CN107464065B - 一种计算大型火力发电厂管道热效率的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种计算大型火力发电厂管道热效率的方法，该发电厂管道包括主蒸汽管道、冷再热管道和热再热管道，其特征在于，各管道中的热量损失包括流动损失Q1和散热损失Q2，流动损失Q1＝(Sb‑Sa1)╳Ta1╳D0，散热损失Q2＝(Sa2‑Sa1)╳Ta2╳D0，分别计算出主蒸汽管道的流动损失Q11和散热损失Q21，冷再热管道的流动损失Q12和散热损失Q22，以及热再热管道的流动损失Q13和散热损失Q23，管道热效率η＝1‑(Q11+Q12+Q13+Q21+Q22+Q23)/Q，其中，Q是锅炉出口的热负荷，利于考核汽轮机发电机组的热经济性和正确分析发电厂全厂的热经济性。

Description

一种计算大型火力发电厂管道热效率的方法
技术领域
本发明属于大型火力发电厂热力系统热效率计算领域，具体来说是一种计算大型火力发电厂管道热效率的方法。
背景技术
在国内或者国际大型火力发电厂项目的执行过程中，都会对热经济性进行评估。在大型火力发电厂的总热效率中，管道热效率是其重要组成份额之一，潜力巨大。目前常规计算方法中，管道效率考虑了散热损失、辅助系统损失和带热量工质泄漏损失。在计算管道的散热损失时，利用焓值法计算了管道的散热损失，没有有效地表达出蒸汽的有用功损失。如《电力建设》期刊第2007年第7期中，公开一篇名称为火力厂管道效率的内涵与在线诊断的论文，主要是通过管道焓变计算管道热量损失。但通过焓变计算管道效率并不精确，可能会被高估，导致EPC承包方在做性能保证时处于不利的地位，增加了被考核的风险和罚款成本，不论是在国内还是在国际上，电厂的热经济性都与管道热效率密切相关。然而，人们往往片面认为管道热效率只是反映了管道的保温和泄漏情况，而忽略了工质流动热损失带来的做功能力损失，从而低估了管道热损失的影响。
发明内容
本发明提供一种计算大型火力发电厂管道热效率的方法，不仅计算管道内蒸汽的热量损失，而且还计算管道内的流通损失，使管道热效率计算趋于客观准确。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种计算大型火力发电厂管道热效率的方法，该发电厂管道包括主蒸汽管道、冷再热管道和热再热管道，其特征在于，各管道中的热量损失包括流动损失Q1和散热损失Q2，流动损失是管道和蒸汽摩擦产生的蒸汽做功损失，散热损失是管道内外温差导致的能量传递损失，其中：
流动损失Q1＝(Sb-Sa1)╳Ta1╳D0，散热损失Q2＝(Sa2-Sa1)╳Ta2╳D0，
Sb是管道出口的熵值；
Sa1是管道入口的理论熵值，依据等焓压降法计算Sa1；
Sa2是管道入口的实际熵值；
Ta1是管道入口的理论热力学温度；
D0是管道内蒸汽流速；
由上述流量损失和散热损失的计算公式，分别计算出主蒸汽管道的流动损失Q11和散热损失Q21，冷再热管道的流动损失Q12和散热损失Q22，以及热再热管道的流动损失Q13和散热损失Q23，
管道热效率η＝1-(Q11+Q12+Q13+Q21+Q22+Q23)/Q，
其中，Q是锅炉出口的热负荷。
本发明进一步优化各参数的计算方法。
所述Sb、Sa1和Sa2的计算方法如下：
通过锅炉或汽轮机的仪表参数，直接读出管道出口处蒸汽的压力值Pb和温度值Tb，计算出口处的熵值Sb和焓值Hb；
以等焓压降法确定管道入口的理论焓值Ha1，设Ha1＝Hb，管道入口处的压力值Pa1＝Pb/n，n是管道压降系数，以Ha1和Pa1为依据，查表得到管道入口处的温度值Ta1，再以温度值Ta1和压力值Pa1为依据，查表得到管道入口处的熵值Sa1；
通过锅炉或汽轮机的仪表参数，读出管道入口的实际温度值Ta2和压力值Pa2，计算管道入口实际熵值Sa2。
