660MW超臨界火力發(fā)電熱力系統(tǒng)分析報告

1、1緒論1.1課題研究背景及意義我國的煤炭消耗量在世界上名列前茅，并且我們知道一次能源的主要消耗就是煤炭 的消耗，而在電力行業(yè)中煤炭又作為主要的消耗品。根據(jù)統(tǒng)計，在2010年的時候，全國的煤炭在一次能源消費和生產(chǎn)的結(jié)構(gòu)中，占有率達到了 71.0%和75.9%,從全球范圍來看， 煤炭在一次能源的消費和生產(chǎn)結(jié)構(gòu)中達到了48.5%和47.9%。根據(jù)權(quán)威機構(gòu)的預(yù)測，到了2020年，我國一次能源的消費結(jié)構(gòu)中，煤炭占有率約為55%煤炭的消費量將達到 38億噸以上；到了 2050年,煤炭在一次能源消費的結(jié)構(gòu)中占有率仍有 50流右。由此看來， 煤炭消耗量還是最主要的能源消耗1。電力生產(chǎn)這塊來看，在2011年，我

2、國整體的用電自改革開放以來，國家大力發(fā)展電力工業(yè)中的火力發(fā)電，每年的 飛速發(fā)展的中國經(jīng)濟使得電力需求急劇上升， 2002年到2009年的火力發(fā)電裝機容量從，煤耗的消耗量增加了 13億噸。預(yù)計 ，需要的煤耗量預(yù)計為38億噸多， 隨著發(fā)展的需要，大功率和高參數(shù)的機組對量達到46819億千瓦時，比2010年增長了 11.79%.在這中間，火力發(fā)電的發(fā)電量達到了 38900億千瓦時，比2010年增長了 14.10%,整個火力發(fā)電量占據(jù)全國發(fā)電量的 82.45%, 對比2010年增長了 1.73個百分點，這說明電力行業(yè)的主要生產(chǎn)來自于火力發(fā)電，是電 力生產(chǎn)的主要提供2。3。裝機發(fā)電量以每年8各百分點飛速

3、增長 這也帶來相應(yīng)的高能耗，據(jù)統(tǒng)計，全國幾乎翻2.5倍的增長為到了 到2020年，火電裝機的容量還會增長到 估計占有量會達到屆時總煤碳量的 55%，5能耗的能量使用率會大大提升，這樣對于提高火力發(fā)電燃煤機組的效率有著很重要的發(fā) 展方向。2011年，全國600兆瓦級別以上的火力發(fā)電廠消耗的標(biāo)準(zhǔn)煤是329克/千瓦時，比2010年降低了約有4克/千瓦時，在2012年時，消耗的標(biāo)準(zhǔn)煤降低了 3克/千瓦時達到 了 326克/千瓦時，但是在發(fā)達國家，美、日等技術(shù)成熟國家的600兆瓦級別以上的火力 發(fā)電廠消耗的標(biāo)準(zhǔn)煤僅僅約為每千瓦時 300克上下，可以從中看出和我國的差距還是很 大的。這表明，全國600兆瓦

4、及其以上級別的超臨界火電機組在設(shè)計水平、實際運行等 方面與國外成熟的火電技術(shù)是有著較大的差距。這樣看來，對于600兆瓦及其以上級別的超臨界火電機組的熱力系統(tǒng)優(yōu)化，探求其節(jié)能的潛力有著很重要的意義6。節(jié)能是我國很多年來一直遵循的重要方針和貫徹可持續(xù)發(fā)展的重要戰(zhàn)略，從2016年開始，我國進入十三五規(guī)劃的重要時期，在這一時期，我國全面建成小康社會的最為 重要的時期。預(yù)計世界經(jīng)濟會進入后危機時期，全國經(jīng)濟建設(shè)和工業(yè)發(fā)展將進入新的平 穩(wěn)上升期7-9。工業(yè)發(fā)展進入更為綠色的新階段，新能源帶來的沖擊會給傳統(tǒng)工業(yè)帶來更大的危機。這對于傳統(tǒng)工業(yè)來是機遇和挑戰(zhàn)，對于火力發(fā)電來說，能耗的高消耗是綠色 發(fā)展的重要方向

5、10?；痣姀S標(biāo)準(zhǔn)煤耗的降低會節(jié)省大量的消耗煤炭，節(jié)能指標(biāo)也會得以 體現(xiàn)，例如秦嶺發(fā)電廠中主要參數(shù)對煤耗的影響中，鍋爐效率煤增加1%標(biāo)準(zhǔn)煤耗率就會降低3.2克/千瓦時，年標(biāo)準(zhǔn)煤耗量就會減少23360噸，年生產(chǎn)成本就會節(jié)省1188.79 萬元11。因此可以看出其節(jié)能影響之大，將熱力系統(tǒng)作為對象定量計算和分析，對機組 內(nèi)部參數(shù)進行剖析。定量計算方法對考核火力發(fā)電機組的熱經(jīng)濟性有著非常實際的指導(dǎo)意義和現(xiàn)實價值， 作為火電廠系統(tǒng)的初始設(shè)計方法和技術(shù)改造基礎(chǔ)在熱力系統(tǒng)分析方法中有著重要的地位 12。本文將采用定流量計算分析火電廠熱力系統(tǒng)的熱力單元之間存在的能量關(guān)系，探討 可優(yōu)化的點，為節(jié)能尋找優(yōu)化信息。我

6、們可以依靠系統(tǒng)增加的有序性和減少的不確定性 用以將能源的利用率進行提高。1.2國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀熱力系統(tǒng)的分析方法是為了更加準(zhǔn)確的和真實的展示熱力系統(tǒng)內(nèi)部的真實情況和反 映出熱力單元之間存在的關(guān)系。經(jīng)過諸多的科研工作者和前人科學(xué)家的努力研究和實際 應(yīng)用嘗試，現(xiàn)今，針對各個熱力參數(shù)的研究出現(xiàn)了多種研究方法，這些研究方法根據(jù)其 基礎(chǔ)原理，有基于熱力學(xué)第一定律的，其中有代數(shù)運算方法、矩陣法和偏微分理論方法； 基于熱力學(xué)第二定律并結(jié)合第一熱力學(xué)定律的主要是？分析方法。代數(shù)運算法的研究進展代數(shù)運算法本質(zhì)上是根據(jù)實際運行情況聯(lián)立每個熱力單元，熱力子系統(tǒng)的質(zhì)量與能 量的平衡方程，計算精確度比較高的分析方法。主要

