火电厂小汽轮机排汽连接方式的改进与定量分析.pdf

第 3 O卷第 4期 2 0 1 5年 l 2月 电 力 科 学 与 技 术 学 报 J 0URNAL 0F EI ECTRI C PoW ER S CI ENCE AND TE CHN0L0GY Vo 1 ． 3 0 NO ． 4 De c ． 2 O 1 5 火 电厂 小汽轮机排汽连接方式 的改进 与定量分析 王运 民， 吴 艳 ， 夏成锐 ， 李 斌 长沙理工大学 能源与动力工程学院， 湖南 长沙4 1 0 0 7 6 摘 要 针对中国大型火电机组小汽轮机排汽连接方式存在的问题进行相应的改进， 提出改进后的热经济性计算 方 法。以国产 6 0 0 Mw 超 临界机 组为例 ， 应用 热力 系统简捷计算法和等效热降法对改进后 的小汽 轮机排汽连 接系 统 进行定量计算 。研究结果表 明 ， 小汽轮机排汽连接方 式改 进后 能有效地提高 电厂机组运行 的经济性 。 关 键 词 火电厂； 小汽轮机 ； 排汽冷却； 热经济性 中图 分类 号 T K 2 6 4 ． 1 文献标 识码 A 文章编 号 1 6 7 3 9 1 4 0 2 0 1 5 0 4 0 1 3 1 0 5 Ex ha u s t c o nne c t i o n i m pr o v e m e nt m e t ho d a n d i t s q u a n t i t a t i v e a na l y s i s f o r s m a l l ‘ s i z e d s t e a m t u r b i n e i n t h e r m a l p o we r p l a n t W ANG Yun m i n， W U Ya n， XI A Ch e ng r u i ， LI Bi n S c h o o l o f En e r g y a n d P owe r En g i n e e r i ng，Ch a n gs h a U n i v e r s i t y o f S c i e nc e a n d Te c h n o l o g y，Ch a n g s ha 4 1 00 7 6 ，Ch i n a Ab s t r a c t I n t h i s p a pe r，i mpr o ve me n t f o r t he e xha u s t c o nn e c t i o n o f s m a l l s i z e d s t e a m t ur bi ne i n l a r g e t he r m a l po we r un i t s wa s p r o pos e d，a n d t he i mpr o ve d c a l c ul a t i o n m e t ho d o f t he r ma l e c o no my wa s p r e s e n t e d ．Ba s e d o n t h e h o me ma d e 6 0 0 MW s u p e r c r i t i c a l u n i t ，t h e i mp r o v e d e x h a u s t c o nne c t i on s y s t e m wa s q ua n t i t a t i v e l y c a l c ul a t e d wi t h t he a pp l i c a t i o n o f s i m p l i f i e d c a l c ul a t i on m e t ho d a n d e q ui v a l e n t h e a t dr o p m e t ho d．Re s e a r c h r e s u l t s s h owe d t h a t t h e n e w e xha us t c on ne c t i on m e t ho d of s m a l l - s i z e d s t e a m t u r b i ne c a n i m p r o v e e f f e c t i v e l y t h e o pe r a t i on e c o no m y of t h e p o we r p l a nt ． Ke y wo r d s t he r ma l p o we r p l a n；s ma l l - s i z e d s t e a m t u r b i ne ；e x h a u s t s t e a m c o o l i n g；t h e r ma l e c o n o my 小汽 轮机 驱 动 给水泵 汽轮 机 是火 电 厂的重 要 辅助设备 ， 其排汽连接方式对电厂运行 的经济性和 安全性有 着重要 的影 响 卜 。 