CN104156882A - 基于等效焓降及弗留格尔公式计算热力发电厂变工况方法 - Google Patents

Abstract

一种基于等效焓降及弗留格尔公式计算热力发电厂变工况方法：S1.输入热力发电厂基础数据；S2.选取典型额定工况或者平均工况作为基准工况；S3.计算变工况下的主蒸汽参数；S4.通过等熵膨胀求汽轮机内效率；S5.计算高压缸段抽汽参数；S6.确定再热器系统参数及圧损；S7.基于非线性回归求给水泵汽轮机流量；S8.求取中低压缸抽汽参数；S9.根据能量守恒求解所述排汽焓值；S10.确定加热器出口水及疏水焓值；S11.求得以上各参数后，最后再通过等效焓降计算出一个新的主蒸汽流量D₀，并与前一次计算的流量进行对比，直到两次计算得来的流量相对误差低于0.1％时，迭代计算终止。本发明建立的基于等效焓降变工况计算模型，可便捷地计算得到新运行工况，指导电厂变负荷运行。

Description

基于等效焓降及弗留格尔公式计算热力发电厂变工况方法

技术领域

本发明涉及一种基于等效焓降及改进弗留格尔公式计算热力发电厂变工况的方法

技术背景

等效焓降法是二十世纪七十年代发展起来的一门热工理论，其对热系统的局部定量计算具有简捷、方便和准确的特点，这一方法在电厂热力系统多因素相互影响计算中得到了广泛的应用。在实际应用中机组很少在额定工况下运行，则需要机组选大量由于新蒸汽作功、各级抽汽系数、凝汽系数、再热份额及疏水量等各种因素变化所引起的变化值，此时常规热平衡法难于满足这些要求，而等效焓降法可以满足这些要求。但利用等效焓降求解时，局部参数对其计算结果有较大的影响，此时局部参数的确定就非常重要。同时变工况计算模型中，选取某一个工况为基准工况，而计算工况则根据基准工况求得，此时计算工况各参数点的确定方法就显得非常重要。

在实际工程运用中，某些局部参数很难测定，传统方法是根据设备特征直接求解，而电厂设备复杂繁多，因此这样的计算方法所涉及的参数很多，从而导致计算结果误差也较大.

发明内容

本发明所要解决的技术问题，就是提供一种基于等效焓降及弗留格尔公式计算热力发电厂变工况的方法，该热系统变工况指的是系统的工况发生变动，偏离设计工况或者偏离某一基准工况。

解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种基于等效焓降及弗留格尔公式计算热力发电厂变工况方法，其特征是包括以下步骤：

S1输入热力发电厂基础数据，包括热力发电厂额定工况及平均工况下的主蒸汽参数、再热参数、各级回热参数和排汽参数，所述参数包含压力、温度和流量；

S2选取一个典型的额定工况或者平均工况作为基准工况；

S3计算变工况下的主蒸汽参数

主蒸汽温度设为保持不变，与基准工况中的主蒸汽温度相等；主蒸汽压力是根据厂家给出机组的定压或滑压运行条件而读取的函数，主蒸汽流量初值D₀设与功率成比例：

$D_0=D_{00}\frac{P_e}{P_{e0}};$

P_e——变工况的电功率；0——角码，表示基准工况，无“0”角码者为变化后工况；

S4通过等熵膨胀求汽轮机内效率

汽轮机内效率 ${\mathrm{\η}}_{0i\left(r\right)}=\frac{h_{10\left(r\right)}-h_{20\left(r\right)}}{h_{10\left(r\right)}-h_{20\left(r\right)}^{*}};$

式中h_10(r)——基准工况下r级组的进口蒸汽焓，在逐级组计算中为已知量；

h_20(r)——基准工况下r级组的出口蒸汽焓；

——基准工况下r级组蒸汽在汽轮机中的等熵膨胀到压力为P_20(r)时的焓值；

S5计算高压缸段抽汽参数

计算是基于弗留格尔公式，其是热系统变工况计算的基本公式；高压缸段抽汽流量与主蒸汽流量成正比，抽汽压力与通过级组流量成正比，同时根据内效率求得抽汽焓值和抽汽温度：

抽汽焓值 $h_{2\left(r\right)}=h_{1r}-{\mathrm{\η}}_{0i\left(r\right)}(h_{1\left(r\right)}-h_{2\left(r\right)}^{*});$