7、是基于熱力學(xué)第一定律的大框架下， 對抽汽回?zé)嵯到y(tǒng)的各級抽汽之間的關(guān)系量化，數(shù)據(jù)化計算分析13，14 O代數(shù)運算法在熱力分析中存在多種方式，都是基于熱力學(xué)第一定律的大框架下。主 要是對抽汽回?zé)嵯到y(tǒng)的平衡方程組進行量化并完善求解，也會根據(jù)實際情況改變方程組 達到更加真實表現(xiàn)出實際的效果，這里有串聯(lián)解法以及循環(huán)函數(shù)法和等效熱降法。熱力系統(tǒng)串聯(lián)解法是在最早的電力行業(yè)建設(shè)時發(fā)電工程的早期運算方法，根據(jù)回?zé)?加熱器的能量平衡原則來計算抽汽回?zé)嶂懈骷壍某槠麛?shù)值，作為基本的熱力分析方法， 因為其經(jīng)典的計算方式在現(xiàn)今仍有很強的使用性。串聯(lián)解法的使用需從高壓力的一級加 熱器也就是通常為高加一級一級開始計算分析，固

8、定高加的給水流量進行運算15。美國的工程師根據(jù)實際生產(chǎn)中提出“加熱單元”這一概念，我國的馬芳禮在 這基礎(chǔ)上提出了循環(huán)函數(shù)法，這是一個簡化分析方法16。這個方法需要先計算出熱力系統(tǒng)的抽汽量等參數(shù)，然后將熱力系統(tǒng)各個系統(tǒng)分開拆解為多個子系統(tǒng)再重合計算。熱力 系統(tǒng)有時需要改變一些情況再剖析內(nèi)部實質(zhì)，有些運算的受限是因為熱力系統(tǒng)的熱效益的影響，因此對一些損失的影響計算結(jié)果并不是很完善和靈活。等效焓降法是前蘇聯(lián)的 專家Kuznetsov最早提出的方法，經(jīng)過十年的嚴(yán)謹(jǐn)完善，然后我國研究工作者將其引入 并研究應(yīng)用實際中訕18。等效焓降法是根據(jù)平衡方程，導(dǎo)算出等效焓降值和對應(yīng)的抽汽 率,以此為標(biāo)準(zhǔn)分析熱力系統(tǒng)

9、的熱經(jīng)濟性。該方法在考慮再熱機組時應(yīng)考慮到再熱增加量， 要計算出再熱抽汽級的真實等效焓降才會更有意義，否則計算結(jié)果沒有參考性。20世紀(jì)中葉時期，由美國學(xué)者 提出來了等效抽汽法19，我國有研究者解讀了這一方法20。這個方法是把Z級回?zé)岢槠傧鬄橐还沙橄蟮某槠?，抽汽量為所有各級抽汽量之和，假想地這個抽汽的焓值是各級抽汽對應(yīng)抽汽焓經(jīng)過加權(quán)平均算得的值。 等效抽汽法是的原則是，將單位質(zhì)量的凝汽以基礎(chǔ)進行分析運算，它的焓值越小，抽汽 量越大，熱耗率就會越來越低。矩陣法的研究進展矩陣法最早是在20世紀(jì)90年代由郭丙然和其他學(xué)者最早提出的熱力系統(tǒng)分析方法 貳。將熱力系統(tǒng)的抽汽回?zé)嵯到y(tǒng)中的熱力單元，依據(jù)能量守

10、恒列出線性方程組進行聯(lián) 立起來求解就是該方法的分析過程。這樣可以一次計算出很多個未知參數(shù)，并可以解出 抽汽量的數(shù)值，這種對應(yīng)于串聯(lián)解法的分析方法可以稱之為并聯(lián)解法。在之后的很多學(xué) 者還是對矩陣法進行了完善和研究，可以讓他會有更好的靈活性和通用性23回?，F(xiàn)今，應(yīng)用矩陣方法對熱力系統(tǒng)其經(jīng)濟性研究更加完善和方便。偏微分法的研究進展偏微分法是最早由張春發(fā)顯示提出的，最早主要是為了定義和推到等效焓降值和相對應(yīng)的抽汽效率的。剛開始稱之為“小擾動理論”，并有學(xué)者驗證了其一致性叩6。之后結(jié)合矩陣法的基礎(chǔ)上，有學(xué)者提出了新的方法熱（汽）耗變換系數(shù)法27，是利用推導(dǎo)的熱耗變換系數(shù)和汽耗變換系數(shù)作為評定標(biāo)準(zhǔn)，對熱力

11、系統(tǒng)進行計算分析的。?分析法的研究進展最早的Gouy等一些人提出了能的質(zhì)量概念，后來由Rant在1956年總結(jié)出了“ ？”的概念并提出，這使得能量被分成了可以轉(zhuǎn)換和不可裝換兩個新的部分。名稱是“Exergy ”，中文命名為“？”。？效率反映出了一個設(shè)備能量轉(zhuǎn)換為有用功的程度。人們注意到了 ？體現(xiàn)的是能量轉(zhuǎn)換的程度，這對節(jié)能具有重要研究意義，外國研究者作 了很多將實際生產(chǎn)運用到了 ？分析中 o越來越多的研究人員將？分析法結(jié)合實例進 行計算，通過？評定參數(shù)？損失量、？效率、？損系數(shù)以及？損率對實際生產(chǎn)提供越來 越有意義的指導(dǎo)方向。1.3本文研究內(nèi)容本文將在秦嶺發(fā)電廠實習(xí)期間學(xué)習(xí)的 660MW超臨界

