CN104537223B - 再热机组有汽动泵时回热作功比与回热增益率测定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种再热机组有汽动泵时回热作功比与回热增益率测定方法，所述再热机组由高压缸、中压缸和低压缸组成；高压缸排汽除用作第一级加热器的加热抽汽外，其余经再热器进入中压缸，中压缸排汽除用作第二级抽汽和小汽轮机抽汽外，其余部分进入低压缸，小汽机排汽排向汽轮机的凝汽器，所述再热机组有汽动泵时回热作功比与回热增益率的测定步骤如下：获取再热无回热循环的无量纲热耗率，等效回热汽流作功和等效凝汽流作功；确定再热机组有汽动泵时回热作功比与回热增益率。本发明回热作功比和回热增益率的测算方法，实现了回热作功比和回热增益率的高精度、低成本的软测量。

Description

再热机组有汽动泵时回热作功比与回热增益率测定方法

技术领域

本发明涉及一种针对再热机组有汽动泵时回热作功比及回热增益率的测定方法，可以实现再热机组有汽动泵时回热作功比及回热增益率的测定，属于软测量领域。

背景技术

由加热器组成的回热循环是再热机组的重要组成部分，回热效果是影响再热机组热效率的主要因素之一。评价回热效果的主要技术指标是回热作功比和回热增益率。其中，回热作功比是指回热汽流作功在汽轮机内功(回热汽流作功与凝汽流作功之和)中所占的比例，回热增益率是指回热相比于无回热的效率相对增长率。回热作功比越大，回热增益率就越大，回热效果就越好。

在高参数大容量再热式汽轮机的热力系统中，通常采用汽动泵(即使用独立的小汽机驱动给水泵)。再热机组有汽动泵时，需要考虑以下影响：一是小汽机的用汽在小汽机内的作功；二是小汽机的用汽在汽轮机内的作功；三是小汽机的排汽在凝汽器内放热产生的附加冷源损失；四是与小汽机的传动效率(给水泵焓升与小汽机作功的比值)对应的附加冷源损失。

在回热作功比及回热增益率的传统测算方法中，定义的回热循环属于无冷源损失的循环，与之对应的回热汽流作功也就是无冷源损失的作功。但对于再热机组有汽动泵时，小汽机用汽所对应的回热循环存在冷源损失，导致其回热作功比及回热增益率的测算方法失效。

发明内容

本发明的目的在于提供一种再热机组有汽动泵时回热作功比与回热增益率的测定方法，能够实现再热机组有汽动泵时回热作功比及回热增益率的高精度、低成本软测量。

本发明通过如下技术方案来实现：

一种再热机组有汽动泵时回热作功比与回热增益率测定方法，所述再热机组由高压缸、中压缸和低压缸组成，高压缸排汽、中压缸排汽和低压缸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；高压缸排汽除用作第一级加热器的加热抽汽外，其余经再热器进入中压缸，中压缸排汽除用作第二级抽汽和小汽轮机抽汽外，其余部分进入低压缸，小汽机排汽排向汽轮机的凝汽器，其特征在于：所述再热机组有汽动泵时回热作功比与回热增益率的测定步骤如下：

步骤1：获取再热无回热循环的无量纲热耗率HR_RK，等效回热汽流作功和等效凝汽流作功

步骤2：根据：

确定再热机组有汽动泵时回热作功比与回热增益率。

所述等效回热汽流作功等效凝汽流作功的获取方法如下：

步骤1：热力系统汽水参数的计算

步骤1.1：取用热耗保证工况下，低压缸相对内效率η_LP、第j级加热器的抽汽管道压损率δp_j(j＝1,2,3)、小汽机的相对内效率η_FPT、给水泵效率η_FP、小汽机的传动效率η_FPm；

步骤1.2：获取如下数据：再热机组主蒸汽温度t₀和主蒸汽压力p₀；高压缸排汽温度t_hc和排汽压力p_hc；再热蒸汽温度t_r和再热蒸汽压力p_r；低压缸进汽温度t_l和低压缸进汽压力p_l；凝汽器压力p_wc；第一级抽汽温度t₁和抽汽压力p₁；第一级加热器疏水温度t_d1、出口水温度t_w1和出口水压力p_w1；第二级抽汽温度t₂和抽汽压力p₂；第二级加热器出口水温度t_w2和出口水压力p_w2；第三级抽汽温度t₃和抽汽压力p₃；第三级加热器疏水温度t_d3、出口水温度t_w3和出口水压力p_w3；给水泵进口压力p_in和给水泵出口压力p_out；小汽机排汽压力p_Tc；

