[优秀毕业设计]火电机组不可控参数变化对热经济性分析的影响

1、电力学院毕业论文火电机组不可控参数变化对热经济性分析的影响 班 级：热能与动力工程学 生：指导教师： 教授 提交日期： 2010 年 10 月 14 日 摘要本文以热力学第一定律为基础，根据火电机组热经济性分析的统一物理模型和数学模型，建立了火电机组辅助汽水流量、加热器上、下端差和抽汽压损的耗差分析模型；并通过分析凝汽器端差变化对机组其它运行参数的影响，建立了凝汽器端差的耗差分析模型；最后以火电机组热经济性分析统一物理模型中的小汽轮机为研究对象，初步建立了汽轮机汽缸效率的耗差分析模型。通过实例计算，验证了上述各模型的正确性。为火电机组的热经济性分析提供了新方法，为工程界解决实际问题提供了新途径

2、。关键词：火电机组，统一物理模型，统一数学模型，不可控参数， 耗差分析ABSTRACTon the basis of first thermodynamic law，the energy-loss analysis models including auxilia -ry，steam-water flux，heater terminal temperature difference upside，heater terminal temperature difference underside and extraction steam pressure loss for coalfired po

3、wer units were establish -ed according to the unified physical model and the mathematic model of heat-economic analysis for the coal-fired power unitAnd the energy-loss analysis model of condenser terminal tempera -ture difference was established in this paper by analyzing the influences which the c

4、ondenser ter -minal temperature difference changing had on other operating parameters of the unitFinally by taking the small steam turbines in unified physical model of heateconomic analysis for the coal fired power unit as the research object the energy-loss analysis model of the effect of cylinder

5、 on steam turbines was established preliminarily The models mentioned above in this paper were proved to be correct by the checking calculationsThe models not only supply a new method to the analysis for the coalfired power unit，but also provide a new method for engineering circles to solve practica

6、l problemsKEY WORDS：coal-fired power unituni6ed physical model，uni6ed mathematic model，uncontrolled Parameters，energyloss analysis目 录中 文 摘 要1Abstract 1第一章引言3 1.1课题研究的背景31.2 课题研究的现状41.3 研究内容与目的6第二章火电机组热经济性分析统一模型及经济指标计算6 2.1火电机组热经济性分析的统一物理模型62.2火电机组热经济性分析的统一数学模型102.3火电机组发电标准煤耗率的计算12第三章火电机组辅助汽水流量对热经济性的

7、影响 143.1辅助汽水流量对热经济性影响的推导假设 143.2辅助汽水流量对各级抽汽系数的影响14 3.3辅助汽水流量对循环吸热量的影响17 3.4辅助汽水流量对循环内功的影响 183.5辅助汽水流量对机组热经济性影响的模型的建立183.6应用实例及计算结果分析19第四章加热器端差、抽汽压损对机组热经济性的影响 214.1加热器上端差变化对机组热经济性影响的计算模型21 4.2加热器下端差变化对机组热经济性影响的计算模23 4.3加热器抽汽压损变化对机组热经济性影响的计算模型25第五章凝汽器端差和汽缸效率对机组热经济性的影响 2751凝汽器端差变化对机组热经济性影响的计算模型2752汽缸效率

8、变化对机组热经济性影响的计算模型31结 论34参考文献35致谢37第一章引言1.1课题研究的背景能源是人类活动的物质基础。在某种意义上讲，人类社会的发展离不开优质能源的出现和先进能源技术的使用。在当今世界，能源的发展，能源和环境，是全世界、全人类共同关心的问题，也是我国社会经济发展的重要问题。作为世界上最大的发展中国家，我国是一个能源生产和消费大国。能源生产量仅次于美国和俄罗斯，居世界第三位；基本能源消费占世界总消费量的l10，仅次于美国，居世界第二位。中国又是一个以煤炭为主要能源的国家。上个世纪90年代以来，中国经济的持续高速发展带动了能源消费量的急剧上升。自1993年起，中国由能源净出口国

9、变成净进口国，能源总消费已大于总供给，能源需求的对外依存度迅速增大。煤炭、电力、石油和天然气等能源在中国都存在缺口，由此引起的结构性矛盾日益成为我国能源安全所面临的最大难题。电力行业一直是我国的能耗大户，每年用于发电的煤耗量所占比例越来越大，2005年达到了全国总耗煤量的一半左右。而且，在我国电源结构中，火电设备容量占总装机的34左右(2006年底达78)，在相当长的时期内，这种状况是难以改变的。最新统计数据显示，2006年全国发电装机突破6亿kW，预计到2050年我国装机容量将达到16亿kw，其中火电机组仍将占总装机容量的60以上。但是，我国电力行业总体煤耗水平不高，有资料表明，2003年底

10、，我国火电厂平均供电煤耗为363g/kwh，而国际同期先进水平仅为303 g/kwh，相差60 g/kwh 。因此，在能源同益紧张的今天，提高火电厂的经济性，既是火电企业自身降低成本的需要，也是全国一次能源生产、运输和节约的大事，更关系到整个国民经济的可持续发展。机组运行的经济性受许多因素影响，其中主要有设计水平、负荷、煤质、设备健康状况以及操作人员的运行水平等。事实上，机组经济性损失应包括三个层次：第一个层次称作运行可控损失，这部分损失是由于运行参数偏离最佳值所引起的，因而可以通过运行调整得到控制；第二个层次称作“维修可控损失”，这部分损失是由于设备缺陷所引起的，因而只能通过维修才能得到控制

