火电机组回热系统火用效率通用矩阵方程.pdf

第 2 9卷第 4 期 2 0 0 8年 8月 能源技术 ENERGY TECHNOL OGY Vo 1 2 9 No ． 4 Au g ． 2 0 0 8 火 电机组 回热 系 统火 用 效 率通用矩 阵方程 王连启，张阴智 华北电力大学， 保定 0 7 1 0 0 3 摘 要 根据热力学第一定律和热力学第二定律 ， 推导出火电机组回热 系统各加热器的火 用 效率 的通用矩阵方程 ， 利用此方程 ， 可以方便地 求出不同机组回热 系统各加热器的火 用 效率。该方程构造 容易， 各项含义明确 ， 不仅可以简化传统的火电机组热力 系统的计算， 还可供换热器的节能和优化 设计参考应用。 关键词 火电机组；加热器；火 用 效率；矩阵方程 中图分类号 TM6 2 1 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 5 7 4 3 9 2 0 0 8 0 4 - 0 2 0 0 0 3 A Ge n e r a l M a t r i x Equ a t i o n o f Ex e r g y Ef f i c i e n c y i n Re g e n e r a t i v e S y s t e ms o f Fo s s i l Fi r e d Po we r S e t s W ANG Li a n - q i ，Z I t A NG M i n g - z h i No r t h C h i n a E l e c t ri c P o we r Un i v ． ， Bao d i n g 0 7 1 0 0 3 ，C h i n a Ab s t r a c t B a s e d o n t h e f i r s t 1 a w o f t h e r mo d y n a mi c s a n d t h e s e c o n d 1 a w o f t h e r mo d yn a mi c s _a g e n e r ma t r i x e q u a t i o n f o r r e g e n e r a ti v e s y s t e ms o f v a ri o u s h e a t e r s e x e r g y e f f i c i e n c y h a s b e e n d e d u c e d ． Us i n g t h i s e q u a t i o n ，ma y e x t r a c t t h e d i f f e r e n t u n i t r e g e n e r a t i v e s y s t e m v a rio u s h eat e r s e x e r g y e f f i c i e n c y c o n v e n i e n t l y ．Th i s e q u a t i o n s t r u c t u r e i s eas y，eac h me a n i n g i s c l e a r ．I t c a n n o t o n l y s imp l i f y t r a d i t i o n a l c a l c u l a t i o n s o f t h e r ma l d yn am i c s y s t e m， h u t a l s o h a s t h e i mp o r t a n t g u i d i n g s e n s e t O h eat i n t e r c h a n g e r S e n e r g y c o n s e r v a t i o n a n d t h e o p t i mi z a t i o n d e s i g n ． Ke y wo r d s C o a l f i r ed p o we r u n i t ；Heat e r ；E x e r g y e f f i c i e n c y ；Ma t r i x e q u a t i o n 火电厂回热系统在 电厂热力系统中起着重要作 用 ， 加热器是回热系统中最重要的单元设备之一， 而 目前的能效概念无法分析加热器 中存在的能量品质 贬值和损耗， 不能揭示能量损失的本质 。 