步骤1.3：由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；由高压缸排汽温度t_hc和排汽压力p_hc，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，计算得到排汽焓值h_hc；由再热蒸汽温度t_r和再热蒸汽压力p_r，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，计算得到再热蒸汽h_r；由低压缸进汽温度t_l和进汽压力p_l，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，计算得到低压缸进汽焓h_l和低压缸进汽的熵s_l，相应地得到低压缸等熵排汽熵s_c ^*＝s_l；低压缸排汽压力p_c与凝汽器压力p_wc相同，由低压缸排汽压力p_c和等熵排汽熵s_c ^*，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，计算得到等熵排汽焓h_c ^*；由取用的低压缸相对内效率η_LP，计算得实际排汽焓h_c＝h_r-η_LP·(h_r-h_c ^*)；由凝汽器压力p_wc，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，计算得到凝结水焓h_wc；

由第一级抽汽温度t₁和压力p₁，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，计算得到第一级抽汽焓h₁；由第一级抽汽压力p₁以及取用的第一级抽汽管道压损率δp₁，计算第一级加热器疏水压力p_d1＝p₁·(1-δp₁)，由第一级加热器疏水温度t_d1和疏水压力p_d1，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，计算得到第一级加热器疏水焓值h_d1；由第一级加热器出口水温度t_w1和出口水压力p_w1，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，计算得到出口水焓h_w1；

由第二级抽汽温度t₂和抽汽压力p₂，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，计算得到第二级抽汽焓h₂；由第二级加热器出口水温度t_w2和出口水压力p_w2，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，计算得到出口水焓h_w2；

由第三级抽汽温度t₃和抽汽压力p₃，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，计算得到第三级抽汽焓h₃；由第三级抽汽压力p₃以及取用的三级抽汽管道压损率δp₃，计算第三级加热器疏水压力p_d3＝p₃·(1-δp₃)，由第三级加热器疏水温度t_d3和疏水压力p_d3，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，计算得到第三级加热器疏水焓值h_d3；由第三级加热器出口水温度t_w3和出口水压力p_w3，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，计算得到出口水焓h_w3；

由于小汽机用汽为第二级抽汽，得小汽机进汽焓h_T＝h₂，小汽机进汽压力p_T＝p₂；由小汽机进汽焓h_T和进汽压力p_T，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，计算得到小汽机进汽的熵s_T，相应地得小汽机等熵排汽熵s_Tc ^*＝s_T；由小汽机排汽压力p_Tc和等熵排汽熵s_Tc ^*，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，计算得到等熵排汽焓h_Tc ^*；由取用的小汽机的相对内效率η_FPT，计算得到实际排汽焓h_Tc＝h_T-η_FPT·(h_T-h_Tc ^*)；

步骤2：计算各级加热器抽汽份额α_j(j＝1,2,3)，小汽机抽汽份额α_FPT，凝汽流份额α_c

步骤2.1：根据第一级加热器的热平衡与流量平衡方程，得第一级加热器的抽汽份额，

根据第二级加热器的热平衡与流量平衡方程，得第二级加热器的抽汽份额，

根据第三级加热器的热平衡与流量平衡方程，得三级加热器的抽汽份额，

步骤2.2：由步骤11获得的给水泵进口压力p_in、给水泵出口压力p_out和给水泵效率η_FP，计算得给水泵焓升，

由步骤11获得的小汽机的传动效率η_FPm、小汽机进汽焓h_T、小汽机排汽焓h_Tc，计算得小汽机抽汽份额，

步骤2.3：由质量平衡方程可以得到凝汽流份额α_c，

α_c＝1-α₁-α₂-α₃-α_FPT (6)

步骤3：计算回热气流作功w_r、凝汽流作功w_c和小汽机用汽在汽轮机内作功w_FPT

单位份额再热蒸汽在再热器内吸热量σ＝h_r-h₁；

回热汽流作功为，

w_r＝α₁·(h₀-h₁)+α₂·(h₀-h₂-σ)+α₃·(h₀-h₃-σ) (7)

凝汽流作功为，

w_c＝α_c·(h₀-h_c+σ) (8)

小汽机用汽在汽轮机内作功为，

w_FPT＝α_FPT·(h₀-h_T+σ) (9)

步骤4：计算折算凝汽流作功量Δw_c

由热力系统图计算可得小汽机排汽在凝汽器内的附加冷源损失为，

Δq_{c_FPT1}＝α_FPT·(h_Tc-h_wc) (10)

由小汽机与给水泵间的能量关系可得，小汽机的机械效率产生的附加冷源损失，

由(10)(11)计算可得折算凝汽份额Δα_c，

由(12)计算可得折算凝汽流作功量，

Δw_c＝Δα_c·(h₀-h_c+σ) (13)

