背压对抽凝机组热耗率的修正计算

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2020背压对抽凝机组热耗率的修正计算张彦鹏，郑威，祝令凯，李思，刘军，劳金旭山东电力研究院，山东省济南市，250003CORRECTIONCALCULATIONOFHEATRATEOFEXTRACTIONCONDENSINGSTEAMTURBINEBYMODIFIEDBACKPRESSUREZhangYanpeng,ZhengWei,ZhuLingkai,LiSi,LiuJun,LaoJinxunShanDongElectricPowerResearchInstitute,ShanDongProvinceJiNan,250003.摘要：汽轮机实际运行过程中的负荷、循环水参数等都是不断变化的，这些变化都会对背压产生影响，而背压又是影响热耗率的重要参数之一。本文针对背压变化对抽汽凝汽式汽轮机热耗率不能直接进行修正计算的问题，提出了一种将抽凝机组分为供热循环和凝汽循环分别考虑的修正计算方法。该方法可较为简便的计算出背压对抽汽凝汽式汽轮机热耗率的影响，从而为抽汽凝汽式汽轮机经济运行提供指导。关键词：背压；抽汽凝汽式汽轮机组；热耗率；修正计算ABSTRACT:Duringtheactualoperationofsteamturbine,theloadandcirculatingwaterparametersareconstantlychanging,whichwillaffectthebackpressure,whichisoneoftheimportantparametersaffectingtheheatrate.Inviewoftheproblemthattheheatrateofextractioncondensingsteamturbinecannotbedirectlycalculatedbythechangeofbackpressure,amodifiedcalculationmethodisproposedtodividetheextractioncondensingunitintoheatingcycleandcondensingcyclerespectively.Thismethodcancalculatetheinfluenceofbackpressureontheheatrateofextractioncondensingsteamturbine,andprovideguidancefortheeconomicoperationofextractioncondensingsteamturbine.KEYWORD:Backpressure;Extractioncondensingsteamturbine;heatrate;CorrectionCalculation响，从而为抽凝机组经济运行提供指导，对于机1背景组经济运行横向对比具有重要的现实意义。热电联产具有节约能源、改善环境、提高供2抽凝机组的类型及修正计算热质量、增加电力供应等综合效益。山东电网所属热电联产机组占全省火电装机容量的比例逐抽凝机组是指由汽轮机中间级抽出一部分年增加，截止到2020年7月，共有164台，合蒸汽供给用户，即在发电的同时还供热的汽轮发计容量5284万千瓦，其中抽汽凝汽式汽轮机组电机组。利用汽轮机中做过功的蒸汽对外供热联（简称抽凝机组）共127台，容量4546.5万千合生产两种能量，此汽轮机成为热电联合生产汽瓦。轮机，简称热电联产机组。抽凝机组是热电联产汽轮机组在实际运行过程中，初、终参数不机组中最为普遍的一种，符合按质用能的原则，可避免地会与设计参数存在偏差，而这些参数具有较高压力和温度的高品位热工质首先用来中，背压是对机组热耗率影响较大的参数之一，生产电能，排出的低品位蒸汽对外供给热用户[2]无论从理论推导还是实际工程应用中都会得出。背压的变化对机组热耗率的影响要比初压大得2.1[1]多的结论。汽轮机实际运行过程中，由于受机抽凝机组根据抽汽位置的数量可分为一次、组负荷和循环水参数等诸多因素的影响，运行背二次、三次调节抽汽式汽轮机，顾名思义几次调压与设计背压发生偏离，对机组经济性产生较大节抽汽式汽轮机就是可供给热用户几种不同等的影响。级压力的蒸汽。中外文献中对分析计算背压对抽凝机组热抽凝机组抽汽位置一般有3种，分别为高压耗率影响的涉及较少，本文提出了一种简化的背缸排汽管抽汽、中压缸某级后抽汽和中低压缸过压对抽凝机组热耗率的修正计算方法。该方法可桥联管抽汽，其示意图见图1。其中中低压缸过较为简便的计算出背压对抽凝机组热耗率的影桥联管抽汽方式由于抽汽量大、抽汽量调整范围-1-

