火电汽轮机初终参数变化对机组安全性和经济性的影响研究

东北电力大学专科毕业论文-32-第1章绪论1.1选题的背景及意义随着国家的不断发展，能源在国民生活中所占比重越发提高，对能源领域的相关技术进行优化对国家发展有着深远影响。纵观历史，能源工业，特别是电力工业的发展，不仅关系到国民经济的振兴和社会发展的大局，而且关系到政治体制的建立和全球地位的稳定。在小康社会中顺利实现“两百年”目标的重要任务。随着社会经济的不断发展，“改制”和“稳增长”的政策目标继续发挥作用。国民对能源的需求也不断上涨。在我国一些地区，仍存在电力的缺口。中国能源领域存在的问题可能对国民安全影响巨大。更加显示出了发展能源领域对实现我国平稳、平衡发展的重要性。汽轮机经常会各种工况下运行，运行中总有某些参数可能会偏离设计值。因此，进行汽轮机初终参数改变对于火电厂的安全性和经济型进行研究是很有必要的，汽轮机的参数在运行过程中若不超过规定的额定值，将不会对系统的安全性造成影响，但如果汽轮机的参数超过了设定的额定值，将可能引起机组中零件的荷载改变，对火电机组的安全性造成极大威胁，可能引起经济损失及人员伤亡[1]。汽轮机若在非设计工况下运行频繁，则蒸汽参数变化将会较大。当微型电网独立运行时，火电机组接入电网，如果发生燃料不足的情况，将有可能对汽轮机的蒸汽量造成一定影响。从而对整个机组的安全运行造成影响。在蒸汽量严重不足时，将对机组乃至整个发电供电系统造成影响，使电厂蒙受巨大的经济损失[2]。在汽轮发电机的热参数中，背压变化是影响涡轮发电机经济运行的重要参数之一。涡轮背压是影响该装置经济性的重要参数。在单元的实际操作期间，诸如负载，环境温度和冷凝器的操作条件之类的因素的变化可能导致背压偏离设计值。准确地确定背压变化对装置经济性的影响。为机组的小目标管理和循环泵的经济调度提供参考，具有重要意义。此外，背压与设计值的偏差也会影响单元操作的安全性[3]。由于单位负荷，冷凝器清洁度，循环水入口温度，真空密封性，循环水流量，冷凝器和吸气器结构等因素，运行时背压频繁变化，影响机组产量和经济性。特别是对于蒸汽泵的滑动压力操作装置，当冷凝器真空的发生变化，可能导致用于对给水泵进行驱动的汽轮机排气压力发生改变，使其输出参数和蒸汽消耗参数受到影响[3]。因此，分析火电汽轮机初终参数变化对机组安全性和经济性的影响是非常重要的。1.2目前的研究现状已有国内外大量文献研究了汽轮机的燃料量、给水量、蒸汽参数、背压变化等物理变量对火电厂经济性及安全性的影响。Aminov[4]认为在火力发电厂和核电厂中使用有效的发电机组以调节负荷，会导致发电设备严重磨损，降低运行成本效率。综述了汽轮发电机组寿命和磨损的定量评估方法，并对各种运行方式对机组效率的影响进行了评估。为了评估动力装置的设备磨损，建议使用涡轮等效寿命的概念。文中给出了不同负荷选择下蒸汽超临界参数下汽轮发电机组寿命的计算公式和实例。等效寿命超过了涡轮机的指定寿命，仅在夜间非高峰时间每天关闭动力装置。在日、周线图中得到了不同负荷调节方案下机组运行的工程经济指标。根据机组装机容量的运行方式和年日卸载（不使用）次数，证明了电力基本成本的变化。根据计算结果，假定初始数据的主要电力成本在机组基本运行状态下（等效运行时间为166700小时）为11.3美分/千瓦时，在夜间和节假日停机状态下为15.5美分/千瓦时。将发电机组的装机容量从每天3.5小时减少到11.9小时，可以将主要能源成本从4.2%提高到37.4%。此外，与基本制度相比，维修和维护成本分别增长了4.5%和3倍。这些结果表明，需要建立特殊的可操作设备，以便在电力负荷图的不同部分工作。Tarelin[5]简要分析了现有的变负荷运行机组工况控制方法。在实践中，最常用的是过时的运行规则，即：新蒸汽和再热蒸汽的参数越高，凝汽器压力越低，

机组的效率就越高。然而，在技术文献中，有充分的证据表明，这种方法并不总是正确的，特别是在低负载情况下。这既适用于初、终压力的调节，也适用于再热温度的调节，文中特别强调了可控参数Tr，根据分析结果，低估了其在实际操作中的作用。分析了影响再热温度Tr作为一个过程变量使用效率的原因。本文介绍了在不同负荷下运行时，Tr对210、250、300和325兆瓦机组效率影响的现场试验结果。结果表明，根据负荷和凝汽器压力，Tr降低到10–30°C的最佳值，热效率提高1–2%。设置了以下一般模式：负荷越低，最佳再热温度越低。研究了在合理选择再热温度下，使低压缸汽道热相变得到更有效利用，提高机组效率的主要原因和因素。Verma[6]研究了火力发电系统在不同发电水平/发电计划下的自动发电控制（AGC）。电力系统负荷在24小时内变化很大，因此，火力发电厂计划在不同的发电计划下运行。研究发现，汽轮机动态模型参数也随着电厂发电计划的变化而变化。典型的汽轮机模型参数是汽轮机时间常数和功率因数。文献调查表明，在所有与自动发电控制系统有关的研究中，无论发电厂的发电计划如何，汽轮机动态模型参数都假定是恒定的。