汽輪機(jī)相對(duì)內(nèi)效率的測(cè)量與診斷

汽輪機(jī)相對(duì)內(nèi)效率的測(cè)量與診斷

作為熱載處理廠的主機(jī)之一，該收割機(jī)的實(shí)際熱經(jīng)濟(jì)性能直接影響到整個(gè)發(fā)電廠的經(jīng)濟(jì)效益。由于汽輪機(jī)的相對(duì)內(nèi)效率是反映汽輪機(jī)通流部分運(yùn)行經(jīng)濟(jì)狀態(tài)的一項(xiàng)重要指標(biāo),通過熱力試驗(yàn)獲得汽輪機(jī)的相對(duì)內(nèi)效率和其它一些經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)來評(píng)價(jià)汽輪機(jī)的熱經(jīng)濟(jì)性能成為發(fā)電廠的一項(xiàng)重要工作。同時(shí),機(jī)組在線監(jiān)測(cè)也需要獲取相對(duì)內(nèi)效率這一經(jīng)濟(jì)性指標(biāo),以進(jìn)行汽輪機(jī)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)狀態(tài)診斷和分析。目前,汽輪機(jī)相對(duì)內(nèi)效率的概念存在兩種不同的定義方法,即以汽輪機(jī)的有效焓降與理想焓降之比定義的指標(biāo)性相對(duì)內(nèi)效率和以汽輪機(jī)的內(nèi)功率與理想功率之比定義的汽輪機(jī)相對(duì)內(nèi)效率。這兩種定義方法測(cè)量和計(jì)算相對(duì)內(nèi)效率的難易程度不同。在熱力試驗(yàn)或在線測(cè)量中,兩種相對(duì)內(nèi)效率在汽輪機(jī)經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)領(lǐng)域是否相同的功效,運(yùn)用哪種相對(duì)內(nèi)效率可以有效、便捷的評(píng)價(jià)汽輪機(jī)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性能是值得討論的問題。1對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)相對(duì)效率的討論和分析1.1相對(duì)內(nèi)效率的計(jì)算在以蒸汽為工質(zhì)的熱力發(fā)電廠中,高溫高壓蒸汽在汽輪機(jī)內(nèi)進(jìn)行熱功轉(zhuǎn)換的過程中存在著各種能量損失,蒸汽的理想焓降不能全部轉(zhuǎn)換為有用功。其中,能量轉(zhuǎn)換為有用功部分稱為有效焓降。文獻(xiàn)指出,對(duì)于沒有回?zé)岢槠⒉淮嬖谇昂筝S封漏汽和門桿漏汽的純凝汽式汽輪機(jī)(圖1),從蒸汽在汽輪機(jī)通流部分的膨脹過程出發(fā),汽輪機(jī)的相對(duì)內(nèi)效率定義為蒸汽在汽輪機(jī)內(nèi)的有效焓降和理想焓降之比,此即被稱為指標(biāo)性相對(duì)內(nèi)效率,定義式如下ηri=ΔΗiΔΗtηri=ΔHiΔHt,(1)式中:ηri為汽輪機(jī)指標(biāo)性相對(duì)內(nèi)效率;ΔHi為汽輪機(jī)通流部分中蒸汽的有效焓降,kJ/kg;ΔHt為汽輪機(jī)通流部分中蒸汽的理想焓降,kJ/kg。以上定義的指標(biāo)性相對(duì)內(nèi)效率的物理意義在焓—熵圖上表示為圖2,由圖2可以看出,指標(biāo)性相對(duì)內(nèi)效率可以直觀的反映蒸汽在汽輪機(jī)通流部分能量轉(zhuǎn)換的實(shí)際過程的相對(duì)關(guān)系,也稱為圖解相對(duì)內(nèi)效率。然而,在熱力發(fā)電廠中,為了提高機(jī)組經(jīng)濟(jì)性,絕大多數(shù)凝汽式汽輪機(jī)設(shè)計(jì)有回?zé)岢槠到y(tǒng)或再熱循環(huán)過程,即為非純凝汽式汽輪機(jī),如圖3,且軸封或門桿漏汽的存在也是不可避免的,對(duì)于帶有回?zé)岢槠?、存在軸封或門桿漏汽的汽輪機(jī)的相對(duì)內(nèi)效率定義方法,文獻(xiàn)并沒有說明。文獻(xiàn)認(rèn)為,回?zé)岢槠?、軸封或門桿漏氣量的變化對(duì)指標(biāo)性相對(duì)內(nèi)效率的計(jì)算不產(chǎn)生影響,指標(biāo)性相對(duì)內(nèi)效率只單純是汽輪機(jī)通流部分運(yùn)行經(jīng)濟(jì)狀態(tài)的量度。