初终参数变化对能耗影响的定量分析方法研究.pdf

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1、华北电力 大 学（保定）硕士学位论文初终参数变化对能耗影响的定量分析方法研究姓名：王艳军申请学位级别：硕士专业：热能工程指导教师：张春发;刘永刚20071215华北电力大学硕士学位论文摘要摘要初终参数变化是汽轮机运行中普遍存在的现象，参数变化对机组经济性的影响是一直备受关注的问题。本论文深入分析了调节级变工况特性，有效地简化了变工况下调节级效率的计算；提出了以改进型弗留格尔公式为基础，利用监测的压力、温度数据和汽轮机末级结构设计数据计算排汽焙的方法；建立了热力系统近似变工况计算模型；利用热经济性状态方程，对典型的6 0 O MW凝汽式汽轮机组进行了性能计算，分析得出了不同负荷下初温、初压、背压

2、及再热汽温变化对机组能耗的影响及各参数对热耗的修正曲线；通过具体热力试验，验证了本论文建立的计算模型的准确性与精确度，为现场对试验结果的修正提供了理论依据。关键词：初终参数，经济性，汽轮机，变工况，修正曲线A B S T R A C TItSageneralphenomenonforthestea m-turbinethattheinitialandthefinalP arame t e rsof tenva r y.Inthis thesis,t h e v a r y in g c o n d itioncharacteristicoftheg u 11 a ta t i n g st a

3、 g e i sprofoundlyana 1 ysed,and i t sA m e t h o d b a s e d o n a d v a n c e d Ft o c a l c u l a t e e x h a u s tenthalpyisproposed.Inthisthesis,i t u t i 1i m p 1 i fiesthecall u g e l f o r mu l al h e thermo econoe f f ii o n o f t h ec i e n c y.i z e smystateequationt O C a 1 C U 1 a t e t

4、 h e P e r f O rm a n C e O f 6 0 OMW c o n d e n s i n g t u r b i n e.I t o b t a instheeffectandthefa i rcurvesofuni t h e a t i a n r g d i n i t i a 1 temperature,i n i t i a 1 p rrate e s s u r e ,backingpressureandreheattemperature.Thethermalcharacteristicexperimentv e r i fiestherat i o n a

5、1 i tyandtheaccuracyof theca 1 c u 1 atedmode1 .I tprovidestheoreticalevidencefortheamendmentofexperimenta 1 r e s u 1 t s .W a n g Y a n j u n(T h e rm a 1 e n e r g y e n gi n e e r i n g)D i rectedbyProf.ZhangChunf aSeniorEng i n e e r L i u Y o n g g an gKEYWORDS：i n i t iaiandfinalparameters,ec

6、onomi c a 1 e f f i c i ency,steamturbine,varyingcondition,f a i华北电力大学硕士学位论文摘要摘要初终参数变化是汽轮机运行中普遍存在的现象，参数变化对机组经济性的影响是一直备受关注的问题。本论文深入分析了调节级变工况特性，有效地简化了变工况下调节级效率的计算；提出了以改进型弗留格尔公式为基础，利用监测的压力、温度数据和汽轮机末级结构设计数据计算排汽焙的方法；建立了热力系统近似变工况计算模型；利用热经济性状态方程，对典型的6 0 O M W 凝汽式汽轮机组进行了性能计算，分析得出了不同负荷下初温、初压、背压及再热汽温变化对机组能耗的影

7、响及各参数对热耗的修正曲线；通过具体热力试验，验证了本论文建立的计算模型的准确性与精确度，为现场对试验结果的修正提供了理论依据。关键词：初终参数，经济性，汽轮机，变工况，修正曲线A B S T R A C TI tSagene r a 1 phenomenonfort h estea m-t u r blandthefinalinethattheini te r ig u 11 a tf i ch a ut h as t atersoftenvary.Inthis thesis,t h e v a r y it i c o f t h et i n g s t a g e i s p rofo

8、und 1 y a n a 1 y s e d ,a n d i to n o f thee n c y .A m e t h o d b a sedonadvancedFl u g e 1 f otpyisproposed.Inthisthesis,i t u t i 1 i z eeequationsimplifiesthecrmulatocalculasthethermo-ecol o c a I c u 1 a t e t h e p e r f o r m a n c e o f 6 0 0 M W c o n d e n$I n g l u r b i n e.I t o b t

9、a j n$t h e e f fe e tP ac ue fe xe nm yr a m ean g c o n d i t i o n c h aa 1t eandthefai rcurvesofuni t h e a t ingrateandini t i a 1 temperature,i na l pressure,b a ct i cver1 .Ithea 1 ri n gx p ef i eprores s u r e a n d r e h e a t tempi m e n tt h e r a t i o n a 1 i tyandtheidescalevidencefor