目前 ， 火电厂小汽轮 机排 汽 连 接 广 泛 采 用 排 至 主 汽 轮 机 凝 汽 器 的 方 式 引， 如图 1所示 ， 这种 小 汽轮 机 的排 汽排 连 接方 式虽然较为简单 ， 但却使汽轮机的冷源损失增大 ， 使 机组的运行经济性降低 。因而对现有火 电厂小汽轮 机 排 汽连接 方式 进行 分析 和 改进具 有重 要 的意义 。 收稿 日期 2 0 1 5 0 7 2 7 基金项 目 国家重 点基础研 究发 展计划 “ 9 7 3 ” 计 划 2 0 0 9 CB 2 1 9 8 0 3 0 3 通讯作者 王运民 1 9 6 O ～ ， 男 ， 教授， 主要从 事火 电厂热力 系统优化运行 与节能技术研究 ；E ma i l wy mi n l 0 1 1 2 6 ． c o m 1 3 2 电 力 科 学 与 技 术 学 报 去 图 1 小 汽 轮 机 排 汽 传 统 方 法 Fi g u r e 1 Tr a di t i o na l e xh a us t me t ho d o f s ma l l s i z e d s t e a m t u r b i n e 1 小汽轮机排 汽连接方式的改进方法 在原有 热 力 系 统 轴 封 加 热 器 G 前 增 加 一 个 小汽 轮机排 汽混 合 式 冷 却器 ] ， 并 在排 汽 冷 却 器下 设置 1台水 泵 ， 如 图 2所示 。机组 正 常运行 中 ， 有部 分小汽轮机排汽从冷却器下部进入并往上流动 ， 从 凝结 水泵 进来 的凝结 水 由冷却器 上部 的喷 嘴喷成 雾 状往 下 流动 ， 这 样 既能 充 分 利用 小 汽 轮 机 的排 汽 热 量加 热凝 结水 ， 又 能将 水 加 热 至对 应 压 力下 的饱 和 温度 ， 达 到凝结 水 除氧 的 目的 ； 同时 ， 改 进后 使 得 进 入 主机凝 汽器 的蒸 汽 量减 少 ， 也 改 善 了凝 汽 器 的 真 空状 况 。 图 2小汽 轮 机 排 汽 改 进 方 法 Fi g ur e 2 Th e e xh au s t i m p r o v e d me t ho d o f s ma l l s i z e d s t e am t ur bi ne 2 小汽轮机排汽连接方式改进后定量 分析方法 2 ． 1 主 汽轮 机凝汽 器热 负荷 的确定 根据 热平衡 和 质量平 衡原 理 进 行计算 。 1 小汽轮机排汽至混合式冷却器的蒸汽份额， 即 式 中 。 ， a 分 别为 小 汽轮 机排 汽焓 和 排人 混合 式 冷却 器 的蒸 汽 份 额 ； O l ， 分 别 为 混 合 式 冷 却 器 进 口凝结水份额和凝结水焓 ； 为混合式冷却器 出 口水焓 。 2 小汽 轮机 的进汽 份额 。因小 汽轮机 为纯 凝汽 式 汽 轮机 ， 故 进 汽份 额 也 就是 排 汽 份额 。由小 汽 轮 机功率 平衡 方程得 d 一 a 。 一 t。 。 2 式 中 a ⋯ h 。 分别 为 改进 前 小汽 轮 机排 汽 份 额 进 汽份额 和排 汽焓 ； a 。 ， 分 别 为 改 进 后 小 汽 轮 机 排 汽份 额 进 汽份额 和排汽 焓 ； h 为小 汽 轮机 进 汽 焓 。则 。 3 一 i 。 3 小汽 轮机进 汽量 变化 ， 即 △a p a p a p 。 4 4 8号加 热器 H。 抽 汽份额 变化 。由 8号加 热 器热 平衡 和质量 平衡 方程得 口 q 8 a 5 d 6 a 7 ， 8 一a 8 一 ， 5 d 一 a d耐 d 5 6 7 十 d 。 6 式中a 为改进后 8号加热器进汽份额 ； a ， n ， 分 别为 改进 后 8号 加 热 器 进 口凝 结 水 份 额 和 凝 结 水 焓 ； a ， ， 分 别 为 5 ， 6 ， 7号 加 热 器 进 汽 份 额 ； a ， 为轴 封加 热器 进 汽份 额 ； q s ， y s 分 别 为 1 k g抽 汽 和 1 k g疏 水在 8号加 热器 中的放 热量 ； 。 为 8号 加 热 器 的出 口水 焓 。 由式 5 、 6 整理 得 一 5 6 7 r 玉 尘 。 