從而,對(duì)于非純凝汽式汽輪機(jī),指標(biāo)性相對(duì)內(nèi)效率的計(jì)算仍然簡(jiǎn)單的采用式(1)進(jìn)行。但實(shí)際上,在進(jìn)入汽輪機(jī)的主蒸汽流量一定的情況下,機(jī)組的回?zé)岢槠俊⑤S封或門桿漏汽量發(fā)生變化,必然引起汽輪機(jī)通流部分蒸汽流量的變化,蒸汽在各通流部分的作功量改變,汽輪機(jī)通流部分蒸汽的實(shí)際膨脹過程線發(fā)生偏移。由圖2可見,這將是最終導(dǎo)致汽輪機(jī)排汽焓發(fā)生相應(yīng)的變化,蒸汽的實(shí)際焓降隨之改變。由式(1)可知,汽輪機(jī)實(shí)際焓降改變,指標(biāo)性相對(duì)內(nèi)效率隨之改變。也就是說,汽輪機(jī)指標(biāo)性效率同樣受到回?zé)岢槠?、軸封或門桿漏汽量的變化的影響。1.2機(jī)組的吸汽作功系數(shù)kw計(jì)算在熱力發(fā)電廠的熱動(dòng)力循環(huán)中,化學(xué)能或核能轉(zhuǎn)化為熱能后,以高溫高壓蒸汽的形式進(jìn)入汽輪機(jī)進(jìn)行熱功轉(zhuǎn)換,在克服各項(xiàng)損失后,才由發(fā)動(dòng)機(jī)輸出有效電功率。這個(gè)過程的能量傳遞方程為3600Ρsl=Q3600ΡtQΡiΡtΡmΡiΡelΡm=Qηtηmηel3600Psl=Q3600PtQPiPtPmPiPelPm=Qηtηmηel,(2)式中:Q為進(jìn)入汽輪機(jī)的總熱量(包括中間再熱輸入熱量),kJ/h;Pt為汽輪機(jī)的理想功率,表示在單位時(shí)間內(nèi)蒸汽理想焓降全部轉(zhuǎn)換成的機(jī)械功,kW;Pi為汽輪機(jī)的內(nèi)功率,表示在單位時(shí)間內(nèi)蒸汽實(shí)際焓降全部轉(zhuǎn)換成的機(jī)械功,kW;Pm為汽輪機(jī)的軸端功率,kW;Pel為發(fā)動(dòng)機(jī)輸出有效功率,kW;ηt為汽輪機(jī)的理想循環(huán)熱效率,ηt=3600Pt/Q;ηi為汽輪機(jī)相對(duì)內(nèi)效率;ηm為汽輪機(jī)的機(jī)械效率,ηel=Pm/Pi;ηel為發(fā)動(dòng)機(jī)效率,ηel=Pel/Pm。這樣,從汽輪機(jī)能量傳遞的角度看,相對(duì)內(nèi)效率可以用汽輪機(jī)的內(nèi)功率和理想功率之比定義,即所謂的汽輪機(jī)相對(duì)內(nèi)效率為:ηi=ΡiΡtηi=PiPt,(3)式(3)中,汽輪機(jī)的內(nèi)功率和理想功率的表達(dá)式分別為Ρi=Gms3600(1-ΣαiYi-ΣαsgYsg)ΔΗPi=Gms3600(1?ΣαiYi?ΣαsgYsg)ΔH,(4)Ρt=Gms3600(1-ΣαitYit-ΣαsgtYsgt)ΔΗ,(5)式中:Gms為進(jìn)入汽輪機(jī)的主蒸汽流量,kg/h;αi、αsg分別為汽輪機(jī)實(shí)際過程的抽汽系數(shù)及軸封或門桿的漏汽系數(shù);αit、αsgt分別為汽輪機(jī)等熵膨脹過程的抽汽系數(shù)及軸封或門桿的漏汽系數(shù);Yi、Ysg分別為汽輪機(jī)實(shí)際過程的抽汽作功不足系數(shù)及軸封或門桿的漏汽作功不足系數(shù);Yit、Ysgt分別為汽輪機(jī)等熵膨脹過程的抽汽作功不足系數(shù)及軸封或門桿的漏汽作功不足系數(shù)。由能量傳遞方程式(2)也可以逆向確定汽輪機(jī)相對(duì)內(nèi)效率為ηi=3600ΡelQηtηmηel=3600ΡelΡtηmηel,(6)由式(3)、式(4)、式(5)可見,以汽輪機(jī)的內(nèi)功率和理想功率之比定義的汽輪機(jī)相對(duì)內(nèi)效率ηi,在反映汽輪機(jī)通流部分運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性時(shí),也受到回?zé)岢槠?、軸封或門桿漏汽量的影響。