12020广、运行调节灵活、抽汽参数满足要求、对整个内，但参数偏差必然会对试验结果产生影响，因汽轮机平衡系统影响小、改造费用低等原因应用此在试验结果比较之前，需要修正参数偏差对结较为广泛。果产生的影响，以保证对比是在相同的热力循环条件下进行。在汽轮机组的所有热力参数中,背[3]压变化对汽轮机热耗率影响最大，因此如何计算背压变化对机组热耗率影响是考核机组经济性能的关键。3背压对抽凝机组热耗率的修正计算对于纯凝机组，背压对机组热耗率影响的计算修正主要有两种方法，一是直接根据汽轮机厂家提供的曲线修正，根据汽轮机真空变化通用曲线来确定背压变化对机组热耗的影响，该曲线是图1抽凝机组抽汽位置示意图汽轮机厂根据变工况理论逐级计算并绘制出来Fig1Schematicdiagramofextractionmethodsfor的,在理论上有较高精确度。二是根据热力学原severalsteamextractionsteamturbines理，理论计算，以末级动叶出口相对速度达到临2.2界值为界，把背压变化过程分成由临界压力增压在机组运行经济性结果修正计算中，抽凝机和由临界压力减压两种情况,推导背压变化与热组的和纯凝机组一样，通常需要考虑两类修正：耗变化之间的关系。但以上两种方法只适用于纯系统及设备条件的修正、参数的修正。凝机组，对抽凝机组不适用。以下是一种简化的机组热力性能试验是考核新建或改造机组背压对抽凝机组热耗率的修正计算方法。经济性能最有效、最简便的方法。在进行热力性3.1能试验时，与保证条件相对应的试验结果，是用以某厂670MW双抽凝机组为例，提出一种以评价保证值的依据。实际上，试验中机组的全简化的背压对抽凝机组热耗率的修正计算方法，部运行条件，是以一系列参变量的随机组合形式该机组抽汽来自高压缸排汽管道、中低压缸过桥呈现的，所以不可能维持全部运行条件使之与保联管，其原则性热力系统图见图2。证条件完全一致。因此，必须借助计算的方法，针对由于运行条件偏离保证条件而导致的试验结果的偏差进行修正。允许参数偏差在一定范围图2某厂670MW抽凝机组示意图Fig2Schematicdiagramofa670MWextractionsteamcondensingturbineinafactory-2-

22020抽凝机组热耗率为该汽轮机系统从外部图3凝汽循环示意图热源取得的热量与其输出功率之比，由公式(1)Fig3Condensationcyclediagram表示：QzHR(1)PeQzQ式中：HR为抽凝机组热耗率H；z为汽轮机PtPe系统从外部热源取得的总热量；Pe为汽轮发电e机功率。由于抽凝机组从外部热源取得的总热量不变，可得公式(2)。分别假设锅炉进水系数、凝结水总流量系Q数为1，轴封漏汽量等忽略不计，求得各单元HQz(2)PerQ进水系数。由公式(5-6)表示：QzHQ式中：zHQ为背压对抽凝机组热耗率的修正(5)PPer值；er为背压对抽凝机组功率的修正值。(6)可先求背压对机组功率的修正值，再计算式中：、、、分别为#1、#2、#3背压对机组热耗率的修正值。高压加热器（以下简称：高加）、除氧器进汽首先，将进入抽汽机组的汽流分为两股，量与锅炉进水量的比值；、、、分别一股为凝汽流，一股为供热汽流，两股汽流即为#5、#6、#7、#8低压加热器（以下简称：低两个循环。这两个循环的不同在于凝结水返回加）进汽量与总凝结水量的比值。[2]锅炉所经过的回热加热器不同。汽轮机进汽1kg的内功kJ/kg。由公式(7)然后，分别对抽凝机组的凝汽循环和供热表示：循环进行研究。以下分别为两个循环进行分析计算过程。