11、；第三个层次称作“不可控损失”，这部分损失是由于外界负荷变化、设备老化、煤质下降、环境温度变化等客观因素所引起的，因而是人力所无法控制的。而对于运行人员来说，机组的运行指标可以分为可控参数和不可控参数两大类，可控参数包括主蒸汽温度和压力、过热蒸汽温度和压力、再热蒸汽温度以及凝汽器真空等；不可控参数包括加热器端差、辅助汽水流量、加热器抽汽压损、汽轮机汽缸效率等。因此，当机组的客观条件一定时，提高机组性能的唯一有效途径就是不断进行技术改造，加强运行与维修管理，充分发挥主观因素的作用。火电机组不可控参数变化对热经济性的影响分析课题，正是围绕火电机组运行中不可控参数变化对热经济性的影响这一中心展开的，

12、它以火电机组热经济性分析统一物理模型和数学模型为基础，建立各不可控参数变化对机组热经济性影响的计算模型，定量分析不可控参数变化后对热经济性的影响，用于指导工作人员进行必要的调整，使机组时刻处于最佳或接近最佳运行状态，从而提高机组的运行经济性，并且它还可以为制定维修计划和设备改造计划提供科学的依据。1.2课题研究的现状热力系统分析方法自诞生至今，经过国内外节能工作者的不断努力，无论在理论分析还是在实际应用上都取得了巨大的进展，这些方法总结起来可分两大类，即以热力学第一定律为主的分析方法和以热力学第二定率为基础的分析方法。其中，以第一定律为主的方法较突出的有代数运算法、矩阵分析法和偏微分分析法。以

13、热力学第二定律为基础的分析法则以火用分析法为代表。目前具有代表性的热力系统分析的“代数运算法有常规热平衡法、循环函数法和等效热降法。它们都属于热力学第一定律的分析范畴，中心是求解回热循环的各级抽汽量并对其进行简化处理。循环函数法和等效焓降法就属于简化处理的方法，具备局部定量的特性。1）常规热平衡方法常规热平衡法是最基本的热力系统分析计算方法，是伴随热力发电工程的出现而采用的最原始方法，基于加热器的热平衡计算汽轮机的各级抽汽量，是发电厂设计、热力系统分析、汽轮机设计最基本的方法，也是分析热力系统的基础。50年代由前苏联引入我国后，应用较广。但由于其在定量分析计算中计算工作量很大，在以手工计算为主

14、要计算形式的时代，严重制约了其广泛应用。特别是当热力系统比较复杂或对热力系统进行多方案比较时，直接应用热平衡分析法往往很繁琐。因此在70年代以后逐渐被等效热降法或循环函数法等方法取代，一般仅用来检验其它方法的计算精度，而较少直接用于热力系统的分析计算。近几年来，在我国逐渐重视节能的大环境下，对火电机组节能要求的提高，客观上对火电机组热力系统分析计算方法的计算精度有了较高的要求。特别是随着火电机组单机容量和总体装机容量的增大，由于热力系统计算模型误差带来的煤耗计算偏差不容忽视，因此常规热平衡方法计算结果的高精度，越来越显示其适时的一种优势，以常规热平衡法为基础，结合矩阵思想逐渐成为一种新的研究热

15、点。2）循环函数法循环函数法是由我国原电力部电力建设研究所马芳礼高级工程师，根据美国Salisbury提出的“加热单元概念，积数十年在实际工程设计和理论教学上的经验所创立的，是一种新型的热力系统计算方法。该方法根据热力学第二定律，首次提出用循环不可逆性来定性分析、用循环函数式来定量计算蒸汽循环的经济性，不仅简化了电厂热力系统的整体计算，而且解决了辅助用汽用水的单项热经济指标。3）等效热降法等效热降法是一种新的热工理论，在60年代后期，它首先由原苏联学者库兹涅佐夫(AMKy)提出，并在70年代逐步完善、成熟，形成了完整的理论体系。在我国，由西安交通大学林万超教授等加以引进完善并推广应用。作为一种

16、新的热工理论，其前提是主蒸汽流量不变，循环的初终参数和汽态线不变，而以内功率的变化(等效热降H)来分析热力系统的热经济效益。对于确定的热力系统，汽水诸参数均为已知时，等效热降H和抽汽效率均随之确定，成为一次性参数给出。等效热降法既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。它摒弃了热平衡法的缺点，不需要全盘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，在考虑了附加成份后，该方法可单独求出这些附加成份对整个系统热效率的影响。这样运用等效热降法提出的小指标耗差分析计算模型，可节省大量的复杂运算，基本满足现场热经济性分析的要求，对火电厂深入开展运行热

17、经济性分析和节能降耗工作具有实用价值。此外，热力系统分析的“代数运算法”还有等效抽汽法和等效排汽法。等效抽汽法把各级抽汽假想成一股抽汽，简化了热系统模型。等效排汽法十分类似于等效焓降法，某加热器的等效排汽指的是，在热量的作用下，1kg抽汽从该处最终能够返回汽轮机的份额。另一个重要的参数是等效排汽效率，也即.它在处理系统局部变化时十分有用。矩阵分析法只是一个泛称，并不特指某种具体的分析方法。一般而言，只要计算方法采用矩阵形式表达，即可划为这一范畴。电厂热力系统的矩阵分析是联立各级加热器的热平衡方程式，通过求解一组包含各级抽汽量的线性方程组完成对热力系统的计算。矩阵分析法也属于传统的分析方法，其特