步骤5：计算回热作功比X_r

等效回热汽流作功为，

等效凝汽流作功为，

所述无量纲热耗率HR_RK的获取方法如下：

根据热耗率定义，得再热无回热循环的无量纲热耗率：

其中，σ为再热器吸热量，σ＝h_r-h_hc，h_hc为高压缸排汽焓值，h_r为再热蒸汽焓值，h₀为主蒸汽焓值，h_wc为凝结水焓值，h_c为低压缸排汽焓。

假设再热机组有汽动泵时，其回热抽汽的级数为n，主汽焓为h₀，再热汽焓为h_r，单位份额再热蒸汽在再热器内吸热量为σ，低压缸排汽焓为h_c，凝汽器出口水焓为h_wc，第j级抽汽份额和抽汽作功焓降为α_j和H_j，凝汽流份额和凝汽流作功焓降为α_c和H_c，小汽机用汽份额为α_FPT，小汽机用汽焓为h_T，小汽机排汽焓为h_Tc，给水泵进出口压力分别为p_in和p_out，汽动泵效率为η_FP，小汽机的传动效率η_FPm。

小汽机的用汽在汽轮机内的作功为：

w_FPT＝α_FPT·(h₀-h_T+σ) (1)

小汽机的用汽在小汽机内的作功为：

H_FPT＝α_FPT·(h_T-h_Tc) (2)

小汽机的排汽在凝汽器内放热产生的附加冷源损失为：

Δq_{c_FPT1}＝α_FPT·(h_Tc-h_wc) (3)

给水泵的焓升为：

小汽机的传动效率对应的附加冷源损失为：

汽动泵附加冷源损失折算的凝汽份额为：

该附加冷源损失的折算凝汽流作功量为：

Δw_c＝Δα_c·(h₀-h_c+σ) (7)

汽轮机回热汽流作功为：

汽轮机的凝汽流作功为：

w_c＝α_c·H_c (9)

等效回热汽流作功为:

等效凝汽流作功为：

回热作功比为：

回热增益率是指回热相比于非回热的效率相对增长率，其定义为：

式中，η_RG为再热回热机组的热效率，η_RK为无回热时机组的热效率。

由热耗率的定义得：

HR_RG＝HR_RK-X_r·(HR_RK-1) (14)

式中，HR_RG为回热机组的无量纲热耗率，HR_RK为无回热时机组的无量纲热耗率，

将式(14)、(15)、(16)代入式(13)计算得回热增益率为：

本发明的优点在于：

(1)再热机组有汽动泵时，产生了以下影响：一是小汽机的用汽在小汽机内的作功；二是小汽机的用汽在汽轮机内的作功；三是小汽机的排汽在凝汽器内放热产生的附加冷源损失；四是小汽机的传动效率(给水泵焓升与小汽机作功的比值)对应的附加冷源损失。传统的回热作功比及回热增益率测算方法，由于仅根据回热作功比与回热增益率的定义进行测算，并未考虑上述影响，导致其测算结果错误。本发明结合上述四种影响因素，提出一种新的回热作功比和回热增益率的测算方法，实现了回热作功比和回热增益率的高精度、低成本的软测量。(2)本发明所提出的回热作功比和回热增益率的测定方法，与热平衡方法验算得到的计算结果完全一致。

附图说明

图1为具有三级回热抽汽的热力系统图；

图2为本发明的计算流程图。

具体实施方式

一种再热机组有汽动泵时回热作功比与回热增益率测定方法，其计算模型是针对一个具有三级回热的再热机组。该汽轮机由高压缸、中压缸和低压缸组成；高压缸排汽、中压缸排汽和低压缸抽汽依次编号为第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；高压缸排汽除用作第1级加热器的加热抽汽外，其余经再热器进入中压缸，中压缸排汽除用作第2级抽汽和小汽轮机抽汽外，其余部分进入低压缸。小汽机排汽排向汽轮机的凝汽器。

测定步骤如下，

步骤1：热力系统汽水参数的计算

步骤1.1：取用THA(Turbine Heat Acceptance，热耗保证工况)下，低压缸相对内效率η_LP、第j级加热器的抽汽管道压损率δp_j(j＝1,2,3)、小汽机的相对内效率η_FPT、给水泵效率η_FP、小汽机的传动效率η_FPm。

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：再热机组主蒸汽温度t₀和主蒸汽压力p₀；高压缸排汽温度t_hc和排汽压力p_hc；再热蒸汽温度t_r和再热蒸汽压力p_r；低压缸进汽温度t_l和低压缸进汽压力p_l；凝汽器压力p_wc；第1级抽汽温度t₁和抽汽压力p₁；第1级加热器疏水温度t_d1、出口水温度t_w1和出口水压力p_w1；第2级抽汽温度t₂和抽汽压力p₂；第2级加热器出口水温度t_w2和出口水压力p_w2；第3级抽汽温度t₃和抽汽压力p₃；第3级加热器疏水温度t_d3、出口水温度t_w3和出口水压力p_w3；给水泵进口压力p_in和给水泵出口压力p_out；小汽机排汽压力p_Tc；