10、theamee r a t u r e .The t h e rma 1 c h a r a c t e r i saccuracyofthecalculatedmodendmentof e x p e r i m e n tkPes u 1vtW a n g Y a n j u n(T h e rma 1 e n e r g y e n g,Di in ree ce rt ei dn,b gy)P_ rofr.Z7 hangChunffaSen i o r E n g i nee r L i u Y o n g g an gKEYWORDS：i n i t ialandfinalparame

11、ters,economicalefficiency,steamturbine,varyingcondition,f a ir c u r v e声明尸明本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文 初终参数变化对能耗影响的定量分析方法的研究，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：至盐垦日期：丝 殳：圭

12、：鉴关于学位论文使用授权的说明本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保 管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅：学校可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。（涉密的学位论文在解密后遵守此规定）作者签名：导师签名：日期：型：！：鉴 日期：型！：！：堕华北电力大学硕士学位论文第一章绪论1.1课题的研究背景及意义在汽轮机的实际运行中，因负荷、锅炉燃烧、气候、冷却水流量及设备本身条件 的 改 变，常常不能使汽

13、轮机的初终参数恒维持不变，保持在额定参数下运行。汽轮机工作时各参数允许在一定的范围内变动，该扰动对汽轮机的安全性无影响1 1 J,但将影响汽轮机的出力和运行的经济性。在汽轮机的经济性诊断中，首先应该采用合理的参数修正方法将当时的运行参数修正到其额定参数下，当修正后的汽轮机热耗率偏离设计值时，表明汽轮机出现经济性下降故障，然后才能开始进行经济性诊断；在汽轮机的运行过程中，运行人员往往通过对运行小指标的管理来确定出运行的初终参数变化对其经济性的影响，以便通过调整运行参数来提高机组的循环效率。由此可见，分析初终参数变化对能耗的影响具有重要的理论指导意义。在实际生产过程中，电力试验研究机构常常需要对新

14、投产的机组进行性能考核试 验，考 核 机 组 是 否 达 到 厂 家 所 保 证 的 各 项 经 济 指 标（如热 耗、汽 耗 等），对运行中的机组需要进行常规性能试验以监测机组运行状况，并采取相应措施，提高机组的经济性。但在汽轮机的热力特性试验过程中，由于多方面因素的影响，很难保证所有参数都维持在规定参数下运行。为了使设备实际运行条件下计算出的性能与规定运行条件下的性能具有可比性，工程中引入了性能修正曲线，便于把实际运行条件下的性能修正到规定运行条件下所应达到的性能，将二者进行比较，便可对某一具体设备进行性能评判。目前，在确定各参数对机组能耗的影响时通常是依据厂家提供的参数变化对功率、热耗的

15、性能修正曲线，这些修正曲线是厂家根据设计工况参数采用变工况逐级计算得到的，通常只有额定工况下的组曲线。但在实际运行中，系统、设备、负荷以及各参数很难全部处于设计的状态，此时这些曲线不能够准确地反映出汽轮机能耗的变化，而且修正曲线自身具有一定的缺陷，即修正曲线给出的自变量与因变量之间的对应关系有人为的不确定性【2】。目前，尚未有标准规定绘制性能修正曲线用什么线型，用多少磅的线宽来画线，自变量与因变量的最小分度为多少，人为加宽曲线，采用大分度的现象仍有发生。因此，汽轮机厂家与电厂双方查同一条性能修 正 曲 线，查得的结果也很难一样。为了各自的经济利益，彼此之间的这种差别有时足以导致激烈的争论。电力

16、试验研究人员本着对电厂负责的态度，通常需要对厂家提供的曲线进行校核，并做出部分负荷工况下的修正曲线。而在现场通常不具备逐级变工况计算的条件，利用热力学方 法 并 结 合h S图通过近似计算得到的曲线,华北电力大学硕士学位论文一旦与厂家提供的曲线有所差别时，厂家常常认为是由于假设条件过多造成的误差，不予于肯定。因此，如何找到一种简便、快速、准确的方法来进行额定工况下参数修正曲线的核算，并能够计算部分负荷工况下的参数修正曲线，对于电力试验研究人员的现场工作具有重要的实际意义。本课题正是在这一背景卜.，提出对火电机组热力系统在初终参数变化情况卜进行能耗的定量计算的，使机组尽可能维持在能耗最低的参数范