式中h_1(r)——变工况下r级组的进口蒸汽焓，在逐级组计算中为已知量；

h_2(r)——变工况下r级组的出口蒸汽焓，即该级的抽汽焓值；

——变工况下r级组蒸汽在汽轮机中的等熵膨胀到P_2(r)时的焓值；

抽汽温度根据以上求得的抽汽压力(现有技术)与抽汽焓值通过规划求解得出(现有技术)；

S6确定再热器系统参数及圧损

再热器后蒸汽的温度定为与主蒸汽温度相等，其压力等于再热器后中压缸进口压力：

再热器后中压缸进口压力与再热蒸汽流量成正比，由下式近似表示：

${P_{\mathrm{zr}}}^{\′\′}={P_{\mathrm{zr}0}}^{\′\′}\frac{D_{\mathrm{zr}}}{D_{\mathrm{zr}0}};$

P_zr″——中压缸进口压力；D_zr——汽轮机中压缸进口流量；0——角码，表示基准工况，无“0”角码者为变化后工况；

再热器系统圧损由下式确定：

$\mathrm{\Δ}{P}_{\mathrm{zr}}={P_{\mathrm{zr}}}^{\′}-{P_{\mathrm{zr}}}^{\′\′}=({P_{\mathrm{zr}0}}^{\′}-{P_{\mathrm{zr}0}}^{\′\′})\frac{D_{\mathrm{zr}}}{D_{\mathrm{zr}0}}=\mathrm{\Δ}{P}_{\mathrm{zr}0}\frac{D_{\mathrm{zr}}}{D_{\mathrm{zr}0}};$

则再热器入口压力为：

P_zr′＝P_zr″+ΔP_zr；

S7基于非线性回归求给水泵汽轮机流量

给水泵汽轮机流量 $\frac{D_{\mathrm{xq}}}{D_0}=k_1+k_2\frac{P_e}{P_{\mathrm{xq}}};$

式中D_xq——给水泵汽轮机流量，D₀——机组主蒸汽流量，P_xq——给水泵汽轮机功率，P_e——电功率，k₁k₂为拟合系数；

其中给水泵汽轮机功率P_xq通过给水泵焓升求得：

P_xq＝ηD₀Δh；

式中Δh——给水泵焓升，η——给水泵效率，由厂家提供；

S8求取中低压缸抽汽参数

求取方法如高压缸抽汽参数求解方法，但低压缸末级的蒸汽基本已处于湿蒸汽状态，此时其内效率不能通过所述等熵膨胀的方法来求；

末级干度通过拟合方法得到，用大量工况得到的算术平均取代，此处设为x，其为一定值；末级压力由上述高压缸方法求得，即抽汽压力与级组流量成正比；

S9根据能量守恒求解所述排汽焓值

以低压缸、凝汽器及低压加热器作为一个研究控制对象，此控制系能量平衡方程如下：

D_Lh_L+D_Bh_B+D_kh_k+D_bh_b+D_xqh_xq＝W_L+D_c(h_c-h′_c)+D_w5h_w5；

式中D_L——低压缸入口流量，h_L——低压缸入口蒸汽焓值，D_B——低压抽汽流量，h_B——低压抽汽焓值，D_k——轴封漏气流量，h_k——轴封漏气焓值，D_b——进入凝汽器补水流量，h_b——进入凝汽器补水焓值，W_L——低压缸做功功值，D_c——凝汽器流量，h_c——排汽焓值，h′_c——凝结水焓值，D_w5——除氧器入口给水流量，h_w5——除氧器入口给水焓值；

能量守恒方程式中，除了排汽焓值未知，其余都根据已知参数求得，从而得到排汽焓值；

S10确定加热器出口水及疏水焓值

确定热系统的各点汽水参数时不考虑加热器的工况，各加热器抽汽圧损近似认为圧损的相对值不变，即δP_r＝ΔP_r/P_r＝常数；加热器的上端差、下端差在不考虑加热器的变工况时，认为不变，该数值由厂家提供；根据端差定义求得各加热器出口水温，由于回热系统中各给水温度较低，压力大小对焓值的影响可以忽略，则认为低压加热器段的凝结水压力为厂家提供的凝结水泵出口压力，并保持不变，而高压加热器段的给水压力为给水泵出口压力并保持不变，最后根据温度与压力求得各加热器出口水焓值：

