利用等效热降法分析机组加热器端差对经济性的影响

利用等效热降法分析机组加热器端差对经济性的影响郭建伟（佳木斯第二发电厂黑龙江佳木斯154008）摘要：利用等效热降法简捷、方便和准确的特点，定性、定量的分析加热器端差增大对机组经济运行的影响，并提出了控制措施。关键词：等效热降法加热器端差经济性在火力发电厂生产过程中，除了锅炉、汽轮机、发电机三大主机起着主导作用外，加热器是汽轮机最重要的辅助设备之一，是汽机车间热力系统中不可缺少的环节，加热器端差的存在和变化虽然没有发生直接明显的热损失，但是增加了热交换的不可逆性，产生冷源损失降低了机组的热经济性。加热器端差是衡量加热器传热效果及经济运行的重要指标。分析加热器端差对机组经济性的影响在以往的热力系统常规计算中，必须进行整个的热力系统的全面热力计算，热力系统中影响热经济性的任何变化都将导致各加热器的抽汽量和汽轮机总热耗量发生变化，计算就得从头开始。而等效热降法是基于热力学的热功转换原理，考虑到设备质量、热力系统结构和参数的特点，经过严密地理论推演，导出热力分析参量HJ及ηj等。等效热降法就是用这些参量研究热工转换及能量利用的一种方法。它以汽轮机进汽量保持不变为前提条件，仅用局部运算代替整个系统的复杂计算，只对局部变化进行分析，避免了热力系统一般计算方法的缺点。现以等效热降法分析佳木斯第二发电厂51-50-3型汽轮机组各加热器端差变化对经济性的影响。进行试验分析时，No1低压加热器疏水泵停运，其疏水回凝汽器，No1～No4为低压加热器，对应的抽汽为1～4级抽汽；No5为除氧器，对应的抽汽为5级抽汽；No6～No7为高加，对应的抽汽为6～7级抽汽1.定量计算的相关数据：佳木斯第二发电厂＃1、2机组为50MW纯凝机组，其设计主要参数如下：1.1主蒸汽和抽汽焓（kJ/kg）h0=3475.3h1=2485.996h2=2640.489h3=2766.219h4=2867.958h5=3013.659h6=3101.37h7=3232.838hn=2275.36hs4=630.867hgs=957.27hs5=609.933hsf4=411.0625hj(j=1,2,···,7)——No1～No7加热器抽汽比焓，kJ/kg;hgs——给水比焓，kJ/kg；hs4——No4加热器疏水焓kJ/kg；hn——汽缸排汽比焓，kJ/kg;hs5——除氧器出水焓，kJ/kg；hsf——轴封加热器疏水焓，kJ/kg；1.2门杆漏汽及其轴封漏汽焓（kJ/kg）高压前轴封漏汽：hf6，3，1=3434.56门杆漏汽：hf1=3475.296轴封供汽：hf0=2747.461.3加热器和除氧器的水焓升（kJ/kg）τ1=122.3τ2=129.67τ3=103.7τ4=90.14τ5=57.02τ6=157.38τ7=132.93τj依次为No1～No4低加和No6～No7高加的水焓升，τ5为除氧器的水焓升。1.4疏水放热量（kJ/kg）γ2=129.67γ3=103.71γ4=90.14γ5=75.32γ6=41.868γ7=157.38γj（j=2、3、4、5、6、7）依次为对应加热器的1kg疏水到下一级加热器的放热量，1.5抽汽器放热量、给水泵焓升（kJ/kg）q1=2177.47q2=2203.47q3=2222.77q4=2237.09q5=2574.882q6=2392.55q7=2366.23σ=17.99qj（j=1、2、---、7）——为抽汽在No1~No7加热器中的放热量；σ——给水泵焓升。1.6各级抽汽系数及凝结水系数计算值α7=0.05736α6=0.04604α5=0.06314α4=0.03526α3=0.03136α2=0.04636α1=0.02831αh=0.86424αj为对应加热器的抽汽系数；αh为No4低加出口凝结水系数。1.7各漏汽、用汽系数（汽轮机进汽量计算值为190.04t/h）轴封一次漏汽系数：αf6=0.00353轴封二次漏汽系数：αf3=0.0059987轴封三次漏汽系数：αf1=0.01526门杆漏汽系数：αfm=0.00684轴封供汽系数：αf0=0.0027362计算各级抽汽的等效热降（kJ/kg）和加热器抽汽效率H1=h1－hn=2485.996-2275.36=210.636（kJ/kg）η1=H1/q1=210.636÷2177.47=0.09673H2=h2－hn－τ1η1=2640.489－2275.36－122.3×0.09673=353.3（kJ/kg）η2=H2/q2=353.3÷2203.47=0.16034H3=h3－h2+H2－γ2η2=2766.219-2640.489+353.3-129.67×0.16034=458.2387（kJ/kg）η3=H3/q3=458.2387÷2222.77=0.206156H4=h4－h3+H3－γ3η3=2867.958-2766.219+458.2387-103.71×0.206156=538.596（kJ/kg）η4=H4/q4=538.596÷2237.09=0.240757H5=h5-h2+H2-τ2η2-τ3η3-τ4η4=3013.659-2640.489+353.3-129.67×0.16034-103.7×0.206156-90.14×0.240757=662.5972（kJ/kg）η5=H5/q5=662.5972÷2574.882=0.257331H6=h6－h5+H5－γ5η5=3101.372-3013.659+662.5972-75.32×0.257331=730.928（kJ/kg）η6=H6/q6=728.564÷2392.55=0.305502H7=h7－h6+H6+σ-γ6η6=3232.838-3101.372+730.928+17.99-41.868×0.305502=867.5933（kJ/kg）η7=H7/q7=867.5933÷2366.23=0.3665943.