17、围内运行，既使在参数不能得到很好地控制的工况下，也能准确、快速的计算出由此引起的能耗变化，并对其进行修正，为机组实现节能优化运行提供依据。1.2 课题的研究现状在汽轮机的能耗分析中，通过对运行参数的计算，可以确定机组运行状态和部件性能对机组经济性的影响，从而揭示出使机组经济性降低的各种因素：通过对设备性能状态分析和运行参数分析，能够给出最优经济运行指导；通过对机组运行参数和重要指标的统计和计算，可以对运行中的设备进行在线故障诊断。针对上述情况，许多学者在这方面都做了大量的研究。国外研究人员大多是对粘性可压缩流体在弯曲通道内的三元不稳定流动实际模型逐级进行详细的变工况计算，得出各参数变化对能耗的

18、影响，从而得到各参数对能耗的修正曲线，如法国A L S T OM、美国的西屋等电气公司。国内学者除上汽、哈汽等汽轮机生产厂家的设计人员采用逐级变工况计算外，多数研究人员将实际流动过程简化，认为叶栅中汽流参数只沿流动方向变化，而在与流动方向相垂直的截面上汽流参数不变，目.通 过叶栅任一截面的流量和蒸汽参数不随着时间变化，蒸汽与外界没有热交换，即采用一元稳定等比燧的简化流动模型，根据能量平衡原理推导出各参数变化对能耗的影响，其中以上海理工大学王乃宁教授提出的热力学方法【3】为代表。热力学方法，从汽轮机装置的基本热力循环出发，分析各个热力参数变化后热耗修正值的计算。对于再热机组，其加入热量及做功均是

19、用平均吸热和放热温度以及病的增值来表示的。该方法在实际生产中得到了广泛的应用，但由于未考虑负荷变化、运行方式变化、给水温度变化、回热抽汽等因素引起的效率的变化，实际运行的汽轮机也不具备极限回热循环的条件，而且由于回热抽汽的影响，各段流量并不是常数，使得功率及吸热量的计算不够准确，故利用热力学方法对理想循环进行的分析必然造成一定的误差，不能准确反映参数变化对实际机组能耗的影响。现有的用于分析参数变化对能耗影响的方法还有特性试验法、特性曲线法和偏导原理算法。由于在试验中很难保证只有一个参数在控制下变化，而其他参数维持不变，故特性试验法【4 在实际生产中很少采用；特性曲线法5 多采用汽轮机厂家提供的

20、特性曲线来查取能耗的变化量，但厂家提供的曲线大部分只有额定负荷下的一2华北电力大学硕士学位论文组，因此不能满足投产时间较长的机组性能考核的需要；偏导原理算法直接从汽轮机的功率方程出发，形式上简单明了，但实际计算起来有些量的变化需要通过详细的变工况计算才能获得，而现场通常不具备详细计算的条件，故无法满足实际生产垂荫巾jC o综上所述，目前能损分析与性能计算中用来分析参数变化对能耗影响部分还存在很多问题，其分析方法都是在一定的简化和假设的前提下进行的，虽然都能够保证计算误差在允许范围内，但又各自具有一定的局限性，多数不能满足实际生产需要。因此，在原有理论基础上，如何找到一种简捷的、准确的方法进行参

21、数变化时的能损分析还有待于进一步的研究。1 .3课 题 的 主 要 研 究 内 容该课题选取汽轮机通流部分为主要研究对象，在不考虑回热系统变工况的前提下，以热力系统热经济性状态方程为计算基础，采用按抽汽口划分级组的近似变工况计算方法，结 合 某 电 厂 引 进 型6 0 0 MW中间再热凝汽式汽轮机组，重点研究探讨不同负荷下初温、初 压、机组背压及再热蒸汽温度变化所引起的系统能耗的变化，并根据计算结果绘制出各参数的修正曲线。论文具体工作如F：1 ,汽轮机组变工况计算模型的建立采用按抽汽口划分级组的近似变工况计算方法，分别讨论了初温、初 压、背压及再热蒸汽温度变化时热力系统各点参数的确定，利用现

22、行热力系统热经济性状态方程计算参数变化后的能耗；深入研究了汽轮机调节级、末级的变工况特性，利用快速算法计算得到了调节级特性曲线，并将其拟合公式直接用于计算调节级变工况卜的效率：利用改进型弗留格尔公式对末级进行详细变工况计算，得到了变工况F的末级排汽焰。2 .初终参数变化能耗特性分析根据建立的变工况计算模型，利用热力系统热经济性状态方程，分别计算分析了不同负荷下初温、初 压、背压及再热汽温发生变化时对机组热耗的影响，并根据计算结果绘制了 THA工 况、7 5%工 况、5 0%1 一况、4 0%工况下各参数对热耗的修正曲线，证明本论文建立的计算模型能够简捷、快速得到较为准确的修正曲线，且满足工程实

