CN104483152A - 非再热回热复合循环机组的热耗率测定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种非再热回热复合循环机组的热耗率测定方法，非再热回热复合循环机组由一个汽缸组成，其三级抽汽依次编号为第一级、第二级和第三级抽汽，并分别与第一级、第二级和第三级加热器相连，第一级加热器为表面式加热器，其疏水排向第二级加热器，第二级加热器为混合式加热器，第三级加热器为表面式加热器，其疏水排向凝汽器热井，所述非再热回热复合循环机组的热耗率的测定步骤如下：获取非再热无回热循环的无量纲热耗率及回热作功比；确定非再热回热复合循环机组的热耗率。本发明根据回热作功比和主蒸汽初终参数、汽轮机排汽压力就可以测定出汽轮发电机组的热耗率，简少了热耗率软测量所必须的检测参量。

Description

非再热回热复合循环机组的热耗率测定方法

技术领域

本发明涉及一种针对非再热回热循环机组的热耗率的测定方法，可用于非再热机组热耗率的软测量，属于软测量领域。

背景技术

非再热机组热耗率是反映汽轮发电机组能效的重要指标，传统的测算方法是基于热平衡原理，除了测量主蒸汽参量和发电功率外，还需要测量相关抽汽压力和温度，进而通过测算相关回热抽汽份额和机组热耗量，测算机组热耗率。

当需要机组热耗率预测时，由于无法获得与主蒸汽参量和发电功率预测值对应的抽汽压力和温度检测值，导致传统的测算方法失效。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提出一种只需要测量主蒸汽参数、汽轮机排气压力和发电功率，进而通过计算机组的非回热热耗率和回热作功比，测定机组热耗率的新方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种非再热回热复合循环机组的热耗率测定方法，所述非再热回热复合循环机组由一个气缸组成，其三级抽汽依次编号为第一级、第二级和第三级抽汽，并分别与第一级、第二级和第三级加热器相连，第一级加热器为表面式加热器，其疏水排向第二级加热器，第二级加热器为混合式加热器，第三级加热器为表面式加热器，其疏水排向凝汽器热井，其特征在于，所述非再热回热复合循环机组的热耗率的测定步骤如下：

步骤1：获取非再热无回热循环的无量纲热耗率HR_RK及回热作功比X_r，

步骤2：确定非再热回热复合循环机组的热耗率HR_RH&RG：

其中，η_mg是汽轮发电机组内机械效率与发电机效率的乘积。

所述非再热无回热循环的无量纲热耗率HR_RK的获取方法如下：

步骤1：获取非再热机组主蒸汽温度t₀、主蒸汽压力p₀以及低压缸排汽压力p_c，

步骤2：由非再热机组主蒸汽温度t₀和主蒸汽压力p₀，根据1997年国际水和水蒸汽性质协会提出的工业用水和水蒸汽热力性质模型IAPWS-IF97(Association for the Properties of Water and Steam)，计算得到主蒸汽焓值h₀和主蒸汽的熵s₀；汽轮机等熵排汽熵s_c ^*＝s₀；由汽轮机排汽压力p_c和等熵排汽熵s_c ^*，根据所述工业用水和水蒸气热力性质模型，计算得到等熵排汽焓h_c ^*；根据各设计工况下汽轮机相对内效率η_ri，通过线性插值公式获得在非设计工况下负荷率对应的汽轮机相对内效率η_ri，由汽轮机相对内效率η_ri，计算得实际排汽焓h_c＝h₀-η_ri(h₀-h_c ^*)；由汽轮机排汽压力p_c，根据工业用水和水蒸气热力性质模型，计算得到凝结水焓h_wc；

步骤3：根据热耗率定义，得非再热无回热循环的无量纲热耗率：

${\mathrm{HR}}_{\mathrm{RK}}=\frac{h_0-h_{\mathrm{wc}}}{h_0-h_c}$

其中，h₀为主蒸汽焓，h_c为实际排汽焓，h_wc为凝结水焓。

所述回热作功比X_r的获取方法如下：

根据各设计工况下回热作功比X_r，通过线性插值公式获得在非设计工况下负荷率对应的回热作功比X_r。

对于非再热无回热的循环，无量纲热耗率HR_RK为：

${\mathrm{HR}}_{\mathrm{RK}}=\frac{h_0-h_{\mathrm{wc}}}{h_0-h_c}---\left(1\right)$

式中，h₀为主蒸汽焓、h_c为低压缸排汽焓、h_wc为凝结水焓。

对于非再热有回热的循环，可视为回热汽流循环与凝汽流循环的复合。在该复合循环中，回热汽流循环是无冷源损失的循环其无量纲热耗率HR_r＝1，而凝汽流循环具有冷源损失，其无量纲热耗率为