12、發(fā)電機組作為研究對象，通過運用等效焓降法、固定新汽流量建立平衡矩陣方程式方法、？分析法將系統(tǒng)的汽輪機抽汽回?zé)嵯到y(tǒng)作為主要研究對象，通過計算各級抽汽的各個參數(shù)數(shù)值關(guān)系和相互影響，得到 分析結(jié)果。將實際運行過程中的因素考慮進去，得算出抽汽分配和給水焓升分配結(jié)果， 分析其中數(shù)值關(guān)系。從中探究出計算參數(shù)的數(shù)值同實際情況的異同，尋求可優(yōu)化節(jié)能部 分，試提出意見和建議。本文主要的研究內(nèi)容有：（1）利用各級抽氣參數(shù)結(jié)合等效焓降的方法導(dǎo)算出各級抽汽的等效焓降算式以及對 應(yīng)的抽汽效率的算式，計算出各級（相對于新汽的）抽汽率和抽汽做功不足系數(shù)，相關(guān) 抽汽級的真實等效焓降和對應(yīng)的抽汽效率，新汽的等效焓降和抽汽效率，

13、從計算結(jié)果中 做出分析，解剖其中大小異同原因，做出科學(xué)的解釋。（2） 利用矩陣法熱力分析方法結(jié)合物料平衡和能量平衡守則，基于固定新汽流量的 原則構(gòu)建出矩陣平衡方程式并標(biāo)明各熱力點參數(shù)的填入規(guī)定，構(gòu)建方程做出循環(huán)計算框圖，運算出相對應(yīng)的抽汽分配量和一些重要參數(shù)，做出針對汽輪機效率的目標(biāo)函數(shù)來運 用數(shù)學(xué)方法得到給水焓升分配，并分析其分配結(jié)果和改進的方法，針對實際中超臨界機 組的運行數(shù)據(jù)和參數(shù)，對比出異同，分析其原因。（3） 運用？分析方法計算出熱力系統(tǒng)各熱力單元的 ？評定參數(shù)， 輸出？的?值， 損 失掉的？損失量以及？效率、？損系數(shù)和？損率。探討分析結(jié)果中鍋爐系統(tǒng)、汽輪機系統(tǒng)和抽汽回?zé)嵯到y(tǒng)？損失、

14、？效率的數(shù)值大小，根據(jù)實際狀況解讀各評定參數(shù)結(jié)果的原 因，逐個分析其可優(yōu)化空間和優(yōu)化方法，為整個熱力系統(tǒng)的節(jié)能提出合理化意見和建議 和改進措施并探討其可行性和困難點。2 660MW超臨界機組熱力系統(tǒng)2.1研究對象機組介紹本文所研究的對象是華能秦嶺公司 660MWg臨界發(fā)電機組，該汽輪機是東方汽輪機 廠制造的一個超臨界壓力汽輪機，型號為NJK622-24.2/566/566，可以根據(jù)這個型號看出來該機組是一個超臨界的并且是一次再熱的，再熱溫度是566 C,額定出力為622.511MVy并且是一個三缸四排汽的間接空冷凝汽式汽輪機。該機組鍋爐是東方鍋爐廠生產(chǎn)制造的一個超臨界變壓直流鍋爐，型號為DG2

15、141/25.4- H 6型，該鍋爐同樣是依次再熱，并且全露天布置、有固態(tài)排渣系統(tǒng)，是一個全鋼機構(gòu)、全懸吊結(jié)構(gòu)型鍋34。圖BOILER-鍋爐 GENERATORS電機 COND凝汽器 HP TURBINE高壓缸 IP TURBINE-中壓缸 LP TURBINE- 低壓缸 CP-冷凝水泵給水泵汽輪機 DTR-除氧器FP-給水泵HP HEATER NO.1NO.3-高壓加 熱器LP HEATER NO.5NO.7 -低壓加熱器圖2-1 660MW機組原則性系統(tǒng)圖Fig.2-1 Prin ciple system diagram of 660MW un it本文研究主要對象是660MW機組汽輪機抽

16、汽回?zé)嵯到y(tǒng)，根據(jù)了解該電廠汽輪機抽氣 回?zé)嵯到y(tǒng)共有七段非調(diào)整抽汽，第一段抽汽引向高壓缸，全機第 6級后，供1號高壓加 熱器；第二段抽氣引自高壓缸排汽，在全機第8級后，供2號高壓加熱器、給水泵汽輪機及輔汽系統(tǒng)的備用汽源；第三段抽汽引自中壓缸，在全機第11級后，供3號高壓加熱 器；第四段抽氣引自中壓缸排汽，在全機第14級后，供給除氧器、給水泵汽輪機、輔汽系統(tǒng)；第五至第七段抽汽均引由低壓缸 A和低壓缸B第16,17,18級抽出。抽汽在表面式加熱器中放熱后的疏水，高壓加熱器和低壓加熱器每級的凝結(jié)疏水來 加熱下級進入工質(zhì)的溫度，3號高加的疏水流向除氧器，而7號低加的疏水流向凝汽器。 由于各級加熱器均設(shè)有

17、疏水冷卻段，可將抽汽的凝結(jié)水在疏水冷卻段內(nèi)進一步冷卻，使 疏水的溫度低于其飽和溫度，故可以防止疏水的汽化對下級加熱器抽汽的排擠。圖2-3為汽輪機抽汽回?zé)嵯到y(tǒng)圖，表2-1到表2-4是系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù)與抽汽回?zé)?系統(tǒng)各級抽汽技術(shù)參數(shù)。表中根據(jù)超臨界機組系統(tǒng)中抽汽回?zé)岬钠叨纬槠麥囟群蛪毫?shù) 據(jù)，查得熱力學(xué)飽和水和水蒸汽熱力性質(zhì)表以及未飽和水與過熱蒸汽熱力性質(zhì)表，運用 線性差值法查表并計算得出各段抽汽的飽和水溫度、焓值。在抽汽回?zé)岬慕o水?dāng)?shù)據(jù)中， 由前一段抽汽直至排汽減去后一段給水出口焓值得到每一段抽汽的給水焓升值。在抽汽圖2-2過、再熱器流程圖Fig.2-2 Flow chart of superhe