18、点是一次能计算几个或几十个未知的参数，同时求出各级抽汽。矩阵法在国内最早是郭丙然和陈国年先生在20世纪90年代初提出的。当时提出的矩阵形式只包含对回热循环部分的详细分析，对辅助流量的考虑是通过对方程右侧进行补充完善，最后解出各级抽汽量。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。随着计算机的普及及计算技术的发展，这类分析方法是当前热力系统分析计算方法的主流研

19、究方向，研究较为活跃。12.3 偏微分分析法偏微分理论在发电厂热力系统分析中的应用，最初是用来对等效焓降和抽汽效率进行定义和推导。这一方法刚提出时称为“小扰动理论”，1994年又专门对再热回热机组的偏微分分析方法进行了论证。至此偏微分方法得到建立，应用于热力系统的2个重要参量“等效焓降和“抽汽效率”也用偏微分方法定义和导出，使得这2个概念建立在更严谨的数学推导上。偏微分方法的应用，是对电厂热力系统参数变化的线性化处理，使发电厂热力系统简化分析的概念更加清晰，易于接受，给等效焓降法赋予了新的生命力。12.4火用分析法20世纪30年代初火用的诞生及以后几十年的研究，使火用分析法逐渐成熟。此种方法先

20、计算出热力系统各节点火用值，然后再进行火用平衡计算。该方法不仅考虑热功转化过程中量的方面，而且也考虑了质的方面，着重能量转化过程中的不可逆损失即能量在质的方面的差别，可进一步评价热力系统能量转化和利用的完善程度。在此基础上，20世纪60年代发展的一门新学科火用经济学，在热力系统分析中也得到了一定程度的应用。近年来，又出现了一些新的热力系统分析理论，如热经济性功能分析法等，这些方法在各自的节能领域中发挥自己的作用。随着计算机技术的飞速发展，便于编程计算的热力系统分析方法也表现出前所未有的活力，而以矩阵方程式为基础的热力系统分析方法恰恰满足了这一要求。13.研究内容及目的本课题在研究分析相关技术文

21、献的基础上，着眼于火电机组不可控参数变化对热经济性影响的耗差分析模型的研究。以通用性、精确度和适应计算机编程计算为研究宗旨，以热力学第一定律为基础，根据火电机组热经济性分析的统一物理模型和数学模型，建立了火电机组不可控参数变化对热经济性影响的计算模型。论文主要研究内容如下：13.1建立辅助汽水流量变化对机组热经济性影响的计算模型对火电机组通流部分和回热系统的辅助汽水进行分类，以火电机组热经济性分析的统一物理模型和数学模型为基础，通过严密的数学推导，建立定流量条件下辅助汽水流量变化对热经济性影响的通用计算式。为方便、快捷地计算火电机组辅助汽水流量变化对发电标准煤耗的影响提供新方法。1.3.2建立

22、加热器上、下端差和抽汽压损变化对机组热经济性影响的计算模型对火电机组给水回热加热系统的工作原理和影响因素进行研究，以火电机组热经济性分析的统一物理模型和数学模型为基础，利用偏微分理论推导出加热器上、下端差和加热器抽汽压损变化对热经济性影响的通用计算模型。为准确而快速地评价各级加热器端差以及抽汽压损的运行热经济性提供一种新的工具。13.3建立凝汽器端差变化对机组热经济性影响的计算模型凝汽器端差的变化会使汽轮机排汽压力发生变化，根据相关参考文献得出背压变化对机组做功的影响可以从两方面考虑：由于排汽焓变化而引起机组有效焓降做功的变化；由于凝结水温度改变而引起最末一个低压加热器抽汽量的变化，从而影响做

23、功。在此基础上，根据火电机组热经济性分析的统一物理模型和数学模型，建立凝汽器端差变化对机组热经济性影响的计算模型。为工程上节能诊断提供理论依据和计算方法。通过对汽轮机通流部分以及回热系统的研究，得出当汽轮机汽缸效率变化对回热系统各参数的影响关系。以火电机组热经济性分析统一物理模型中的小汽轮机为研究对象，推导出汽轮机汽缸效率变化对热经济性影响的计算模型。为机组的终参数节能诊断提供了新途径。第二章火电机组热经济性分析统一模型及经济指标计算21火电机组热经济性分析的统一物理模型根据参考文献，火电机组统一物理模型示意图如图2一l所示。211建立统一物理模型的基本原则建立热经济性分析的模型的基本理论基础

24、是能量平衡方程和质量平衡方程，所以统一物理模型的建立也必须遵循这两个基本的方程。以使在物理模型基础上建立的数学模型也符合能量平衡方程和质量平衡方程。212建立统一物理模型所需的基本概念为了建立火电机组热经济性分析的统一物理模型，并导出通用的汽水分布方程，必须先说明几个基本概念。1)级控制体为了建立热力系统的通用汽水分布方程，需要按一定的规则在热力系统中划分级控制体，所谓级控制体是指包含一级加热器，并包含与该级加热器相连的抽汽管路、部分疏水管路、部分凝结水管路或给水管路的控制体。其划分原则详见参考文献。2)热介质和冷介质控制体中包含的汽轮机抽汽及其疏水是加热凝结水或给水的放热介质，我们称之为热介

25、质，被热介质加热的凝结水或给水称之为冷介质。3)名义抽汽量汽轮机的第f级名义抽汽量，是指进入第i级控制体的实际抽汽量+进出该级控制体热介质侧的辅助汽水流量的代数和级，辅助汽水进入为正，流出为负。一般情况下为零，此时，名义抽汽量也就是实际抽汽量。4)名义水流量如果以第一级(指抽汽压力最高的一级)高加的出水量所为基准，则进出第i级控制体的名义水流量一进出1i一1级控制体的冷介质侧的辅助汽水流量的代数和，辅助汽水进入为正，流出为负。5)名义辅助加热量进入第i级控制体的名义加热量，由以下几部分组成：(1)直接进出该级控制体热介质的辅助汽水的换热量,等于进(出)热介质的各股辅助汽水带入(出)热量的代数和