23、际需要。3.修正曲线的试验研究本 论 文参照ASME标 准，针 对 某 电 厂6 0 0 MW凝汽式汽轮机组设计并进行了某一参数对热耗影响测定的热力特性试验，对试验过程中未得到很好控制的参数给出了修正计算方法，通过试验进一步验证了计算模型的正确性与精确度。3华北电力大学硕士学位论文第二章汽轮机组变工况计算模型因负荷、锅炉燃烧、气候、冷却水流量及设备本身条件的改变，汽轮机的初终参数常常出现一定的波动，从而引起机组能耗的变化。在以往的火电厂机组及热力系统分析中，通常计算的都是系统的静态工况或者是在系统偏离额定负荷变化不大时的工况，对于初温、初压、背压等参数改变时能耗的变化无法处理【6。但无论是参数

24、变化还是负荷、设备等其他原因引起的变工况，表现出的特点均是汽轮机的进汽流量或通过级组的蒸汽流量发生变化，并表现为汽轮机膨胀过程线的变化。因此，变工况计算的目的在于确定汽轮机各抽汽口和排汽端的蒸汽参数以及回热系统的各相应参数1 7 J。目前，常用来确定参数变化对机组能耗影响的方法有特性试验法、特性曲线法和偏导原理算法。由于现有的各种确定方法本身均或多或少的存在一定的问题，不能满足现场工作人员快速核算修正曲线的要求，故本论文拟采用按抽汽口划分级组的近似变工况计算方法来确定初终参数变化后的系统状态，再利用现行热力系统热经济性状态方程确定参数变化后系统的能耗，从而得到不同工况下各参数对机组热耗的修正曲

25、线。下面具体介绍本论文采用的按抽汽口划分级组的近似变工况计算模型。2.1初终参数变化后系统状态的计算模型2.1.1各段抽汽压力的确定抽汽压力的确定需要根据所要求的情况而定，当需要求运行工况的经济性指标时:抽汽压力的计算依据现场测得数据；而在进行分析运行工况的理想状态时则需要借助弗留格尔公式和其他手段进行分析计算。机组及热力系统工况发生变化时，最基本的变化因素是通过汽轮机的蒸汽流量俄或通过级组的蒸汽流量口发生变化。级组通过蒸汽的能力决定于级组前后压力，因而通流部分的流量发生变化必将引起级组前后压力发生变化。它们的关系决定于弗留格尔公式：旦：,D 0式中A、仍一一级前、级后压力；D 0 一一流经级

26、组的蒸汽流量；石-级前温度。其中，下角标0 表示变工况前蒸汽参数，“1”表示变工况后蒸汽参数。式（2.1 ）4华北电力大学硕士学位论文中的温度修正项，一般情况近似于1,可以不考虑，而在某些特殊情况下(如初温或再热蒸汽温度发生较大变化时)除外8 1。对于凝汽式汽轮机组，若以抽汽区段之间的级组来讨论，其压力比P：1 P，总是很小，忽略它则上式有以下形式：旦：血(2 .2)D o P 1 o由此，抽汽压力可由以下近似计算式确定：胪A。每 0 3)对于负荷变化的变工况，可以认为抽汽量比例于汽轮机的汽耗量D 0 ,由此可以导出抽汽压力n比例于汽轮机的汽耗量，B|J：胪P，。弦 人这将使计算得到大大的简化

27、。2.1.2凝汽器压力的确定机组及热力系统的任何工况变化都将导致基本因素一一新汽流量或级组通流量的变化，从而引起进入凝汽器的蒸汽量发生变化，改变了凝汽器的蒸汽负荷。在凝汽器入口冷却水温乙，和冷却水量仇不变时，凝汽器的压力机将发生变化。与此同时，凝汽器的压力还要受到当地环境温度的影响。凝汽器压力的计算通常是通过凝汽器的热平衡计算，求出凝汽器的温度六，随后通过温度求出对应的饱和压力即为凝汽器压力见。凝汽器压力P，所对应的饱和温度 可用凝汽器的传热端差国、冷却水进凝汽器的入口温度“与冷却水在凝汽器中的温升乙表示为：乙=t w 1 +A t ,+8 t (2 5)At .|=t w2 -twI式中0：

28、一冷却水出凝汽器温度。端差8 t可用A.B雪格里雅耶夫提出的经验公式，9】计算出，即：研=亲 笔(吐+(2-7)7.5 华北电力大学硕士学位论文式中M系数，M=5 7,凝汽器工作状况良好时，取M为较小值；吃凝汽器单位蒸汽负荷，也=D C /p；口进入凝汽器内的蒸汽量。凝汽器排汽压力从是排汽温度乞的单值函数，所以有：P c=f（t w l,Z O,研）（2 8）将 式（2 6）、（2.7）、（2.8）综合使用可以计算出变工况后机组的排汽压力，即凝汽器的工作压力，为机组的变工况经济性分析时汽轮机排汽压力基准值的确定提供了较精确的数学模型。2.1.3各段抽汽点参数和汽态线的确定在机组和热力系统的变工