步骤1.3：由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(以下简称IAPWS-IF97)，计算得到主蒸汽焓值h₀；由高压缸排汽温度t_hc和排汽压力p_hc，根据IAPWS-IF97，计算得到排汽焓值h_hc；由再热蒸汽温度t_r和再热蒸汽压力p_r，根据IAPWS-IF97，计算得到再热蒸汽h_r。由低压缸进汽温度t_l和进汽压力p_l，根据IAPWS-IF97，计算得到低压缸进汽焓h_l和低压缸进汽的熵s_l，相应地得到低压缸等熵排汽熵s_c ^*＝s_l。低压缸排汽压力p_c与凝汽器压力p_wc相同，由低压缸排汽压力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 ^*。由取用的低压缸相对内效率η_LP，计算得实际排汽焓h_c＝h_r-η_LP·(h_r-h_c ^*)；由凝汽器压力p_wc，根据IAPWS-IF97，计算得到凝结水焓h_wc。

由第1级抽汽温度t₁和压力p₁，根据IAPWS-IF97，计算得到第1级抽汽焓h₁；由第1级抽汽压力p₁以及取用的第1级抽汽管道压损率δp₁，计算第1级加热器疏水压力p_d1＝p₁·(1-δp₁)，由第1级加热器疏水温度t_d1和疏水压力p_d1，根据IAPWS-IF97，计算得到第1级加热器疏水焓值h_d1；由第1级加热器出口水温度t_w1和出口水压力p_w1，根据IAPWS-IF97，计算得到出口水焓h_w1。

由第2级抽汽温度t₂和抽汽压力p₂，根据IAPWS-IF97，计算得到第2级抽汽焓h₂；由第2级加热器出口水温度t_w2和出口水压力p_w2，根据IAPWS-IF97，计算得到出口水焓h_w2。

由第3级抽汽温度t₃和抽汽压力p₃，根据IAPWS-IF97，计算得到第3级抽汽焓h₃；由第3级抽汽压力p₃以及取用的第3级抽汽管道压损率δp₃，，计算第3级加热器疏水压力p_d3＝p₃·(1-δp₃)，由第3级加热器疏水温度t_d3和疏水压力p_d3，根据IAPWS-IF97，计算得到第3级加热器疏水焓值h_d3；由第3级加热器出口水温度t_w3和出口水压力p_w3，根据IAPWS-IF97，计算得到出口水焓h_w3。

由于小汽机用汽为第2级抽汽，得小汽机进汽焓h_T＝h₂，小汽机进汽压力p_T＝p₂。由小汽机进汽焓h_T和进汽压力p_T，根据IAPWS-IF97，计算得到小汽机进汽的熵s_T，相应地得小汽机等熵排汽熵s_Tc ^*＝s_T。由小汽机排汽压力p_Tc和等熵排汽熵s_Tc ^*，根据IAPWS-IF97，计算得到等熵排汽焓h_Tc ^*。由取用的小汽机的相对内效率η_FPT，计算得到实际排汽焓h_Tc＝h_T-η_FPT·(h_T-h_Tc ^*)。

步骤2：计算各级加热器抽汽份额α_j(j＝1,2,3)，小汽机抽汽份额α_FPT，凝汽流份额α_c

步骤2.1：根据第1级加热器的热平衡与流量平衡方程，得第1级加热器的抽汽份额，

根据第2级加热器的热平衡与流量平衡方程，得第2级加热器的抽汽份额，

根据第3级加热器的热平衡与流量平衡方程，得第3级加热器的抽汽份额，

步骤2.2：由步骤1获得的给水泵进口压力p_in、给水泵出口压力p_out和给水泵效率η_FP，计算得给水泵焓升，

由步骤1获得的小汽机的传动效率η_FPm、小汽机进汽焓h_T、小汽机排汽焓h_Tc，计算得小汽机抽汽份额，

步骤2.3：由质量平衡方程可以得到凝汽流份额α_c，

α_c＝1-α₁-α₂-α₃-α_FPT (6)

步骤3：计算回热气流作功w_r、凝汽流作功w_c和小汽机用汽在汽轮机内作功w_FPT

单位份额再热蒸汽在再热器内吸热量σ＝h_r-h₁。

回热汽流作功为，

w_r＝α₁·(h₀-h₁)+α₂·(h₀-h₂-σ)+α₃·(h₀-h₃-σ) (7)

凝汽流作功为，

w_c＝α_c·(h₀-h_c+σ) (8)

小汽机用汽在汽轮机内作功为，

w_FPT＝α_FPT·(h₀-h_T+σ) (9)

