汽輪機(jī)火用分析方法的熱力系統(tǒng)計(jì)算

汽輪機(jī)火用分析方法的熱力系統(tǒng)計(jì)算前言在把整個(gè)汽輪機(jī)裝置系統(tǒng)劃分成假設(shè)干個(gè)單元的過程中，任何一個(gè)單元由于某些因素而引起的微弱變化，都會(huì)影響到其它單元。這種引起某單元變化的因素叫做“擾動(dòng)”。也就是說，某單元局部參量的微小變化(即擾動(dòng))，會(huì)引起整個(gè)系統(tǒng)的“反彈”，但是它不會(huì)引起系統(tǒng)所有參數(shù)的“反彈”。就汽輪機(jī)裝置系統(tǒng)而言，系統(tǒng)產(chǎn)生的任何變化，都可歸結(jié)為擾動(dòng)后本級(jí)或鄰近級(jí)抽汽量的變化，從而引起汽輪機(jī)裝置系統(tǒng)及各單元的火用損變化。因此，在對(duì)電廠熱力系統(tǒng)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析時(shí)，僅計(jì)算出某一工況下各單元火用損失分布還是不夠的，還應(yīng)計(jì)算出當(dāng)某局部參量變化時(shí)整個(gè)熱力系統(tǒng)火用效率變化情況。1、火用分析方法與熱力系統(tǒng)的能量分析法一樣，可以把熱力系統(tǒng)中的回?zé)峒訜崞鞣譃槭杷帕魇胶途奂絻深?參見圖1和圖2)，并把熱力系統(tǒng)的參數(shù)整理為3類：其一是蒸汽在加熱器中的放熱火用，用q’表示；其二是疏水在加熱器中的放熱火用，用y表示；其三是給水在加熱器中的火用升，以r’表示。其計(jì)算方法與能量分析法類似。對(duì)疏水式加熱器：對(duì)疏水聚集式加熱器：式中，ef、edj、esj分別為j級(jí)抽汽比火用、加熱器疏水比火用和加熱器出口水比火用。1．1抽汽有效火用降的引入對(duì)于抽汽回?zé)嵯到y(tǒng)，某級(jí)回?zé)岢槠麥p少或某小流量進(jìn)入某加熱器“排擠”抽汽量，諸如此類原因使某級(jí)加熱器抽汽產(chǎn)生變化(一般是抽汽量減少)，如果認(rèn)為此變化很小而不致引起加熱器及熱力系統(tǒng)參數(shù)變化，那么便可基于等效焓降理論引入放熱火用效率來求取某段抽汽量變化時(shí)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)火用效率的影響。為便于分析，定義抽汽的有效火用降，在抽汽減少的情況下表示1kg排擠抽汽做功的增加值；在抽汽量增加時(shí)，那么表示做功的減少值；用符號(hào)Ej來表示。當(dāng)從靠近凝汽器側(cè)開始，研究各級(jí)抽汽有效火用降時(shí)，Ej的計(jì)算是從排擠lkg抽汽的火用降(ej-ec)ηej中減去某些固定成分，可歸納為通式：式中，Ar取γer或τer，視加熱器換熱型式而定。如果j為聚集式加熱器，那么Ar均以τer代之；如果j為疏水放流式加熱器，那么順著凝結(jié)水或給水來流方向從j以上直到(包括)聚集式加熱器用γer代替Ar，而順著凝結(jié)水或給水來流方向在聚集式加熱器以上無論是聚集式或疏水放流式加熱器，那么一律以τer。代替Ar；r為加熱器j后更低壓力抽汽口腳碼；ηej為汽輪機(jī)流動(dòng)火用效率。而排擠lkg抽汽所獲得的做功Ej與需參加的抽汽火用之比稱為抽汽火用效率ηj，即：1．