18、ater and reheater表2-1熱力系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)（VWOE況）回?zé)岬氖杷當(dāng)?shù)據(jù)中，由前一段抽汽直至第七段減去后一段疏水焓值得到每段抽汽的疏水 放熱量，因為1號高壓缸沒有再上一級的疏水，故沒有疏水放熱量。每一段抽汽的抽汽放熱量為每一段抽的焓值減去該段抽汽的疏水焓值。Table 2-1 Thermody namic system tech ni cal parameters (VWO con diti on)名稱數(shù)值名稱數(shù)值機組出力695.714MW中壓缸排汽壓力1.065MPa主蒸汽流量2141t/h低壓缸進汽溫度362.2 C主烝汽溫度566 C低壓缸進汽壓力1.044MPa主蒸汽壓力

19、24.2MPa低壓缸排汽溫度49.42 C再熱蒸汽流量1738.703t/h低壓缸排汽壓力12KPa再熱器進口溫度566 C高壓缸效率86.9%再熱器進口壓力4.596MPa中壓缸效率93%再熱器出口壓力5.02MPa低壓缸效率92.5%高壓缸進汽溫度566 C小汽輪機效率83.62%高壓缸進汽壓力24.2MPa小汽輪機排汽壓力7.3KPa高壓缸排汽溫度315.1 C燃料消耗量260.74t/h高壓缸排汽壓力5.110MPa給水溫度292 C中壓缸進汽溫度566 C給水壓力30.56MPa中壓缸進汽壓力4.596MPa冷凝壓力12kPa中壓缸排汽溫度362.9 C排煙溫度127C圖2-3汽輪機

20、抽汽回?zé)嵯到y(tǒng)圖Fig.2-3 Extracti onsteam heat recovery system diagram of steam turb ine表2-2抽汽回?zé)嵯到y(tǒng)技術(shù)參數(shù)（回?zé)岢槠㏕able 2-2 Tech ni cal parameter(Extract ionsteam heat recovery)抽汽段壓力MPa溫度焓值kJ / kg壓損%加熱器汽側(cè)飽和壓MPa飽和水溫度抽汽放熱量 kJ / kg-一-7.481384.93107.737.257288.281945.2-二二4.841325.03005.434.696260.052046.0三2.335468.7339

21、5.052.218217.682571.0四1.119361.23179.751.063182.562579.76五0.401241.12946.250.381141.872423.2六0.221178.22825.550.210121.762388.6七0.112114.62704.450.106101.242387.0排汽0.012-2531.7-49.42-表2-3抽汽回?zé)嵯到y(tǒng)技術(shù)參數(shù)(給水)Table 2-3 Tech nical parameter(Feed-water)抽汽段出口水壓MPa出口水溫C出口水焓kJ / kg給水焓升kJ / kg-一-30.060293.71296.9

22、146.5-二二13.879263.41150.4193.9三2.355220.8956.5182.0四1.064182.6774.5182.1五0.366140.4592.486.7六0.199120.0505.790.6七0.09698.6415.1208.19排汽-49.42206.91-表2-4抽汽回?zé)嵯到y(tǒng)技術(shù)參數(shù)（疏水）Table 2-4 Tech ni cal parameter（Dra in）抽汽段疏水溫度°C疏水焓kJ / kg疏水放熱量kJ / kg265.61162.5-二二223.3959.4203.1三193.6824.0135.4四142.5599.9422

23、4.06五124.5523.0-六104.2436.986.1七75.8317.4119.5排汽2.2熱力系統(tǒng)介紹回?zé)峒訜崞骰痣姀S的給水回?zé)峒訜崞鞣譃榛旌鲜剑–型）加熱器和表面式（F型）加熱器兩大類 混合式加熱器是接觸換熱，各工質(zhì)匯流混合，有傳熱溫差，但無端差、無疏水，表面式 加熱器的吸熱工質(zhì)通常為液態(tài)，放熱工質(zhì)通常為蒸汽，兩者不直接接觸，而是通過傳熱 面換熱，液態(tài)工質(zhì)吸熱升溫，蒸汽則降溫并凝結(jié)，排出的凝結(jié)水稱為疏水。222加熱器端差表面式加熱器的各溫差的意義如下":(1) 上端差：是被加熱的水最終離開加熱器時的溫度與加熱器內(nèi)飽和汽溫 的差值,即 。在有內(nèi)置式蒸汽冷卻段(過熱段)時，

24、 可為 C。(2) 凝結(jié)段進口過熱度：它是蒸汽從蒸汽冷卻段進入凝結(jié)段時的溫度與加熱器內(nèi)飽和汽溫的差值，即。表2-5各加熱器上下端差Table 2-5 Heater Termi nal Temperature Differe nee-一-二 三四五六七上端差C-1.0002.82.82.87下端差C5.65.65.605.65.65.6(3) 凝結(jié)段出口溫差：是被加熱的工質(zhì)離開凝結(jié)段時的溫度”與飽和汽溫的差值,即”。(4) 下端差：是指被疏水加熱后的給水的溫度和對給水傳熱后的疏水剩余的溫度的差值，即。一般情況下可取C。(5) 抽汽過熱度：抽汽溫度高出加熱器內(nèi)飽和汽溫 的值，即。高壓加熱器高壓加熱

25、器是一種表面式加熱器，由于被加熱水來自給水泵出口，因此水側(cè)管道壓 力很高，故稱之為“高壓”加熱器。對于超臨界機組，其高壓加熱器的給水壓力比呲牙 加熱器的管側(cè)壓力要高得多，達到2730MPa(視不同的工況)，正是由于這一點，高壓加熱器在結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)、保護裝置等方面比低壓加熱器都有更高的要求36。因為一些因素的影響會造成加熱器里熱量的損失帶來的熱經(jīng)濟損失，因此，現(xiàn)在的 加熱器為了充分利用熱傳遞的能量和端差帶來的損耗，主要的結(jié)構(gòu)為下面這三段結(jié)構(gòu)：(1) 過熱蒸汽冷卻段過熱蒸汽指的是蒸汽的溫度高于其對應(yīng)壓力下的飽和溫度，對于高壓加熱器，抽汽 均是過熱蒸汽，因此高溫度的抽汽來加熱相較而言溫度低的給水工質(zhì)，