29、况计算中，首先要确定各抽汽点的蒸汽参数和在水蒸汽h-J图上绘制工况变化的过程线（即汽态线）o具体地说：根据弗留格尔公式确定出新工况的各段抽汽压力以及按凝汽器变工况简便计算确定出新的排汽压力或者直接使用热力试验的测点值；再根据各级组效率的确定方法，确定出调节级组和末级相对内效率，以及中间级组的相对内效率（其值可以由厂家资料、基准工况获得）。当变工况的各抽汽点压力和各级组效率求出后，便可继续求出各抽汽点的焰值和排汽熔。按汽轮机相对内效率的定义，任一级组，的相对内效率为：巩=瓮=譬 协 由此可求得各级组抽汽焰：吃，=囊，一%玩，（2 .10）式中盔，级组的进口蒸汽熔，在逐级计算中为已知量：坞，.级组

30、的出口蒸汽焰；%一，级组蒸汽在汽轮机中等燧膨胀过程的理想比焰降，在嫡和抽汽压力已知的情况下，可根据水蒸汽图表查得，也可以将水蒸汽近似看作理想气体用公式计算。对于任一级组，有：魄=吉砌一（锄竽】（2-1 1)式中P 1 ,、P 2 ,级组进、出口压力;华北电力大学硕士学位论文Z,，.级组进口温度；R 气体常数，对于蒸汽R=4 6 1 .5 J /f k卮定炳指数。对于过热蒸汽k=1 .3；对于湿蒸汽k=1 .0 3 5 +0.1X，其中X是膨胀过程初态的蒸汽干度。上述诸参数求出后，便可在水蒸汽的h s图上绘制变工况下新的汽态线。2 .1 .4加热器出口水蜡的确定在确定热力系统各点汽水参数时，加热

31、器侧的变工况计算可作简化处理。各加热器抽汽压损可近似认为压损的相对值不变，即8 p,=卸，/p,=常数。在不考虑加热器变工况的情况下，认为加热器的上、下端差是不变的。所谓加热器端差是指加热蒸汽的饱和温度t与加热器出口水温乙，之差，即常说的上端差。而下端差是指给水进口与硫水出口介质之间的温度差（只有在加热器有疏水冷却器时才存在下端差）。根据加热器上、卜端差的定义以及已知的给水泵、凝结水泵出口压力，便可以确定各加热器出口水温、水熔和加热器出口疏水的温度和烯值。至此，加热器侧各点参数便可确定。2.1.5 辅助汽水成分的处理在火力发电厂的生产过程中，除了主系统以外，还有向各类辅助设备和生活设施供汽的蒸

32、汽系统，如热网用汽及回收等，这些有热量带入或带出主热力系统的汽水系统统称为辅助汽水系统。在机组热力系统热经济分析中，为了能够准确确定机组的热经济指标，对于轴封系统及辅助汽水系统的小汽水流量应正确处理。设计工况下，根据机组热力系统热平衡图，对各换热单元进行热量平衡和质量平衡分析，确定设计工况下各小汽水流量所占份额。机组变工况过程中，各小汽水流量所占份额可视为不变，从而大大简化了系统的变工况计算，而且从实际应用结果来看，这样处理也足以满足工程计算的要求。2 o 2 通流级组变工况特性由热力学可知，参数变化必引起热力循环的平均吸热温度或平均放热温度的改变，热力循环的吸热量和放热量以及汽轮机的内部损失

33、也会随之改变，从而引起循环热效率和机组相对内效率的变化。因此，分析参数变化后各级组相对内效率的变化是十分必要的。通常情况下，按照级内流动特性可将汽轮机通流部分分为调节级（通常为汽轮机的第一级）、中间压力级和末级。由于末级在较大工况范围内保持临界工况，故包括次末级在内的全部中间级在变工况下保持工况相似。在忽略各级级前温度的变7华北电力大学硕士学位论文化 时，级 前 压 力 和 流 量 成 正 比，所 以 级 的 压 力 比 不 变，级 的 理 想 焰 降 也 近 似 不 变，相应地，级的速度比、反动度也近似不变，与速度比有关的叶高损失、叶轮摩擦损失、鼓 风 损 失 以 及 漏 汽 损 失 的 相

