阵的元素和维数来适用于不同机组，因此它具有通用性；6式由矩阵形式表达，所涉及的大多矩阵为汽水分布矩阵方程中所含有的，它们具有明确的物理意义，填写规则也明确，规律性极强，适合采用计算机语言表达。HLHH2一HH一LHH一HTR1一AQH一H1一AQRH0一HOR1一AQ一11一P叼卵3应用实例56利用MATLAB651语言，把本文所构建的模型编制成模块，应用到某200MW机组，比较该汽轮机组在负荷为160MW时不同运行方式的热经济性，并把计算结果与常规热平衡法相比来验证本文所构建模型的正确性。该汽轮机组在负荷为160MW定、滑压运行参数如表1所示，热经济性指标如表2所示。下转第64页L2一，FLF业OO；0OO汽轮机技术第52卷表3变工况下主要参数运行指标的设计值与应达值理的运行参数。带有疏冷段和蒸冷段的三段式加热器，会出现负端差，并随着负荷降低，负值增大；而5号8号低压加热器是只有疏冷却段的两段式，端差始终为正并逐渐减小。各加热器端差的应达值与设计值之差值多数在1以下，最大的也没有超过2C，还是在设计值附近波动。加热器的抽汽压损随运行工况不同而发生变化，其运行应达值可由16式或17式确定。主蒸汽压力的应达值与机组的运行方式有关，在定压运行时的应达值可取为设计值，而滑压运行时，取变工况计算值，它比设计值要低。给水温度的应达值与回热装置的变工况计算有关，变工况下由于1号高加端差应达值与设计端差值的偏离，进而给水温度的应达值与设计值也不相同。，通过上述分析可知，加热器端差，抽汽压损和凝汽器真空等运行参数的应达值并非设计值，它随运行工况的变化而变化，它与设计值有一定的差别。机组变工况运行时要使其5结论1通过理论分析提出热力系统中不同段式加热器的运行端差、抽汽压损和凝汽器真空运行应达值的影响因素及计算式，解决了以往加热器诊断中变工况时运行应达值难以确定的问题。2提出了运行应达值的定量计算方法，并结合实际数据和设计数据进行了实例详细计算，证明了该方法的可行性。3主要运行参数应达值的得出，有助于指导运行人员经济运行，同时为电厂能耗分析提供重要依据，使机组的经济性诊断更切合实际。参考文献1郑体宽编热力发电厂M北京中国电力出版社，20012盛德仁，任浩仁，等运行工况下汽轮机组主要参数应达值的数值分析J热力发电，2000，29328303蔡锡琮高压给水加热器M北京水利电力出版社，19954严俊杰汽轮发电机组经济性诊断理论研究及应用D西安西安交通大学，19985李秀云火电机组冷端系统经济性诊断理论的研究D西安西安交通大学，19996沈士一，庄贺庆，康松，庞立云汽轮机原理M北京中国电力出版社，19927任浩仁，李蔚，等火电机组变工况下运行指标应达值的分运行值贴近应达值运行，此时的运行参数才是其最经济最合析J中国电机工程学报，1999，1995152表2不同运行方式下汽轮机组的净热耗率单位KJKWH从表2的数据中得出，与常规热平衡法相比本文所构建的计算模型是正确的。在同一负荷下，汽轮机组三阀全开滑压运行方式的热经济性高于四阀全开滑压运行方式的热经济性，即滑压运行时减少调节阀门全开个数更有利于热经济性的提高。在负荷为160MW时，汽轮机组三阀滑压运行方式的热经济性高于定压运行方式的热经济性，但它们的净热耗值相差不大。该机组的调峰幅度在140MW200MW之间，在160MW200MW之间汽轮机组可采用定压运行方式，在160MW200MW之间汽轮机组可采用三阀滑压运行方式。参考文献1雷如意，李新民，陈吉荣125MW汽轮机组低负荷运行及经济性分析J热力发电，2002，31659632崔映红，王惠杰，马晓芳汽轮机变负荷运行时经济运行方式的研究J电站系统工程，2002，L8623263张卫会，张为红，陈美端300MW汽轮机组不同运行方式比较J汽轮机技