文中对一台实际500MW机组在不同发电时刻的动态模型参数进行了计算。利用这些汽轮机动态模型参数对自动发电控制系统的动态性能进行了研究。本文还提出了利用某热电厂的热平衡数据，从实际发电机组计算汽轮机动态模型参数的一般数学方法。对两区热力系统的计算结果表明了该方法的可行性。Carcasci[7]考虑到蒸汽涡轮机制造商作为一个时代的油气、一个高分量的整合，是一个优化整体底部循环、确定效率和提高植物生产力的最佳机器的机会。通过开发公司仿真码与能量平衡码之间的高水平组合，可以实现这一目标。化石燃料的持续减少和温室气体排放量的增加限制，引发了电力厂产生的热量。为了实现这一目的，联合循环气轮机（CCGT）代表了一种强大的技术，一种在全球市场上的性能和竞争力成本的增加。在设计CCGT配置时，能源工程公司应确定并分析底部循环的性能，采用蒸汽涡轮机操作参数和热回收锅炉。通常，这些植物成分由不同的制造商供应，因此植物不可能是全球性的优化。文中审查并优化了两个压力水平的组合循环。最好的热经济结构是：第一，实现蒸汽涡轮机效率和文献成本相关；然后，实现蒸汽涡轮机工业工具的效率和考虑实际机械成本。因此，可以确定和比较两种不同的最佳配置。Arkadyev[8]介绍了高温汽轮机冷却的基本原理和世界上第一台冷却蒸汽轮机SKR-100（R-100-300）开发所采用的建设性解决方案。分析了燃气轮机冷却介质的热力学特性与使汽轮机冷却缸通流为反应式的主要区别。给出了其运行结果和结论。该涡轮机功率为100兆瓦，初始蒸汽参数约为30兆帕和650摄氏度，背压为3兆帕，由哈尔科夫汽轮机厂于1961年制造，并于1979年之前在卡希拉格雷斯（邦区电厂）成功运行，当时该涡轮机在仍然完全运行的条件下停止使用。为便于比较，美国Philo6（通用电气公司制造）和Eddystone1（西屋公司制造）发电机组的超高压缸的结构特点和运行结果的一些数据，从设计初始蒸汽参数和实施时间来看，接近于SKR-100汽轮机。重新给予。发电机组SKR-100汽轮机超高压缸冷却系统的高运行可靠性和高效性在运行中得到了验证，证实了其发展所遵循的原则和建设性解决方案的正确性和便捷性。随着工艺蒸汽温度的升高，对多级涡轮机冷却方法的实现，使得限制大型涡轮机部件使用新的、更昂贵的高温材料成为可能，这些材料是制造蒸汽锅炉所必需的，并且在某些情况下完全不利用它们。Gribin[9]通过数值模拟和试验研究相结合的方法，研究了带悬挂式冷凝器的汽轮机排汽罩的外形尺寸对排汽罩气动损失的影响。由于适当选择了排风罩的最小允许外形尺寸，使得该涡轮部件的运行更为有效，获得了涡轮机组轴线的更好的振动稳定性，并且在涡轮厂房内布置蒸汽轮机装置需要更低的成本。实验结果表明，发动机罩体的主要外形尺寸对发动机罩的气动性能和气道外形有着决定性的影响。由于在不带扩散器的排气罩主体尺寸之间选择了合适的比例，因此得到了近似统一的总损失系数。通过使用轴向-径向扩散器，能量损失可以减少30-40%，这取决于几何参数和具有最佳外形尺寸的发动机罩进口部分的速度水平。通过使用所得结果，可以评估达到最大气动罩效率所需的总体尺寸，因此，可以在设计的初始阶段获得整个涡轮机装置更好的技术和经济指标。如果需要选择小于其最佳值的外形尺寸，则可以使用所示相关性估计能量损失的增加。根据运行参数和相似性标准，对莫斯科电力工程研究所国立大学蒸汽轮机和燃气轮机系的基础研究实验室提供的实验装置进行了调查。Bhatt[10]介绍了22座30~500MW燃煤火电站的性能提升研究结果。最老的机组（30兆瓦）已经运行了33年，较新的机组（500兆瓦）从7年开始运行。与34.80-43.97%的设计范围相比，涡轮效率在31.00-41.90%之间。等熵效率为74.13～86.40%，设计值为83.20～89.10%。通过低成本解决方案提高效率的范围相当大：运营优化、资本大修、简单改造等，适用于所有类型的机组。效率可以恢复到设计值。在最后四分之一个季度，涡轮机的发展导致了等熵和热效率的提高，必须通过改造、升级和改造来为现有机组采用。30兆瓦机组的涡轮效率可提高到38.0%，500兆瓦机组的涡轮效率可提高到47%。最大的潜力是210和500兆瓦机组的改进，其次是110和120兆瓦机组。30和62.5兆瓦机组的潜力相当有限，因为它们的容量份额较低，对制造商出售备件缺乏兴趣（因为需求量较低），并且现代化方案的回报期较长。Shamarokov[11]介绍了未来某汽轮发电厂热回路控制参数优化的技术。它的特殊性是在经济环境变化的情况下，结合外部经济和运行参数得到相对稳定的复杂参数的结果。在能源类工程发展的现阶段，对发电站的经济性提出了更高的要求。在这些条件下，提高发电厂的质量，特别是需要合理选择工艺（热）方案中众多管理参数的值。此外，所选值应符合核电站运行的经济条件，通常从参数选择的时间点推迟相当长的时间间隔。本文介绍了K-1200-6.8/50型汽轮机组热再生系统表面加热器最低温度驱动力的优化结果。