步骤4：计算折算凝汽流作功量Δw_c

由热力系统图计算可得小汽机排汽在凝汽器内的附加冷源损失为，

Δq_{c_FPT1}＝α_FPT·(h_Tc-h_wc) (10)

由小汽机与给水泵间的能量关系可得，小汽机的机械效率产生的附加冷源损失，

由(10)(11)计算可得折算凝汽份额Δα_c，

由(12)计算可得折算凝汽流作功量，

Δw_c＝Δα_c·(h₀-h_c+σ) (13)

步骤5：计算回热作功比X_r

等效回热汽流作功为，

等效凝汽流作功为，

由(14)(15)计算可得回热作功比，

步骤6：计算回热增益率δη_RG

以图所示机组为例，其计算模型是一个具有三级抽汽回热的再热机组，汽轮机部分由高压缸、中压缸和低压缸组成，加热器按其抽汽压力从高到低分别编号为1～3，第1级加热器为表面式加热器，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。小汽机用汽来自第2级抽汽，小汽机排汽排向汽轮机的凝汽器。

详细计算步骤如下：

(1)、低压缸相对内效率η_LP为0.84；

第j级加热器的抽汽管道压损率δp_j(j＝1,2,3)为3％；

小汽机的相对内效率η_FPT为0.81；

汽动泵效率η_FP为0.78；

汽动泵的传动效率η_FPm为0.98；

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：

主蒸汽温度t₀为535℃；

主蒸汽压力p₀为13.5Mpa；

高压缸排汽温度t_hc为415.2℃；

高压缸排汽压力p_hc为6.080Mpa；

再热蒸汽温度t_r为535℃；

再热蒸汽压力p_r为5.594Mpa；

低压缸进汽温度t_l为359.9℃；

低压缸进汽压力p_l为1.6Mpa；

低压缸排汽压力p_c为0.005Mpa；

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359.9℃；

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152.7℃；

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1.552Mpa；

汽动泵进口压力p_in为1.552Mpa；

汽动泵出口压力p_out为13.500Mpa；

小汽机排汽压力p_TC为0.006Mpa；

根据IAPWS-IF97及计算模型可得：

主蒸汽焓h₀为3426.274kJ/kg；

高压缸排汽焓h_hc为3215.414kJ/kg；

再热蒸汽焓h_r为3509.948kJ/kg；

低压缸排汽焓h_c为2327.895kJ/kg；

凝结水焓h_wc为137.765kJ/kg；

第1级抽汽焓h₁为3215.414kJ/kg；

第1级加热器疏水焓值h_d1为1207.950kJ/kg；

第1级加热器出口水焓h_w1为1195.240kJ/kg；

第2级抽汽焓h₂为3167.643kJ/kg；

第2级加热器出口水焓h_w2为852.023kJ/kg；

第3级抽汽焓h₃为2774.591kJ/kg；

第3级加热器疏水焓值h_d3为500.602kJ/kg；

第3级加热器出口水焓h_w3为493.080kJ/kg；

小汽机排汽焓h_Tc为2375.3474kJ/kg；

(2)、计算各加热器抽汽份额α_j(j＝1,2,3)，小汽机抽汽份额α_FPT，凝汽流份额α_c

由式(1)计算得第1级加热器抽汽份额，

由式(2)计算得第2级加热器抽汽份额，

由式(3)计算得第3级加热器抽汽份额，

由式(4)计算得汽动泵焓升，

由式(5)计算得小汽机抽汽份额，

由式(6)计算得凝汽流份额，

(3)、计算回热气流作功w_r、凝汽流作功w_c和小汽机用汽在汽轮机内作功w_FPT

由式(7)计算得回热气流作功：

w_r＝α₁·(h₀-h₁)+α₂·(h₀-h₂+σ)+α₃·(h₀-h₃+σ)＝179.66174 kJ/kg

由式(8)计算得凝气流作功：

w_c＝α_c·(h₀-h_c+σ)＝871.74668 kJ/kg

由式(9)计算得小汽机用汽在汽轮机内作功：

w_FPT＝α_FPT·(h₀-h_T+σ)＝10.91294kJ/kg

(4)、计算折算凝汽流作功量Δw_c

由式(10)计算小汽机排汽在凝汽器内的附加冷源损失：

Δq_{c_FPT1}＝α_FPT·(h_TC-h_wc)＝44.14346kJ/kg

由式(11)计算小汽机的机械效率产生的附加冷源损失：

由式(12)计算得折算凝汽份额：

由式(13)计算折算凝汽流作功：

Δw_c＝Δα_c·(h₀-h_c+σ)＝28.27385kJ/kg

(5)计算回热作功比x_r

由式(14)计算等效回热气流作功：

由式(15)计算等效凝气流作功：

由式(16)计算回热作功比：

得回热效率增益：

应用热平衡计算求得该再热回热机组的热效率η_RG为0.42879，，无回热时机组的热效率η_RK为0.38875，计算得回热增益率的准确值δη_RG为0.09339。在传统测算中，不考虑汽动泵和小汽机影响时，计算所得的回热作功比X_r为0.15278，回热增益率δη_RG为0.13363。可以看出，传统回热增益率测算结果与准确值相差较大，本发明所提供的测定方法求得的回热热效率增益与准确值相同，结果准确。

Claims (2)

1.一种再热机组有汽动泵时回热作功比与回热增益率测定方法，所述再热机组由高压缸、中压缸和低压缸组成，高压缸排汽、中压缸排汽和低压缸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；高压缸排汽除用作第一级加热器的加热抽汽外，其余经再热器进入中压缸，中压缸排汽除用作第二级抽汽和小汽轮机抽汽外，其余部分进入低压缸，小汽机排汽排向汽轮机的凝汽器，其特征在于：所述再热机组有汽动泵时回热作功比与回热增益率的测定步骤如下：

步骤1：获取再热无回热循环的无量纲热耗率HR_RK，等效回热汽流作功和等效凝汽流作功

步骤2：根据：

<mrow> <msub> <mi>X</mi> <mi>r</mi> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <msubsup> <mi>w</mi> <mi>r</mi> <mrow> <mi>e</mi> <mi>q</mi> </mrow> </msubsup> <mrow> <mo>(</mo> <msubsup> <mi>w</mi> <mi>r</mi> <mrow> <mi>e</mi> <mi>q</mi> </mrow> </msubsup> <mo>+</mo> <msubsup> <mi>w</mi> <mi>c</mi> <mrow> <mi>e</mi> <mi>q</mi> </mrow> </msubsup> <mo>)</mo> </mrow> </mfrac> </mrow>

<mrow> <msub> <mi>&amp;delta;&amp;eta;</mi> <mrow> <mi>R</mi> <mi>G</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <msub> <mi>X</mi> <mi>r</mi> </msub> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <mrow> <msub> <mi>HR</mi> <mrow> <mi>R</mi> <mi>K</mi> </mrow> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>

确定再热机组有汽动泵时回热作功比与回热增益率；式中，X_r为回热做功比；δη_RG为回热增益率；

所述等效回热汽流作功等效凝汽流作功的获取方法如下：

步骤1：热力系统汽水参数的计算:

步骤1.1：取用热耗保证工况下，低压缸相对内效率η_LP、第j级加热器的抽汽管道压损率δp_j、小汽机的相对内效率η_FPT、给水泵效率η_FP、小汽机的传动效率η_FPm；其中，j＝1,2,3；

步骤1.2：获取如下数据：再热机组主蒸汽温度t₀和主蒸汽压力p₀；高压缸排汽温度t_hc和排汽压力p_hc；再热蒸汽温度t_r和再热蒸汽压力p_r；低压缸进汽温度t_l和低压缸进汽压力p_l；凝汽器压力p_wc；第一级抽汽温度t₁和抽汽压力p₁；第一级加热器疏水温度t_d1、出口水温度t_w1和出口水压力p_w1；第二级抽汽温度t₂和抽汽压力p₂；第二级加热器出口水温度t_w2和出口水压力p_w2；第三级抽汽温度t₃和抽汽压力p₃；第三级加热器疏水温度t_d3、出口水温度t_w3和出口水压力p_w3；给水泵进口压力p_in和给水泵出口压力p_out；小汽机排汽压力p_Tc；

步骤1.3：由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；由高压缸排汽温度t_hc和排汽压力p_hc，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，计算得到排汽焓值h_hc；由再热蒸汽温度t_r和再热蒸汽压力p_r，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，计算得到再热蒸汽h_r；由低压缸进汽温度t_l和进汽压力p_l，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，计算得到低压缸进汽焓h_l和低压缸进汽的熵s_l，相应地得到低压缸等熵排汽熵s_c ^*＝s_l；低压缸排汽压力p_c与凝汽器压力p_wc相同，由低压缸排汽压力p_c和等熵排汽熵s_c ^*，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，计算得到等熵排汽焓h_c ^*；由取用的低压缸相对内效率η_LP，计算得实际排汽焓h_c＝h_r-η_LP·(h_r-h_c ^*)；由凝汽器压力p_wc，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，计算得到凝结水焓h_wc；

由第一级抽汽温度t₁和压力p₁，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，计算得到第一级抽汽焓h₁；由第一级抽汽压力p₁以及取用的第一级抽汽管道压损率δp₁，计算第一级加热器疏水压力p_d1＝p₁·(1-δp₁)，由第一级加热器疏水温度t_d1和疏水压力p_d1，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，计算得到第一级加热器疏水焓值h_d1；由第一级加热器出口水温度t_w1和出口水压力p_w1，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，计算得到出口水焓h_w1；