26、這樣會造成不可 逆損失的增大，所以就需要在加熱器里有一個部分來冷卻過熱蒸汽，就是過熱蒸汽冷卻 段37，過熱蒸汽就會有過熱度，在這個部分將過熱蒸汽冷卻降溫，就會降低過熱蒸汽的 過熱度，這樣就可以挽回一些不可逆損失，提高熱效益。一般在這個部分，都會將過熱 蒸汽的過熱度進行降低，但使其依然是帶有過熱度的過熱蒸汽，而不會將其降低到對應(yīng) 的飽和溫度。(2) 凝結(jié)段具有一定過熱度的過熱蒸汽在這個部分進行加熱放熱，放出熱量后形成的凝結(jié)水的 溫度是高于被加熱給水的溫度的，凝結(jié)水是釋放出其汽化潛熱后變相后的形態(tài)，溫度為 對應(yīng)飽和壓力下的飽和溫度，而給水被加熱后的溫度要低于這個溫度。(3) 疏水冷卻段這個部分會將

27、換熱繼續(xù)進行，使熱量充分得到傳遞，上部分凝結(jié)段的凝結(jié)水再次進 行其溫度的冷卻，這樣可以將抽汽的氣量進一步消耗，可將抽汽的凝結(jié)水在疏水冷卻段 內(nèi)進一步冷卻，使疏水的溫度低于其飽和溫度，故可以防止疏水的汽化對下級加熱器抽 汽的排擠。而且也會使給水進一步加熱再進入到凝結(jié)段，充分利用了回?zé)岬臒崃俊５蛪杭訜崞髟诒狙芯繉ο笾械牡蛪杭訜崞?，抽汽是來自汽輪機的中壓缸和低壓缸，水側(cè)是通過 凝結(jié)水泵的凝結(jié)水，為了保障除氧器的工質(zhì)參數(shù)要求，因此設(shè)定低壓加熱器加熱凝結(jié)水 的溫度。因為凝結(jié)水通過凝結(jié)水泵所帶的壓力相比于給水泵的壓力很低，因此叫做“低 壓”加熱器。該電廠低壓加熱器為臥式 U型管換熱器，設(shè)置有凝結(jié)段和內(nèi)置式

28、疏水冷卻 段，和高壓加熱器的這兩個工作部分相似，過熱蒸汽依次經(jīng)過兩個工段的放熱最后都變 成了具有飽和溫度的凝結(jié)水，成為疏水到下一級加熱器的凝結(jié)段繼續(xù)加熱給水工質(zhì)。凝 結(jié)水到低壓加熱器后，先經(jīng)過水室再進入管系的疏水冷卻段與管外的疏水進行熱度得到 較大提高，凝結(jié)段是低壓加熱器的主要工作段，然后凝結(jié)水離開管系進入水室，最后由 凝結(jié)水出口管離開這級低壓加熱器到上一級低壓加熱器。軸封加熱器軸封加熱器(也稱軸封冷卻器)是汽輪機軸封系統(tǒng)中的一個重要熱交換設(shè)備，主要 功能是收集汽輪機各個汽缸軸端汽封漏氣和汽輪機的閥門門桿漏氣，并利用這些蒸汽的 熱能來加熱主凝結(jié)水38。由于這些蒸汽中還含有空氣，它們在軸封加熱器

29、中放熱時，其 蒸汽凝結(jié)成水，而空氣需要排出。不但將汽封等漏氣的熱量和工質(zhì)本身加以回收和能量 利用，而且又分離了空氣，保證了軸封系統(tǒng)的正常工作。機組運行工況在火力電廠運行過程中根據(jù)調(diào)度需要會變負(fù)荷運行，會有不同工況運行，其中有：(1) TRL工況。汽輪機組能在以下條件的壽命期間的任何時間都可以安全連續(xù)地使發(fā) 電機輸出功率為622.542MW我們將這個運行狀況叫做 TRL工況，此工況條件如下：1) 主蒸汽和再熱蒸汽為額定值；2) 平均背壓為30kPa；3）補給水率為3%4）對應(yīng)該工況的設(shè)計給水溫度 290C；5）回?zé)釂卧\行良好，并且不使用輔汽；6）給水泵汽輪機背壓32kPa；7）發(fā)電機效率是9

30、8.95%。（2）汽輪機TMCRL況。就是機組最大連續(xù)出力工況。此工況下的汽輪機工質(zhì)的流量 與TRL工況是相等的，發(fā)電機的輸出功率是 668.884MW1）主蒸汽和再熱蒸汽為額定值；2）平均背壓為12kPa；3）補給水率為0%4）最終給水溫度290 C；5）回?zé)釂卧\行良好，并且不使用輔汽；6）給水泵汽輪機背壓14kPa；7）發(fā)電機效率是98.95%；并且此工況也為機組處理保證值的驗收工況。（3）調(diào)節(jié)閥門全開（VWO工況。這個工況顧名思義，是指在調(diào)節(jié)閥都打開的時候的 工況。汽輪機工質(zhì)的流量最少為 TRL工況的百分之一百零五。此工況為汽輪機進氣能力 保證值的驗收工況。在閥門全開工況下的輸出功率

31、值為 695.714MW（4）THA工況。發(fā)電機功率達到622.511MW汽輪機工質(zhì)的流量與TMCI不相同，其余 條件均相同。這個工況叫做機組的熱耗率驗收工況當(dāng)機組功率（當(dāng)采用靜態(tài)勵磁，扣除所消耗的功率）為622.511MW時，除進氣量以外其他條件同TMCR寸稱為機組的熱耗率驗收（THA工況。熱耗率保證值為7921kJ/kWh。（5）阻塞背壓工況。由于溫度的降低，會使得汽輪機組的背壓下降，這時好像背壓被 阻塞一樣，不論怎樣降低背壓也不能使機組的出力完成上漲。因為和 TRL工況的工質(zhì)流 量相同，所以叫做TRL流量的阻塞背壓工況。在下列條件可以連續(xù)安全運作機組。 這里， 汽輪機的背壓稱作TRL進氣