为了进行优化，选择了OAO俄罗斯动力机械厂房研究设计院研制的高低压集热屏加热器，作者认为该集热屏加热器与其他类型加热器相比具有一定的优势。任务中的最优性标准是电站年度降低成本的变化，与作为基准的版本相比。分析了不包含在复参数中的自变量对任务决策的影响。采用交替变量下降法确定优化任务。获得的最低温度驱动力值可以指导具有热回路的新电厂的设计。李秀云等[12]提出了分析排气压力变化对经济性影响的两种新的数学方法，分别基于不同的热力学理论。理论上，解决了背压变化对泵的输出和经济指标的影响与蒸汽泵的滑动压力的定量计算问题。通过局部热平衡法研究了背压变化对滑压机组经济性的影响。于达仁等[13]对蒸汽参数对甩负荷特性和调节系统稳定性的影响进行了详细的分析。司锐等[14]考虑到反应堆过功率限制条件和汽轮机安全可靠运行，一种汽轮机负荷限制参数在蒸汽发生器出口蒸汽压力持续降低时的计算方法被提出。王艳军等[15]认为若保持其他参数不发生变化，根据变工况理论和汽轮机参数之间的关系，对全微分形式的功率方程式进行求解，并根据功率方程进而求其全微分，就可以得到初始温度与压力与功率的数学模型，并根据文中的案例对所得模型的准确性与精确性进行了检验，发现符合精度要求，为后续火电厂的热经济型分析提供了参考，但由于计算过程中对一些条件设置为理想条件，因此，还需要根据相关理论进一步完善。李娟等[16]基于对偏微分方程的求解方法重新建立了功率计算的模型。假设排气压力不变，通过求解经典功率方程的偏导，提出了蒸汽参数与功率变化的数学关系。基于上述理论，进一步探究了压力及温度参数对火电厂经济性的影响。最后对我国火电机组的经济型进行了分析。徐大懋等[17]本文提出了一种计算汽轮机功率的背压特性的方法，只知道末级蒸汽流量和排汽面积，而在不了解汽轮机原始数据的情况下计算得到的。徐曙[18]通过分析在不同排汽压力下，汽轮机参数的变化采用公式估算低压缸的排汽焓，得到了涡轮排气压力对机组功率和热耗的修正曲线，分析了涡轮排气压力对机组经济性的影响。陈小慧等[19]对在一般情况下的机组主热力系统进行了一定程度的简化化。基于汽轮机在一般情况下的工况理论，与电厂热力系统的计算方法相结合。在Excel中编辑相应函数，采用多次迭代的方法，对文中案例所示的热耗修正曲线进行计算。经过检验，发现计算值完全符合工程中的精度要求。通过上述方法做出的热能耗量修正曲线对与火电厂的热经济型分析具有一定的指导意义，对于考虑经济性的火电厂安全运行提供了参考依据。沙伟等[20]采用等效焓降法建立计算模型，可以方便地计算汽轮机主要运行参数变化对煤耗的影响。为汽轮机的热经济性水平的提高提供了一定的依据。余兴刚[21]对基于热平衡图的机组变工况的热力系统计算模型的建立提出了方法。杨希刚等[22]对末级叶片特性对汽轮机变负荷经济性的影响进行了详尽分析。李勇等[23]深入研究和继续完善了“低负荷应用比例法、高负荷应用非设计条件”的算法。辛显军等[24]指出，机组的运行效益取决于各种因素的综合效益。旷仲和[25]推导了涡轮参数对相对内效率影响的分析算法，并进行了实例研究。安然[26]提出了如何提高电厂汽轮机的运行效率和经济性。郝云燕[27]对超超临界供热机组的技术可行性、初终参数选择的合理性、设备投资和运行成本的经济行进行比较从而进行了探讨和分析。胡雨双[28]在分析火电厂汽轮机基本特性的基础上，提出了火电厂汽轮机优化方案。范晓英[29]从机组效率的定义出发，从理论上分析了初始和最终参数对机组经济性的影响。当参数变化时，机组增量功率数学模型易于分析参数变化对机组经济性的影响程度。通过变背压经济性试验，定量研究了背压对经济性的影响。然而，上述文献仅从理论上分析了汽轮机参数对机组的影响，并没有以实例为基础，定量、定性地研究影响汽轮机经济性和安全性的因素。因此，本文将通过实例计算，重点对汽轮机初始和最终参数对机组安全性和经济性的影响进行定性和定量分析，以获得更准确的结果。1.3本文的主要工作在本文中，以黄岛电厂600MW机组为案例，其各参数均为已知。假设机组在运行中的工作状况不发生改变，基于汽轮机的热力经济性基本的方程式以及变工况理论，对火电厂的蒸汽流量变化及压力大小进行了相关计算。计算机组在不同工作条件下的定性和定量分析。当蒸汽温度和背压偏离设计值时，以及在考虑变工况的基础上时，机组的热耗率和热耗修正率的变化将影响机组的机组的安全性和热经济性指标。本文将分为以下三点进行研究：（1）汽轮机蒸汽参数的始末变化对于机组经济性和安全运行的影响。（2）若机组的运行工况发生变化，由此导致的对于机组经济性和安全运行的影响。（3）根据计算结果，讨论当汽轮机初终参数发生变化时，引起的机组经济性和安全运行的变化。第2章初终参数变化对机组经济性和安全性的影响第2章初终参数变化对机组经济性和安全性的影响火电机组在厂家进行设计制造的过程中，厂家会根据实际情况及工况要求对机组的参数额定值进行设计，已达到运行过程中可获得最大的经济效益的同时，可保证机组的安全运行的目的。