張瑞青 閆旭華
(1.沈陽(yáng)工程學(xué)院能源與動(dòng)力工程系 遼寧 沈陽(yáng) 110136;2.朝陽(yáng)燕山湖發(fā)電有限公司 遼寧 朝陽(yáng) 122004)
當(dāng)前降低發(fā)電成本提高經(jīng)濟(jì)效益已成為各發(fā)電企業(yè)的迫切需要,對(duì)汽輪機(jī)熱力系統(tǒng)進(jìn)行能損分析以確定最經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行參數(shù),了解參數(shù)變化對(duì)熱耗率的影響日益顯示出其重要性。本文以某600MW超臨界機(jī)組為例,應(yīng)用熱平衡法和等效焓降法計(jì)算出主蒸汽初溫、初壓和加熱器端差改變時(shí)熱耗率的變化規(guī)律,為機(jī)組變工況優(yōu)化運(yùn)行提供理論依據(jù)。
1.1 主蒸汽壓力的影響
主蒸汽壓力升高時(shí),即使機(jī)組調(diào)速汽閥的總開(kāi)度不變,主蒸汽流量也將增加,且蒸汽在汽輪機(jī)內(nèi)的焓降增大,所以機(jī)組負(fù)荷增大,這對(duì)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性有利,但主蒸汽壓力升高時(shí),末級(jí)排汽濕度增加,對(duì)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性不利。主蒸汽壓力下降時(shí),當(dāng)主蒸汽溫度和凝結(jié)器真空不變,蒸汽在汽輪機(jī)內(nèi)的焓降要減少,主蒸汽流量也要減少,機(jī)組負(fù)荷降低;若汽壓降低過(guò)多時(shí),機(jī)組帶不到滿負(fù)荷,運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性降低。
1.2 主蒸汽溫度的影響
在實(shí)際運(yùn)行中,主蒸汽溫度變化的可能性較大,主蒸汽溫度變化對(duì)機(jī)組安全性、經(jīng)濟(jì)性的影響比主蒸汽壓力變化時(shí)的影響更為嚴(yán)重,所以,對(duì)主蒸汽溫度的監(jiān)督要特別重視。主蒸汽溫度降低時(shí),主蒸汽在汽輪機(jī)內(nèi)的總焓降減少,若要維持額定負(fù)荷,必須開(kāi)大調(diào)速汽閥的開(kāi)度,增加主蒸汽的進(jìn)汽量。一般機(jī)組主蒸汽溫度每降低10℃,汽耗量要增加1.3%~1.5%。主蒸汽溫度降低時(shí),不但影響機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性,也威脅著機(jī)組的運(yùn)行安全。
1.3 加熱器端差變化的影響
端差增大使加熱器傳熱效果不好,導(dǎo)致抽汽量減少,出口水溫降低,要想達(dá)到需要的給水溫度,就要加大較高能級(jí)加熱器的抽汽量,使機(jī)組的整個(gè)通流熱力過(guò)程線偏離設(shè)計(jì),一方面造成給水溫度降低,另一方面使高品質(zhì)的蒸汽未在汽輪機(jī)中做功就提前抽出,降低了汽輪機(jī)出力,增大了冷源損失,致使效率大大降低。
1.4 主蒸汽流量的影響
主蒸汽的流量變化將導(dǎo)致蒸汽壓力的變化。當(dāng)主蒸汽流量增加時(shí),此時(shí)主蒸汽的壓力上升,汽輪所作的功增加,一定程度提高了機(jī)組的效率,但是如果不斷的提高蒸汽流量,會(huì)造成能損增加,汽輪機(jī)的電機(jī)效率增加也趨于平緩,甚至下降。
1.5 給水溫度的影響
在電廠中,鍋爐給水溫度直接受汽輪機(jī)抽汽回?zé)嵯到y(tǒng)的影響,提高給水溫度無(wú)論是蒸發(fā)量保持不變還是燃料量不變,都不能提高鍋爐效率。但提高給水溫度可以提高發(fā)電廠的循環(huán)熱效率,從而降低發(fā)電煤耗,反之當(dāng)給水溫降低必然導(dǎo)致電廠熱效率下降,煤耗增加。
1.6 再熱溫度與再熱壓損的影響
再熱溫度與再熱壓損影響進(jìn)入中壓缸的蒸汽壓力和溫度,對(duì)汽輪機(jī)中、低壓缸的理想循環(huán)效率和相對(duì)內(nèi)效率都有影響。再熱溫度越高,主蒸汽壓力就越高,循環(huán)熱效率越大。再熱壓損的增大使得循環(huán)熱效率降低,降低熱耗率。
