具体实施方式
测算步骤如下,
步骤1:热平衡计算
步骤1.1:获取机组设计图纸中不同负荷下的发电功率(MW)主实际流量 Dload_i(t/h)及热力系统的汽水参数(主蒸汽焓h0;再热器焓;汽轮机排气焓;汽轮机凝结水焓;各级回热加热器对汽轮机的抽气焓;各级回热加热器的出水焓;各级回热加热器的进水焓;各级回热加热器的疏水出口焓;各级回热加热器的疏水进焓)。
步骤1.2:根据汽水参数和加热器类型及其构造,计算各个加热器的放热量 (抽气放热量qj;疏水放热量γj;给水吸热量τj)。
汽轮机主热力系统回热加热器主要分为两类:
表面式加热器(F型):表面式加热器中冷热工质经受热面传递热量,管内流动着冷工质,管外是抽气及其凝水(排出后名为疏水);
混合式加热器(C型):混合式加热器中冷热工质混合传热,无受热面,冷热工质以相同参数离开。
需要计算的加热器内工质吸放热量包括抽气放热量、疏水放热量和给水吸热量,它们的定义分别为:
抽气放热量:来自汽轮机的抽气在加热器中的放热量
疏水放热量:来自上一级加热器的疏水出口焓(也是本级加热器疏水进焓) 在本级加热器中的放热量
给水吸热量:流经加热器的工质在加热器中的吸热量
根据加热器类型的不同,它们的计算表达式也不同
根据加热器的热平衡关系,抽汽放热量、疏水放热量与给(凝)水吸热量的定义分别为:
抽汽放热量:qj=hj-hdjo(表面式);qj=hj-hwji(混合式)
疏水放热量:γj=hdji-hdjo(表面式);γj=hdji-hwji(混合式)
给(凝)水吸热量:τj=hwjo-hwji
式中:hj为第j级加热器抽汽焓
hwjo和hwji分别为第j级加热器给(凝)水出口与进口焓
hdjo和hdji别为第j级加热器疏水出口与进口焓
步骤1.3:根据各个加热器热量计算抽气份额αj。
步骤1.4:根据汽水份额计算主蒸汽理想焓降w0、汽轮机做功wi、主蒸汽吸热量q0、排气放热量qc,并检验热平衡。
步骤2:计算回热循环的无量纲回热增益系数
由步骤1获得的αj为第i典型负荷下第j级抽汽份额、Hj'为第j级抽汽作功不足焓降、Hc为凝汽流作功焓降。
则根据定义,得回热循环的无量纲回热增益系数:
步骤3:测算典型工况下主汽流量修正系数:
其中ηmg是机械效率与发电机效率的乘积,取0.97,Peli为对应典型负荷工况下的电功率,Aload_i是对应典型负荷下回热增益系数。
步骤4:建立主汽流量修正系数函数:
基于典型样本的Peli和Kload_i、Aload_i、Hc,采用回归的方法,建立修正系数函数
Kload_i=f(Pel)
Hi,c=f(Pel)
Aload_i=f(Pel)
步骤5:主汽流量需求测算:
以一个抽汽回热再热机组为例,该汽轮机部分由高压缸、中压缸和低压缸组成;高压缸抽汽依次编号为第1级和第2级抽汽,与各级抽汽对应的并分别与是第1级和第2级加热器相连;中压缸抽汽依次编号为第3级和第4级抽汽,并分别与第3级和第4级加热器相连;低压缸抽汽依次编号为第5级、第6级、第7级抽汽和第8级抽汽,并分别与第5级、第6级、第7级和第8级加热器相连。高压缸主蒸汽除用作第一二级抽气外,其余经再热器进入中压缸,中压缸排汽除用作抽汽外,其余部分进入低压缸。该机组额定负荷工况下发电功率为660.148MW,主汽温度566℃,主汽压力24.2MPa,再热温度566℃,压力 3.877MPa。
详细计算步骤如下:
(1)热平衡计算
步骤1.1:获取机组设计图纸中满负荷下的主热力系统的汽水参数如下:
发电功率Pel为660.148MW
实际流量Dload为1840t/h
主蒸汽出口焓h0为3396kJ/kg;
主蒸汽进口焓为1203.2kJ/kg;
主蒸汽吸热量hc为2192.80kJ/kg;
再热汽出口焓hr为3596.2kJ/kg;
再热汽进口焓为2982.2kJ/kg;