但是，由于在安装过程中的误差，长时间工作的损耗以及在实际运行中各种因素的影响，往往使机组无法达到设计时的最佳运行参数，因此，需要对实际工况中的参数进行进一步研究，从而找出最佳的运行方案。2.1初温变化对机组经济性和安全性的影响假设机组的排气压力、主蒸汽的压力大小以及再热蒸汽参数不发生变化时，仅为主蒸汽的温度减小将会导致整个系统的效率减小。从而导致理想焓降减小，机组排气湿度变大，系统效率也会随之减小。同时，根据整个锅炉的特点，蒸汽的流量会随之变大。根据对非线性工况的分析，使调节级理想情况下的焓降降低，同样会使末级的理想焓降增大，这时，最末级叶片所受的应力将显著变大。若保持火电机组的载荷在确定数值，应调整大调整阀，使蒸汽的流量变大，从而使最末级叶片受力增加。如果参数超出了最大额定值，就可能对系统的安全运行造成影响。在主蒸汽温度增加的同时，将会导致系统的焓降上升。在此时打开调节阀，调节使得蒸汽的流量降低，就会提高系统的功率，减小蒸汽的损耗率，从而增加了系统的经济性。与此同时，调节级的焓降会得到提高，中间级不发生变化，末级降低，从而导致叶片过载。在这时，如果想要保持系统对外输出的设计值，就要调整控制阀门。调整控制阀门将导致流量降低，末级的理想级降低，增大可调整级的危险性。通过上述分析可以得出，在汽轮机主蒸汽的温度发生变化时，将会同时对系统的经济性和安全运行都造成影响。2.2初压对机组经济性和安全性的影响提升主蒸汽的压力，将会导致系统功率及流量参数的升高，从而减小了蒸汽的耗量。假设系统处于温度及背压保持不变的理想情况，蒸汽的压力参数增大将会使系统整体的焓降提高。在这一过程中，调节级及中间各级的焓降保持为一确定的常数。又因为加在叶片上的弯曲应力与焓降的积成正比变化，因此，叶片所受的力将有明显的升高。当排气压力和主蒸汽温度保持恒定不变数值时，以下参数会发生这样的变化：主蒸汽压力降低，理想氦气降低，废气湿度降低。在恒速调节阀开度条件下，降低了主蒸汽流量和机组功率，提高了蒸汽消耗率，降低了经济性。调节级以及中间级的理想焓降基本不会改变。对于部件所受的荷载力，由于最终级的焓降降低，根据前文推导，机组部件受力低于最大的额定值，系统可以安全运行。2.3背压对机组经济性和安全性的影响排气压力的改变主要表现在系统的末级。当汽轮机的运行工作情况发生改变，其排气压力同样发生改变，从而导致系统的效率发生改变。当系统达到额定值，那么排气压力的将只与末级的变化有关。那么，只需讨论当最后一级的参数改变对机组功率的影响。2.4研究方法对于机组功率分析的方法，目前常用的包括热平衡法，循环函数法，分析法等。分析法需要利用数学分析软件对高阶的矩阵求逆，计算成本较大；循环函数法计算成本相对来说较低，但是在考虑到系统的参数发生变化时，对热效率计算将会十分繁琐，因而本文将选用常规的热平衡法来使本文更加通俗易懂，条理清晰。2.4.1热平衡方程（热交换定律）两个或多个系统在不同温度下进行热传递，直到这些系统的温度相等。在传热过程中，遵循能量转换和守恒定律。从高温物体传递到低温物体的热量实际上是内部能量的传递。高温体的内能降低等于低温体内能的增加。平衡方程为：该方程仅适用于绝热系统的换热过程，即无热损失；在换热过程中无热功转换；在初始状态和最终状态下都必须达到平衡状态。系统中的分子仍在不规则地运动，但平均效应不会随时间而改变。在没有外部影响的情况下，经过足够长的时间后，热力系统将趋于热平衡。热平衡是可传递的，热平衡状态是科学界定温度概念的基础，也是温度计测量温度的基础。热平衡状态在理想情况下被提出的，在计算时，当其满足一定的时，可以近似的认为所得结果逼近实际值。热平衡研究具有重要的理论和现实意义，已成为热力学的基本内容。2.5本章小结本章介绍了初终参数变化对机组的安全性和经济性的影响，以及本文所使用的的研究方法通过对参数变化的初步认识，经过对初终参数变化的初步研究我们可以发现电厂中的热力系统是很复杂的系统，他可以实现热转化以及其他工作部件的工艺性系统，他们之间的工作状态直接影响到整个工作中的机组运行效益。第3章初参数变化对机组经济性和安全性影响研究第3章初参数变化对机组经济性和安全性影响研究本章采用按抽汽口分级的方法。根据汽轮机非设计工况的理论，结合热力系统的计算，假定调节级阀开度恒定，热蒸汽温度和背压不变，只有主蒸汽改变蒸汽。压力或主蒸汽温度，计算并绘制不同工况（负荷）下初始参数和机组热耗的修正曲线，以加快现场人员的工作提供了参考依据。3.1初压变化对机组热经济性的影响图3-1初压不同的理想朗肯循环图图3-2初温不同的理想朗肯循环图如图3-1所示：假定在理想情况下进行分析。基于朗肯循环曲线，对主蒸汽压力大小改变对于汽轮机效率的变化进行研究。使主蒸汽温度、再热温度和背压为一定值，使主汽压力增大，平均吸热温度增大，放热过程温度只与排汽压力有关，因此循环热效率会提高。但若增大会使湿汽损耗提高，而且其损耗提高在改变系统经济性的同时，将会对系统的安全运行造成影响。