32、量下的阻塞背壓，輸出功率值為 681.236MW1）主蒸汽和再熱蒸汽為額定值；2）補給水率為0%3）對應(yīng)該工況的設(shè)計給水溫度；4）回?zé)釂卧\行良好，并且不使用輔汽；5）采用2臺50%氣動給水泵；6）發(fā)電機效率是98.95%。此工況也為機組處理保證值的驗收工況。3等效焓降法等效焓降法原名等效熱降法。這個熱力分析方法是在熱力學(xué)第一定律的框架下衍生 出來的方法。根據(jù)研究能量轉(zhuǎn)化和變化的規(guī)律，導(dǎo)出重要的熱力指標(biāo)一等效焓降值。這個方法簡便有效，在常規(guī)的方法中，每次都需要全面重新計算的繁瑣工作；但是利用及其有關(guān)參量的等效焓降法，只需計算熱力系統(tǒng)變化的那些部分，而不必涉及整個系統(tǒng)， 就能提出變化所引起的影

33、響兇。所謂的這個等效焓降 指的是，在j級抽汽里，在給1kg抽汽一定的熱量使其返回到 汽輪機中，該級抽汽會因為其低壓側(cè)的各級抽汽和對應(yīng)的疏水作用下從汽輪機到凝汽器 的蒸汽流量變化。將其等效為這1kg抽汽減去在其低壓側(cè)各段的抽汽份額和抽汽做功不 足系數(shù)的乘積流量的直達凝汽器的焓降。相對應(yīng)的還有j級抽汽的抽汽效率。這兩個參 數(shù)可以體現(xiàn)出各級的能位，新汽的能位最高，凝汽器排汽能位最低。在某一定的工況下，汽輪機的氣態(tài)線一定，初、終參數(shù)和再熱參數(shù)一定，則熱力系 統(tǒng)的連接方式確定時，常規(guī)熱力參數(shù)、和就確定了，隨之和就可以確定下來。它們可以 作為該工況下該熱力系統(tǒng)的不變參量，用以計算純回?zé)嵯到y(tǒng)（稱為主循環(huán)系統(tǒng)

34、）的熱經(jīng) 濟指標(biāo)。實際熱力系統(tǒng)是在這個主循環(huán)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增加一些輔助性成分形成的。所 謂輔助性成分，是指軸封利用、連續(xù)排污和補充水等系統(tǒng)，亦稱為輔助系統(tǒng)39。若主循環(huán)系統(tǒng)（包括其設(shè)備）有較小變化，那些變化部分也可作為輔助系統(tǒng)。運用和來分析計算輔助系統(tǒng)所引起的工質(zhì)和參數(shù)以及、和等的變化，可以計算出一些因?qū)嶋H情況所變化 的趨勢的數(shù)據(jù)和參數(shù)，也就可以分析出和實際更接近的參數(shù)和數(shù)據(jù)。3.1等效焓降及抽汽效率的意義純凝汽式朗肯循環(huán)進汽的 氣流，其g做功量為wc =ho -hi（3-1）回?zé)嵫h(huán)進汽的汽流，其1kg做功量為（ z、Woe =Wc 1 -瓦 Yr =WcPr（3-2）I 心丿意思是：進去汽

35、輪機g的汽流的做功量相當(dāng)于初、終參數(shù)相同的 （g ）進去汽輪 機的汽流的做功量。為回?zé)釞C組新汽對純凝汽機組新汽的等效做功系數(shù)； 和分別為各 級（相對于新汽的）抽汽率和抽汽做功不足系數(shù) "。進入汽輪機的新汽汽流的內(nèi)功是新汽的等效焓降。同理，級抽汽受外熱量影響而排擠的g抽汽將被斥回汽輪機，猶如由級進汽（原有工質(zhì)）g，這g抽汽在汽輪機內(nèi)的做功量41，即為該級的等效焓降。是鍋爐供汽輪機進汽做功，經(jīng)凝汽器和全部 回?zé)峒訜崞骰厝脲仩t的回?zé)嵫h(huán)做功量，是 級進汽做功，經(jīng)凝汽器和 至 級回?zé)峒訜峄厝雑級的回?zé)嵫h(huán)做功量，和包含了回?zé)嵯到y(tǒng)的各抽汽和疏水等的全部影響。廣z、Hj =Wj ,c®

36、j,c = (hj -he ) 1-ar, jYr,j( 3-3)< 亠丿式中：，j級低壓側(cè)的各級抽汽相當(dāng)于j級被排擠而斥回汽輪機的汽量的抽汽率，可按 式(3-6)和式3-7)計算；r級抽汽相對于 級抽汽做功能力的作功不足系數(shù)，(3-4)hr _札 hj - hc這其中由于汽輪機排汽在凝汽器中被冷卻凝結(jié)為凝結(jié)水，由凝結(jié)水泵和給水泵送回 鍋爐被加熱成新蒸汽后，再重入汽輪機。新汽進入主汽門后被各抽汽級先后分流，這是 凝結(jié)水回程在各相應(yīng)級的加熱器吸熱所需的抽汽量。同樣，被排擠到汽輪機內(nèi)的抽汽，若也以g為準(zhǔn)，例如引起其低壓側(cè)各級r的相對抽汽率以 表示。1) j級為表面式加熱器 (1)本加熱單元的

37、為：1gi丿以進汽g為準(zhǔn)，各抽汽率以表示。 j級抽汽倒流進入汽輪機 g，訂 r -1 r rar,j 一口 gr i=j 卅 Iy(3-5)式中，-表示的是1kg疏水到了 r級熱力單兀內(nèi)引起 gr表示的是到了 r級熱力單元內(nèi)的疏水的量，此量的符號與(y 1 =1i gi丿r 二r級抽汽的變化率，|1-i土卅 I gi J的符號相反，當(dāng)j 1時,(3-6)二 1時，右側(cè)末項為0;r級所屬加熱單元的出水系數(shù)，即r級所屬加熱單元(2)本加熱單元以后各級的為/mxr 4、Qr,j =1 -,jlr_z «i,jgr1凱十JVrgr式中：各加熱單元末級的混合式加熱器的級序號，當(dāng)rx加熱單元的單