7 q 8一 t 8十 t 抽汽 份额 变化为 △d 8 一 a 8 一 a ， 8 5 主汽轮机 凝汽 器热 负荷份 额 ， 即 一 一a D 1 △ 。 △ 8 。 9 2 ． 2凝汽 器 热 负荷 与 凝 汽器 压 力 背压 的 关 系 的 确定 根据 汽轮 机原 理l 8 ] ， 可 计 算确 定 凝 汽 器 热 负 荷 与凝 汽器 压力 背压 的关 系 。 在热 负荷 大于 7 0 额定 热 负荷 时 ， 冷却 水 温 升 第 3 O卷第 4期 王运 民， 等 火 电厂小汽轮机排汽连接方式的改进与定量分析 1 3 3 △ ￡和传 热端 差 均 与热 负荷 D 成 正 比 一 ， 1 0 △ 0 D o D 蒜一 。 1 1 式 1 O 、 1 1 中 下 标带 。的参 数 为相 关 参数 的设 计数据 ； D D。 ， 其中 D。 为主汽轮机的进汽量 。 对 双背压 凝 汽器 ， 各侧 蒸 汽凝 结温 度可 表示 为 t l 一 1 △ ￡ 1 。 1 2 式 中t 分别 为凝 汽 器 低 背压 侧 蒸 汽 的凝 结 温 度和传热端差 ； t 。 为冷却水进水温度 。 ￡ 。 一 t w l 丢 A t 1 △ ￡ 一 f △ ￡ ， 。 13 式中t 分别为凝汽器高背压侧蒸汽 的凝结温 度和传热端差 。 计算中， 通常认为两侧传热端差相等 ， 即 1 2 2[ c ] 式 中R一 凝 汽器蒸 汽凝 结 时 的平均 温度 为 1 4 一 t 一 。 1 5 一 ～。 1 b 这样 ， 根据设计值 △ ￡ 。 ， D 。 及冷却水进水温 度 t ， 即可求出不同工况下对相应的 ， 查饱和水 蒸汽表 ， 可得到相应的凝汽器压力 。选取若干点 进行计算并进行 曲线拟合嘲 ， 便 可得 到凝汽器热负 荷 D。 与凝汽 器 压力 背压 P 之 间 的关 系 P。 一a o nl D 。 1 6 式 中n 。 ， a 均为待定常数 。 2 ． 3 改进后运行经济性计算框图及定量计算方法 2 ． 3 ． 1 运 行经 济性 计算 框 图 改 进 后 机 组 的 运 行 经 济 性 计 算 框 图 如 图 3 所 示 。 2 ． 3 ． 2 定量计算方法 改进后 的运行经济性计算采用等效热降法m] 。 1 小汽 轮 机进 汽减 少获 得做 功 △H 1 一 △a 。 4 一 h 。 1 7 式 中h 为 主 汽 轮 机 第 4段 抽 汽 小 汽 轮机 进 汽 焓 ； h 为主 汽 轮机 排汽焓 。 l 开始 l { 假 定 凝 汽 器 热 负 荷 {． I l l 阡算凝汽器压力 J l l l 计算小汽轮机进汽量及变化 计算8 号加热器抽汽变化 f 计 算 凝 汽 器 热 负 荷 f N- l l l 计算凝汽器压力 计算小汽轮机进 计算8 号加热器} f 降低获得做功 汽减少获得做功 汽减少获得做功 I I I l I 计 算 改 进 后 的 节 能 效 果I 图 3运 行 经济 性 计 算框 图 Fi gu r e 3 Fl o w c h a t of o pe r a t i n g e c o no my c a l c ul a t i on me t ho d 2 凝汽器真空提高 背压降压 获得做功 △H 2 一 口 矗 一 。 1 8 式 中h 为改 进后 主汽 轮机 排汽焓 。 3 8号加 热器 抽汽 量减 少获 得做 功 △H 3 一 △ 8 8 一 矗 。 1 9 式 中h 为 主汽轮 机第 8段 抽汽 焓 。 4 汽轮机装置效率相对提高 一 0 0 。 20 式中 H 为新蒸汽等效热降 ； △ H 为新蒸汽等效 热 降 做 功 增 加值 。 5 机组 的热 耗率 降低 Aq q 3T ] 。 21 式 中q为 机组 的热 耗率 ， k J ／ k W h 。 6 机组的标准煤耗率降低 A b b b b 翻 。 2 2 式 中b b 为机组 的标 准煤 耗率 ， g ／ k W h 。 7 机组 年节 约标 准煤 △B b 一 B b 3 r ] 。 2 3 式中 B 为机组年标准煤耗量 ， t ／ a 。 1 3 4 电 力 科 学 与 技 术 学 报 3 小汽轮机排汽连接方式改进定量计 算 实例 以湖南省 某 电厂 N6 0 0 2 4 ． 2 ／ 5 6 6 ／ 5 6 6型机组 为 例 进行 计算分 析 和说 明。该机 组 的小汽轮 机排 汽连 接最初是引入主机凝汽器， 现将其改进 ， 引入单独设 置的排汽冷却器 。改进前 小汽轮机 的排汽压力为 6 ． 