再热汽吸热量为614kJ/kg;
排汽出口焓hc为2338.7kJ/kg;
排汽进口焓hwc为136.3kJ/kg;
排汽吸热量为2202.4kJ/kg;
#1加热器抽汽焓h1 3052.9kJ/kg
#1加热器出水焓hw1o 1203.2kJ/kg
#1加热器进水焓hw1i 1102.20kJ/kg
#1加热器疏水出口焓hd1o 1127.70kJ/kg
#2加热器抽汽焓h2 2982.2kJ/kg
#2加热器出水焓hw2o 1102.2kJ/kg
#2加热器进水焓hw2i 912.9kJ/kg
#2加热器疏水出口焓hd2o 927.2kJ/kg
#2加热器疏水进焓hd2i 1127.7kJ/kg
#3加热器抽汽焓h3 3381.4kJ/kg
#3加热器出水焓hw3o 912.9kJ/kg
#3加热器进水焓hw3i 804.1kJ/kg
#3加热器疏水出口焓hd3o 813.9kJ/kg
#3加热器疏水进焓hd3i 927.2kJ/kg
#4加热器抽汽焓h4 3197.1kJ/kg
#4加热器出水焓hw4o 804.1kJ/kg
#4加热器进水焓hw4i 597.4kJ/kg
#4加热器疏水进焓hd4i 813.9kJ/kg
#5加热器抽汽焓h5 2978.3kJ/kg
#5加热器出水焓hw5o 597.4kJ/kg
#5加热器进水焓hw5i 432kJ/kg
#5加热器疏水出口焓hd5o 455.5kJ/kg
#6加热器抽汽焓h6 2735.7kJ/kg
#6加热器出水焓hw6o 432kJ/kg
#6加热器进水焓hw6i 349.6kJ/kg
#6加热器疏水出口焓hd6o 373kJ/kg
#6加热器疏水进焓hd6i 455.5kJ/kg
#7加热器抽汽焓h7 2621kJ/kg
#7加热器出水焓hw7o 349.6kJ/kg
#7加热器进水焓hw7i 221.9kJ/kg
#7加热器疏水出口焓hd7o 245.1kJ/kg
#7加热器疏水进焓hd7i 373kJ/kg
#8加热器抽汽焓h8 2479.5kJ/kg
#8加热器出水焓hw8o 221.9kJ/kg
#8加热器进水焓hw8i 136.3kJ/kg
#8加热器疏水出口焓hd8o 163.8kJ/kg
#8加热器疏水进焓hd8i 245.1kJ/kg
典型负荷下热力系统参数如下表
步骤1.2:根据汽水参数和加热器类型及其构造,计算各个加热器的放热量 (抽气放热量qj;疏水放热量γj;给水吸热量τj)
在该系统中,#4号加热器为混合式加热器,#8号加热器由于疏水排入凝汽器水泵,也等效为混合式加热器;其余加热器为表面式加热器。
对一号加热器抽汽放热q1=h1-hd1o=3052.9-1127.7=1925.2(kJ/kg)
疏水放热γ1=hd1i-hd1o=0(kJ/kg)
给水吸热τ1=hw1o-hw1i=1203.2-1102.2=101(kJ/kg)
对二号加热器抽汽放热q2=h2-hd2o=2982.2-927.2=2055(kJ/kg)
疏水放热γ2=hd2i-hd2o=1127.7-927.2=200.5(kJ/kg)
给水吸热τ2=hw2o-hw2i=1102.2-912.9=189.3(kJ/kg)
对三号加热器抽汽放热q3=h3-hd3o=3381.4-813.9=2567.5(kJ/kg)
疏水放热γ3=hd3i-hd3o=927.2-813.9=113.3(kJ/kg)
给水吸热τ3=hw3o-hw3i=912.9-804.1=108.8(kJ/kg)
对四号加热器抽汽放热q4=h4-hw4i=3197.1-597.4=2599.7(kJ/kg)
疏水放热γ4=hd4i-hw4i=813.9-597.4=216.5(kJ/kg)
给水吸热τ4=hw4o-hw4i=804.1-597.4=206.7(kJ/kg)