34、 对 值 也 儿 乎 不 变，由 于 压 力 级 不 存 在 部 分 进 汽 损 失和湿汽损失，根据级的相对内效率的定义可知，压力级的相对内效率也应基本保持不变。凝汽式汽轮机中间级级内特性变化规律的这些特性，显然给分析这些级的变工况带来了方便，当工况变化不大时，这些压力级的级前压力可根据弗留格尔公式或正比公式求出，各级在新工况下的热力过程线可从新的起点状态为基准，用逐级划平行线的方法求得。对于调节级，其工作汽流由通过全开调节阀和部分开启调节阀两部分组成，二者在喷嘴、动叶汽道中的参数分布、比焰降、反动度、效率都不相等；对于末级，其工作情况不仅与蒸汽流量大小有关，而且受凝汽器工作的影响，同时因位于

35、湿蒸汽 区，还 受 湿 度 变 化 的 影 响。这 些 级 内 的 流 动 特 性 使 得 调 节 级、末 级 的 变 工 况 特 性十 分 复 杂。因 此，本 节 重 点 讨 论 调 节 级 和 末 级 的 变 工 况 特 性。2.2.1调节级变工况特性目 前，发 电 厂 的 汽 轮 机 中，大 部 分 都 采 用 喷 嘴 调 节 的 配 汽 方 式【1 0 1,新 蒸 汽 经 主汽门及若干个依次开启的调节阀进入汽轮机。所以，在分析调节级的工作原理时，应分别讨论两部分汽流的工作，一部分是通过全开调节阀的汽流，流量为G，阀后压力为风7,另一部分是通过部分开启调节阀的汽流，流量为G”，因受到节流

36、作用，阀后压力为风。，这两部分汽流在各自的喷嘴和动叶汽道内膨胀到调节级室的压力如，在调节级室进行混合后，进入以后的各压力级，继续膨胀做功。混合后的比焰可由下式求得：调节级的效率为:。3协1-2垃-鱼式中G,-一汽轮机的进汽,蹦一一流经全开调节阀蒸汽在调节级后的比焰；见。流经部分开启调节阀蒸汽在调节级后的比焙。由上可见，要想确定调节级效率，需要确定流经全开调节阀和部分开启调节阀的流量与调节级后的焙值。如果厂家提供调节级的特性曲线，可根据厂家提供的特性曲线查出有关数据，分别得出通过全开调节阀和部分开启调审阀两部分流量、喷8华北电力大学硕士学位论文嘴前的压力、温度以及级后的压力等，再根据能量守恒计算

37、出调节级后的燔值，从而确定出调节级的相对内效率【111。在缺乏厂家提供的特性曲线的情况下，就需要根据 汽 轮 机 调 节 级 的 原 始 资 料(包 括 汽 轮 机 的 蒸 汽 参 数，调节级的几何结构和尺寸等)，计算出调节级的特性数据，绘制出特性曲线，而后再根据特性曲线求得变工况下调节级的效率。2.2.1 .1调节级特性曲线的计算考虑到通用特性曲线将应用于各调节阀全开或部分开启的喷嘴组【12，为解决计算 中 的困难，本论文在计算过程中作了以下简化：近似将工质视为理想气体；取 单 位 喷 嘴 面 积 进 行 计 算(即1 em2)；假设调节阀是全开的，阀门后的压力P o =(0 .9 5 0.

38、9 7)P o (P o为新蒸汽压力)：不计喷嘴与动叶间的漏温斯铢的翘诙满幅流量相等。计算过程中，任意假设一系列喷嘴后压力P 1,按顺序算法由级前向级后计算，便可获得每个工况下的各种数据，根据这些数据，就可 绘 出/z 8、Q0 s及11。X。等 曲 线。计算步骤如下：(1 )假设调节级喷嘴后压力P,求得喷嘴压力比E n；(2)向多变过程同呈式h。(P ：/中。1肌，求 彳 辆 嘴 后曲蒸汽低懿，其二(3 )由式尾(4)由式G =o.6 4 8 x 1 0 4 风，/V o 求得比整流量；.求 网 研!想,焰 降际流量;,求(7 )根据喷嘴速度系数妒，由 式 万 吃=(卜 妒 2)她，求得喷嘴

39、出口申喋；=(8)电喷嘴出口4:及z j j z均直径处的圆周速度不4 4 _|一，啦=止；+掰 2 2 c I U C O S (Z 1 ,计算出动叶入口9华北电力大学硕士学位论文(9)由式屈=a rcs i n (G s i n q/w 1 ),求得动叶进汽角，并由动叶进口角局,求得冲角0 =层一层，；(10)由式M，=M cos,求得汽流进入动叶的有效进口速度，由式A 1 1州=叫2 /2求得动叶有效进口动能；(1 1)由式A h脚=(wl s i n0)2/2,求得动叶进口的撞击损失；(1 2)由式叫：M+k-1 A h p 1 ,求得动叶入口的比容；(13)由式薪：岛(1 +气兰型粤