进一步，锅炉出口的热负荷Q＝D01╳(Hc1-Hr1)+D02╳(Hc2-Hr2)，其中Hc1、Hr1是与主蒸汽管道连接的锅炉出口和入口处的焓值，D01是主蒸汽管道蒸汽流速，Hc2、Hr2是与热再热管道连通的锅炉系统的出口和入口的焓值，D02是热再热管道蒸汽流速。
和现有技术相比，本发明利于考核汽轮机发电机组的热经济性和正确分析发电厂全厂的热经济性。同时，基于热力学第二定律的熵方法和
Figure BDA0001384951450000031
方法，分析指出管道热损失所包含的内容和计算方法，并强调蒸汽的流动损失的重要性，合理的反映了管道能量损耗。
附图说明
图1是大型发电厂管道热力系统的连接关系参考。
附图标记
1锅炉系统，2汽轮机系统，3主蒸汽管道，4冷再热管道，5热再热管道。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做详细说明。
本发明主要适用于大型(发电功率大于125MW)火力发电厂的蒸汽管道系统，如图1，其管道系统包括主蒸汽管,3、冷再热管道4和热再热管道5。锅炉系统1经主蒸汽管道3与汽轮机系统2连通，汽轮机系统2经冷再热管道4回流至锅炉系统1，再由过滤系统1经热再热管道5进入汽轮机系统。
下面用本申请所述方法计算主蒸汽管道3、冷再热管道4和热再热管道5的整体管道热效率。
本实施例的具体计算过程如下。
管道的热量损失包括流动损失和散热损失。
1、流动损失
蒸汽经过管道流动时必然存在流动损失，利用等焓压降计算处温将，从而计算处蒸汽的熵增，间接计算出蒸汽经过管道后的做功能力损失。
以主蒸汽管道3为例，确认主蒸汽管道3的出口处的参数(即主蒸汽管道3和汽轮机系统2连接处)，该参数可直接通过汽轮机系统仪表读出，压力值Pb＝17.41Mp和温度值Tb＝565.00℃，通过查表(通用焓、熵计算表格，通过压力和温度计算得出)，计算出主蒸汽管道3的出口处的熵值Sb＝6.47826278kj/kg.k，焓值Hb＝3466.67kj/kg。
通过等焓压降法计算主蒸汽管道3的入口处的参数(即主蒸汽管道3和锅炉系统1的连接处)，等焓压降法是一种理论计算方法，假设管道的入口和出口处的焓值相等。这样主蒸汽管道3的入口处的焓值Ha1＝Hb＝3466.67kj/kg。同时，主蒸汽管道压降系数n＝2.5％(该管道压降系数为已知参数，在设计管道时确定)，这样计算处主蒸汽管道入口处的压力值Pa1＝(17.41+17.41/2.5％)Mp＝17.84Mp。在Ha和压力值Pa的基础上，利用水和蒸汽参数表查询主蒸汽管道入口处的理论温度值Ta1＝566.56℃，继而确认此处的理论熵值Sa1＝6.470396kj/kg.k
主蒸汽管道的流动损失Q11＝(Sb-Sa1)╳Ta1╳D0＝(6.47826278kj/kg.℃-6.470396kj/kg.k)╳(566.56+273.15)k╳125.77kg/s＝829.2706559kw。
D0均为已知参数，从锅炉系统的仪表中读出。
同理，可以计算出冷再热管道4和热再热管道5的流动损失。计算过程如上，此处不再赘述，仅给出结论值。
冷再热管道4的流动损失Q12＝204.9280591kw；
热再热管道5的流动损失Q13＝1294.414705kw。
所有管道的流动损失＝Q11+Q12+Q13。
2、散热损失
通常在汽轮机热平衡中并没有考虑散热损失，视其为理论状态下的零散热。下面以主蒸汽管道为例，使用本发明方法计算管道正常保温状态下的散热损失。
锅炉系统1出口处实际的蒸汽压力值Pa2＝17.84525Mp，实际温度值Ta2＝567.5℃，查表可知，此处实际焓值Ha2＝3469.4kj/kg，实际熵值Sa2＝6.473311kj/kg.k。