对五号加热器抽汽放热q5=h5-hd5o=2978.3-455.5=2522.8(kJ/kg)
疏水放热γ5=hd5i-hd5o=0(kJ/kg)
给水吸热τ5=hw5o-hw5i=597.4-432=165.4(kJ/kg)
对六号加热器抽汽放热q6=h6-hd6o=2735.7-432=2735.7(kJ/kg)
疏水放热γ6=hd6i-hd6o=455.5-373=82.5(kJ/kg)
给水吸热τ6=hw6o-hw6i=432-349.6=82.4(kJ/kg)
对七号加热器抽汽放热q7=h7-hd7o=2621-245.1=2375.9(kJ/kg)
疏水放热γ7=hd7i-hd7o=373-245.1=127.9(kJ/kg)
给水吸热τ7=hw7o-hw7i=349.6-221.9=127.7(kJ/kg)
对八号加热器抽汽放热q8=h8-hw8i=2479.5-136.3=2343.2(kJ/kg)
疏水放热γ8=hd8i-hw8i=245.1-136.3=108.8(kJ/kg)
给水吸热τ8=hw8o-hw8i=221.9-136.3=85.6(kJ/kg)
其余工况计算方法相同,汇总结果在下表
步骤1.3:根据各个加热器热量计算抽气份额αj。
根据加热器的流量平衡与热量平衡关系,加热器抽汽份额的计算通式为:
式中,Aj是j级加热器出水份额,由j-1级加热器的流量平衡确定
Bj是j级加热器接收疏水份额,亦由j-1级加热器的流量平衡确定。对表面式加热器后的加热器Bj=Bj-1+αj-1,对一级加热器及混合式加热器后的加热器Bj=0。
对一号加热器,#1号加热器的出水份额与锅炉进水份额相同,不考虑工质损失,则锅炉进水含量份额为1,则有A1=1;由于#1号加热器前无加热器,且锅炉无疏水,所以#1号加热器接收上级疏水份额为0,有B1=0;
对二号加热器,#2号加热器的出水份额A2与#1号加热器的进水份额相同,由于#1号加热器为表面式加热器,进出水份额相同,所以A2=A1=1。#1加热器的疏水份额(亦即#2加热器接受的疏水份额B2)与其抽汽份额相等,所以 B2=α1=0.05246;
对三号加热器,#3号加热器的出水份额A3与#2号加热器的进水份额相同,由于#2号加热器为表面式加热器,进出水份额相同,所以A3=A2=1。#2加热器的疏水份额(亦即#3加热器接受的疏水份额B3)包括#2号加热器的疏水与#2 号加热器的抽气,所以B3=B2+α2=0.13946;
对四号加热器,#4号加热器的出水份额A4与#3号加热器的进水份额相同,由于#3号加热器为表面式加热器,进出水份额相同,所以A4=A3=1。#3加热器的疏水份额(亦即#4加热器接受的疏水份额B4)包括#3号加热器的疏水与#4 号加热器的抽气,所以B4=B3+α3=0.17568;
对五号加热器,#5号加热器的出水份额A5与#4号加热器的进水份额相同,由于#4号加热器为混合式加热器,出水份额包括进水份额、抽气份额和接收#3 号疏水份额,所以A5=A4-α4-B4=1-0.06488-0.17568=0.75944。由于#4号加热器没有疏水,所以#5号加热器没有接受疏水,B5=0
对六号加热器#6号加热器的出水份额A6与#5号加热器的进水份额相同,由于#5号加热器为表面式加热器,进出水份额相同,所以A6=A5=0.75944。#5 加热器的疏水份额(亦即#6加热器接受的疏水份额B6)包括#5号加热器的疏水与#5号加热器的抽气,所以B6=B5+α5=0.04979
对七号加热器,#7号加热器的出水份额A7与#6号加热器的进水份额相同,由于#6号加热器为表面式加热器,进出水份额相同,所以A7=A6=0.75944。#6 加热器的疏水份额(亦即#7加热器接受的疏水份额B7)包括#6号加热器的疏水与#6号加热器的抽气,所以B7=B6+α6=0.07454;