40、)击，求得动叶前的滞芷乐力；(14)假 定 动 叶 出 口 压 力 仍，由 式 吃比焰降击 n q 1 (段/A)T k -I ,5 根据塑愕度军数y,陛 得 动叶出口的汽流速度w 2=Y 2Z%+叫2。树耙嘿2)1概，求得动叶出(17)由式G。=A面积相对应的动叶面积:o f 3白 勺 叶 的 蒸 咽5,夕守幽立览孑而k可求得与局对应的P 2 ；(1 9)由式忽=吃，+她，求得调节级的理想比焰降；(2 0)由式万%=(1 2)成(其中%=她+丸。)，求得肥级普慑存调节级动叶出口角属，由式乞=小 至i 7出13 呼 噌 度i磊石，可求得动叶(2 2)由式吃：=c；/2,求得调节级的余速损失；(

41、23)由式吃，=忍一(8 h.+觇。+万吃+吃2),降；可求得不计叶高损失的轮周比焰(2 4)已 知 喷 嘴 高 度，由 式 岛=芋1喀娜J,驰 得 邓 高 损 典 力 嘶。+万魂+吃 2+她；1 华北电力大学硕士学位论文(2 6)轮周有效比焙降触。=印一罗幽：(2 7)轮周效率仇.=魄，/忽；(2 8)由压力比e =p 2/P o ,得调节级的彭台门系数=4 1 一【(占?；P oz),可求得系数由式乞=4 2她，可求得级的假想速度；(3 1)由式%=乞，求得调节级的速度比。对于大型汽轮机组多采用整锻转子，直径也不大，为追求效率，燧降较小，则喷嘴和动叶都不会超临界。除非在负荷较低的情况下，喷

42、嘴可能出现超临界，动叶一般不会超临界。假定的喷嘴出1 3压 力P】低于临界压力时，改变P.己对流量没有影响，一直为临界流量，但蒸汽在喉部之后斜切部分继续膨胀，产生偏转角d,计算中应特别注意，其他与前相同，进而可求出这股汽流的热力特性参数。表2 1 6 0 0 MW凝汽机组调节级特性曲线计算结果汇总压比 g 0.9 0 3 5 0.8 6 9 5 0.8 3 8 5 0.8 2 6 2 0.8 0 8 9 0.7 9 1 5 0.7 8 1 0 0.7 69 9 0.7 4 8 9系数 0.5 9 9 4 0.7 3 0 2 0.8 4 6 3 0.8 9 0 5 0.9 5 3 6 1.0 1

43、 4 9 1.0 5 3 5 1.0 92 3 1.1 6 6 6反动度 Qo 0.2 5 7 7 0.2 1 7 9 0.1 7 8 7 0.1 6 6 9 0.1 4 6 2 0.1 2 8 9 0.1 1 4 2 0.10 3 5 0.0 7 9 6轮周效率仇 0,7 8 6 6 0.8 1 7 3 0.8 1 9 6 0.8 1 6 8 0.8 1 1 7 0.8 0 4 7 0.8 0 0 6 0.79 5 3 0.7 8 5 3速比%0.6 5 8 7 0.5 6 2 3 0 o 5 0 2 2 0。4 8 2 7 0.4 5 8 5 0。4 3 7 3 0。4 2 5 6 0.4

44、 14 1 0.3 9 4 4根据上述计算结果，绘制调节级的特性曲线如下：系1 0数 o.80.4O.6 5 0.7 0 0.1 5 fl.8 0 0.8 5 0.9 0 0,股压比暑图2 1 6 0 0 MW汽轮机调节级一占曲线图2 2 6 0 0 MW汽轮机调节级Q。一s曲线华北电力大学硕士学位论文轮轴效室速比屯图2 3 6 0 0 M W汽轮机调节级仇一曲线通过曲线得到的拟合公式如下：一 s 曲线：=一 3.6 1 4 7 7 e +3 .87 0 3 2；Qo s 曲线：Qo=一 9.8 7 2 4 8 6 3 +2 3.3 5 8 9 9 6 2 1 7.2 3 1 3 46+4.0