2新蒸汽有效火用降根據(jù)抽汽有效火用降推演，并考慮輔助成分的做功損耗，可以得到新蒸汽的凈有效火用降：式中，Σ丌為系統(tǒng)全部輔助成份的做功損失，指除了回?zé)峒訜嵋酝獾囊磺懈郊映煞荩ㄩT桿漏汽、軸封漏汽、給水泵功損、加熱器損失等的代數(shù)和。1．3再熱機(jī)組新蒸汽有效火用降新蒸汽有效火用降E按前述根底理論推演，采用變火用量抽汽火用效率ηoej可導(dǎo)出新蒸汽有效火用降為：裝置火用效率為：式中，Eo為循環(huán)火用升量，Eo=e0一efw+α2r△e，kJ／kg；△e為lkg蒸汽在再熱器中的吸熱量，△e=e2r一e1L，kJ／kg；e2r為再熱熱段的蒸汽火用，kJ／kg；e1L正為再熱冷段的蒸汽火用，kJ／kg；ηor為變火用量抽汽火用效率，；Eor為變火用量抽汽有效火用降，再熱段以后由于排擠抽汽不影響再熱器的蒸汽份額α2r，，也不影響再熱器的火用升，變熱量抽汽有效火用降的計(jì)算與非再熱機(jī)組一樣，其通式為：對(duì)再熱冷段及其以上抽汽，根據(jù)定義，每產(chǎn)生lkg排擠抽汽．有參加的火用做功，還包含排擠抽汽引起的再熱器火用升的做功，該蒸汽返回汽輪機(jī)的實(shí)際做功為：1．4加熱器端差的定量分析加熱器端差是指加熱蒸汽的飽和溫度與加熱器出口水溫之差。在設(shè)計(jì)中根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)性選定的端差，在運(yùn)行設(shè)備小，由于各種原因產(chǎn)生給水加熱缺乏稱為運(yùn)行端差。端差的存在和變化，雖沒有發(fā)生直接的明顯熱損失，但是增加了熱交換的不可逆性，產(chǎn)生了額外冷源損失，降低了裝置的經(jīng)濟(jì)性。圖3是Noj一1加熱器端差△τej-1(kJ／kg)的示意圖，△τej-1也可以是No.j一1加熱器在運(yùn)行中出現(xiàn)的給水加熱缺乏。顯然。這個(gè)加熱缺乏或端差將使No．j級(jí)加熱器的抽汽火用降增加△τej-1，抽汽量的增加，將使熱力系統(tǒng)的火用升減少△τej-1ηj。與此同時(shí)，No．j—l加熱器的抽汽有效火用降相應(yīng)減少△τej-1，使熱力系統(tǒng)的有效火用增加△τej-1ηj-1。。因此，端差增大△τej-1。將使熱力系統(tǒng)有效火用減少：△E=△τej-1(ηj-ηj-1)。應(yīng)當(dāng)指出，在計(jì)算中必須區(qū)別下面幾種情況，采用不同的計(jì)算公式：(1)流經(jīng)加熱器的水份額不是l，而是αH。，那么熱力系統(tǒng)有效火用減少的計(jì)算式為:(2)當(dāng)加熱器No.j有疏水冷卻器時(shí)，加熱器No．j一1出現(xiàn)加熱缺乏△τej-1，如圖4所示。這時(shí)△τej-1對(duì)新蒸汽等效熱降的影響有其特點(diǎn)，它不僅使加熱器之間的火用量分配發(fā)生了變化，還將使疏水有效火用降產(chǎn)生△τej-1的變化。當(dāng)疏水冷卻器冷端端差不變時(shí)△γej-1=△τej-1。顯然，這時(shí)疏水在加熱器No．j中的有效火用降增加了△τej-1。，而在加熱器中的有效火用降相應(yīng)減少△γej-1。由此引起熱力系統(tǒng)有效火用增加β△τej-1〔ηj-ηj-1〕kJ／kg。式中，β為加熱器No.j的疏水份額。