对八号加热器,#8号加热器的出水份额A8与#7号加热器的进水份额相同,由于#7号加热器为表面式加热器,进出水份额相同,所以A8=A7=0.75944。#7 加热器的疏水份额(亦即#8加热器接受的疏水份额B8)包括#7号加热器的疏水与#7号加热器的抽气,所以B8=B7+α7=0.11134;
其余工况计算方法相同,汇总结果在下表
步骤1.4:根据汽水份额计算主蒸汽理想焓降w0、汽轮机做功wi、主蒸汽吸热量q0、排气放热量qc,并检验热平衡。
(1)单位进汽循环吸热量
q0=h0-hw1+αr·(hr-h2)
=3396-1203.2+(1-0.05246-0.087)·(3596.2-2982.2)
=2721.17137kJ/kg
(2)单位进汽循环作功量
计算抽气做功不足
#1抽气做功不足:y1=α1·(h0-hc+σ)=69.68014kJ/kg
#2抽气做功不足:y2=α2·(h0-hc+σ)=109.40027kJ/kg
#3抽气做功不足:y3=α3·(h3-hc)=37.76834kJ/kg
#4抽气做功不足:y4=α4·(h4-hc)=55.69178kJ/kg
#5抽气做功不足:y5=α5·(h5-hc)=31.84596kJ/kg
#6抽气做功不足:y6=α6·(h6-hc)=9.82462kJ/kg
#7抽气做功不足:y7=α7·(h7-hc)=10.39030kJ/kg
#8抽气做功不足:y8=α8·(h8-hc)=3.17833kJ/kg
其中:σ为再热吸热量:σ=hr-h2=614.0kJ/kg;
αc为除去各级抽气后的凝气流份额:αc=1-α1-α2-α3-α4-α5- α6-α7-α8=0.62552;
w0为主蒸汽理想焓降,其定义为:汽轮机组没有抽气时单位进气在汽轮机组里的焓降。主蒸汽理想焓降:Hc=w0=(h0-hc+σ)=1671.3kJ/kg即为Hc凝汽流作功焓降
汽轮机做功wi=w0-y1-y2-y3-y4-y5-y6-y7-y8=1343.52028kJ/ kg
(3)冷源损失即循环放热:
qc=ac·(hc-hwc)=0.62552·(2338.7-136.3)=1377.65109kJ/kg
(4)热平衡检验:
q0=h0-hw1+arσ=2721.17137kJ/kg=wi+qc=1343.52028+1377.65109kJ/kg
其余工况计算方法相同,结果在下表。
步骤2:计算回热循环的无量纲回热增益系数
由步骤1获得的αj为第i典型负荷下第j级抽汽份额、H'j为第j级抽汽作功不足焓降、Hc为凝汽流作功焓降。
则根据上述计算结果,得满负荷时的回热循环的无量纲回热增益系数:
步骤3:测算典型工况下主汽流量修正系数:
Kload_i=Dload_i/[3600·Peli/(Aload_i·Hc·ηmg)]
=1840/[3600·660.148/(0.80387739·1671.3·0.97)]
=1.008997225
其余工况计算方法相同,汇总结果在下表。
步骤4:建立主汽流量修正系数函数:
基于典型样本的Pel和Aload_i、Kload_i和Hc数据,采用回归的方法,建立修正系数函数
Aload=f1(Pel)
Kload=f2(Pel)
Hc=f3(Pel)
根据他们的变化趋势,对Aload=f1(Pel)利用二阶多项式线性回归,对 Kload=f2(Pel)利用对数回归,对Hc=f3(Pel)利用拉格朗日差值,得出如下:
Aload=f1(Pel)=0.96-0.0003Pel+10-7Pel 2
Kload_i=f2(Pel)=-0.038ln(Pel)+1.2566
步骤5:主汽流量需求测算:
其余工况计算方法相同,各个典型点与需求预测模型的误差如下表: