等效熱降法在汽輪機(jī)通式及工況分析中的應(yīng)用

等效熱降法在汽輪機(jī)通式及工況分析中的應(yīng)用

1熱力分析參量等效熱降法是基于熱變量原理的原則上。考慮到設(shè)備質(zhì)量、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和參數(shù)的特點(diǎn)，通過嚴(yán)格的理論推導(dǎo)，介紹了hj和hj等熱量分析參數(shù)，并用于研究熱態(tài)轉(zhuǎn)換和能量利用。該方法摒棄了常規(guī)計(jì)算的缺點(diǎn),不需要全盤重新計(jì)算就能查明系統(tǒng)變化后的經(jīng)濟(jì)性,即用簡捷的局部運(yùn)算代替整個(gè)系統(tǒng)的繁雜計(jì)算。經(jīng)過大量實(shí)踐證明,該方法具有簡便、準(zhǔn)確的特點(diǎn)。2r疏水加熱等效熱降是指排擠1kg加熱器抽汽返回汽輪機(jī)后的真實(shí)做功大小。抽汽等效熱降計(jì)算通式為:Ηj=(hj-hn)-j-1∑r=1ArqrΗrHj=(hj?hn)?∑r=1j?1ArqrHr按做功與加入熱量之比,可得出相應(yīng)的抽汽效率,即:ηj=Ηjqjηj=Hjqj式中Ar取γr或者τr,根據(jù)加熱器型式而定。τr—1kg給水在加熱器j中的焓升;γr—1kg疏水在加熱器j中的放熱量;r—加熱器j后更低壓力抽汽口腳碼。說明:①如果№j為匯集式加熱器,則Ar均以τr代之;如果№j為疏水放流式加熱器,則從j以下直到(包括)匯集式加熱器用γr代替Ar;而在匯集式加熱器以下,無論是匯集式或疏水放流式加熱器,則一律以τr代替Ar。②qj、hj、hn分別為加熱器j中1kg抽汽的放熱量、加熱器j對(duì)應(yīng)的1kg抽汽的焓、汽輪機(jī)排汽焓。3各加熱器中水雙環(huán)升j及放熱量qj/hj2以N25型機(jī)組為例(見圖1),利用等效熱降理論,對(duì)機(jī)組經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行計(jì)算分析。根據(jù)文獻(xiàn),針對(duì)不同加熱器的類型,其加熱器的給水焓升τj、抽汽在加熱器中的放熱qj、疏水在加熱器中的放熱γj整理如下(此處省略了詳細(xì)的計(jì)算公式,計(jì)算數(shù)據(jù)源于實(shí)測量和汽輪機(jī)說明書):各加熱器中給水焓升τj(單位:kJ/kg,以下同):τ1=119.2;τ2=112.54;τ3=59.16;τ4=97.97;τ5=135.32。各級(jí)抽汽在加熱器中的放熱量qj:q1=2204.85;q2=2239.23;q3=2266.27;q4=2275.57;q5=2302.82。疏水在相應(yīng)加熱器中的放熱量γj:γ1=244.55;γ2=0(無上級(jí)疏水);γ3=166.43;γ4=137.08;γ5=0(無上級(jí)疏水)。新蒸汽及各抽汽焓hj:h0=3304.22;h1=2482.65;h2=2629.48;h3=2703.29;h4=2832.24;h5=2996.58;hn=2297.93。3.1廠汽量gc1c考慮加熱器散熱損失ηs,取ηs=0.98,則各加熱器抽汽系數(shù)αj為:α5=τ5/q5ηs=0.0599α4=(τ4-α5γ4-τb)/q4ηs=0.0368式中τb—給水在泵內(nèi)的焓升,τb=(V″p×P″p-V′p×P′b)×1000/ηb=7.6kJ/kg。V″p—水在泵出口的比容,P″p=6.0MPa,溫度為101℃時(shí),V″p=1.04266×10-3m3/kg;V′p—水在泵入口的比容,P′p=0.03MPa,溫度為99℃時(shí),V′p=1.04266×10-3m3/kg;ηb—給水泵效率,ηb=0.82。α3=[τ3-(α5+α4)γ3]/q3ηs=0.0194αH=1-(α5+α4+α3)=0.8839α2=αHτ2/q2ηs=0.0453α1=(αHτ1-α2γ1)/q1ηs=0.0436αnn=αH-(α1+α2+αc1+αc2)=0.7832流過疏水泵的疏水份額β=α1+α2=0.0889說明:αc1、αc2—抽汽器耗用新蒸汽份額、廠用蒸汽份額,額定工況時(shí)新蒸汽進(jìn)汽量G=110000kg/h,抽汽器耗汽量Gc1=300kg/h,廠用蒸汽耗汽量Gc2=1000kg/h,故αc1=300/110000=0.00273,αc2=1000/110000=0.0091。αH、αnn—高加給水份額、主凝結(jié)水份額。3.2等效熱降計(jì)算抽汽等效熱降Hj、抽汽效率ηj利用上面提到的計(jì)算公式計(jì)算結(jié)果為:H1=h1-hn=184.82kJ/kgη1=H1/q1=0.08378H2=h2-h1+H1-γ1η1=311.06kJ/kgη2=H2/q2=0.13891H3=h3-h1+H1-τ1η-τ2η2=379.74kJ/kgη3=H3/q3=0.16756H4=h4-h3+H3-γ3η3=480.803kJ/kgη4=H4/q4=0.21129H5=h5-h4+H4-γ4η4=616.18kJ/kgη5=H5/q5=0.26758如果把鍋爐視為匯集式加熱器,等效熱降理論同樣適用于新蒸汽,則新蒸汽毛等效熱降:HM=h0-h3+H3-τ3η3-τ4η4-τ5η5=913.848kJ/kg當(dāng)考慮汽輪機(jī)軸封滲漏、軸封抽汽器耗功、給水泵耗功等引起的汽輪機(jī)實(shí)際作功附加損失后,則新蒸汽凈等效熱降H:H=HM-ΣΠ=904.2267kJ/kg其中ΣΠ為上述所有附加損失之和,ΣΠ=9.6213kJ/kg。4經(jīng)濟(jì)診斷4.1抽汽器系統(tǒng)回收功計(jì)算射汽抽汽器利用新蒸汽作動(dòng)力,通過蒸汽噴射原理而抽吸軸封的汽-氣混合物,由于抽汽器的耗汽,新蒸汽的作功能力將下降,下面以軸封加熱器凝結(jié)水回收到凝汽器進(jìn)行分析。根據(jù)等效熱降,新蒸汽作功損失:ΔH1=αc1(h0-hn)=0.00273×(3304.22-2297.93)=2.7472kJ/kg用抽汽加熱器進(jìn)行余熱利用的回收功:ΔΗ2=αc2(h0-ˉtc)η1=0.00273×(3304.22-858.69)×0.08378=0.5593kJ/kgΔH2=αc2(h0?tˉc)η1=0.00273×(3304.22?858.69)×0.08378=0.5593kJ/kg式中ˉttˉc—軸封加熱器排出疏水焓,在Pc=1.6MPa時(shí),其焓值ˉtc=858.69kJ/kg。故抽汽器系統(tǒng)的實(shí)際作功損失為:ΔH=ΔH1-ΔH2=2.1879kJ/kg裝置效率相對(duì)降低:δηi=ΔH/(H-ΔH)×100%=2.1879/(913.848-2.1879)×100%=0.24%發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗相對(duì)上升:Δbg=bg·δηi=1.056g/kWh式中bg—機(jī)組發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗,bg=440g/kWh全年發(fā)電煤耗相對(duì)增加:ΔB=Δbg·N·C=1.056×25000×7500×10-6=198t式中N—機(jī)組額定功率,N=25000kW;C—機(jī)組平均運(yùn)行小時(shí)數(shù),C=7500h。4.2汽側(cè)回收功計(jì)算廠用蒸汽在供給生產(chǎn)和生活所必需的同時(shí),必然造成新蒸汽作功能力下降,熱經(jīng)濟(jì)性降低。因此應(yīng)盡量即滿足生產(chǎn)和生活用汽的需要,又使熱經(jīng)濟(jì)損失盡可能減小。廠用蒸汽取自№4加熱器,則廠用蒸汽作功損失為:ΔH1=αc2(h4-hn)=0.0091×(2832.24-2297.93)=4.86kJ/kg廠用蒸汽凝結(jié)水返回№3加熱器汽側(cè),則回收功為:ΔΗ2=αc2[(ˉtc-ˉt3)η3+2∑r=1τrηr]=0.0091×[(600.95-440.18)×0.16756+119.2×0.08378+112.54×0.13891]=0.478kJ/kg式中ˉtc—廠用蒸汽排出疏水焓,在Pc=0.39MPa時(shí),為600.95kJ/kg;ˉt3—除氧器出水焓,在105℃時(shí),為440.18kJ/kg。