主蒸汽管道的散热损失Q21＝(Sa2-Sa1)╳T a2╳D0＝(6.473311-6.470396)kj/kg.k╳(567.5+273.15)k╳125.77kg/s＝309.1502817kw。
同理，根据以上方法计算冷再热管道和热再热管道的散热损失。
冷再热管道的散热损失Q22＝100.7940474kw。
热再热管道的散热损失Q23＝162.0974459kw。
整个管道的散热损失＝Q21+Q22+Q23。
下面计算锅炉出口处蒸汽热负荷Q。锅炉出口蒸汽的热负荷通过锅炉进口和出口的焓变计算。锅炉系统和主蒸汽管道的接口处的热负荷＝D01╳(Hc1-Hr1),其中，D01是管道内蒸汽流速，Hc1是锅炉出口焓值，Hr1是锅炉入口焓值，它们都可以从仪表和通用表格中获得，本实施例中，D01＝125.77kg/s，Hc1＝3466.7kj/kg，Hr1＝1296.4kj/kg。
同样，锅炉系统和热再热管道连接出口处的热负荷＝D02╳(Hc2-Hr2),其中D02＝101.59kg/s，Hc2＝3594.9kj/kg，Hr1＝3108.3kj/kg。
故Q＝D01╳(Hc1-Hr1)+D02╳(Hc2-Hr2)＝322392.325kw。
综上，管道的热效率η＝1-(Q11+Q12+Q13+Q21+Q22+Q23)/Q＝99.1％。

Claims (3)

1.一种计算大型火力发电厂管道热效率的方法，该发电厂管道包括主蒸汽管道、
冷再热管道和热再热管道，其特征在于，各管道中的热量损失包括流动损失 Q1和散热损失 Q2 ，流动损失是管道和蒸汽摩擦产生的蒸汽做功损失，散热损失是管道内外温差导致的能量传递损失，其中：
流动损失 Q 1 =（Sb - Sa1 ） ╳ Ta1 ╳ D0 ，散热损失 Q2 =（Sa2 - Sa1 ） ╳ Ta2 ╳ D0，
Sb 是管道出口的熵值；
Sa1 是管道入口的理论熵值，依据等焓压降法计算 Sa1 ；
S a2 是管道入口的实际熵值；
Ta1 是管道入口的理论热力学温度；
Ta2是管道入口的实际温度值 ；
D0 是管道内蒸汽流速；
由上述流动损失和散热损失的计算公式，分别计算出主蒸汽管道的流动损失 Q11 和散热损失 Q21 ，冷再热管道的流动损失 Q12 和散热损失 Q22 ，以及热再热管道的流动损失Q13 和散热损失 Q 23 ，管道热效率η =1-（Q11 +Q12 +Q13 +Q21 +Q22 +Q23 ）/Q，
其中，Q 是锅炉出口的热负荷。
2.根据权利要求 1 所述一种计算大型火力发电厂管道热效率的方法，其特征在于，所述 Sb 、Sa1 和 Sa2 的计算方法如下：
通过锅炉或汽轮机的仪表参数，直接读出管道出口处蒸汽的压力值 Pb 和温度值 Tb ，计算出口处的熵值 Sb 和焓值 Hb ；
以等焓压降法确定管道入口的理论焓值 Ha1 ，设 Ha1 =Hb ，管道入口处的压力值 Pa1 =Pb /n，n 是管道压降系数，以 Ha1 和 Pa1 为依据，查表得到管道入口处的温度值 Ta1 ，再以温度值 Ta1 和压力值 Pa1 为依据，查表得到管道入口处的熵值 S a1 ；
通过锅炉或汽轮机的仪表参数，读出管道入口的实际温度值 Ta2 和压力值Pa2 ，计算管道入口实际熵值 Sa2 。
3.根据权利要求 1 所述一种计算大型火力发电厂管道热效率的方法，其特征在于，锅炉出口的热负荷 Q=D01 ╳ （Hc1 - Hr1 ）+ D02 ╳ （Hc2 - Hr2 ），其中 Hc1 、Hr1 是与主蒸汽管道连接的锅炉出口和入口处的焓值，D01 是主蒸汽管道蒸汽流速，Hc2 、 Hr2 是与热再热管道连通的锅炉系统的出口和入口的焓值，D02 是热再热管道蒸汽流速。
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