进而可能导致增加进气损失。从而降低汽轮机的相对内效率。对于大型机组，提高，的增加远远大于的减少，汽轮机绝对内效率是增加的；对于小容量机组，提高，下降愈甚，如的下降超过的增加，使汽轮机的相对内效率降低。3.1.1初压变工况计算假设主汽温度、再热汽温和背压这些参数都不发生变化，计算主蒸汽压力变化与机组热耗的修正曲线。3.1.2初压变化对蒸汽流量的影响由于调节阀开度不变，可以认为整个汽轮机通流面积不变。弗留格尔公式可在调节阶段前应用，即：(3-1)式中——主蒸汽流量(kg/h)；“0”——变工况前各参数下标；“1”——变工况后各参数下标。考虑到，且，故式(3-1)可以化简为：(3-2)3.1.3初压变化对调节级的影响当机组正常运行中的蒸汽参数变化，由于相同压比下的特性参数不同。不能够使用之前的曲线。但是，对于滑压运行的机组，调节级可以直接应用因为他们之间的关系是一致的，本文假设调节级的开度不变，而主蒸汽压力的变化也微小，此时的运行状态相当于滑压运行。因此，可利用调节级的特性曲线计算调节级的变工况。 3.1.4各抽汽口参数及排汽焓的确定第一步确定各抽汽口的蒸汽参数，并在h−s图上画出非设计工况下汽轮机的蒸汽状态线。用弗留格尔公式计算出各级喷嘴的压力。不考虑温度变化，则有：(3-3)式中——第r级组前压力，即第r抽汽口压力(MPa)；——第r级组流量(kg/h)。在计算变工况时，可以认为中间级效率不变，基准工况条件下r组的相对内效率为：(3-4)式中——r级组前的蒸汽比焓值(kJ/kg)；——r级组的理想比焓降(kJ/kg)。变工况后r+1级抽汽焓值为：(3-5)式中可以根据变工况后第r级组前压力和焓值以及级组后压力计算得到。变工况情况下可以通各抽汽口压力和焓值来计算得到各抽汽口温度。之后可通过计算变初始压力下的末级得出初始压力变化后的排气焓值。3.1.5计算步骤(1)初压偏离设计基准值后为，根据式(3-2)可以计算得到由初压变化后的主蒸汽流量。(2)忽略调节级后温度变化的影响，通过弗留格尔的简化公式，则有：(3-6)通过计算调节级的变工况，得到初始压力变化后调节级的效率以及调节级级后比焓。(3)假设各级加热器的抽汽系数不会变化，为=(为基准工况下的抽汽系数)，则变工况下汽轮机过流部分流量的计算为：(3-7)(4)确定各级抽汽压力。对各级组应用弗留格尔公式，忽略温度的影响，可确定抽汽压力的数值：(3-8)也可以用来计算再热蒸汽压力的确定，又因为再热蒸汽温度不变，则可以由水蒸汽的基本函数关系得到再热蒸汽的焓值。(5)测定每个抽气口的焓。两个相邻出口在非设计工况前后的压力比和理想比热降相等，忽略温度的影响。变工况后的抽气焓值为：(3-9)对于第一级抽气口的抽汽焓，调节级与第一抽汽口之间的通道可以视为一个级组，则：(3-10)中压缸第1级抽汽，其焓值的确定如下式：(3-11)(6)假设变工况前后汽轮机排汽管道压力损失相对变化率不变，加热器汽侧的压力为：(3-12)由水蒸汽函数关系计算得变工况后汽侧压力下的饱和水温度。根据加热器的布置形式及各加热器上、下端差、给水泵出口压力和凝结水泵出口压力，根据变工况理论可以得出各加热器的出口焓和排水焓。(8)根据加热器的类型和布置，可以确定各加热器的,计算抽汽放热量、疏水放热量和给水吸热量;(9)如果当条件成立后，(为抽汽误差系数，=0.005)如果假设的抽汽系数是正确的在规定的误差范围内，可以继续进行能耗计算。否则取，重复上述步骤直到误差在允许范围内为止。(10)计算初压变化后的汽轮机功率和热耗量，热耗率，热耗相对变化量。(3-13)3.2初压变化对机组安全性的影响如果初压升高，基本上每级都是在过负荷状态下运行的，尤其是末级最为严重，因为末级叶片比较长，受到蒸汽作用在它身上的力也很大，当蒸汽压力太高的话末级叶片就会极易变形，甚至会使机组处于特别危险的状态下，影响机组的安全运行。如果使初压降低的话，而在该工况下还要维持在额定负荷下运行，就需要加大汽轮机的蒸汽流量使其比额定流量要大，这样才能使其维持在额定负荷下运行，但这样会引起调节级的压力升高，最后一级会超载，也会增大轴向推力。降低机组运行的安全性，所以在使蒸汽压力降低时，应尽量减小负荷运行而不是在额定工况下运行。具体适合的负荷为多大就需要进一步的计算得到。3.3初温变化对机组经济性的影响如图3-2所示：保持主蒸汽压力、再热温度和背压不变，蒸汽初温升高，从图可知，吸热过程平均温度增加，放热过程不变，使理想循环热效率增加。升高蒸汽初温，可以使低压缸的排汽湿汽损失减小。若此时保持其它条件不变的情况下，增大高压侧叶片高度，可以减小泄漏损失，也可以使汽轮机的相对内效率和绝对内效率得到提高，使机组的热耗减小，提高机组的热经济性。3.3.1初温变工况计算假设主蒸汽压力、再热蒸汽温度和背压不变，计算主蒸汽温度变化与机组热耗的关系并绘制相应的修正曲线。3.3.2初温变化对蒸汽流量的影响将弗留格尔公式应用到调节级前，而初压保持不变，则有：(3-14)3.3.3初温变化对调节级的影响忽略调节级的漏汽影响，可以把弗留格尔公式应用到调节级级后到汽轮机末级组成的级组，则有：(3-15)考虑到初温变化后，调节级喷嘴和动叶速度系数几乎不变，温度比值也不变，则有，故式可进一步写为：(3-16)由式(3-16)和(3-18)，得：。因初压p0保持基准值不变，调门开度不变，则调节级压比也不变。变工况前后调节级在同一压比下，但级的理想比焓降变化了，所以不能直接使用调节级特性曲线须做修正计算，从而得到变化后的调节级效率ηtj1和级后焓值htj1。3.3.4各抽汽口参数和再热参数及排汽焓的确定初温变化与初压变化的方法一样，用弗留格尔公式即可得到变工况下的各抽汽口压力。(3-17)在变工况条件下计算每个喷嘴的焓和温度的方法在此也不再赘述。再热蒸汽压力的计算式为：(3-18)由于再热温度不变，再热蒸汽的焓由水蒸汽的基本函数导出。对于末级组，在知道初始温度下第一级组的流量和已知排气压力的前提下，计算出变初始温度下末级组的排气焓。3.3.5初温变工况计算具体步骤初始温度偏离参考值后，根据初始温度和变工况的计算模型，主蒸汽流量、各级排汽参数和变工况后排汽参数，再生器加热器参数为计算。操作系统已确定。根据再生系统汽水分配方程进行迭代计算。具体计算步骤与初始压力变量工况的计算过程相似，不再赘述。3.4初温变化对机组安全性的影响从安全的角度来看，新蒸汽温度的升高都会使金属材料的使用寿命缩短。会影响到很多部位如汽室、主汽阀、调节阀、调节级、高压轴封、蒸汽管道等。因此，当初始温度升高时，应严格监控这些部件的安全性，特别是对于高参数机组。即使初始温度不太高，也可能引起严重的蠕变，大大降低许用应力。为了保证额定负荷运行，需要在初始压力下增加初始蒸汽来增加蒸汽进口，从而增加涡轮通流部分的机械应力。在最后阶段，由于湿度的增加，它也会受到侵蚀和磨损，这会对汽轮机的运行产生负面影响此外，随着不断增大蒸汽流量，会使轴向推力增大，以致于影响机组的安全运行。如果中间再加热温度降低，则高压部件的比热焓增加，高压缸的最后阶段过载，并且各级低压部件的反应性增加，导致轴向推力增加。3.5本章小结本章定性分析了初始参数偏差与额定值对发电机组热经济性的影响。基于汽轮机非设计条件理论和热力系统非设计条件理论，建立了初始参数非设计条件的计算方法。根据该模型可以计算和绘制600MW机组在不同运行条件下的初始参数的校正曲线。与制造商提供的校正曲线相比，可以证明该模型绘制的曲线的正确性。第4章终参数变化对机组经济性和安全性的影响研究第4章终参数变化对机组经济性和安全性影响研究在电厂实际运行中，由于背压变化偏离原始值而引起的功率变化通常会很大。通常通过热试验来绘制排气压力变化和热耗率修正曲线，但是这种方法经济性差花费的成本很高。本章应用末级流量判别法，结合末及变工况理论，计算并绘制不同工况下修正曲线。4.1末级变工况理论在某些条件下，背压的变化仅影响最末级组。在汽轮机的变工况的计算时，通常可认为调节级和末级的相对内效率变化很大，而当操作变化很小时，其他压力水平组的效率变化不大。压力的变化主要影响末级的相对内效率，在计算凝汽器压力变化对变工况的影响时，认为末级前的流量和热力参数不变，这样的假设也符合工程实际。4.2机组背压的确定排汽压力为凝汽器压力和排汽损失之和，即。排汽损失为，因此只要能确定凝汽器压力就可。假设主凝结区的饱和压力为冷凝器的内部压力，则凝汽器压力为：（4-1）式中通过对凝汽器的计算结果可用凝汽器特性曲线来表示。4.3背压变化对机组热经济性的影响分析凝汽器压力对机组热经济性的影响，如图4-1所示：图4-1背压变化局部热力系统图(1)排汽焓的变化会导致有效焓降发生变化。(2)末级加热器的抽汽系数的变化是由凝结水气温的变化而引起的，当凝结水温度发生变化后系数也会随之发生变化。当末级加热器排入热井时，就会使凝结水的温度发生变化，当凝结水的温度发生变化后随之会使相邻加热器抽汽量发生变化。(3)主机组背压的变化也会引起小机组的排气压力和焓的变化。为了保证机组输出功率恒定，需要调整小机进汽流量系数，调整背压变化对机组输出功率的影响。（4-2）式中——小机进汽焓(kJ/kg)；——小机排汽焓(kJ/kg)。小机的流量系数的变化为，如果要是改变汽轮机通流部分的蒸汽流量的话，功率也会改变。(4)对于由于泄露进入汽轮机轴封的气体，若使疏水管和热井相连接接通时，因为焓的变化，导致辅助蒸汽的放热发生变化，从而影响了末级加热器的抽气能力。4.4末级变工况计算方法本文将采用流量判别法从末级喷嘴在亚临界工况下工作和在临界或超临界工况下工作这两部分来计算变工况。末级喷嘴入口蒸汽参数(、、、、、、)，末级流量，排汽压力都为初始条件。通过计算可以得到末级级前滞止参数(、、、、、)。喷嘴临界流量：0.448(4-3)喷嘴漏汽量：(4-4)4.4.1末级喷嘴为亚临界工况判断条件:+>步骤：(1)按亚临界工况算出喷嘴的出口参数。由初压不变可得到背压关系方程在此式子中，为喷嘴彭台门系数，为喷嘴临界压力，,=1.035+0.1)，计算出喷嘴压比，喷嘴后压力。(2)计算喷嘴的滞止理想比焓降，喷嘴损失以及喷嘴出口流速。(3)从进入动叶的有效动能和转化为撞击损失的动能这两部分进行探讨计算出初冲角θ。(4)通过喷嘴出口状态参数可得到动叶入口状态参数和滞止状态参数。(5)通过对动叶滞止压力和排汽压力得动叶压比与动叶临界压比的比较判断出其流动状态。当动叶为亚临界与上述方法一样；当动叶为临界或超临界时，考虑动叶出口汽流发生偏转，设偏转角为。(6)计算动叶理想比焓降，动叶出口流速，叶轮磨擦损失，动叶损失，漏汽损失，叶高损失，湿汽损失，余速损失，通过计算结果得到最终排汽状态点。4.4.2末级喷嘴为临界或超临界工况判断条件：计算步骤：(1)由于，喷嘴后压力不大于临界压力，喷嘴就会处于临界或超临界工况，需要迭代计算。假设喷嘴后压力为，喷嘴压比为，计算喷嘴滞止理想比焓降，喷嘴出口流速，喷嘴损失，同时需要考虑到喷嘴出口汽流发生偏转，设偏转角为。(2)作动叶进口速度三角形，计算冲角，进口有效动能和撞击损失。(3)由喷嘴出口状态参数和、可得到动叶入口状态参数和滞止状态参数。(4)由动叶入口状态参数和已知的排汽压力计算动叶出口热力参数，动叶流量，出口相对速度和动叶漏汽量。(4-5)(4-4)(5)判断是否成立，如不成立，需重新假设喷嘴后压力，重复步骤(1)～(4)，直到满足上述条件为止。(6)计算各损失得到排汽状态点。4.4.3热经济性计算变工况计算中常因缺少末些级的结构参数而不能准确的计算喷嘴和动叶漏汽量以及级内某些损失时，可以用额定工况下的数值代替，这在工程上是完全允许的。喷嘴漏汽量相对于喷嘴流量，动叶漏汽量相对于动叶流量，以上这些数值都是很小甚至可以忽略。由凝汽器压力值计算其相对应的凝结水焓，根据背压变工况局部变化图得到背压变化后的末级加热器抽汽量和已求得的背压变化后的排汽焓，再由汽轮机功率方程得到变工况后的机组输出功率，可以得到变工况后的机组的热耗和热耗率。4.5背压变化对机组安全性的影响背压的增加也就是即真空度的降低对机组的安全运行具有很大都为威胁。背压过高或过低都会影响机组的安全运行。反压过高的直接影响是：排汽温度升高，排汽汽缸受热膨胀，轴承座向上上升，转子因中性点损坏而产生强烈振动；排汽温度过高也可能引起凝汽器铜管的膨胀和松动，以及循环。凝结水泄漏到凝结水侧，污染凝结水水质。在低负荷情况下，如果背压较高，则排量流量将进一步减小，造成小体积流量，这很容易导致叶片颤振、最终转子叶片出口边缘水蚀、爆炸等安全问题。由于背压的增加会降低经济性，操作人员应尽量将背压保持在较低的水平，但较低的背压也会影响机组运行的安全。凝汽式汽轮机的末级在湿蒸汽区运行，使水滴的方向使叶片提前远大于进口角。偏离叶轮进口方向的水滴撞击叶轮进口的后弧，在机组运行过程中，被压减小蒸汽湿度也会随之增大，湿气损失加大，末级叶片的破坏程度也随之增大。严重时会威胁机组的安全运行。在大压力下轴承坐标高度的变化将导致转子和轴密封间隙的消失，导致动、静摩擦和轴承振动增大。威胁机组的安全运行，严重时可能使设备损坏。当负荷较高时，由于蒸汽压力接近设计值，末级的压差和焓降将超过设计值。如果机组在这种条件下长时间运行，末级叶片将因应力疲劳而断裂。4.6本章小结本章主要介绍了背压的确定方法，通过定性分析背压偏离额定值时对机组热经济性的影响得到了关于根据末级变工况理论，采用变工况的计算，计算并绘制黄岛电厂600MW机组在THA工况下的修正曲线，得出的该曲线可与厂家提供的同意工况下的热耗修正曲线相比并判断其准确性。第5章初终参数变工况实例计算第5章初终参数变工况实例计算5.1初参数变工况实例计算5.1.1初参数变工况实例计算原始数据表5-1主蒸汽压力参数主要数据主蒸汽压力（MPa）16.016.216.416.516.6716.917.117.3热耗设计值（kJ/kW•h）7903.47895.87887.97884.67878.37870.87864.37857.2热耗率设计值（%）0.31590.22070.12580.07830-0.0966-0.1802-0.2653表5-2主蒸汽温度参数主要数据主蒸汽温度（℃）525527530535537540545547550热耗设计值（kJ/kW•h）7905.27801.17892.97881.57871.17869.87858.17854.27847.1热耗率设计值（%）0.36490.30360.21160.05810-0.0841-0.2330-0.2928-0.38185.1.2主蒸汽压力变工况实例计算以黄岛电厂600MW机组为例，分别计算并绘制了THA工况、75%工况以及50%工况下主蒸汽压力与热耗修正曲线，如下所示：表5-3主蒸汽压力与热耗修正曲线变工况计算结果主蒸汽压力（MPa）16.016.216.416.516.6716.917.117.3热耗设计值（kJ/kW•h）7903.47895.87887.97884.67878.37870.87864.37857.2热耗率设计值（%）0.31590.22070.12580.07830-0.0966-0.1802-0.2653热耗计算值（kJ/kW•h）7907.57899.77891.57886.87878.67872.97867.57861.6热耗率计算值（%）0.36930.26530.17240.10970.0079-0.0684-0.1348-0.2123图5-4主蒸汽压力与热耗修正曲线在图5-4中，三阀全开工况下，主蒸汽压力设计值为16.67MPa，热耗设计值为7878.3kJ/(kW·h)。