上端差θ＝t_sj-t_wj+1；

t_sj——加热器汽侧压力下的饱和水温；

t_wj+1——该级的出口水温；

下端差

t_sj′——离开疏水冷却器的疏水温度；

t_wj——该级的进口水温；

加热器出口疏水的温度根据上述公式求得，再由该级抽汽圧损求得的加热器压力求出疏水焓值；

S11求得以上各参数后，最后再通过等效焓降计算出一个新的主蒸汽流量D₀，并与前一次计算的流量进行对比，直到两次计算得来的流量相对误差低于0.1％时，迭代计算终止；所求得的以上各参数及新的主蒸汽流量D₀便是热力发电厂变工况。

本发明首先选取额定工况或者平均工况作为基准工况，并通过等效焓降法计算基准工况各点参数及经济性指标，然后用弗留格尔公式求得机组各抽汽点的参数以及回热系统各参数，最终确定变工况下的经济性指标，得出结果。

所述模型特征：对于末级焓值的计算过程中绕开末级内效率，通过拟合末级干度以及基于弗留格尔公式求得的压力最后得到末级焓值；对于给水泵汽轮机流量的计算方法是通过历史数据进行拟合而得到；通过能量守恒计算排汽焓值。

有益效果：本发明建立了新型的基于等效焓降变工况计算模型，所述模型可以便捷地计算得到新运行工况，指导电厂变负荷运行。

本文通过简单的数学拟合方法求解某些局部重要的参数，其结果也具有普遍适用性，且精度较高。

具体实施方式

本发明的基于等效焓降及弗留格尔公式计算热力发电厂变工况方法实施例，包括以下步骤：

S1输入热力发电厂基础数据，包括热力发电厂额定工况及平均工况下的主蒸汽参数、再热参数、各级回热参数和排汽参数，所述参数包含压力、温度和流量；

S2选取一个典型的额定工况或者平均工况作为基准工况；

S3计算变工况下的主蒸汽参数

主蒸汽温度设为保持不变，与基准工况中的主蒸汽温度相等；主蒸汽压力是根据厂家给出机组的定压或滑压运行条件而读取的函数，主蒸汽流量初值D₀设与功率成比例：

$D_0=D_{00}\frac{P_e}{P_{e0}};$

P_e——变工况的电功率；0——角码，表示基准工况，无“0”角码者为变化后工况；

S4通过等熵膨胀求汽轮机内效率

汽轮机内效率 ${\mathrm{\η}}_{0i\left(r\right)}=\frac{h_{10\left(r\right)}-h_{20\left(r\right)}}{h_{10\left(r\right)}-h_{20\left(r\right)}^{*}};$

式中h_10(r)——基准工况下r级组的进口蒸汽焓，在逐级组计算中为已知量；

h_20(r)——基准工况下r级组的出口蒸汽焓；

——基准工况下r级组蒸汽在汽轮机中的等熵膨胀到压力为P_20(r)时的焓值；

S5计算高压缸段抽汽参数

计算是基于弗留格尔公式，其是热系统变工况计算的基本公式；高压缸段抽汽流量与主蒸汽流量成正比，抽汽压力与通过级组流量成正比，同时根据内效率求得抽汽焓值和抽汽温度：

抽汽焓值 $h_{2\left(r\right)}=h_{1r}-{\mathrm{\η}}_{0i\left(r\right)}(h_{1\left(r\right)}-h_{2\left(r\right)}^{*});$

式中h_1(r)——变工况下r级组的进口蒸汽焓，在逐级组计算中为已知量；

h_2(r)——变工况下r级组的出口蒸汽焓，即该级的抽汽焓值；

——变工况下r级组蒸汽在汽轮机中的等熵膨胀到P_2(r)时的焓值；

抽汽温度根据以上求得的抽汽压力(现有技术)与抽汽焓值通过规划求解得出(现有技术)；

S6确定再热器系统参数及圧损

再热器后蒸汽的温度定为与主蒸汽温度相等，其压力等于再热器后中压缸进口压力：

再热器后中压缸进口压力与再热蒸汽流量成正比，由下式近似表示：

${P_{\mathrm{zr}}}^{\′\′}={P_{\mathrm{zr}0}}^{\′\′}\frac{D_{\mathrm{zr}}}{D_{\mathrm{zr}0}};$