26、，而每一股辅助汽水带入(出)的热量等于其质量流量x(该股辅助汽水的焓一本级抽汽的焓)；(2)直接进出该级控制体冷介质的辅助汽水的换热量,等于进(出)冷介质侧的各股辅助汽水带入(出)热量的代数和，而每一股辅助汽水带入(出)的热量等于其质量流量(该股辅助汽水的焓本级控制体进口的水焓)；(3)流体与控制体中冷、热介质的表面式换热量,等于通过换热表面与冷、热介质进行换热的流体带入(出)的热量的代数和，每一股这样的流体带入(出)的热量等于其质量流量该流体换热前和换热后的焓变，也等于冷、热介质的质量流量冷、热介质接受换热后和换热前的焓变；(4)输入控制体的泵功213统一物理模型的建立不同机组的热力系统是不

27、同的，图21是一个实际热力系统的简图，图中共划分了八个级控制体，分别由8个闭合的虚线框围成，其标号从N01到NO8。而我们所建立的热力系统通用物理模型为：所有的加热器都视为“表面式加热器”，见图21中的NO1到NO8。2)假设任意一级加热器的抽汽的疏水都逐级自流过其后的各级加热器，各股抽汽的疏水互不混合，图21中的细实线表示18级抽汽和其疏水。3)如果第j级抽汽的疏水真实流入(流出)了第i级控制体，则其进(出)i级控制体的焓等于进(出)i级控制体的疏水焓 (参见图22)，否则等于出(进)控制体的冷介质的焓 (参见图22)。第j级抽汽及其疏水在第i级控制体中的名义放热量为。当j=i时表示第i级抽

28、汽的焓。n表示抽汽的级数。4)出(进)第i级控制体的冷介质的焓为，冷介质的焓升。5)锅炉和汽轮机本体(1)以汽轮机的n个抽汽口为分界点，将汽轮机分为n+1个做功单元，即n+1个小汽轮机。见图21。(2)假设每个小汽轮机都有一个为其提供热量的小锅炉，所有的小锅炉统称为“广义锅炉”。见图21。6)凝汽器在回热系统统一物理模的建立时，假设各股抽汽的疏水都进入到了凝汽器，我们假定每一股抽汽的疏水和汽轮机低压缸的排汽都进入一个对应的小凝汽器，所有的小凝汽器统称为“广义凝汽器。综上所述，我们所建立的火电机组热经济性分析的统一物理模型见图21。22火电机组热经济性分析的统一数学模型221广义锅炉的进出口参数

29、1)广义锅炉进出口工质的焓与n+1个小汽轮机对应有n+1个小锅炉，第1个小锅炉的进口工质焓即给水焓，其出口工质焓为主蒸汽焓；第i+1个小锅炉的进口工质焓 “为第i个小汽轮机的排汽焓，也即第i级抽汽的焓(i=1n)，如果第i个小汽轮机的排汽未被加热，则第i+1个小锅炉的出口工质焓，就等于其进口工质的焓，如果被加热则其出口工质的焓等于其进口焓+单位工质在再热器中的焓升。2)广义锅炉中的工质流量第1个小锅炉中的工质流量为主蒸汽流量Do，第i个小锅炉中工质流量第i一1个小汽轮机名义抽汽量+进(出)第i一1个加热器热介质侧的辅助汽水流量的代数和(进入为正，流出为负)+在第i一1个小汽轮机(包括其进口处的

30、阀门)中进出的各股辅助小汽流的代数和(进入为正，流出为负)，即等于Do+(在1i-1)个汽轮机(包括其进口处的阀门)中进出的各股辅助小汽流及名义抽汽流量的代数和(进入为正，流出为负)+进(出)第li1个加热器热介质侧的辅助汽水的代数和(进入为正，流出为负)(i=2n+1)。3)广义锅炉的辅助热量进出第i个小锅炉的各股辅助热量(进入为正，流出为负)定义为,每一股辅助汽水带入(出)的热量=其质量流(进入第i个小锅炉的工质的焓一本股小汽流或小水流的焓)。222小汽轮机的进出口参数第i个小汽轮机进汽焓为第i个小锅炉的出口工质的焓，其出口蒸汽的焓为第i股抽汽的焓 (最后一个小汽轮机为其排汽焓)；第f个小

31、汽轮机中参与做功的蒸汽流量为从其进口阀门或高压侧汽封进出的辅助汽水流量的代数和(进入为正，流出为负)，i=1n+1。223基于统一物理模型的数学模型的建立1)循环吸热量方程循环吸热量表示在机组的整个循环中，工质从广义锅炉吸收的热量，即：2)汽轮机比内功方程比内功是机组在循环中，在各个小汽轮机中所做的比内功之和，即：3)汽水分布方程利用热力学第一定律建立能量平衡式，得到如下的通用汽水分布线形方程组：其中的每一个方程，例如第i个方程表示，li股抽汽在第i个加热器中放热量和进出第i个加热器辅助能量之和，等于给水或凝结水在第i个加热器中的焓升。抽汽量的递推解为：23火电机组发电标准煤耗率的计算火力发电