本文将引入加热器的炯 效率， 从能量 品质的角 度来分析和评价加热器的性能， 以便更好地分析加 热器能量的利用程度和不可逆程度 ， 体现设备的热 力学完善程度。目前炯效率传统计算方法比较繁 琐， 工作量大。针对传统计算方法的不足， 本文将推 导出火电机组热力系统炯效率通用矩阵方程 ， 该方 程结构简单 ， 方程各项的含义明确 ， 且具有普适性 。 1 矩 阵方程的推导 1 ． 1 级控 制体 的划分 建立火电机组热力系统炯效率通用矩阵方程的 2 0 0 基础是炯平衡及质量平衡分析 ， 分析时划分控制体 是很关键的一步， 划分规则如下 。 1 1 个级控制体包含 1 个抽汽加热器。 2 级控 制体的边界一般 经过 以下几个关键 点 ① 汽轮机侧本级抽汽的出 口点 图 1中 a点 ； ② 本级抽汽加热器的主凝结水 或主给水 出口点 图 1中 b点 ， 对于疏水向加热器 主凝结水 出口汇 集的汇集式加热器 图 1中 7号 ， 其 出口点取在汇 集点之后； ③ 与本级加热器相邻且从主凝结水 或 主给水 来看处于上游的抽汽加热器的主凝结水 或 主给水 的出口点， 若本级为最后一级则此点为凝汽 器热水井入 口点； ④ 若本级有疏水管路与下一级加 热器相连 ， 则应在疏水管路上适 当取一点 图 1中 C 点 。级控制体经过以上各关键点， 并包络本级抽汽 管路、 本级抽汽加热器及部分主凝结水 或主给水 管路和部分疏水管路 。 维普资讯 王连启等 火电机组回热系统炯效率通用矩阵方程 l 2 3 4 5 6 7 8 图 1 级控制体划分示例 1 ． 2 加热器的计算参数 设有 个级控制体中的第 i 个级控制体， 进入 该级控制体的抽汽量为 ， 抽汽 比炯 为 出 口给 水 或主凝结水 比炯为 e 疏水比炯为 。并设 第 i 级控制体的第 1 类辅助汽水的流量及其比炯分 别为 D 及 e 。设第 i 级控制体的第 2 类辅助汽 水的流量及其比炯分别为 D z k ， 及 设进入第 i 级控制体的纯热量的炯流为E 。辅助汽水和纯热 量的炯流进入第 i 级控制体 时取正值 ， 相反取负值 。 第 l 类辅助汽水的炯降 易 为D k P k--e 1 ； 第 2 类辅助汽水的火 甩 降 为Dz k 。 ，i -- ， 。设进 入第 i 级控制体 的总辅助炯 流为 E ， 可知 。 一 El k 。 E2 k ， f Eq 。 。 1 ． 3 矩阵方程的推导 首先对每一个级控制体建立炯平衡方程和质量 平衡方程， 经过一定的变换推导得到该级控制体的 炯效率计算方程， 方程如下 E D 1 e 1 一e d 1 ] e 讥 D o e 1 一e F D2 e 2 一e d 2 D1 e d 1 一 d 2 E F z ] e 一 Do e w 2 一 w 3 E D3 e 3 一e d 3 D1 D2 e d 2 一 d 3 E F 3 ] e 啦一D o e w 3 一 w 4 E D4 e 4 一 w 4 4 - D1 D2 D3 e d 3 一 w 4 E F 4 ] e 啦一 D o D1 一D 2 一D 3 一 D4 e w 4一 e w 5 E D 5 e 5 一e d 5 ] e 面一 Do D1 一 D2 一 D3一 D4 e w 5 一 g w 6 E D 6 e 6 一e 出 D 5 e d s e d 6 ]一 Do D1 一 D2 一 D3 一 D4 稍 一 g w 7 E D7 e 7 一 e d 7 D5 D6 e d 6 一g d 7 ] e Do D1 一 D2 一 D3一 D4 e w 7 一 g w 8 E Ds e 8 一e w 8 D5 D6 D7 e d 7 一e w 8 E F 8 ] e 惦一 D o D 1 一D 2 一D 3 一D 4 一 D5 一 D6 一 D7一 D8 e 稍一 e 整理得矩阵方程 * ／ E Y D D1 k ， 1 上 1 F ， I J一 W I 该矩阵方程相对炯平衡方程只是表达形式的改变， 所以计算结果与传统法一致， 但使繁琐的计算变得 简单 ， 且该矩阵具有极强 的规律性 ， 通过对不 同机组 的热力系统进行推导发现这种 规律具有普适性 ， 可 以推广到任意火 电机组的回热系统中。 2 方程的各项含义 2 ． 1 矩阵 t ， t ，一 矩阵 t ， 为对角矩阵 ， 主对角线元 素 表示第 i 级控制体的炯效率 。 2 ． 