P_zr″——中压缸进口压力；D_zr——汽轮机中压缸进口流量；0——角码，表示基准工况，无“0”角码者为变化后工况；

再热器系统圧损由下式确定：

$\mathrm{\Δ}{P}_{\mathrm{zr}}={P_{\mathrm{zr}}}^{\′}-{P_{\mathrm{zr}}}^{\′\′}=({P_{\mathrm{zr}0}}^{\′}-{P_{\mathrm{zr}0}}^{\′\′})\frac{D_{\mathrm{zr}}}{D_{\mathrm{zr}0}}=\mathrm{\Δ}{P}_{\mathrm{zr}0}\frac{D_{\mathrm{zr}}}{D_{\mathrm{zr}0}};$

则再热器入口压力为：

P_zr′＝P_zr″+ΔP_zr；

S7基于非线性回归求给水泵汽轮机流量

给水泵汽轮机流量 $\frac{D_{\mathrm{xq}}}{D_0}=k_1+k_2\frac{P_e}{P_{\mathrm{xq}}};$

式中D_xq——给水泵汽轮机流量，D₀——机组主蒸汽流量，P_xq——给水泵汽轮机功率，P_e——电功率，k₁k₂为拟合系数；

其中给水泵汽轮机功率P_xq通过给水泵焓升求得：

P_xq＝ηD₀Δh；

式中Δh——给水泵焓升，η——给水泵效率，由厂家提供；

S8求取中低压缸抽汽参数

求取方法如高压缸抽汽参数求解方法，但低压缸末级的蒸汽基本已处于湿蒸汽状态，此时其内效率不能通过所述等熵膨胀的方法来求；

末级干度通过拟合方法得到，通过大量工况数据研究，末级干度随着工况的变动幅度很小，即可以用大量工况得到的算术平均取代，而结果误差很小，此处设为x，其为一定值；末级压力由上述高压缸方法求得，即抽汽压力与级组流量成正比；

S9根据能量守恒求解所述排汽焓值

以低压缸、凝汽器及低压加热器作为一个研究控制对象，此控制系能量平衡方程如下：

D_Lh_L+D_Bh_B+D_kh_k+D_bh_b+D_xqh_xq＝W_L+D_c(h_c-h′_c)+D_w5h_w5；

式中D_L——低压缸入口流量，h_L——低压缸入口蒸汽焓值，D_B——低压抽汽流量，h_B——低压抽汽焓值，D_k——轴封漏气流量，h_k——轴封漏气焓值，D_b——进入凝汽器补水流量，h_b——进入凝汽器补水焓值，W_L——低压缸做功功值，D_c——凝汽器流量，h_c——排汽焓值，h′_c——凝结水焓值，D_w5——除氧器入口给水流量，h_w5——除氧器入口给水焓值；

能量守恒方程式中，除了排汽焓值未知，其余都根据已知参数求得，从而得到排汽焓值；

S10确定加热器出口水及疏水焓值

确定热系统的各点汽水参数时不考虑加热器的工况，各加热器抽汽圧损近似认为圧损的相对值不变，即δP_r＝ΔP_r/P_r＝常数；加热器的上端差、下端差在不考虑加热器的变工况时，认为不变，该数值由厂家提供；根据端差定义求得各加热器出口水温，由于回热系统中各给水温度较低，压力大小对焓值的影响可以忽略，则认为低压加热器段的凝结水压力为厂家提供的凝结水泵出口压力，并保持不变，而高压加热器段的给水压力为给水泵出口压力并保持不变，最后根据温度与压力求得各加热器出口水焓值：

