汽轮机低压缸效率的在线计算
东北电力学院学报
第21卷第4期
2001年12月 Journal Of N ortheast China I nstitute Of E lectric Pow er E ngineering V ol. 21,N o. 4Dec. ,2001文章编号:100522992(2001) 0420001203
汽轮机低压缸效率的在线计算
罗 1, 赵晓彤2, 徐志明1, 郭东霞2
(1. 东北电力学院研究生部, 吉林吉林 1320122. 中国电力科学研究院, 北京 100085)
摘 要:提出了一种满足工程实用需要的汽轮机低压缸效率的计算方法, 热经济性诊断提供一种实用手段。关 键 词:汽轮机; 低压缸; 效率; 在线计算
中图分类号:TK262 文献标识码:A
1 。依据热力学理论, 汽缸效率定义为缸内实际焓降Δh Δh t 之比:η=Δh/Δh t [1～3], 各个缸的实际焓降Δh 通过可测参数(如温度、压力等) 在焓熵图上求得, 但是, 在对汽轮机低压缸的焓降进行计算时, 由于其排汽工质工作于湿蒸汽区, 需要温度、压力及干度三个参数才能确定低压缸排汽焓, 而低压缸排汽干度(或湿度) 目前还难以实现在线测量, 排汽湿蒸汽的焓值无法通过常规方法得到, 使汽轮机组整体实时性能计算、在线效率分析难以实现。
许多科研人员曾针对这个问题作过不少研究, 目前广泛使用的是参考文献[2]给出的一个迭代算法。在这个算法中, 利用已知的机组负荷和排汽压力, 估计排汽焓初值, 通过机组变工况计算, 从末级逐级算到中压缸最前一级, 判断该级级前温度是否等于再热蒸汽温度, 如不符合计算精度要求, 则调整排汽焓值, 重复迭代计算, 直至满足精度要求为止。该方法的排汽焓估计值经验随意性较大, 程序实现存在困难, 计算过程实时性无法保证, 不适合于火电机组实时运行优化的工程处理。
本文利用现场实际的可测参数, 从工程实用的角度提出了一种末级排汽焓的计算方法, 算法复杂程度在原来基础上有所减少, 计算精度满足工程要求, 通过算例计算验证了它的合理性, 计算方法可用于汽轮机效率实时在线计算。
2 低压缸效率计算
汽轮机末级排汽流经凝汽器时, 被循环冷却水吸收其汽化潜热和部分显热而形成所谓冷源损失, 因此可利用排汽的冷源损失和循环冷却水温升的关系来求取汽轮机末级排汽焓, 进而得出汽轮机低压缸的效率。
在凝汽器中, 汽轮机末级排汽的冷却过程可视为一个有相变的换热过程[4], 如图1所示。热平衡方程为
(1) D c (h -h ′c ) =D w C p (t w 2-t w 1)
收稿日期:2001210217
基金项目:中国电力科学研究院科研课题项目, 编号EZF2001
作者简介:罗 (1976-) , 男, 东北电力学院硕士研究生, 从事发电厂经济运行方面研究。
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传热方程为东北电力学院学报第21卷
Δt m Q =D c (h c -h ′A c c ) =K
由(1) , (2) 式可知汽轮机末级排汽焓为
Δt h c =h ′+c D c (2) (3)
其中:D c 为凝汽器的蒸汽负荷; h c 为汽轮机末级排汽焓; h ′c
为汽轮机背压下的饱和水焓; D w 为循环冷却水流量; C p 为循环冷
却水定压比热容; t w 1为循环冷却水进口温度; t w 2为循环冷却水出
口温度; Q 为凝汽器换热量; K 为凝汽器的总体传热系数; A c 为凝
汽器的冷却面积; Δt m 为凝汽器的平均传热温差。
由(3) 式可以分析看出, 对于凝汽器的不同运行工况, 循环冷图1 凝汽器温度分布示意图
却水的进口温度t w 1和出口温度t w 2可通过实时监测得到, 汽轮机末级排汽量D c 通过计算得到, K , 确定凝汽器传热端差δt , 以及循环冷却水温升Δt w , 再由式(3) 行工况下的低压缸效率。
在不同运行工况下, [Δt m (4) t +Δt ln δt
Δt w =t w 2-t w 1(5)
事实上, 如果对凝汽器的总体传热系数K 采用别尔曼公式[5, 6]来计算, 那么在不同实时工况下, 只要循环水流速C w 可测, K 只是一个与循环冷却水进口温度有关的函数, 通过监测循环冷却水进出口温度就可以得到K 的值, 具体为:
β(6) K =4070βw βt βz βd
其中, β为清洁系数, 对直流供水系统取β=0. 80～0. 85; 对循环供水系统取β=0. 75～0. 80; 当水质不清洁时, 取β=0. 65～0. 75; βw 为冷却水流速和管径的修正数, 具体表述为:
βw =4β(1+0. 15t w 1) 0. 12d 1