计算附加损失及装置效率3.1计算附加损失:3.1.1轴封供汽损失：Πf0=αf0(hf0η5+τ1η1+τ2η2+τ3η3+τ4η4)=0.002736×2747.46×0.257331+122.3×0.09673+129.67×0.16034+103.7×0.206156+90.14×0.240757）=2.141491（kJ/kg）3.1.2门杆漏汽损失:Πfm=αfm[(hf1-hn)-(hf1-h5)*η5-(h5-hn)]=0.00684×[(3434.56-2275.36)-(3434.56-3013.659)×0.257331-（3013.659－2275.36）]=2.345049（kJ/kg）3.1.3轴封一次漏汽损失：Πf6=αf6[(hf6-hn)-(hf6-h6)*η6-(h6-hn)]=0.00353[（3434.56-2275.36）-（3434.56-3101.372）×0.305502-（3101.372-2275.36）]=2.353634（kJ/kg）3.1.4轴封二次漏汽损失：Πf3=αf3[(hf3-hn)-(hf3-h3)*η3-(h3-hn)]=0.0059987×[(3434.56-2275.36)-(3434.56-2766.219)×0.206156-（2766.219-2275.36）]=3.18266（kJ/kg）3.1.5轴封三次漏汽损失：Πf1=αf1[(hf1-hn)-(hf1-h1)*η1-(h1-hn)]=0.01526×[（3434.56-2275.36）-（3434.56－2485.996）×0.09673-（2485.996－2275.36）]=13.07485（kJ/kg）3.1.6泵功损失：Πp=σ(1-η6)=17.99×(1-0.305502)=12.49402（kJ/kg）3.2损失总和:∑Πf=Πf0+Πfm+Πf6+Πf3+Πf1+Πp=2.141491+2.345049+2.353634+3.18266+13.07485+12.49402=35.59171（kJ/kg）3.3计算装置效率:3.3.1机组的毛等效热降：Hm=(h0-hn)-∑τrηr=3475.3-2275.36-122.3×0.09673-129.67×0.16034-103.7×0.206156-90.14×0.240757-57.02×0.257331-157.38×0.305502-132.93×0.366594=1012.754（kJ/kg）3.3.2机组的净等效热降:H=Hm-∑Πf=1012.754-35.59171=977.1622（kJ/kg）3.3.3机组的循环吸热量：Q=h0-hgs=3475.3-957.27=2518.03（kJ/kg）3.3.4装置效率：ηi=H/Q=977.1622÷2518.03=0.3880664.机组的标准煤耗率：设发电机效率ηg=0.97机械效率ηm=0.98，管道效率ηt=0.99锅炉效率ηb=0.88bn=q/(Qnet*ηi*ηg*ηm*ηt*ηb)=3600/(29310×0.388066×0.97×0.98×0.99×0.88)=382.1776[g/(kw·h)]5.假设加热器增大的端差△τ为10kJ/kg，分别计算各加热器端差增大对装置经济性的影响5.1No7加热器端差增大10kJ/kg，计算对装置经济性的影响5.1.1蒸汽等效热降增加：△H=η7△τ=0.366594×10=3.66594(kJ/kg)5.1.2循环吸热量变化：△Q=△τ=10(kJ/kg)5.1.3装置效率相对降低：△ηi=（△Qηi-△H）/(H+△H)=(0.388066×10－3.66594)÷(977.1622+3.66594)=0.00021895.1.4装置标准煤耗率增加：△bn=△ηibn=0.0002189×382.1776=0.083664[g/（kw·h）]5.2No6加热器端差增大10kJ/kg，计算对装置经济性的影响:5.2.1新蒸汽等效热降减少：△H=△τ(1-α7)(η7-η6)[q7/(q7+△τ)]=10×(1-0.05736)×(0.366594-0.305502)×[2366.23÷（2366.23+10）]=0.573461(kJ/kg)5.2.2装置效率相对降低：△ηi=△H/(H-△H)=0.573461÷（977.1622-0.573461）=0.00058725.2.3装置标准煤耗率增加：△bn=△ηibn=0.0005872×382.1776=0.224418[g/（kw·h）]5.3No4加热器端差增大10kJ/kg，计算对装置经济性的影响:5.3.1新蒸汽等效热降减少：△H=αh△τ(η5-η4)q5/(q5+△τ)=0.86424×10×（0.257331－0.240757）×2574.882/(2574.882+10)=0.14268(kJ/kg)5.3.2装置效率相对降低：△ηi=△H/(H-△H)=0.14268÷(997.1622-0.14268)=0.0001465.3.3装置标准煤耗率增加：△bn=△ηibn=0.000146×382.1776=0.055813[g/（kw·h）]5.4No3加热器端差增大10kJ/kg，计算对装置经济性的影响:5.4.1新蒸汽等效热降减少：△H=αh△τ(η4-η3)=0.86424×10×(0.240757-0.206156)=0.29904(kJ/kg)5.4.2装置效率相对降低：△ηi=△H/(H-△H)=0.29904÷(977.1622-0.29904)=0.000306装置标准煤耗率增加：△bn=△ηibn=0.000306×382.1776=0.11699[g/（kw·h）]5.5No2加热器端差增大10kJ/kg，计算对装置经济性的影响5.5.1新蒸汽等效热降减少：△H=αh△τ(η3-η2)=0.86424×10×(0.