上端差θ＝t_sj-t_wj+1；

t_sj——加热器汽侧压力下的饱和水温；

t_wj+1——该级的出口水温；

下端差

t_sj′——离开疏水冷却器的疏水温度；

t_wj——该级的进口水温；

加热器出口疏水的温度根据上述公式求得，再由该级抽汽圧损求得的加热器压力求出疏水焓值；

S11求得以上各参数后，最后再通过等效焓降计算出一个新的主蒸汽流量D₀，并与前一次计算的流量进行对比，直到两次计算得来的流量相对误差低于0.1％时，迭代计算终止；所求得的以上各参数及新的主蒸汽流量D₀便是热力发电厂变工况。

Claims (9)

1.一种基于等效焓降及弗留格尔公式计算热力发电厂变工况方法，其特征是包括以下步骤：

S1输入热力发电厂基础数据；

S2选取一个典型额定工况或者平均工况作为基准工况；

S3计算变工况下的主蒸汽参数；

S4通过等熵膨胀求汽轮机内效率；

S5计算高压缸段抽汽参数；

S6确定再热器系统参数及圧损；

S7基于非线性回归求给水泵汽轮机流量；

S8求取中低压缸抽汽参数；

S9根据能量守恒求解所述排汽焓值；

S10确定加热器出口水及疏水焓值；

S11求得以上各参数后，最后再通过等效焓降计算出一个新的主蒸汽流量D₀，并与前一次计算的流量进行对比，直到两次计算得来的流量相对误差低于0.1％时，迭代计算终止；

所求得的以上各参数及新的主蒸汽流量D₀便是热力发电厂变工况。

2.根据权利要求1所述的基于等效焓降及弗留格尔公式计算热力发电厂变工况方法，其特征是：所述的步骤S3具体为：

主蒸汽温度设为保持不变，与基准工况中的主蒸汽温度相等；主蒸汽压力是根据厂家给出机组的定压或滑压运行条件而读取的函数，主蒸汽流量初值D₀设与功率成比例：

$D_0=D_{00}\frac{P_e}{P_{e0}};$

P_e——变工况的电功率；0——角码，表示基准工况，无“0”角码者为变化后工况。

3.根据权利要求1所述的基于等效焓降及弗留格尔公式计算热力发电厂变工况方法，其特征是：所述的步骤S4具体为：

汽轮机内效率 ${\mathrm{\η}}_{0i\left(r\right)}=\frac{h_{10\left(r\right)}-h_{20\left(r\right)}}{h_{10\left(r\right)}-h_{20\left(r\right)}^{*}};$

式中h_10(r)——基准工况下r级组的进口蒸汽焓，在逐级组计算中为已知量；

h_20(r)——基准工况下r级组的出口蒸汽焓；

——基准工况下r级组蒸汽在汽轮机中的等熵膨胀到压力为P_20(r)时的焓值。

4.根据权利要求1所述的基于等效焓降及弗留格尔公式计算热力发电厂变工况方法，其特征是：所述的步骤S5具体为：

计算是基于弗留格尔公式，其是热系统变工况计算的基本公式；高压缸段抽汽流量与主蒸汽流量成正比，抽汽压力与通过级组流量成正比，同时根据内效率求得抽汽焓值和抽汽温度：

抽汽焓值 $h_{2\left(r\right)}=h_{1r}-{\mathrm{\η}}_{0i\left(r\right)}(h_{1\left(r\right)}-h_{2\left(r\right)}^{*});$

式中h_1(r)——变工况下r级组的进口蒸汽焓，在逐级组计算中为已知量；

h_2(r)——变工况下r级组的出口蒸汽焓，即该级的抽汽焓值；

——变工况下r级组蒸汽在汽轮机中的等熵膨胀到P_2(r)时的焓值；

抽汽温度根据以上求得的抽汽压力与抽汽焓值通过规划求解得出。

5.根据权利要求1所述的基于等效焓降及弗留格尔公式计算热力发电厂变工况方法，其特征是：所述的步骤S6具体为：

再热器后蒸汽的温度定为与主蒸汽温度相等，其压力根据以下方法确定：？

再热器后中压缸进口压力与再热蒸汽流量成正比，由下式近似表示：

${P_{\mathrm{zr}}}^{\′\′}={P_{\mathrm{zr}0}}^{\′\′}\frac{D_{\mathrm{zr}}}{D_{\mathrm{zr}0}};$