38、元序號；1-送 «i,j < i=j十丿的前一加熱單元（第X加熱單元）的進水系數(shù)2） j級為混合式加熱器mx二''i,j =0，i =t 1公式（3-6）稍加變化仍可適用，這時j級為本加熱單元的末級，公式（3-6）中，j=mx,mxA1-z «i,j =1，故下一加熱單元（口屮單元）內(nèi)各級的，變?yōu)? .i卅丿T 卄 a,j =丄一送 Gi,j 亠（3-7）gr£x *gr下一單元之后各級的，的計算仍可直接用公式（3-6 ）。與其相對應(yīng)的外熱量qj = gj的比值，稱為j級抽汽的內(nèi)效率，簡稱為j級的抽汽效率：Hegj(3-8)可見j級靠前的壓力

39、會較高，這樣H：和j也會較高，說明qj被利用率高，所以，j 值得大小就代表抽汽能級的高低3.2等效焓降值的計算通式運用公式（3-3 ）可以得到H：的計算式如下訃3Arz=hj - he - X A r 9rh（ 3-9 ）通式中的主要符號解釋如下：1） Ar代表熱參量r或r由j級的加熱器型式確定：（1）當(dāng)HTRj為C型加熱器時，由j 1級至z級的A均為r，因為這時j級為加熱單元的末級，沒有疏水流入低壓側(cè)加熱器，而是1kg被斥回入汽輪機的蒸汽在汽輪機內(nèi)作了 hi -he的內(nèi)功，然后在凝汽器中凝結(jié)為水，由凝結(jié)水泵送回j級，經(jīng)過z至j 1級時，逐級吸汽：二工0gr（2）當(dāng)HTRj為F型加熱器時，在所

40、屬加熱單元的各級，A取r。由下一個單元起直ygr到z級，A均取r 0因為Fj的疏水變動，使本加熱單兀內(nèi)各級的被斥汽量均變動,而本單元以后低壓側(cè)的其余各級，則因凝結(jié)水回程時所多吸得汽量，各變動：十二二gr2) .rh是因為再熱器而引起的汽流的熱量增量。 在j級為高壓缸的排汽時，這個.grh 才存在。而當(dāng)j級為中、低壓缸的抽汽時，它就不存在，即這時 qrh0。顯然，非再熱 機組也是“市-0 °根據(jù)公式計算研究對象660MW由汽回?zé)嵯到y(tǒng)其中根據(jù)高壓缸排汽溫度為325C和高壓缸排汽壓力4.841MPa,得到高壓缸排汽焓為3005.3kJ/kg，經(jīng)過再熱器加熱后進入中 壓缸的中壓缸進汽溫度為

41、566E，中壓缸進汽壓力為 4.357MPa,得到中壓缸進汽焓為3593.66kJ/kg，所以計算得到.grh =3593.66-3005.3 = 588.36kJ / kg。排氣焓是根據(jù)凝汽 器的排汽壓力為0.012MPa和凝結(jié)水溫度49.42 C得到入=2531.7kJ / kg °HTR7為F型加熱器：右十-he =172.70kJ / kgH e77 =0.0722g7HTR6為F型加熱器：H；詢6弋)(1-：7,6 Y7,6)g7 h6-he= (h6-he)-(h6-he)g7= (h6-he)-H7g7二(h6 - hc) -77-285.17kJ/kg= 0.1194

42、g6HTR5為F型加熱器:7H,(h5-hc)-(1-'：r,5 Yr,5)r =6= (h5 - h-(h5 譏)(：6,5 丫6,5： 7,5 Y7,5 )：'6,5 =g6其中:花二-1 一6,5g721= Ilg7 g76 7g6g7丫7,5二Y6,5=h5 hch7 hch5 - hc以犒七嗦吩“鑫仙一 hc)(h5-h)=395.57kJ / kgHe55 =0.1632g5HTR4是C型加熱器，根據(jù)通式計算得7苫H：hih4-hcLHre5 gr二 h4 hc-H；-二 H；g5g6g7= 607.97kJ/kg=0.2357g4g7 h7hcHTR3是F型加熱器

43、H；也-h4 H： -4 4 %-1358.82kJ/kg3He二 3 =0.5285 g3HTR2是F型加熱器川譏七H； - 3 3 =896.60kJ / kgH e22 =0.4382g2HTR!是F型加熱器H： * h2 H； - 22= 907.91kJ/kgH1e1- =0.4667gi再熱機組再熱冷段及以j級抽汽的等效焓降He的做功量，是j級斥汽進入汽輪機q二gj后在汽輪機中的全部實際做功量，它大于 j級的真實等效焓降Hj；，因為它既有外熱量引起的斥汽做功量HeR，還有由斥汽所引起的在再熱器中吸熱量增值的做功量(因為再熱增量衛(wèi)qrhj是新汽能級，其等效抽汽效率為 3),即:He=

44、hejR(3-10)所以有：(3-11)(3-12)zH：R 二 H e - iSrhj 二 hj -he - 7 Ar r ：9巾 - iSrhj rT卅相應(yīng)的抽汽效率為：ejRjRgj本研究機組再熱機組的高壓缸由三級抽汽，在求出H；、H；和H；以及1、2和3以后，欲求真實的等效焓降和相應(yīng)的抽汽效率，可先求H；和i，以及.巾巾3、厶qrh2和厶qrh1 o根據(jù)數(shù)據(jù)高壓缸的進汽溫度為566r和高壓缸進汽壓力為24.2MPa,得知新汽焓ho =3398.78kJ / kg新汽的循環(huán)等效焓降H；的計算仍可以用通式計算，即zHO = ho - he 1 J "r r ： prhrm( 3-

45、13 )顯然，這時是把鍋爐作為C型混合式加熱器的。帶入前面計算出的等效抽汽焓降相應(yīng)的抽汽效率以及給水焓升等數(shù)據(jù)得出Hoe -1123.00kJ / kg。新汽的循環(huán)效率i為:o(3-14)其中Q為新汽的循環(huán)吸熱量，Qo二ho -匸*rhgrh o根據(jù)給水壓力P =30.56MPa，給水溫度T = 292C，得到給水比焓tfw =1288.29kJ /kg ,從而算得新汽的循環(huán)吸熱量 Qo=2586.58kJ/kg。代入上面算出的數(shù)據(jù)，得到:比=竺3理0.4342Qo2586.58qrh3 二 qrh =588.36kJ/kg也qrh2 = Ac(rh2也qrh = U 丄 bqh = 557.