1.3凝汽式發(fā)電機(jī)組前兩節(jié)所述的汽輪機(jī)的相對(duì)內(nèi)效率的兩種定義,即以汽輪機(jī)實(shí)際焓降和理想焓降之比定義的指標(biāo)性相對(duì)內(nèi)效率ηri(簡(jiǎn)稱焓降型相對(duì)內(nèi)效率)和以汽輪機(jī)的內(nèi)功率和理想功率之比的汽輪機(jī)相對(duì)內(nèi)效率ηi(簡(jiǎn)稱功率型相對(duì)內(nèi)效率),對(duì)于圖1所示的無回?zé)岢槠淮嬖谳S封和門桿漏汽的純凝汽式汽輪機(jī)有:ηi=ΡiΡt=GmsΔΗiGmsΔΗt=ΔΗiΔΗt=ηri.(7)可見,在純凝汽式汽輪機(jī)中,焓降型相對(duì)內(nèi)效率和功率型相對(duì)內(nèi)效率的值是完全相同的,具有等價(jià)的物理意義。但對(duì)于圖2所示的帶有回?zé)岢槠?、存在軸封或門桿漏汽的非純凝汽式汽輪機(jī),功率型相對(duì)內(nèi)效率和焓降型相對(duì)內(nèi)效率之間的關(guān)系為ηi=ΡiΡt=Gms(1-ΣαiYi-ΣαsgYsg)ΔΗGms(1-ΣαriYri-ΣαsgtYsgt)ΔΗ=βηri,(8)式中比例系數(shù)β為β=1-ΣαiYi-ΣαsgYSG1-ΣαrtYrt-ΣαsgtYsgt,(9)同時(shí),也可由下式計(jì)算得出功率型相對(duì)內(nèi)效率和焓降型相對(duì)內(nèi)效率的相對(duì)差值,即式δ=ηi-ηriηri=β-1,(10)式中:δ為功率型相對(duì)內(nèi)效率和焓降型相對(duì)內(nèi)效率的相對(duì)差值?？梢?在非純凝汽式汽輪機(jī)中,功率型相對(duì)內(nèi)效率和焓降型相對(duì)內(nèi)效率的值相差一個(gè)比例系數(shù)β。若系統(tǒng)沒有回?zé)岢槠?且不考慮軸封和門桿漏汽時(shí),式(8)中的系數(shù)αi、αri、Yi、Yri、αsg、αsgt、Ysg、Ysgt均為零,比例系數(shù)β=1,即式(7)所表達(dá)的非純凝汽式汽輪機(jī)的特殊情況。2對(duì)125w宗族車輛的相對(duì)內(nèi)部效率進(jìn)行了測(cè)量2.1試驗(yàn)1.2．2主要熱力參數(shù)某火電廠125MW汽輪機(jī)的回?zé)嵯到y(tǒng)如圖4所示。該汽輪機(jī)為一次中間再熱凝汽式三缸單軸汽輪機(jī),高、中壓缸均為雙層缸結(jié)構(gòu)。主蒸汽通過兩個(gè)主汽門和四個(gè)調(diào)速汽門進(jìn)入高壓缸,再熱蒸汽經(jīng)過兩個(gè)聯(lián)合汽門進(jìn)入中壓缸。機(jī)組共有七級(jí)非調(diào)整抽汽:高壓缸設(shè)有第一級(jí)抽汽;再熱冷段設(shè)有第二級(jí)抽汽;中壓缸共設(shè)三級(jí)抽汽,其中第一級(jí)抽汽供除氧器;低壓缸共設(shè)兩級(jí)抽汽。該汽輪機(jī)某次熱力試驗(yàn)測(cè)量得到的主要熱力參數(shù)如表1所示。這次熱力試驗(yàn)是在額定負(fù)荷附近進(jìn)行的。其中,低壓缸末級(jí)回?zé)岢槠烟幱跐裾羝麉^(qū)。試驗(yàn)以除氧器入口凝結(jié)水流量的測(cè)量值為計(jì)算給水流量和主蒸汽流量的基準(zhǔn)值。由于此次試驗(yàn)中,高加大旁路和#4低壓加熱器旁路仍有流量存在,在計(jì)算中給予了考慮。2.2功率型相對(duì)內(nèi)效率根據(jù)以上汽輪機(jī)熱力試驗(yàn)的測(cè)量參數(shù),運(yùn)用常規(guī)計(jì)算方法,獲得了汽輪機(jī)的焓降型相對(duì)內(nèi)效率ηri和一些相關(guān)的主要參數(shù),如表2所示。同時(shí),本文對(duì)功率型相對(duì)內(nèi)效率ηi進(jìn)行了計(jì)算,其值以及一些相關(guān)的主要參數(shù)如表3所示。由表2和表3可見,通過熱力試驗(yàn)計(jì)算得到的兩種相對(duì)內(nèi)效率在數(shù)值上只有微小的差別,相對(duì)差值δ僅為0.0022,系數(shù)β值為0.9978。3系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的影響綜上所述,汽輪機(jī)功率型相對(duì)內(nèi)效率和焓降型相對(duì)內(nèi)效率均在一定程度上受到回?zé)嵯到y(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、軸封或門桿漏汽量變化的影響,但兩者的相對(duì)變化量均小于0.3%,滿足工