由图可知，当主蒸汽压力变大时，热耗率呈下降的趋势，而当它减小时，又呈上升的趋势，设计值和计算值的斜率不同，但可以看出是近似一样的，而且两者都近似为一次函数曲线。两者之间的误差也不大，甚至在某些工况下重合。在初压波动1%时，设计值和计算值基本上近似重合，尤其在初压比设计值稍大些那些范围他们基本上全部重合，但当初压减小时，他们间的误差会逐渐地增大，这主要是由于在本文采用的近似计算中将流动的物体近似理想化了了，同时，流动的那些气体也近似地被认为是理想气体。这样的近似理想化会忽视一些较小的损失，因此也会影响到计算结果。所以采用本文模型得到的计算结果与厂家给出的原始数据会存在一定的误差。但可以得到误差计算，使他们在运行中初压允许的变化范围内，由图中可以看出最大误差为0.0534%，完全能够满足工程实际需要，而且能够快速得到热耗的修正曲线，方便现场应用。本章主蒸汽压力非设计计算方法得到的热耗修正曲线与制造厂提供的设计曲线的变化趋势一致。虽然有些误差，但它完全能满足实际工程应用的要求。当缺少厂家提供的热耗修正率设计曲线时，可采用该方法计算曲线代替。前已证明了初压变工况模型的正确性，现做出THA工况、75%滑压运行工况、50%滑压运行工况，计算出的结果如图5-5所示：图5-5不同工况下主蒸汽压力与热耗修正曲线由以上计算结果可以看出，在不同工况下，初始压力与热损失的修正曲线具有相同的趋势，几乎是线性的。随着主蒸汽压力的增加，机组的热耗逐渐降低，热系统的经济性得到提高。但不同负荷下初始压力对热耗的修正曲线不同，由图5-5可知，随着负荷的减小，修正曲线的斜率越来越大，即初始压力对热耗的影响越来越大。因此，在对热力试验结果进行初压的修正时，不同工况下应采用对应不同工况下的修正曲线。5.1.3主蒸汽温度变工况实例计算以黄岛电厂600MW机组为例，应用主蒸汽温度变工况计算模型，分别计算并绘制了THA工况、75%工况、50%工况下主蒸汽温度与热耗修正曲线的关系，如下所示：表5-6THA工况主蒸汽温度与热耗修正曲线变工况计算结果主蒸汽温度（℃）525527530535537540545547550热耗设计值（kJ/kW•h）7905.27801.17892.97881.57871.17869.87858.17854.27847.1热耗率设计值（%）0.36490.30360.21160.05810-0.0841-0.2330-0.2928-0.3818热耗计算值（kJ/kW•h）7912.17905.77896.97883.17877.67869.37855.47849.77840.1热耗率计算值（%）0.44610.36540.24730.07840.0076-0.0983-0.2724-0.3502-0.4629主蒸汽温度/℃图5-7THA工况主蒸汽温度与热耗修正曲线在图5-7中，THA工况下，主蒸汽温度的额定值537℃，此时对应的数值为7878.1，当初温逐渐升高时热耗修正率比设计值要小，当初温变大时比设计值要大。且设计值和计算值都近似为一条直线，虽然可以看出他们的斜率不同，但他们的趋势走向是近似相同的。由图可以看出当温度偏离设计值537℃时，无论是增大还是减小，他们的误差是越来越大的当减小到最小值或增大到最大值时的误差最大，也就是为525℃和550℃时，他们的误差分别为0.0815%和-0.0811%，虽然为最大误差但完全能够满足工程实际的需要，同时也说明了该模型的正确性。上面已经证明本文模型的正确性，接着计算出THA工况、75%工况、50%工况的计算上，如图5-8所示：主蒸汽温度/℃图5-8不同工况下主蒸汽温度与热耗修正曲线由图5-8中可知，在不同的负荷下，初始温度变化和热耗修正曲线不同，但近似呈线性，随着负荷的降低，斜率增大。温度偏差越大，对热耗的影响就越大。所以在机组上进行运行时，应在不同条件下采用不同的修正曲线。如果不分情况直接采用THA条件下的曲线，会导致误差更大。5.2终参数变工况实例计算5.2.1终参数变工况实例计算原始数据表5-9背压参数主要数据背压（MPa）2.53.03.54.55.26.08.010.012.0热耗设计值（kJ/kW•h）7764.97893.97779.87829.17877.27936.181