因而，端差△τej-1引起的熱力系統(tǒng)有效火用減少為：(3)當(dāng)加熱器No.j是聚集式加熱器時(shí)，加熱器No．j一l出現(xiàn)加熱缺乏△τej-1，如圖5所示。這時(shí)加熱缺乏△τej-1將使流過加熱器No．j一1的水份額αH。發(fā)生變化，故熱力系統(tǒng)有效火用減少：式中，aH’為變化后的水份額。按熱平衡原理可推得：公式中的aH。為變化前的水份額，正、負(fù)號(hào)的選用是：當(dāng)端差或加熱缺乏增大時(shí)為正，反之為負(fù)。(4)最后一個(gè)高壓加熱器(最高抽汽壓力)出現(xiàn)端差成加熱缺乏△τej時(shí)，計(jì)算時(shí)有它的特點(diǎn)。因?yàn)?，這時(shí)不僅減少了加熱器No．J段的抽汽量，而且由于鍋爐給水火用值降低，使給水在鍋爐中的火用升增加。圖6為最高加熱器出現(xiàn)加熱缺乏，加熱缺乏△τej-1減少了No．j段的抽汽量，使熱力系統(tǒng)有效火用減少：與此同時(shí)，出現(xiàn)了給水加熱終溫降低，使給水在鍋爐中的火用升增加：2實(shí)例計(jì)算火電廠的熱力設(shè)備和系統(tǒng)，無論是發(fā)生火用量和工質(zhì)的損失，還是工質(zhì)和火用量利用于系統(tǒng)，都將影響裝置的經(jīng)濟(jì)性，通常工質(zhì)損失的同時(shí)總伴隨著有火用量的損失。熱力設(shè)備和管道的散熱、排污及汽水滲漏和取樣等就是屬于工質(zhì)和火用量損失；工質(zhì)和火用量利用于系統(tǒng)，包括來自循環(huán)內(nèi)部的工質(zhì)和火用量，以及循環(huán)外部工質(zhì)和火用量，比方，軸封漏汽、抽氣器排汽、除氧器余汽利用以及給水泵內(nèi)的火用升等均屬于內(nèi)部火用量和工質(zhì)的利用，而外來蒸汽或熱水、排污擴(kuò)容蒸汽、鍋爐排煙余熱利用都屬于外部火用量和工質(zhì)利用于系統(tǒng)。熱力系統(tǒng)中各種熱經(jīng)濟(jì)性問題，可以歸納為兩大類：一類是純火用量變動(dòng)或出入系統(tǒng)；另一類是帶有工質(zhì)的火用量進(jìn)出系統(tǒng)。兩類熱經(jīng)濟(jì)性問題有本質(zhì)區(qū)別，它們對(duì)經(jīng)濟(jì)性的影響和效果以及分析計(jì)算的方法都將有很大不同。在研究時(shí)，按純火用量和帶工質(zhì)的火用量進(jìn)出系統(tǒng)分別予以討論，給出新蒸汽有效火用降的增量△E和循環(huán)火用升增量△EO的計(jì)算方法?！鱁和△Eo得出后，就可求得裝置火用效率的相對(duì)變化；以某600MW機(jī)組為例，應(yīng)用上述理論計(jì)算結(jié)果如表1(圖7)所示。3結(jié)論(1)基于等效焓降理論提出了有效火用降的概念，建立了當(dāng)抽汽量擾動(dòng)時(shí)對(duì)整個(gè)熱力系統(tǒng)火用效率影響的數(shù)學(xué)模型。(2)對(duì)600MW汽輪機(jī)組進(jìn)行了局部能損定量計(jì)算。由表l可以看出，假設(shè)加熱器端差減少△％=2kJ／kg，各加熱器對(duì)熱力系統(tǒng)火用效率的影響不同：l號(hào)、3號(hào)對(duì)經(jīng)濟(jì)性影響較大，其次為8號(hào)。其它加熱器對(duì)經(jīng)濟(jì)性