2 矩阵 l ， yi ‘ ． ● ● ⋯ Y， ， I l ， 为一下三角矩 阵， 矩阵的元素 Y 为行 ， 为 列 取值如下 当 时， 一 一 ； 当 i j时， f J8 f 级控制体接收 级疏水 1 Y o 1 0 级控 制体 不接收 级 疏水 ／ 2 ． 3 矩阵 D1 和 D1 k ． 矩阵 D 的元素 由各级控制体 的抽汽量 D 组 成 ， 矩阵 D k ， 可视为矩阵 D 的修正矩阵， 其中 Dl k ， 为进入第 i 级控制体的第 1 类辅助汽水流量。 2 0 1 ％ O ． ． _ ● ● ● ； ；O 2 Z 2 ； 一 二 二 一 一 一 y ； ； ； ； 一 1 k D 一 维普资讯 王连启等 火电机组回热系统炯效率通用矩阵方程 2 ． 4 矩阵 E F ． I EF ， I一 矩阵 EF ， 由进入各级控制体总辅助炯流构成 。 2 ． 5 矩阵 一 2 ● ● O O ● ● ● ⋯ H 矩阵 为对角矩阵， 主对角线上的元素为各级 控制体给水 或凝结水 的比炯升。 2 ． 6 矩阵 D I 矩阵 D 的元素 由流入各级控制体的主凝结水 或给水 流量组成。 3 结论 1 通用矩阵方 程具有普遍性 ， 适用于任意形 式的火电机组热力系统炯效率计算。 2 通用矩阵方程的各项有 明确 的含义， 因此 构造容易， 熟悉相关知识的人可根据热力系统图直 接写出该方程， 且相对传统的热力学计算方法简便 易行 ， 结果正确 。 3 根据通用矩 阵方程 ， 可开发 出通用的火 电 机组热力系统计算程序， 大大方便了用。 4 使用通用矩阵方程 ， 便 于分析各种 因素对 火电机组热力系统 的影响， 对换热器的节能和优化 设计有着重要 的指导意义。 参考文献 E l i E 2 ] E 3 ] E 4 ] 李永华， 李庚生， 闫顺林． 火电机组回热系统炯损分布 通用矩阵方程E J ] ． 动力工程， 2 0 0 6 ， 2 6 4 5 9 5 5 9 8 ． 王加璇， 张树芳． 炯方法及其在火 电厂中的应用[ M] ． 北京 水利电力出版社 ， 1 9 9 3 ． 林万超． 火电厂热力系统节能理论[ M] ． 西安 西安交 通大学 出社 ，1 9 9 4 1 1 ． 闫顺林 ， 张春发， 李永华， 等． 火电机组热力系统汽水分 布通用矩阵方E J ] ． 中国电机工程学报，2 0 0 0 ， 2 0 8 69 7 4． 上海圣尔诺电热材料有限公司碳晶热丽板评为上海市节能产品 传统的室内采暖比较典型的是电压缩热泵制暖和集中 供热水暖采暖。电压缩热泵空调利用强制对流的方式将热 泵和辅助 电热器制取的热能送到整个房 间， 热泵空调 是一种 很好的制冷装置， 但不是一种理想的采暖装置， 特别是冬季 严寒时期制热效果很不理想。集中供热的水暖系统采暖， 热 水汀中的热能也是靠 自然对流传布到室内各处， 不过这种系 统管理复杂特别是受计量方式制约， 热能的浪费现象很严 重。这些传统的采暖方式都利用对流传热， 无论是能源的利 用效率或者人体舒适性， 都不是一种理想的采暖方式。 地板采暖是近年来发展很快的一种采暖技术， 它把热源 埋设在地板下， 通过加热地板采用热辐射的方式将热能传布 给人体， 符合人体“ 取暖先暖足” 的生理特点， 有很好的热舒 适性。为了获得同样的舒适度， 采用地板辐射加热对室 内空 气温度的要求可以比对流方式低 2℃， 因此是又一种节能的 采暖方式。 2 0 2 地板辐射加热的热源可以是热水或电热。采用热水作 为热源要求地板下埋设水管 ， 热水来源可以是集中供热或者 是太阳能热水器和地下热水， 不过这种方式系统复杂， 安装 困难， 一旦出现漏水维修麻烦， 而且加热结构比较厚， 占据了 宝贵的建筑空间。采用 电热元件作为地板辐射加热源省空 间， 安装方便， 使用简单， 是 目前比较可行而且便于推广的节 能采暖方式 ， 不过要求电热元件安全可靠使用寿命长， 而且 不能像一些劣质的电热毯产品那样产生有害的电磁辐射。 圣尔诺公司研究的国内外独创的热丽板， 采用碳晶作为电热 材料制成平面加热器是一种 比较理想的地板辐射加热源。 该产品使用寿命可达 1 O万小时， 安装方便可裁可钉可卷曲， 运行可靠使用中无任何有害物质排放。作为一种新型的节 能产品， 热丽板已经经专家评审通过， 被评为上海市节能产 品。该产品已经得到市场认可， 该公司 目前已经从多家著名 生产商中获得一百多万 m2 的订单。 ； 一 D 维普资讯