32、厂生产的电能需要经过多次能量转换过程：即首先由锅炉将燃料燃烧释放的化学能通过受热面使给水加热、蒸发、过热，转变为蒸汽的热能，再由汽轮机将蒸汽的热能转变为高速旋转的机械能，然后由汽轮机带动发电机输出有效功率根据传递过程可以写出能量转化方程为式中，其中，B为电厂煤耗量；为燃煤的低位发热量；为锅炉效率；为管道效率；为循环热效率；为机械效率；为发电机效率：P为汽轮机内功率。则全厂煤耗率可表示为式(28)表示煤耗率b除与各效率有关外，还受实际煤的低位发热量影响。为消除此影响，使煤耗率只与热效率有关，采用了“标准煤耗率” 作为通用的热经济指标，而b则相应称为“实际煤耗率”。标准煤的，则全厂发电标准煤耗率表

33、达式为全厂发电标准煤耗率的变化与汽轮机循环热效率变化的关系为本文以发电标准煤耗率作指标来计算分析机组的热经济性，由式(210)可知如果，当机组运行参数扰动对汽轮机内功率的影响较小，即P相对原内功率P变化较小时，上式可简化为第三章火电机组辅助汽水流量对热经济性的影响煤耗率是火电机组运行经济性的主要体现，它与许多因素有关。热力系统辅助汽水的流量即为其中之一。所谓辅助汽水，指对完成回热循环并非必需的汽流和水流，如：轴封漏汽、阀杆漏汽、工业用汽、减温水、连续排污等。方便、定量地分析其对煤耗率的影响具有重要的实际意义。31辅助汽水流量对热经济性影响的推导假设汽轮机的进汽和排汽参数不变，给水温度不变。一般

34、情况下，辅助汽水流量的变化不可能很大，属于小扰动，所以仅仅是辅助汽水流量变化不可能使汽轮机的进汽和排汽参数以及锅炉给水温度产生较大的变化。也不可能使每千克抽汽的放热量、每千克给水或凝结水在各级加热器中的焓升产生太大的变化。所以变些量都视为常数。32辅助汽水流量对各级抽汽系数的影响当辅助汽水流量发生变化时，可视输入控制体的泵功保持不变。因此，首先将式(26)的两边都除以主蒸汽流量，然后对所得方程两边取微分(结合推导假设)可得抽汽系数的微分表达式为33辅助汽水流量对循环吸热量的影响结合推导假设，对方程(21)两边取微分，整理后得34辅助汽水流量对循环内功的影响结合推导假设，对方程(22)两边取微分

35、，整理后得35辅助汽水流量对机组热经济性影响的模型的建立综上所述，将式(32)和式(33)代入式(213)，整理后可得辅助汽水流量变化对机组热经济性影响的通用计算模型：36应用实例及计算结果分析以图31所示N600167537537型机组为例，根据机组实际运行情况，用本文方法和常规热平衡法分别计算了辅助汽水流量变化对火电机组煤耗率的影响，计算结果如表31所示。如表31所示，用本文方法和常规热平衡法计算辅助汽水流量扰动对机组煤耗率的影响时，所得结果完全相同，从而证明了所建模型的正确性。图3一l N600一167537537型机组原则性热力系统图表31某N600167537537机组辅助汽水流量扰

36、动对机组煤耗率的影响第四章加热器端差、抽汽压损对机组热经济性的影响回热加热器是热系统的重要设备之一。它对热经济性的影响较大，主要表现在加热器的端差(包括运行中的加热不足)、压损、散热损失、切除加热器和给水部分旁路等因素对热经济性的影响。定量分析这些因素对热经济性的影响，是节能改造、完善热力设备、改进运行操作和管理的一项重要技术工作，对提高装置热经济性具有十分现实的意义。41加热器上端差变化对机组热经济性影响的计算模型加热器上端差是指加热器内部压力所对应的饱和温度与加热器出口水温之差。上端差的存在和变化，虽没有发生直接的明显热损失，但却增加了热交换的不可逆性，产生了额外的冷源损失，降低了机组的热

37、经济性。411上端差变化对机组热经济性影响的模型的推导1)模型推导的理论依据按照扰动性质我们将扰动分为两大类，一类为大扰动，另一类为小扰动。小扰动是指对汽轮机通流部分以外的扰动，通常指对辅助设备及系统的扰动，这种扰动尽管有时强度较大(如加热器解列)，但对通流部分的热力学状态参数影响不大，由此而对整个系统的热力学(强度)参数的影响不大。若进一步假定小扰动不影响汽轮机通流部分由此也不影响除扰动源附近系统其它部分热力学(强度)参数，则分析过程可以大为简化。按这种假定进行热力系统分析的方法称为“小扰动理论” 。由小扰动理论可知，当第i级加热器的上端差发生扰动时，会使得该级加热器出口水焓，变化，从而导致

38、各级加热器抽汽量的变化，甚至影响到锅炉给水温度，而机组其余运行参数基本不变。2) 模型的推导过程(1)加热器上端差变化对各级抽汽系数的影响以图22所示机组为例，将式(2-6)两边分别对第i级加热器的出口水焓导，整理后得由第i加热器上端差变化而起的各级抽汽系数的变化为当时；当，且当第i-1级加热器是汇集式加热器或带有疏水冷却器的表面式加热器时，当，且当第i-1级加热器是未带有疏水冷却器的表面式加热器时，其中L为沿主凝结水或给水流动的方向，离第i级加热器最近的的汇集式加热器的级数。(2)加热器上端差变化对机组循环吸热量的影响将式(2-1)两边分别对第i级加热器的出口水焓求微分，并将式(41)代入整