46、37kJ / kg<§3丿2心qrh1 =Ao(rhiAqrh = 1 一一 心qrh = 529.96kJ / kgi g2丿然后就可以求出：H e- ：qrh3 i =1047.87kJ/kg， 3R 迥=0.4076H e二=0.3188g2g3eeH2R 二出 - 2 i =652.36kJ /kg， 2rH eHieR =Hie - .'rhi i =660.58kJ/kg， 1R 空=0.3396gi3.3等效焓降值之間的關(guān)系式運用公式（3-9）得，用H：減去H：1就得j級F型表面式加熱器與鄰級 j 1級加 熱器（無論是F型或C型加熱器）的等效焓降值的關(guān)系式

47、46；1+ eH j = （hj hj 十1 H j 出 + 也qhV gj4t 丿（3-15）這個關(guān)系式的意義是：1kg j級抽汽被斥回入汽輪機，當(dāng)抽汽被膨脹到j(luò) 1級時，做功hj -hj；同時j級的疏水就少了 1kg，那么j 1級就多抽丄 kg的汽以補償疏 gj +f 丫 ）水熱放出的減少；所以，1kg j級的斥汽由（j+1）級起往后膨脹做功只有1-上 了;I gj十丿若j級為高壓缸排汽級，則其1kg排擠抽汽在由j級流向中壓缸時，在再熱器中吸取9巾 熱量，其焓變?yōu)閔j qrh。同理，j級C型加熱器與低壓側(cè)m級C型加熱器之間的關(guān)系式為mH： = hj -hmHm - ' 二 H；（3

48、-16）r卅gr這個關(guān)系式的意義是：對于 C型加熱器來說，第j級抽汽被斥的1kg回入汽輪機，膨脹到任一個C型加熱器額m級，作功hj hm后，這1kg汽由m級開始仍有等效焓降日鳥；m它的凝結(jié)水從 m級回流至j級，將逐級吸取抽汽 丄，導(dǎo)致作功減少。顯然,gr7 七 gr若j級和m級加熱器處在再熱冷段的兩側(cè)，則1kg被排擠的j級抽汽在從j級加熱表3-1熱力系統(tǒng)抽汽回?zé)峒夹g(shù)參數(shù)Table 3-1 Tech ni cal parameters of heat extract ion and recovery for thermody namic system抽汽的放熱量給水焓升,kJ / kg疏水放熱量

49、,kJ / kg抽汽焓值h, kJ / kgg,kJ / kg一級抽汽1945.2146.5-3107.7二級抽汽2046.0193.9203.13005.4三級抽汽2571.0182.0135.43395.0四級抽汽2579.76182.1224.063179.7五級抽汽2423.286.7-2946.2六級抽汽2388.690.686.12825.5七級抽汽2387.0208.19119.52704.4排汽-2531.7器流向m級加熱器時，（3-15 ）、（ 3-16）在再熱器中吸取熱量，使焓值升高 中可看出，只有當(dāng)j級加熱器與jSrh。1級加熱器或m級加熱器分別處于再熱器的前后時，Srh

50、在存在；否則，Sh =0，式（3-13）是式（3-16）的特例。3.4計算結(jié)果表3-2等效焓降中間量計算結(jié)果Table 3-2 In termediate calculati on results of equivale nt en thalpy drop0.05010.5865汽量的抽汽率 «r,j做功不足系數(shù) Yr，jr =7, j =6r = 6, j = 50.03600.7088r =7, j =50.08540.4166r =5, j = 40.03580.6400r =6, j = 40.03660.4534r =7, j =40.08410.2665r =4, j =

51、30.08740.7515r = 5, j = 30.03340.4802r = 6, j = 30.03280.3400r =7, j =30.07080.1997r =3, j =20.05321.8223r =4, j =20.06741.3679r =5, j =20.03160.8754y 20.03120.6206r =7, j =20.06810.3654r =2, j =10.09950.8222r =3, j =10.06441.4993r =4, j =10.05911.1248r =5, j =10.02880.7200r =6, j =10.02740.5100r 7,

52、 j 10.06030.2998根據(jù)表3-3的等效焓降計算結(jié)果可以看出新汽的抽汽效率為43.42%,抽汽效率從一級抽汽到七級抽汽大致是一個逐級遞減的趨勢。三級抽汽效率是52.85%,高于一級抽汽效率的46.67%和二級抽汽效率的43.82%,這主要是因為三級抽汽來源于中壓缸，而中壓缸進汽是來自再熱器加熱的高溫高壓蒸汽，因此抽汽焓和抽汽溫度都很高。四級抽汽由 于在實際熱力系統(tǒng)中需要對除氧器、給水泵小汽機以及輔汽聯(lián)箱等多處供汽，因此抽汽 量很大，抽汽效率較前三級抽汽效率相比很低。計算分析中的新汽的等效焓降是指循環(huán) 的新汽等效焓降，即為新汽的循環(huán)作功量。在火電廠熱力系統(tǒng)實際運行中，汽輪機還 有門桿漏

53、氣和軸封漏氣等，盡管這些漏氣量會引起做功的一部分損失，不過大部分還是 會被利用，例如在實際運行中各個汽輪機的閥門門桿漏氣和各個汽缸軸端汽封漏氣會回 收到凝汽器出口之后的軸封加熱器，將這些漏氣利用起來繼續(xù)回收起來加熱工質(zhì)，大部 分仍然會被利用，這里并沒有將做功損失考慮其中計算。汽輪機前三級抽汽的等效焓降大于其真實的等效焓降是，是因為其包含了一部分由斥汽引起的再熱器中吸熱量增值的做功量，是其對應(yīng)的新汽能級與其等效抽汽效率的乘積。第五級抽汽到第七級抽汽的等效焓降是較于前面數(shù)值更為低，相應(yīng)的抽汽效率也就表3-3等效焓降分析計算結(jié)果Table 3-3 Results of calculati on and an alysis of equivale nt en thalpy drop等效焓降He,kJ/kg抽汽效率j,%真實等效焓降H：r, kJ/kg對應(yīng)的抽汽效率jR,%