根据汽轮发电机组热耗率的定义，对于非再热有回热的循环，汽轮发电机组的热耗率HR_RH&RG为

式中，η_mg是汽轮发电机组内机械效率与发电机效率的乘积，此处根据设计数据取为常数η_mg＝0.96。

式中，Q为汽轮机组循环吸热量，W为汽轮机作功量，w_r是回热汽流循环的作功量、HR_r是回热汽流循环的热耗率、w_c是凝汽流循环的作功量、HR_c是凝汽流循环的热耗率。

其中， ${\mathrm{HR}}_r=1,{\mathrm{HR}}_c={\mathrm{HR}}_{\mathrm{RK}}=\frac{h_0-h_{\mathrm{wc}}}{h_0-h_c}$

将回热作功比定义代入式(2)可得：

本发明方法不仅简少了热耗率软测量所必须的检测参量；还可以根据主蒸汽参数和发电功率的预测值，实现机组热耗率的预测。

本发明的优点在于：

(1)本发明根据汽轮发电机组热耗率定义严格推导得到，与传统热平衡计算方法得到的计算结果完全一致，无需验证。(2)根据回热作功比和主蒸汽初终参数、汽轮机排汽压力就可以测定出汽轮发电机组的热耗率，简少了热耗率软测量所必须的检测参量。(3)根据主蒸汽参数、汽轮机排汽压力、发电功率的预测值完成对汽轮机组热耗率的预测。

附图说明

图1为本发明的非再热机组热耗率测定方法的计算流程示意图；

图2为本发明使用的非再热回热汽轮机结构图。

具体实施方式

一种非再热回热复合循环机组的热耗率测定方法，其计算模型是针对一个具有三级回热的非再热机组。该汽轮机由一个气缸组成，其三级抽汽依次编号为第1级、第2级和第3级抽汽，并分别与第1级、第2级和第3级加热器相连，第1级加热器为表面式加热器，其疏水排向第2级加热器，第2级加热器为混合式加热器，第3级加热器为表面式加热器，其疏水排向凝汽器热井。

测定步骤如下，

步骤1：循环初终参数的计算

步骤1.1：取用各设计工况下(100％负荷，75％负荷，50％负荷，40％负荷，30％负荷)汽轮机相对内效率η_ri(见表1)，在非设计工况下根据负荷率通过线性插值公式获得对应的汽轮机相对内效率η_ri。取用各设计工况下(100％负荷，75％负荷，50％负荷，40％负荷，30％负荷)回热作功比X_r(见表2)，在非设计工况下根据负荷率通过线性插值公式获得对应的回热作功比X_r。取用汽轮机发电机组内机械效率与发电机效率的乘积η_mg＝0.96。

表1各设计工况负荷率下机组汽轮机相对内效率

负荷率％	100	75	50	40	30
						低压缸效率	0.850	0.846	0.843	0.841	0.840

表2设计工况下回热作功比与负荷率的关系

负荷率％	100	75	50	40	30
						Xr	0.18053	0.16389	0.14428	0.13455	0.12296

步骤1.2：从火电厂厂级监控信息系统SIS或分散控制系统DCS的数据库中，获取如下数据：非再热机组主蒸汽温度t₀和主蒸汽压力p₀；汽轮机排汽压力p_c。

步骤1.3：由非再热机组主蒸汽温度t₀和主蒸汽压力p₀，根据1997年国际水和水蒸汽性质协会提出的工业用水和水蒸汽热力性质模型IAPWS-IF97(Association for the Properties of Water and Steam)，计算得到主蒸汽焓值h₀和主蒸汽的熵s₀；汽轮机等熵排汽熵s_c ^*＝s₀；由汽轮机排汽压力p_c和等熵排汽熵s_c ^*，根据IAPWS-IF97，计算得到等熵排汽焓h_c ^*；由汽轮机相对内效率η_ri，计算得实际排汽焓h_c＝h₀-η_ri(h₀-h_c ^*)；由汽轮机排汽压力p_c(该参数即为凝气器饱和压力)，根据IAPWS-IF97，计算得到凝结水焓h_wc。

步骤2：计算非再热无回热循环的无量纲热耗率HR_RK

根据步骤1计算获得了主蒸汽焓h₀、实际排汽焓h_c、凝结水焓h_wc。

则根据定义，得非再热无回热循环的无量纲热耗率：

${\mathrm{HR}}_{\mathrm{RK}}=\frac{h_0-h_{\mathrm{wc}}}{h_0-h_c}---\left(1\right)$

步骤3：根据设计工况下的回热作功比与负荷率R之间的关系(见附表2)，在非设计工况下根据负荷率R通过线性插值公式获得对应的回热作功比X_r。

步骤4：根据：

其中η_mg是汽轮发电机组内机械效率与发电机效率的乘积，此处根据设计数据取为常数η_mg＝0.96，计算得出非再热回热循环机组的热耗率。

以图2所示机组为例，其计算模型是针对一个具有三级回热的非再热机组。该汽轮机由一个气缸组成，其三级抽汽依次编号为第1级、第2级和第3级抽汽，并分别与第1级、第2级和第3级加热器相连，第1级加热器为表面式加热器，其疏水排向第2级加热器，第2级加热器为混合式加热器，第3级加热器为表面式加热器，其疏水排向凝汽器热井。

详细计算步骤如下：

实施例一：100％负荷设计工况

(1)循环初终参数的计算

根据附表1得100％负荷率下汽轮机相对内效率η_ri为0.85；

根据附表2得100％负荷率下回热作功比X_r为0.18053；

从厂级监控信息系统(SIS)的实时数据库中读取相关实时数据，读取的主要实时数据如下：

主蒸汽压力p₀为13.5 MPa；

主蒸汽温度t₀为535℃；

凝汽器压力p_wc为0.005 MPa；

根据经典的IAPWS-IF97及计算模型可得：

主蒸汽焓值h₀＝3426.274 kJ/kg

汽轮机等熵排汽焓h_c ^*＝1992.654 kJ/kg

汽轮机排汽焓h_c＝2207.697 kJ/kg

凝结水焓h_wc＝137.765 kJ/kg

(2)计算非再热无回热循环无量纲热耗率HR_RK

计算朗肯循环热耗率： ${\mathrm{HR}}_{\mathrm{RK}}=\frac{h_0-h_{\mathrm{wc}}}{h_0-h_c}=2.69865$

(3)计算机组热耗率HR_RH&RG：

实施例二：60％负荷工况(预测)

(1)循环初终参数的计算

根据附表1通过插值公式得60％负荷率下汽轮机相对内效率η_ri为0.8442；

根据附表2通过插值公式得60％负荷率下回热作功比X_r为0.15212；

从厂级监控信息系统(SIS)的实时数据库中读取相关实时数据，读取的主要实时数据如下：

主蒸汽压力p₀为8.1 MPa；

主蒸汽温度t₀为535℃；

汽轮机排汽压力p_c为0.00368 MPa；

根据经典的IAPWS-IF97及计算模型可得：

主蒸汽焓值h₀＝3484.263 kJ/kg

汽轮机等熵排汽焓h_c ^*＝2047.481 kJ/kg

汽轮机排汽焓h_c＝2271.331 kJ/kg

凝结水焓h_wc＝115.395 kJ/kg

(2)计算非再热无回热循环无量纲热耗率HR_RK

计算朗肯循环热耗率： ${\mathrm{HR}}_{\mathrm{RK}}=\frac{h_0-h_{\mathrm{wc}}}{h_0-h_c}=2.77746$