P_zr″——中压缸进口压力；D_zr——汽轮机中压缸进口流量；0——角码，表示基准工况，无“0”角码者为变化后工况；

再热器系统圧损由下式确定：

$\mathrm{\Δ}{P}_{\mathrm{zr}}={P_{\mathrm{zr}}}^{\′}-{P_{\mathrm{zr}}}^{\′\′}=({P_{\mathrm{zr}0}}^{\′}-{P_{\mathrm{zr}0}}^{\′\′})\frac{D_{\mathrm{zr}}}{D_{\mathrm{zr}0}}=\mathrm{\Δ}{P}_{\mathrm{zr}0}\frac{D_{\mathrm{zr}}}{D_{\mathrm{zr}0}};$

则再热器入口压力为：

P_zr′＝P_zr″+ΔP_zr。

6.根据权利要求1所述的基于等效焓降及弗留格尔公式计算热力发电厂变工况方法，其特征是：所述的步骤S7具体为：

给水泵汽轮机流量 $\frac{D_{\mathrm{xq}}}{D_0}=k_1+k_2\frac{P_e}{P_{\mathrm{xq}}};$

式中D_xq——给水泵汽轮机流量，D₀——机组主蒸汽流量，P_xq——给水泵汽轮机功率，P_e——电功率，k₁k₂为拟合系数；

其中给水泵汽轮机功率P_xq通过给水泵焓升求得：

P_xq＝ηD₀Δh；

式中Δh——给水泵焓升，η——给水泵效率，由厂家提供。

7.根据权利要求1所述的基于等效焓降及弗留格尔公式计算热力发电厂变工况方法，其特征是：所述的步骤S8具体为：

求取方法如高压缸抽汽参数求解方法，但低压缸末级的蒸汽基本已处于湿蒸汽状态，此时其内效率不能通过所述等熵膨胀的方法来求；

本发明采取通过拟合方法得到末级干度，用大量工况得到的算术平均取代，此处设为x，其为一定值；末级压力由上述高压缸方法求得，即抽汽压力与级组流量成正比。

8.根据权利要求1所述的基于等效焓降及弗留格尔公式计算热力发电厂变工况方法，其特征是：所述的步骤S9具体为：

以低压缸、凝汽器及低压加热器作为一个研究控制对象，此控制系能量平衡方程如下：

D_Lh_L+D_Bh_B+D_kh_k+D_bh_b+D_xqh_xq＝W_L+D_c(h_c-h′_c)+D_w5h_w5；

式中D_L——低压缸入口流量，h_L——低压缸入口蒸汽焓值，D_B——低压抽汽流量，h_B——低压抽汽焓值，D_k——轴封漏气流量，h_k——轴封漏气焓值，D_b——进入凝汽器补水流量，h_b——进入凝汽器补水焓值，W_L——低压缸做功功值，D_c——凝汽器流量，h_c——排汽焓值，h′_c——凝结水焓值，D_w5——除氧器入口给水流量，h_w5——除氧器入口给水焓值；能量守恒方程式中，除了排汽焓值未知，其余都根据已知参数求得，从而得到排汽焓值。

9.根据权利要求1所述的基于等效焓降及弗留格尔公式计算热力发电厂变工况方法，其特征是：所述的步骤S10具体为：

确定热系统的各点汽水参数时不考虑加热器的工况，各加热器抽汽圧损近似认为圧损的相对值不变，即δP_r＝ΔP_r/P_r＝常数；加热器的上端差、下端差在不考虑加热器的变工况时，认为不变，该数值由厂家提供；根据端差定义求得各加热器出口水温，由于回热系统中各给水温度较低，压力大小对焓值的影响可以忽略，则认为低压加热器段的凝结水压力为厂家提供的凝结水泵出口压力，并保持不变，而高压加热器段的给水压力为给水泵出口压力并保持不变，最后根据温度与压力求得各加热器出口水焓值：

上端差θ＝t_sj-t_wj+1；

t_sj——加热器汽侧压力下的饱和水温；

t_wj+1——该级的出口水温；

下端差

t_sj′——离开疏水冷却器的疏水温度；

t_wj——该级的进口水温；

加热器出口疏水的温度根据上述公式求得，再由该级抽汽圧损求得的加热器压力求出疏水焓值。