7 8 k P a ， 排 汽焓为 2 4 7 1 ． 1 7 k J ／ k g ； 主 汽 轮 机 的排 汽压 力为 5 ． 4 k P a ， 排汽 焓 为 2 3 1 0 k J ／ k g 。小 汽轮 机排 汽连 接方式 改进 前 、 后 系统分 别见 图 1 ， 2 。 3 ． 1 机 组原始 资料 整理 根据该机组热设计参数 ， 应用热力系统简捷计 算法 和等 效热 降法对 热力 系 统进行 全 面 计算 口 ， 得 到加热器抽汽份额 和抽汽效率等相关数据 ， 如表 1 所示 ， 新蒸 汽等 效热 降 H I 3 0 2 ． 4 1 k J ／ k g ， 汽轮 机 装 置效率 刁 0 ． 4 9 2 ， 机组 的热耗 率 q 一7 5 3 6 ． 4 3 k J ／ k w h ， 机组 的标准 煤耗 率 b b 一2 8 0 ． 8 O g ／ k W h ， 机 组年标 准煤 耗量 B 一1 1 7 9 3 6 0 t ／ a 。 3 ． 2 改进后节 能效 果计 算 改 进 后 经 计 算 小 汽 轮 机 的 排 汽 压 力 为 6 ． 7 1 k P a ， 排 汽焓 为 2 4 7 0 ． 8 1 k J ／ k g ； 主 汽 轮 机 的 排 表 1 加 热器相 关数据计算结果 T a b l e 1 Re l a t i v e c a l c u l a t i o n r e s u l t s o f h e a t e r 抽汽份额抽汽效率 J 玑 汽压力 为 5 ． 3 3 k P a ， 排 汽焓为 2 3 0 9 ． 4 2 k J ／ k g 。 1 确定凝 汽器 热负 荷与凝 汽器 压力 背压 的关 系。按照式 1 O ～ 1 6 计算方法 ， 可拟合出数学表 达式 D 单位 k g ／ h ； P k P a P 一 1 ． 49 7 61 3 ． 6 1 4 2 3 2 1 0 ～ D 。 24 2 确定 凝 汽 器 的热 负 荷 及 相 关 数 据 。根 据 式 1 ～ 9 和 图 3 ， 编 制 计 算 机 程 序 取 误 差 一 0 ． 0 1 ， 可得 到凝 汽器 热负 荷份 额 a 一0 ． 6 2 0 7 1 1 ， 小 汽 轮机 进 汽份 额 减 少 △ a 。 一0 ． 0 0 0 0 2 6 1 ， 8号 加 热 器 H 抽 汽份 额减少 A a 0 ． 0 0 1 8 6 9 。 3 改 进后 的节 能效 果 。按 照 式 1 7 ～ 2 3 ， 代 入 相关 数据计 算 ， 结 果如 表 2 所 示 。 表 2 小 汽轮 机 排 汽连 接 方 式改 进 后 的节 能 效 果 Ta b l e 2 I mp r o v e me n t e n e r g y - s a v i n g e f f e c t o f s m a l l s i z e d s t e a m t u r b i n e e x h a u s t c o n n e c t i o n 4 结语 1 笔者 对 火 电 厂 6 0 0 MW 机 组 小 汽 轮机 的排 汽连接系统进行了改进和定量计算 。由表 2的计算 结果 可看 出 ， 改进措 施实施 后 ， 该 机组 每年 可节 约标 准煤 8 5 4 ． 5 0 2 t ， 效 果显 著 ； 2 目前 ， 中国火 电厂 3 0 0 MW 及 以上 的机 组 广 泛 采用小 汽轮 机驱 动 的汽动 给水泵 。该文 虽然 是对 6 0 0 Mw 机组 进行 研 究 ， 但 小汽 轮 机 排 汽连 接 方 式 的改进 原理 和 计 算 方 法 对 3 0 0 MW 及 以上 的其 他 机组 同样适 用 。 参 考文献 E l i李勇 ， 李仁杰 ， 曹丽华． 汽动 给水泵组 性能在线 监测 [ J ] ． 热 力 发 电 ， 2 0 1 5， 4 4 1 8 2 8 6 ． L I Yo n g，LI Re n - j i e ，CA L i h u a ．