45、 2 8 8 7；仇一托曲线：吼=1 .8 0 3 0 4 x ：-4 .7 1 8 8 3 x ；+3 .4 4 5 54 x a +o o 0 5 0 2 o2.2.1 .2调节级效率的计算通过上述计算，可以得到调节级特性曲线，但在实际进行调节级变工况计算时，仍然需要根据已知条件，由特性曲线查出有关数据，分别得出两部分汽流的流量、喷嘴前压力、温度以及级后压力等，有了这些数据，就可以按照一般级的热力计算方法，分别算出两部分汽流的各种参数，再 由 式(2.1 2)得出两部分汽流在调节级后的比烯值。在已知负荷和设计工况参数的情况下，根据流量与负荷近似成正比的关系可计算得到主蒸汽流量值，可粗略估计

46、几阀全开，几阀部分开启【1 3，依据调节级特性曲线，可对调节级效率进行变工况计算。具体步骤如卜.：(1 )根据喷嘴组的喷嘴数及出口总面积确定各喷嘴组的面积以，；(2)根据定压运行时负荷与流量基本成正比的关系，由额定工况下主蒸汽流量和已知的负荷值可确定变工况下的主蒸汽流量G 1值，根据弗留格尔公式岛。=小、/百G I,2 /n 2以曲茸蝴吸口p?,可确定变工况下调节级壁压力仍，值，再计算全开调节阀华北电力大学硕士学位论文(3)根据调节级特性曲线一 s的拟合方程，得到系数 7；(4 )按下式求得通过全开调节阀的流量qq：o.6 4 8 x 垒x c 0 寸，蜡=吃 f h。对于图3.3所示的热力系

47、统，其功率方程为：2 8日=域（%+盯一忽）一 E p ；（危+仃丁红）一2 口（曩二绣）二 D 1 盯一、百。吃（*缶 肛 吃 恣 j F 占矿一忽）一。I I V 1 （%o+口 一 忽）四（寐ilf i升存 秀 幽 示 第 缴）一 2 P，（纬一忽）十 2P ,（终一吃）一 2 研（，夸一绣）（3-3）3.1.3锅炉吸热量方程考虑锅炉连续排污量q,其他自用蒸汽量马，过热器喷水减温量巩，再热器喷水减温量D。，不难得到实际系统的锅炉工质吸热量方程为：Q =D o（h o+盯一0）1 a町.】c 一【哦】。2 .仃。+眈，4曲飞龄U 嘛珑）（。一蛇）+巩（砖一%0）对于图3.3 所示热力系统，

48、设计工况下不存在减温喷水及连续排污，故其锅炉吸热量方程为:华北电力大学硕士学位论文01=岛 卜+盯 一%）（日+石 立）仃 一（岛+岛+q+石立+%。+%。+成+%+域）口（3 5）汽水分布方程（3 1 ）、功率方程（3 2）、吸热量方程（3 4）共同构成电厂热经济性状态方程。当热力系统结构、系统热力学状态、主蒸汽流量、各辅助汽水流量确定后，系统的功率、吸热量全部被确定，系统能耗率指标也被唯一确定。30 2电厂热力系统热经济指标1 .工质热功转换效率：碾=1 I Q（3 _ 6 ）2.发电热耗率：q=等 x 3 6 0 0 （3-7）i f E g 标准煤耗率：饥=1 2 2.8 3 5/（r

49、 1 b r 1 ,r 1 m r g）（3-8）其中，仇、r/m、r/g 分别为锅炉效率、机械效率、发电机效率。本论文分析的由初终参数引起的能耗变化问题属于典型的变工况问题，参数变化后的系统状态可利用上一章2.1和 2.2 小节介绍的汽轮机变工况计算模型来确定。当系统结构和热力学状态确定后，可利用本章介绍的现行热力系统热经济性状态方程来计算系统的能耗。电厂热经济性状态方程是电厂热力系统节能指标计算与节能定量分析最重要的基础方程之一，可用于进行系统变工况研究，全面分析查找电厂系统、参数、设备及环境改变等因素对热经济性的影响。2 1华北电力大学硕士学位论文Z嬖蛇芝寸叩芝N.0 乏Z图3 3 N

50、6 0 0 MW机组热力系统结构图2 2华北电力大学硕士学位论文第 四 章 初 终 参 数 的 能 耗 特 性 分 析机组正常运行时，有初温、初压、再热温度、再热压力、机组背压等主要热力参数。这些参数的额定值在设计时考虑了多种因素作了优化选择，要求机组在实际运行中尽可能接近设计值，以达到最佳的经济性。但因负荷、锅炉燃烧、气候、冷却水流量及设备本身条件的改变，汽轮机的初终参数常常不能维持在设计值附近工作，从而引起机组能耗的变化，影响了机组运行的经济性。本章在前两章建立的计算模型的基础上，具体讨论了在不同负荷下，初温、初压，背压及再热蒸汽温度变化对系统能耗的影响情况，并根据计算结果绘制了不同负荷下