(3)计算机组热耗率HR_RH&RG：

实施例三:100％负荷设计工况传统计算方法

循环初终参数的计算

根据附表1得100％负荷率下汽轮机相对内效率η_ri为0.85；

从厂级监控信息系统(SIS)的实时数据库中读取相关实时数据，读取的主要实时数据如下：

主蒸汽压力p₀为13.5 MPa；

主蒸汽温度t₀为535℃；

凝汽器压力p_wc为0.005 MPa；

第1级抽汽温度t₁为415.2℃；

第1级抽汽压力p₁为6.080MPa；

第1级加热器疏水温度t_d1为274.5℃；

第1级加热器出口水温度t_w1为272.5℃；

第1级加热器出口水压力p_w1为13.500MPa；

第2级抽汽温度t₂为256.8℃；

第2级抽汽压力p₂为1.600MPa；

第2级加热器出口水温度t_w2为199.9℃；

第2级加热器出口水压力p_w2为1.552MPa；

第3级抽汽温度t₂为120.2℃；

第3级抽汽压力p₂为0.200MPa；

第3级加热器疏水温度t_d3为119.3℃；

第3级加热器出口水温度t_w3为117.3℃；

第3级加热器出口水压力p_w3为1.630MPa；

根据经典的IAPWS-IF97及计算模型可得：

主蒸汽焓h₀＝3426.274 kJ/kg

汽轮机等熵排汽焓h_c ^*＝1992.654 kJ/kg

汽轮机排汽焓h_c＝2207.697 kJ/kg

凝结水焓h_wc＝137.765 kJ/kg

第1级抽汽焓h₁＝3215.414 kJ/kg

第1级加热器疏水焓值h_d1＝1207.950 kJ/kg

第1级加热器出口水焓h_w1＝1194.663 kJ/kg

第2级抽汽焓h₂＝2936.266 kJ/kg

第2级加热器出口水焓h_w2＝852.023 kJ/kg

第3级抽汽焓h₃＝2617.188 kJ/kg

第3级加热器疏水焓值h_d3＝500.602 kJ/kg

第3级加热器出口水焓h_w3＝493.135 kJ/kg

计算各级抽汽份额、凝汽流份额

第1级加热器抽汽份额 ${\mathrm{\α}}_1=\frac{h_{w1}-h_{w2}}{h_1-h_{d1}}=0.17068$

第2级加热器抽汽份额 ${\mathrm{\α}}_2=\frac{(h_{w2}-h_{w3})-{\mathrm{\α}}_1(h_{d1}-h_{w3})}{h_2-h_{w3}}=0.09696$ 第3级加热器抽汽份额 ${\mathrm{\α}}_3=\frac{(1-{\mathrm{\α}}_1-{\mathrm{\α}}_2)\·(h_{w3}-h_{\mathrm{wc}})}{h_3-h_{\mathrm{wc}}}=0.10497$

凝汽流份额 ${\mathrm{\α}}_c=1-\underset{j=1}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\α}}_j=0.62739$

计算汽机作功、循环吸热量

第1级加热器抽汽作功w₁＝α₁(h₀-h₁)＝35.990 kJ/kg

第2级加热器抽汽作功w₂＝α₂(h₀-h₂)＝47.510 kJ/kg

第3级加热器抽汽作功w₃＝α₃(h₀-h₃)＝84.928 kJ/kg

凝汽流作功w_c＝α_c(h₀-h_c)＝764.525 kJ/kg

汽机作功w_i＝w₁+w₂+w₃+w_c＝932.953 kJ/kg

循环吸热量q₀＝h₀-h_wc＝2231.611 kJ/kg

计算机组热耗率

Claims (3)

1.一种非再热回热复合循环机组的热耗率测定方法，所述非再热回热复合循环机组由一个气缸组成，其三级抽汽依次编号为第一级、第二级和第三级抽汽，并分别与第一级、第二级和第三级加热器相连，第一级加热器为表面式加热器，其疏水排向第二级加热器，第二级加热器为混合式加热器，第三级加热器为表面式加热器，其疏水排向凝汽器热井，其特征在于，所述非再热回热复合循环机组的热耗率的测定步骤如下：

步骤1：获取非再热无回热循环的无量纲热耗率HR_RK及回热作功比X_r，

步骤2：确定非再热回热复合循环机组的热耗率HR_RH&RG：

其中，η_mg是汽轮发电机组内机械效率与发电机效率的乘积。

2.根据权利要求1所述的测定方法，其特征在于，所述无量纲热耗率HR_RK的获取方法如下：

步骤1：获取非再热机组主蒸汽温度t₀、主蒸汽压力p₀以及低压缸排汽压力p_c，

步骤2：由非再热机组主蒸汽温度t₀和主蒸汽压力p₀，根据1997年国际水和水蒸汽性质协会提出的工业用水和水蒸汽热力性质模型，计算得到主蒸汽焓值h₀和主蒸汽的熵s₀；汽轮机等熵排汽熵s_c ^*＝s₀；由汽轮机排汽压力p_c和等熵排汽熵s_c ^*，根据所述工业用水和水蒸气热力性质模型，计算得到等熵排汽焓h_c ^*；根据各设计工况下汽轮机相对内效率η_ri，通过线性插值公式获得在非设计工况下负荷率对应的汽轮机相对内效率η_ri，由汽轮机相对内效率η_ri，计算得实际排汽焓h_c＝h₀-η_ri(h₀-h_c ^*)；由汽轮机排汽压力p_c，根据工业用水和水蒸气热力性质模型，计算得到凝结水焓h_wc；

步骤3：根据热耗率定义，得非再热无回热循环的无量纲热耗率：

${\mathrm{HR}}_{\mathrm{RK}}=\frac{h_0-h_{\mathrm{wc}}}{h_0-h_c}$

其中，h₀为主蒸汽焓，h_c为实际排汽焓，h_wc为凝结水焓。

3.根据权利要求1所述的测定方法，其特征在于，所述回热作功比X_r的获取方法为：

根据各设计工况下回热作功比X_r，通过线性插值公式获得在非设计工况下负荷率对应的回热作功比X_r。