由第二级抽汽温度t₂和抽汽压力p₂，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，计算得到第二级抽汽焓h₂；由第二级加热器出口水温度t_w2和出口水压力p_w2，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，计算得到出口水焓h_w2；

由第三级抽汽温度t₃和抽汽压力p₃，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，计算得到第三级抽汽焓h₃；由第三级抽汽压力p₃以及取用的三级抽汽管道压损率δp₃，计算第三级加热器疏水压力p_d3＝p₃·(1-δp₃)，由第三级加热器疏水温度t_d3和疏水压力p_d3，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，计算得到第三级加热器疏水焓值h_d3；由第三级加热器出口水温度t_w3和出口水压力p_w3，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，计算得到出口水焓h_w3；

由于小汽机用汽为第二级抽汽，得小汽机进汽焓h_T＝h₂，小汽机进汽压力p_T＝p₂；由小汽机进汽焓h_T和进汽压力p_T，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，计算得到小汽机进汽的熵s_T，相应地得小汽机等熵排汽熵s_Tc ^*＝s_T；由小汽机排汽压力p_Tc和等熵排汽熵s_Tc ^*，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，计算得到等熵排汽焓h_Tc ^*；由取用的小汽机的相对内效率η_FPT，计算得到实际排汽焓h_Tc＝h_T-η_FPT·(h_T-h_Tc ^*)；

步骤2：计算各级加热器抽汽份额α_j，小汽机抽汽份额α_FPT，凝汽流份额α_c，其中j＝1,2,3；

步骤2.1：根据第一级加热器的热平衡与流量平衡方程，得第一级加热器的抽汽份额，

<mrow> <msub> <mi>&amp;alpha;</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>h</mi> <mrow> <mi>w</mi> <mn>1</mn> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>h</mi> <mrow> <mi>w</mi> <mn>2</mn> </mrow> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mrow> <msub> <mi>h</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>h</mi> <mrow> <mi>d</mi> <mn>1</mn> </mrow> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>

根据第二级加热器的热平衡与流量平衡方程，得第二级加热器的抽汽份额，

<mrow> <msub> <mi>&amp;alpha;</mi> <mn>2</mn> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>h</mi> <mrow> <mi>w</mi> <mn>2</mn> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>h</mi> <mrow> <mi>w</mi> <mn>3</mn> </mrow> </msub> <mo>)</mo> <mo>-</mo> <msub> <mi>&amp;alpha;</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mo>(</mo> <msub> <mi>h</mi> <mrow> <mi>d</mi> <mn>1</mn> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>h</mi> <mrow> <mi>w</mi> <mn>3</mn> </mrow> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mrow> <msub> <mi>h</mi> <mn>2</mn> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>h</mi> <mrow> <mi>w</mi> <mn>3</mn> </mrow> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>2</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>

根据第三级加热器的热平衡与流量平衡方程，得三级加热器的抽汽份额，

<mrow> <msub> <mi>&amp;alpha;</mi> <mn>3</mn> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <msub> <mi>&amp;alpha;</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>&amp;alpha;</mi> <mn>2</mn> </msub> <mo>)</mo> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mo>(</mo> <msub> <mi>h</mi> <mrow> <mi>w</mi> <mn>3</mn> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>h</mi> <mrow> <mi>w</mi> <mi>c</mi> </mrow> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mrow> <msub> <mi>h</mi> <mn>3</mn> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>h</mi> <mrow> <mi>w</mi> <mi>c</mi> </mrow> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>3</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>

步骤2.2：由步骤11获得的给水泵进口压力p_in、给水泵出口压力p_out和给水泵效率η_FP，计算得给水泵焓升，

<mrow> <msub> <mi>&amp;tau;</mi> <mrow> <mi>F</mi> <mi>P</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mn>0.001</mn> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>p</mi> <mrow> <mi>o</mi> <mi>u</mi> <mi>t</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>p</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>n</mi> </mrow> </msub> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> <msub> <mi>&amp;eta;</mi> <mrow> <mi>F</mi> <mi>P</mi> </mrow> </msub> </mfrac> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>4</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>

由步骤1获得的小汽机的传动效率η_FPm、小汽机进汽焓h_T、小汽机排汽焓h_Tc，计算得小汽机抽汽份额，

<mrow> <msub> <mi>&amp;alpha;</mi> <mrow> <mi>F</mi> <mi>P</mi> <mi>T</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <msub> <mi>&amp;tau;</mi> <mrow> <mi>F</mi> <mi>P</mi> </mrow> </msub> <mrow> <msub> <mi>&amp;eta;</mi> <mrow> <mi>F</mi> <mi>P</mi> <mi>m</mi> </mrow> </msub> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>h</mi> <mi>T</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>h</mi> <mrow> <mi>T</mi> <mi>C</mi> </mrow> </msub> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </mfrac> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>5</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>