On - l i n e p e r f o r ma n c e mon i t or i n g m e t h od f o r t ur bi ne dr i ve n bo i l e r f e e d pump 热量 加热 在放 水中八 疏器乃 热量 加热 在放 汽中八 蒸器 热升 加焓 在的 水中八 给器 } 号 序 4 8 8 O 6 6 O 8 7 5 2 5 3 9 5 O 2 1 1 1 O O 0 0 8 9 7 8 l 7 5 2 7 9 6 3 6 5 5 2 2 2 2 4 O O 0 0 0 O O O 7 3 5 一 9 O 6 5 6 6 9 5 2 8 4 O 4 3 3 4 2 2 2 2 1 3 O 3 6 5 6 6 8 8 8 5 H H H H 第 3 O卷第 4期 王运 民， 等 火 电厂小汽轮机排汽连接方式的改进与定量分析 1 3 5 上 接 第 7 7页 C o n t i n u e d f r o m p a g e 7 7 [ 2 ]张扬 ， 郭庆来 ， 吴文传 ， 等 ． 数字化 变 电站保护设 备建模 及其应用[ J ] ． 电力科 学 与技术 学报 ，2 0 1 2 ，2 7 2 1 6 2 3． Z HANG Ya n g。 GUO Qi n g l a i ， W U W e n - c h u a n ．Mo d e l i n g a n d a p p l i c a t i o n o f p r o t e c t i o n d e v i c e s i n d i g i t a l s u b s t a t i o n [ J ] ． J o u r n a l o f E l e c t r i c P o we r S c i e n c e a n d Te c h n o l o g y ，2 0 1 2，2 7 2 1 6 2 3 ． [ 3 ]梁 国坚 ， 段新辉 ， 高新华 ． 数 字化变 电站过程层 组网方 案 [ J ] 电力 自动化设 备 ， 2 0 1 1 ， 3 1 2 9 4 9 8 ． LI ANG Gu o j J a n ， DUAN Xi n - h u i ， GAO Xi n h u a ． S c h e me o f d i g i t a l s u b s t a t i o n p r o c e s s l a y e r [ J ] E l e c t r i c P o we r Au t o ma t i o n Eq u i p me n t ，2 O l l ， 3 1 2 9 4 9 8 ． [ 4 ]朱来强 ， 陈新之 ， 高志勇． 数 字化变 电站 中广 播风暴 的防 治口] 电力 自动化设备 ， 2 0 1 0 ， 3 0 i i 9 8 1 0 0 ． [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] ZHU La i- q i a ng，CH EN Xi n - z hi ，GAO Zhi y ong ．Pr e ve n t i o n a n d c ont r ol o f br oa d c a s t s t o r m i n d i gi t a l s u bs t a t i o n [ J ] ． E l e c t r i c P o we r Au t o ma t i o n E q u i p me n t ，2 0 1 0 ， 3 0 1 1 9 8 - 1 0 0 ． I EC 6 1 85 0 8 1 2 OO 4． Comm u ni c a t i on ne t wo r ks a nd s ys t e m i n s u bs t a t i on pa r t 8 - 1 Sp e c i f i c c omm u ni c a t i on s e r v i c e ma p p i n g S C S M 一 ma p p i n g s t o MMS [ S ] ． I EC 61 8 50 9 2 2 OO4 ． Communi c a t i on ne t wor ks a nd s ys t e m i n s u bs t a t i on p ar t 9 - 2S pe c i f i c c omm u ni c a t i on s e r v i c e ma p p i n g S C S M 一 s a mp l e v a l u e s o v e r I S O／ I E C 8 8 0 2 3 [ s ] ． 高翔． 数字 化变 电站 应用技 术[ M] ． 北 京 中 国电力 出版 社 ，2 0 0 8 ． [ 8 ]S ． O 0 ． O 0 ． 0 5 ／ Q 1 0 2 0 0 2 8 1 0 0 1 8 1 0 3 --2 0 1 0 ． 数 字 化 变 电 站技术规范 E s ] ．