39、理后得第i级加热器上端差变化对机组循环吸热量的影响为(3)加热器上端差变化对机组循环内功的影响同理，将式(22)两边分别对第f级加热器的出口水焓求微分，并将式(41) 代入整理后得第i级加热器上端差变化对机组循环内功的影响为412上端差变化对机组热经济性影响的模型的建立综上所述，将式(42)和式(43)代入式(213)，整理后可得任一结构已定的回热系统，第f级加热器上端差变化对机组热经济性影响的通用计算模型为413应用实例及计算结果分析(44)以图3一l所示N600167537537型机组为例，根据机组实际运行情况，用本文方法和常规热平衡法分别计算了各级加热器上端差扰动对机组煤耗率的影响。计算

40、结果如表41所示。如表41所示，用本文方法和常规热平衡法计算加热器上端差扰动对机组煤耗率的影响时，所得计算结果基本相同，误差非常小，所产生误差是由于两种不同方法在计算过程中的舍入误差造成的。42加热器下端差变化对机组热经济性影响的计算模型加热器下端差是指离开疏水冷却器的疏水温度与该级加热器进口水温之差。下端差的存在和变化，将会改变疏水回流的不可逆性，从而影响机组的热经济性。运行时端差的增大可能是下由列原因引起：受热面污垢、汽侧空气排除不畅，使传热系数K值减小；疏水水位过高淹没受热面使实际换热面积A减小等421下端差变化对机组热经济性影响的模型的推导1)模型推导的理论依据同理于上端差变化对机组热

41、经济性影响的模型的推导。由小扰动理论可知，当第瑚受加热器的下端差发生扰动时，会使得该级加热器疏水焓变化，从而导致各级加热器抽汽量的变化，而机组其余运行参数基本不变。2)模型的推导过程同理于上端差变化对机组热经济性影响的计算模型的推导过程，仍以图22所示机组为例，以火电机组汽水分布方程、循环吸热量方程和循环内功方程为基础，采用了将上述基本方程两边分别对各加热器疏水焓求偏导的方法，并针对不同型式的加热器，找出公式的规律性。(1)加热器下端差变化对各级抽汽系数的影响以图22所示机组为例，将式(26)两边分别对第i级加热器的疏水焓求偏导，整理后得由第功口热器下端差变化而起的各级抽汽系数的变化为式中其中

42、m为沿主凝结水或给水流动的方向，离第i级加热器最近的汇集式加热器的级数，如果在流经第i级加热器的主凝结水或给水流动的方向上没有汇集式加热器，则m=0。(2)加热器下端差变化对机组循环吸热量的影响将式(2-1)两边分别对第f级加热器的疏水焓求微分，并将式(4-5)代入整理后得第f级加热器下端差变化对机组循环吸热量的影响为(3)加热器下端差变化对机组循环内功的影响同理，将式(22)两边分别对第i级加热器的疏水焓求微分，并将式(45)代入整理后得第i级加热器下端差变化对机组循环内功的影响为422下端差变化对机组热经济性影响的模型的建立综上所述，将式(46)和式(47)代入式(213)，整理后可得，任

43、一结构已定的回热系统，第f级加热器下端差变化对机组热经济性影响的通用计算模型为423应用实例及计算结果分析以图31所示N600167537537型机组为例，根据机组实际运行情况，用本文方法和常规热平衡法分别计算了各级加热器下端差扰动对机组煤耗率的影响。计算结果如表42所示。对于图31所示N600167537537机组，由于8号加热器的疏水进入凝结水泵入口，即为汇集式加热器，可视其无下端差。如表42所示，用本文方法和常规热平衡法计算加热器下端差扰动对机组煤耗率的影响时，所得计算结果基本相同，误差非常小，所产生误差是由于两种不同方法在计算过程中的舍入误差造成的。43加热器抽汽压损变化对机组热经济性

44、影响的计算模型抽汽压损是指抽汽在加热器内以及从汽轮机抽汽口到加热器沿途管道上产生的压力损失之总和p，抽汽压损是一种不明显的热力损失，它使蒸汽的做功能力下降，热经济性降低.431抽汽压损变化对机组热经济性影响的理论分析根据小扰动理论可知，当加热器抽汽压损扰动时，抽汽口压力、加热器上端差、下端差可视为不变，压损变化影响了加热器内饱和压力，饱和温度变化，则本级加热器的出口水温将发生变化；对表面式加热器，若本级无疏水冷却器，本级疏水温度发生变化，若本级有疏水冷却器，本级疏水温度并不发生变化；同理，压力高一级的带有疏水冷却器的加热器，流向本级的疏水温度也会发生变化，否则不变。设第i级加热器压损变化，使该

45、级加热器出口水焓变化,若本级无疏水冷却器则设疏水焓变化；压力高一级(i一1级)是带有疏水冷却器的加热器时，设其疏水焓变化.考虑到只有第i一1级加热器是带有疏水冷却器的表面式加热器时才变化，且变化量，因此可将对机组的影响归结为，即对机组热经济性影响的自变量为和。压损变化如图41和图42所示。432抽汽压损变化对机组热经济性影响的模型的建立根据上述理论分析，可知某级加热器抽汽压损的扰动，会使得该级加热器的出口水焓和疏水焓发生变化，所以由偏微分理论可知将式(42)、(43)、(46)和(47)代入式(49)，然后将结果代入式(213)可得加热器抽汽压损的耗差分析通用模型为433应用实例及计算结果分析