步骤2.3：由质量平衡方程可以得到凝汽流份额α_c，

α_c＝1-α₁-α₂-α₃-α_FPT (6)

步骤3：计算回热气流作功w_r、凝汽流作功w_c和小汽机用汽在汽轮机内作功w_FPT：

再热器吸热量σ＝h_r-h₁；

回热汽流作功为，

w_r＝α₁·(h₀-h₁)+α₂·(h₀-h₂-σ)+α₃·(h₀-h₃-σ) (7)

凝汽流作功为，

w_c＝α_c·(h₀-h_c+σ) (8)

小汽机用汽在汽轮机内作功为，

w_FPT＝α_FPT·(h₀-h_T+σ) (9)

步骤4：计算折算凝汽流作功量Δw_c:

由热力系统图计算可得小汽机排汽在凝汽器内的附加冷源损失为，

Δq_{c_FPT1}＝α_FPT·(h_Tc-h_wc) (10)

由小汽机与给水泵间的能量关系可得，小汽机的机械效率产生的附加冷源损失，

<mrow> <msub> <mi>&amp;Delta;q</mi> <mrow> <mi>c</mi> <mo>_</mo> <mi>F</mi> <mi>P</mi> <mi>T</mi> <mn>2</mn> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <msub> <mi>&amp;tau;</mi> <mrow> <mi>F</mi> <mi>P</mi> </mrow> </msub> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <msub> <mi>&amp;eta;</mi> <mrow> <mi>F</mi> <mi>P</mi> <mi>m</mi> </mrow> </msub> </mfrac> <mo>-</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>11</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>

由(10)(11)计算可得折算凝汽份额Δα_c，

<mrow> <msub> <mi>&amp;Delta;&amp;alpha;</mi> <mi>c</mi> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>&amp;Delta;q</mi> <mrow> <mi>F</mi> <mi>P</mi> <mi>T</mi> <mn>1</mn> </mrow> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>&amp;Delta;q</mi> <mrow> <mi>F</mi> <mi>P</mi> <mi>T</mi> <mn>2</mn> </mrow> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>h</mi> <mi>c</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>h</mi> <mrow> <mi>w</mi> <mi>c</mi> </mrow> </msub> <mo>)</mo> </mrow> </mfrac> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>12</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>

式中，Δq_{c_FPT1}为小汽机排汽在凝汽器内的附加冷源损失；Δq_FPT2为小汽机的机械效率产生的附加冷源损失；

由(12)计算可得折算凝汽流作功量，

Δw_c＝Δα_c·(h₀-h_c+σ) (13)

步骤5：计算回热作功比X_r:

等效回热汽流作功为，

<mrow> <msubsup> <mi>w</mi> <mi>r</mi> <mrow> <mi>e</mi> <mi>q</mi> </mrow> </msubsup> <mo>=</mo> <msub> <mi>w</mi> <mi>r</mi> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>w</mi> <mrow> <mi>F</mi> <mi>P</mi> <mi>T</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>&amp;Delta;w</mi> <mi>c</mi> </msub> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>14</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>

等效凝汽流作功为，

<mrow> <msubsup> <mi>w</mi> <mi>c</mi> <mrow> <mi>e</mi> <mi>q</mi> </mrow> </msubsup> <mo>=</mo> <msub> <mi>w</mi> <mi>c</mi> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>&amp;Delta;w</mi> <mi>c</mi> </msub> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>15</mn> <mo>)</mo> </mrow> <mo>.</mo> </mrow>

2.根据权利要求1所述的再热机组有汽动泵时回热作功比与回热增益率测定方法，其特征在于，所述无量纲热耗率HR_RK的获取方法如下：

根据热耗率定义，得再热无回热循环的无量纲热耗率：

<mrow> <msub> <mi>HR</mi> <mrow> <mi>R</mi> <mi>K</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>h</mi> <mn>0</mn> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>h</mi> <mrow> <mi>w</mi> <mi>c</mi> </mrow> </msub> <mo>+</mo> <mi>&amp;sigma;</mi> </mrow> <mrow> <msub> <mi>h</mi> <mn>0</mn> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>h</mi> <mi>c</mi> </msub> <mo>+</mo> <mi>&amp;sigma;</mi> </mrow> </mfrac> </mrow>

其中，σ为再热器吸热量，σ＝h_r-h_hc，h_hc为高压缸排汽焓值，h_r为再热蒸汽焓值，h₀为主蒸汽焓值，h_wc为凝结水焓值，h_c为低压缸排汽焓。