故廠用蒸汽的實(shí)際作功損失為:ΔH=ΔH1-ΔH2=4.382kJ/kg裝置效率相對(duì)降低:δηi=ΔH/(H-ΔH)×100%=4.382/(904.2267-4.382)×100%=0.487%發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗上升:Δbg=bg·δηi=2.43g/kWh全年發(fā)電煤耗相對(duì)增加:ΔB=Δbg·N·C=401.8t4.3凝結(jié)水加熱維護(hù)凝結(jié)器無過冷卻度時(shí),凝結(jié)水焓τn等于排汽壓力下的飽和水焓τn。當(dāng)產(chǎn)生過冷卻時(shí),凝結(jié)水焓降低到τ′n,其過冷卻度(以熱焓差表示,kJ/kg)Δτn=τn-τ′n。顯然,由于過冷卻度的出現(xiàn),使加熱器用于加熱凝結(jié)水的耗熱量增加αnn·Δτn,抽汽量亦增加,由于運(yùn)行維護(hù)不當(dāng),出現(xiàn)凝結(jié)水過冷卻度增加2℃,亦即Δτn=8.3675kJ/kg。按等效熱降原理,新蒸汽等效熱降減少:ΔH=αnn·Δτn·η1=0.7832×8.3675×0.08378=0.5490kJ/kg裝置效率相對(duì)降低:δηi=ΔH/(H-ΔH)×100%=0.5490/(904.2267-0.5494)×100%=0.061%因而凝結(jié)水過冷卻度增加2℃后,使發(fā)電煤耗量相對(duì)增加:Δbg=bg·δηi=0.2684g/kWh全年發(fā)電煤耗相對(duì)增加:ΔB=Δbg·N·C=50.325t4.4回用n的b0—高加給水旁路滲漏在高加給水系統(tǒng)中,由于保護(hù)高加需要,設(shè)有給水旁路,高加正常運(yùn)行時(shí),給水旁路應(yīng)該切斷,但實(shí)際生產(chǎn)中,往往由于閥門關(guān)閉不嚴(yán)或其他原因,部分給水繞過加熱器產(chǎn)生短路(見圖2),影響了加熱器的熱經(jīng)濟(jì)性,按等效熱降理論,裝置效率相對(duì)降低為:δηi=αb0n∑r=jτr(ηi-ηr)Η+αb0n∑r=jτr(ηi-ηr)×100%=0.15×[97.97×(0.3528-0.21129)+135.32×(0.3528-0.26758)]×{904.2267+0.15×[97.97×(0.3528-0.21129)+135.32×(0.3528-0.26758)]}-1×100%=0.42%式中αb0—旁路滲漏給水份額,設(shè)αb0=15%;ηr—加熱器抽汽效率;ηi—汽輪機(jī)效率,ηi=Η/Q=Η/(h0-ˉtgs)=904.2267/2563.03=0.3528;ˉtgs—鍋爐給水焓,查表得高加出口水溫為175℃時(shí)ˉtgs=741.19kJ/kg。發(fā)電煤耗相對(duì)上升:Δbg=bg·δηi=1.848g/kWh全年發(fā)電煤耗相對(duì)增加:ΔB=Δbg·N·C=346.5t由此可見高加給水旁路漏泄時(shí)對(duì)發(fā)電煤耗影響相當(dāng)嚴(yán)重。4.5低加疏水泵在該熱力系統(tǒng)中安裝有低加疏水泵,但在實(shí)際運(yùn)行中,一直沒有投運(yùn),即讓疏水自流入凝汽器,這樣將導(dǎo)致疏水熱量利用場所發(fā)生變化,主凝結(jié)水因疏水混合而提高焓值Δτ(取Δτ=1.2kJ/kg)的熱量αnnΔτ不再利用于上一級(jí)加熱器能級(jí)上。因而,取消疏水泵將使新蒸汽作功降低,也就是說,采用疏水泵后,新蒸汽等效熱降的增加值為:ΔH=αnnΔτη2+β(τ1-Δτ)η1=0.78367×1.2×0.13891+0.0891×(119.2-1.2)×0.08378=1.009kJ/kg因此,取消疏水泵后,裝置效率相對(duì)降低:δηi=ΔH/(H-ΔH)×100%=1.012/(904.2267-1.012)×100%=0.112%發(fā)電煤耗相對(duì)上升:Δbg=bg·δηi=0.528g/kWh全年發(fā)電煤耗量相對(duì)增加:ΔB=Δbg·N·C=99t5減少軸封加熱器抽汽器用汽的必要性(1)通過以上定量分析可知,高品位蒸汽合理利用對(duì)火電廠節(jié)能降耗具有重要意義。如軸封加熱器抽汽器用汽和廠用蒸汽系統(tǒng)用汽對(duì)機(jī)組發(fā)電煤耗影響嚴(yán)重。(2)為了降低煤耗,在滿足機(jī)組安全運(yùn)行的前提下,通過調(diào)整試驗(yàn),減