46、(410)以图31所示N60旷167537537型机组为例，根据机组实际运行情况，用本文方法和常规热平衡法分别计算了各级加热器抽汽压损扰动对机组煤耗率的影响。计算结果如表43所示。对于图31所示N600-167537537机组，各级加热器均装设有疏水冷却器，因此压损的扰动只会引起各个加热器出口水焓发生变化；对于4号加热器为汇集式加热器，没有端差，但其抽汽压损的扰动仍会引起其出口水焓发生变化。如表43所示，用本文方法和常规热平衡法计算加热器抽汽压损扰动对机组煤耗率的影响时，所得计算结果基本相同，误差非常小，所产生误差是由于两种不同方法在计算过程中的舍入误差造成的。第五章凝汽器端差和汽缸效率对机组

47、热经济性的影响51凝汽器端差变化对机组热经济性影响的计算模型凝汽器端差，即凝汽压力下的饱和温度与凝汽器冷却水出口温度之差。其大小与凝汽器冷却水入口温度、凝汽器单位面积蒸汽负荷、凝汽器铜管的表面洁净度，凝汽器内漏入的空气量以及冷却水在管内的流速有关。若凝汽器端差增大，则会使真空降低，这样不仅影响机组的经济运行，而且当真空过低时，还会因排汽温度超过规定值，迫使机组降出力运行。511凝汽器端差对机组热经济性影响的理论分析图51中曲线1表示凝汽器内蒸汽凝结温度的变化。曲线2表示冷却水由进口处的温度逐渐吸热上升到出口处的温度。众所周知，正常运行时，凝汽器的排汽压力与排汽温度的关系是饱和蒸汽的压力和温度的

48、关系，饱和蒸汽的温度可用下式表示：式中下面分别对式(51)中各项进行分析：1)项，与凝汽器内排汽压力相对应的饱和蒸汽温度，实际凝汽器内的排汽压力可由其来确定。2) 项主要决定于电站所在地的气候和季节。因此本文在研究凝汽器端差对机组热经济性的影响时可以认为其不变。3)项根据参考文献26可知冷却水温升还可表示为：式中m=DwDc，称为凝汽器的冷却倍率或循环倍率，它表明冷却水量是被凝结蒸汽量的多少倍。其中Dc，分别为进入凝汽器的蒸汽量与冷却水量，th。由此可见t的大小主要决定于循环倍率m，或者说，当一定时，主要决定于冷却水量。而的大小主要决定于循环水泵容量和启动台数。因此本文在研究凝汽器端差变化对机

49、组热经济性的影响时，可认为冷却水量保持不变，从而可以推断出t的变化是的变化引起的。4) 项，凝汽器端差，本节所研究的对象。使它的增大的原因有：凝汽器铜管水侧或汽侧结垢，凝汽器汽侧漏入空气，冷却水管堵塞等。综合考虑(1)(4)不难得出，当和保持不变时，的变化只与Dc和有关。而凝汽器端差的变化势必会影响到汽轮机的最终排汽量，从而使t发生变化。因此不难得出，当发生变化时，也会发生变化，即凝汽器内的排汽压力会发生变化。根据参考文献25可知，当不计排汽缸的损失和凝汽器喉部的阻力损失时，则认为凝汽器压力等于汽轮机的背压，在正常运行时，可认为凝汽器压力变化对机组运行功率的影响等同于汽轮机背压变化对机组功率的

50、影响。综上所述，凝汽器端差变化对机组热经济性的影响可以归结为汽轮机背压变化对机组热经济性的影响。512凝汽器端差变化对机组热经济性影响的模型的推导1)模型推导的理论依据由文献21可知，在新蒸汽流量一定的条件下，凝汽式机组背压变化仅影响末级组(最后一个抽汽口和末级之间的所有各级)的运行工况。对于采用汽动泵的滑压运行机组，背压变化会引起驱动汽轮机排汽压力随之改变。为保证给水泵流量和压头稳定，驱动汽轮机的输出功需要保持恒定，因此需要调整驱动汽轮机的进汽量以补偿背压变化对其作功的影响。综上所述，汽机排汽压力变化对机组作功的影响可以从两方面来考虑：其一是由于排汽焓(包括驱动汽轮机的排汽焓)变化而引起机组

51、有效焓降作功量的变化，其二是由于凝结水温度的改变而引起最末一个低压加热器抽汽量的变化，从而影响了作功量。2)模型的推导过程汽轮机的排汽焓记为，；凝结水焓记为,；驱动汽轮机的排汽焓记为，。(1)凝汽器端差变化对各级抽汽系数的影响根据以上分析对式(26)两边求微分(并结合文献27)，整理后得式中,当第n级加热器的疏水进入凝汽器热井或凝结水泵入口时，即第n级加热器为汇集式加热器，则当第n级加热器的疏水进入凝汽器时，即第n级加热器为疏水自流式加热器，则其中为沿主凝结水或给水流动方向，离第n级加热器最近的汇集式加热器的级数。以n1阶矩阵，n为加热器个数，矩阵中第n项为一1，其余各项为0。以n1阶矩阵，n

52、为加热器个数，矩阵中不为O的项是给小汽机供汽的那段抽汽。其中为背压变化前驱动汽轮机的进汽系数；为背压变化后驱动汽轮机的排汽焓；为驱动汽轮机入口工质的焓，即给驱动汽轮机供汽的那股抽汽的焓。(2)凝汽器端差变化对机组循环吸热量的影响由文献知，背压变化后机组的循环吸热量Q不变，即背压变化前后(3)凝汽器端差变化对机组循环内功的影响将式(2-2)两边分别对汽轮机排汽焓、凝结水焓和小汽轮机的排汽焓求偏导，并将式(53)代入，整理后得式中为l(n+1)阶矩阵，n为加热器个数，矩阵中的最后一项为一1，其余各项为0。513凝汽器端差变化对机组热经济性影响的模型的建立综上所述，将式(54)和式(55)代入式(2