到目前為止,已經(jīng)存在著許多火電廠熱經(jīng)濟(jì)性分析的方法,從不同角度來(lái)看它們有不同的分類方法。按照方法分,有傳統(tǒng)的熱平衡分析法,循環(huán)函數(shù)法,等效焓降法,以及矩陣體系的分析方法,以上方法都基于熱力學(xué)第一定律。此外,基于熱力學(xué)第一、第二定律的有熵方法、火用方法等。根據(jù)各種熱經(jīng)濟(jì)性分析方法的計(jì)算前提條件不同,大致又可以將它們分成定流量和定功率兩大類。傳統(tǒng)的計(jì)算一般采用定流量方法,即假定進(jìn)汽流量不變,來(lái)計(jì)算各級(jí)抽汽量以及各個(gè)經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。相對(duì)應(yīng)的定功率法,滿足了電網(wǎng)對(duì)輸出功率的要求,因而在分析電廠熱力系統(tǒng)中也非常重要。
3.1 主汽壓力變化下機(jī)組經(jīng)濟(jì)性
本文采用的研究方案是控制變量法,變化主汽壓力,而保持其他參數(shù)不變,這時(shí)計(jì)算該參數(shù)變化時(shí)與機(jī)組效率(能損)之間的關(guān)系,來(lái)分析這個(gè)參數(shù)對(duì)機(jī)組效率的影響及敏感程度。具體是將主汽壓力依次降低1MPa,運(yùn)用弗留格爾公式得到每個(gè)壓力下機(jī)組汽水參數(shù)的變化,然后進(jìn)行熱力系統(tǒng)詳細(xì)熱平衡計(jì)算,進(jìn)而得到各個(gè)壓力下的熱耗率,如表1所示。
表1 主蒸汽各壓力下機(jī)組熱耗率
由上表可知機(jī)組熱耗率隨主蒸汽壓力下降而增加,并且增加的幅度越來(lái)越大,即主蒸汽壓力越低,熱耗率越大。所以為了提高機(jī)組效率,要在保證安全的前提下盡量提高主蒸汽壓力,這也是機(jī)組向高參數(shù)發(fā)展的原因。
3.2 主汽溫度變化下機(jī)組經(jīng)濟(jì)性
同樣變化主汽溫度,而保持其他參數(shù)不變,這時(shí)計(jì)算該參數(shù)變化時(shí)與機(jī)組效率(能損)之間的關(guān)系,來(lái)分析這個(gè)參數(shù)對(duì)機(jī)組效率的影響及敏感程度。具體是將主汽溫度分別降低5℃進(jìn)行熱力系統(tǒng)詳細(xì)熱平衡計(jì)算,得到每個(gè)主汽溫度下機(jī)熱耗率的變化,如表2所示。
表2 主蒸汽各溫度下機(jī)組熱耗率
3.3 高加端差變化下機(jī)組經(jīng)濟(jì)性
當(dāng)高加端差變化時(shí),假設(shè)抽汽壓損,加熱器效率均不變,所以加熱器汽側(cè)壓力也不變,該壓力下飽和水溫均不變,因此當(dāng)端差改變時(shí),只改變加熱器的出口水溫。由于溫度的改變,必然導(dǎo)致加熱器出口焓值的改變,將變化后的焓值代入上述的計(jì)算過(guò)程中,從而求出新的熱耗率。以#1高加、#5低加端差變化為例進(jìn)行熱力系統(tǒng)詳細(xì)熱平衡計(jì)算,得到每個(gè)端差與機(jī)組熱耗率變化的關(guān)系。設(shè)#1高加、#5低加端差在-2℃-2℃之間變化,再由給定的汽輪機(jī)的參數(shù),整理出的汽水焓值,計(jì)算汽輪機(jī)各段汽水參數(shù),進(jìn)而利用等效焓降法求得到各個(gè)端差下的熱耗率,如表3、表4所示。
表3 1號(hào)高加端差與機(jī)組熱耗率
表4 5號(hào)低加端差與機(jī)組熱耗率
由表3、4可見(jiàn),隨著端差的增加,機(jī)組熱耗率逐漸增大,但增大的趨勢(shì)越來(lái)越小,即端差的增加對(duì)機(jī)組熱耗率的影響逐漸減弱,所以,端差愈小,機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性提高也愈大。
4.1 通過(guò)對(duì)#1高加和#5低加端差變化對(duì)機(jī)組熱耗率的影響進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn),#1高加端差變化對(duì)機(jī)組熱耗率的影響較#5低加大,所以在保障機(jī)組安全的前提下,應(yīng)加大對(duì)#1高加的監(jiān)控和保護(hù)。
4.2 通過(guò)對(duì)主蒸汽溫度和主蒸汽壓力對(duì)機(jī)組熱耗率的影響進(jìn)行比較,發(fā)現(xiàn)主蒸汽壓力對(duì)機(jī)組熱耗率影響較主蒸汽溫度大,所以在運(yùn)行中應(yīng)加大對(duì)主蒸汽壓力的監(jiān)控。
[1]鄭體寬.熱力發(fā)電廠[M].2 版.中國(guó)電力出版社,2008.
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