其中, C w 为循环冷却水流速, 一般为1. 5～2. 5m/s ; d 1为凝汽器冷却管内径; t w 1为循环冷却水进口水温; βt 为水温修正系数, 具体表述为:
() 2
βt =1-1000
βz 为冷却水流程数的修正系数, 具体表述为:
β1-z =1+10其中, Z 为冷却水流程数。
ca c ca βd 为蒸汽负荷修正系数, 当蒸汽负荷率d c o 自设计值d c o 至临界值d c o =(0. 9-0. 12t w 1) d c o 之间变
c 化时, βd =1; 当d c o
在确定了汽轮机末级排汽焓之后, 就可以计算出汽轮机低压缸的相对内效率
ηri =Δh t
Δh 为低压缸实际有效热焓降, 它可表示为式中:(7)
第4期罗 :汽轮机低压缸效率的在线计算 3
Δh =h i -h c
低压缸理想等焓降为
Δh t =h i -h ′i (8) (9)
其中, h i 为汽轮机低压缸进汽焓; h ′i 为汽轮机低压缸理想等熵膨胀终点的水蒸汽焓值, 可根据低压缸排汽背压和低压缸蒸汽进口熵值来确定。
3 算例分析
为了验证本算法的可信性, 采用此算法对某电厂300MW 机组的额定负荷工况, 75%负荷工况和50%负荷工况分别进行计算, 并与实际设计值做了比较, 其计算比较结果见表1。
从表中可以看出, 对于该机组而言, 表1 某电厂300MW 机组低压缸效率计算结果末级排汽焓的最大误差为11. 1k J/kg 额定工况75%负荷(定压运行) 负荷(滑压运行) (50%负荷) , 低压缸相对内效率的最大负荷排汽焓相对内效排汽焓相对内效
(k J/kg ) (k k ) 率((率(%) 误差为1. 5%(50%负荷) , 都在电厂运
设计值2354. 22285行的误差许可范围之内。计算值2187. 7289. 42406. 383. 5
需要说明的是本算例计算所采用2. 38. 7-111. 1-1. 5的数据是设计参数, 工况, , 。相对偏差计14%0. 4%1. 2%0. 5%1. 8%β=0. 80, d 1=0. 02m , C w =2. 5m/s , Z =2, βd =1
4 结论
从满足工程应用需要出发提出了利用排汽在凝汽器中的热交换关系, 简化汽轮机末级排汽焓及低压缸相对内效率的确定过程, 为实现汽轮机效率实时计算提供了可能性。通过对某电厂300MW 机组不同运行工况进行计算, 表明本算法满足实际工程计算的精度要求, 可供电厂实时经济性诊断应用。
参 考 文 献
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6] 张建等. 汽轮机相对内效率的计算机在线监测及其数值特性分析[J].中国电机工程学报,1992(1) . 任浩仁等. 汽轮机变工况热力计算法的改进[J].浙江电力,1996, (2) . 沈士一等. 汽轮机原理[M].水利电力出版社. 1992. 徐志明. 换热设备的污垢及热力学优化[D].西安交通大学,1996. 马建隆等. 实用热工手册[M].水利电力出版社. 1987. 杨善让. 汽轮机凝汽设备及运行管理[M].水利电力出版社. 1993.
Online Monitoring o f the E fficiency o f Low P ressure Cylinder o f Steam T urbine
L U O Zhen 1, ZHAO Xiao 2tong 2, XU Zhi 2ming 1, GU O Dong 2xia 2
(1. N ortheast China Institute of E lectric P ower ,Jilin ,132012;2. E lectric P ower Research Institute of China ,Beijing ,100085)
Abstract :From the point of engineering application ,presents a method to calculate the efficiency of low pressure cylinder ,it can be a practical engineering means for the online m onitor the steam turbine efficiency and the analysis of thermal economics ,typical exam ple dem onstrates the method can be used for engineering application with preci 2sion.
K eyw ords :Steam turbine ;Low pressure cylinder ; E fficiency ;Online m onitor