53、13)，整理后可得凝汽器端差变化对机组热经济性影响的通用计算模型514应用实例及计算结果分析、应用本文所建立的模型，以改造后的N220127535535机组为例(限于篇幅，机组的结构示意图略)，根据机组实际运行情况，用本文方法和常规热平衡法分别计算了由凝汽器端差变化而引起的汽轮机排汽压力变化对机组煤耗率的影响。计算结果如表51所示。由表51可见，用本文方法和常规热平衡方法计算凝汽器端差变化对机组煤耗率的影响时，所得计算结果的相对误差均小于士25。所产生的误差是由于对两个未知数的乘积求导过程中对微小量的舍去引起的。上述实例证明应用本文方法得到的计算结果的精确度是令人满意的，其误差完全能够满足工程

54、上的需要。52汽缸效率变化对机组热经济性影响的计算模型汽轮机的各缸相对内效率变化是影响机组运行经济性的重要因素之一，它可能是由于通流部分结垢、堵塞、腐蚀、动叶损坏等扰动引起的。这些扰动不仅威胁到机组的安全性，而且直接影响机组的运行经济性。因此，当己知汽轮机某汽缸相对内效率的变化量时，如何准确计算出其对机组热经济性的影响是人们普遍关心的问题。汽轮机的相对内效率可以定义为有效焓降比理相焓降，也可以定义为内功率比理想功率。本文中，采用实际运行中的习惯用法，取汽轮机相对内效率的概念为有效焓降比理想焓降。并且本文中的汽缸效率并不是指传统的高压缸、中压缸及低压缸的相对内效率，而是指火电机组热经济性分析的统

55、一物理模型中(n+1)个小汽机的相对内效率。521汽缸效率变化对机组热经济性影响的模型的推导1)模型的推导假设(1)主蒸汽参数不变，即主汽温、主汽压、主蒸汽流量维持不变；(2)从汽轮机通流部分漏出的辅助蒸汽(包括轴封漏汽、阀杆漏汽等)流量和进出回热系统的辅助汽水流量不变：(3)各级加热器抽汽管道上的阻力系数不变。2)模型的推导过程(1)汽缸效率变化对各级抽汽系数的影响当汽轮机汽缸效率发生变化时，可认为流体与控制中冷、热介质的表面式换热量不变。因此，结合推导假设，对式(26)两边取微分得式中n1阶矩阵，n为加热器个数，矩阵中第i项为l，其余各项为0。n1阶矩阵，n为加热器个数，矩阵中第i项为l，

56、其余各项为0。n1阶矩阵，n为加热器个数，矩阵中第i项为l，其余各项为0。n1阶矩阵，n为加热器个数，矩阵中第i项为l，其余各项为0。(2)汽缸效率变化对机组循环吸热量的影响结合推导假设，对式(21)两边求微分，并将式(57)代入整理后得式中其中，为汽缸效率变化后锅炉的给水焓与汽缸效率变化前锅炉的给水焓之差；，为汽缸效率变化后再热蒸汽的比吸热量与汽缸效率变化前再热蒸汽的比吸热量之差。(3)汽缸效率变化对机组循环内功的影响结合推导假设，对式(22)两边求微分，并将式(57)代入整理后得式中其中 (i=l，2，n+1)为各个小汽轮机的理想焓降。其 (i=l，2，n+1)为各个小汽轮机的相对内效率。

57、522汽缸效率变化对机组热经济性影响的模型的建立综上所述，将式(58)和式(59)代入式(213)，整理后可得汽缸效率变化对组热经济性影响的计算模型为523应用实例及计算结果分析以图31所示N600167537537型机组为例，根据机组实际运行情况，用本文方法和常规热平衡法分别计算了汽轮机通流部分各小汽轮机相对内效率扰动对机组煤耗率的影响。计算结果如表52所示。表52中只列出了各小汽轮机汽缸效率变化前后的相对内效率而由其引起的机组汽机则的其它参数的变化没有列出。由表中数据不难看出，用本文方法和常规热平衡法计算汽轮机汽缸效率扰动对机组煤耗率的影响时，所得计算结果基本相同，误差非常小，由此证明了所

58、建模型的正确性。结论1)根据火电机组热经济性分析的统一物理模型和数学模型，建立了凝汽式火电机组发电标准煤耗率与辅助汽水流量的通用微分关系式。由于完全基于热平衡原理，经实例计算证明，本文所得微分关系式与常规热平衡法的计算结果完全符合，具有很高的计算准确性。利用这一关系式不但可以方便地计算辅助汽水流量的变化对发电标准煤耗率的影响，而且由于关系式具有较强的通用性，所以可以据此开发出通用的计算机程序用于机组运行热经济性在线监测系统。2)以火电机组热经济性分析的统一物理模型和数学模型为基础，建立了加热器上、下端差的通用耗差分析模型。实例计算证明，该模型与常规热平衡法的计算结果基本符合，具有很高的计算准确性；而且该模型易于理解，使用方便，便于计算机编程，可适用于任一热力系统，具有广泛的通用性。3)在火电机组热经济性分析的统一物理模型和数学模型的基础上，建立了抽汽压损的通用耗差分析模型。某一级加热器抽汽压损的变化将会引起该级加热器出口水焓和疏水焓的变化，从而影响各级加热器的抽汽量。因此该模型的建模方法同理于加热器上、下端差的耗差分析模型，同样具有通用性强、使用方便和计算准确性高的特点。4)通过分析凝汽器端差变化对机组其它运行参数的影响，得到它对汽轮机做功的影响可以从两个方面考虑：一是由于排汽焓变化而引起机组有效焓降作