3.1.1凝汽循环中功率的计算方法(7)凝汽循环与普通纯凝机组的工质循环一式中：为汽轮机的进汽焓；为汽轮机致，即新蒸汽在高、中、低压缸膨胀做功后变锅炉给水焓；为给水泵焓升；为再热系为乏汽排入凝汽器凝结，凝结水经各级回热加数；为1kg蒸汽在再热器的吸热量；为热器加热后进入锅炉。这部分工质完成一个封汽轮机的排汽焓；；为凝汽器出口的凝结水闭的循环，称为凝汽循环。凝汽循环示意图见焓；为1kg蒸汽进汽量向凝汽器的疏水量；图3。为1kg疏水在凝汽器的放热量。汽轮机凝汽器的排汽量为1kg时的发电3.1.2供热循环中功率的计算方法量。由公式(3)表示：供热循环是指新蒸汽在汽缸内膨胀做功(3)至抽汽口位置抽出，抽汽在热网首站放热凝结为水返回热力系统并经过部分回热加热器回式中：为回热系统进水为1kg时的出水到锅炉。这一部分蒸汽也完成一个封闭的循量，即锅炉进水系数；为凝汽循环汽轮机环，称供热循环。供热循环示意图见图4。进汽1kg的内功；为汽轮机组机械效率，取汽轮机供热抽汽量为1kg时的发电量。由0.98；为发电机效率，取0.99。公式(8)表示：回热系统进水为1kg时的出水量，即锅炉(8)进水系数。由公式(4)表示：式中：为回热系统进水为1kg时的出水(4)量，即锅炉进水系数；为供热循环汽轮机式中：为回热系统出水为1kg时的进水进汽1kg的内功；为汽轮机组机械效率；量，即排汽系数；、分别为第Ⅰ单元锅为发电机效率。炉给水进水系数、Ⅱ单元凝结水进水系数。回热系统进水为1kg时的出水量，即锅炉进水系数。由公式(9)表示：(9)式中：为回热系统出水为1kg时的进水量，即抽汽系数；为第Ⅰ单元锅炉给水进水系数，由公式(5)求得，参数不变；为供-3-

32020热加热器回水系数。出背压对抽凝机组热耗率修正值。图4供热循环示意图3.2Fig4Schematicdiagramofheatingcycle根据热力性能试验测试的试验数据和上述公式，有两种方式计算功率。方式一：根据上述公式分别计算凝汽循环和供热循环所做的功率，方式二，根据公式求出其中一个循环功率，总功率已知，便可求出另一功率。方式一由于公式没有考虑轴封漏汽量做功，因此计分别假设锅炉进水系数、凝结水总流量系算误差比较大，而且计算量比较大；方式二简数为1，轴封漏汽量等忽略不计，求得各单元便、快捷，计算误差小，因此优先选择方式二。进水系数。供热循环汽轮机凝汽器排汽量为0。以某厂670MW双抽凝机组为例，要对双供热加热器回水系数。由公式(10)表示：抽凝机组供热循环功率计算。由于抽凝机组供(10)热抽汽量已知，而且相对于凝汽循环，计算供式中：、、、分别为#5、#6、#7、热循环比较简便，系统不复杂。机组关键参数#8低加进汽量与总凝结水量的比值。见表1，各加热器进汽参数及计算值见表2。汽轮机进汽1kg的内功。由公式(11)表示：表1670MW抽凝机组关键参数Tab1670MWKeyparametersofextractionsteamL(it)(it)(11)0T01TTTcondensingturbine式中：为汽轮机的进汽焓；为汽轮机参数名称焓值(kJ/kg)流量(t/h)锅炉给水焓；为汽轮机的供热抽汽焓；为主汽参数33962001.693供热加热器出口焓。给水参数12252001.693供热抽汽参数3170.2500根据公式可分别计算出抽凝机组凝汽循供热回水参数293500环和供热循环所做的功率，采用汽轮机厂家提凝结水参数136.3986.899供的背压修正曲线和低压缸排汽压力，对凝汽给水泵焓升39.42001.693循环功率进行修正计算，计算结果便是背压对再热参数3594.41616.538抽凝机组凝汽循环功率修正值。修正后的凝汽高排参数2987.91616.538循环功率值和供热循环功率值之和，就是背压工业抽汽参数2987.960对抽凝机组功率修正值，再根据公式(2)，计算表2670MW抽凝机组各加热器进汽参数及计算值Tab2Steaminletparametersandcalculatedvaluesofvarioussteamextractingsteamturbines进汽焓疏水焓进水焓出水焓进汽流量流量系数参数名称(kJ/kg)(kJ/kg)(kJ/kg)(kJ/kg)(t/h)(%)1号高加进汽参数3063.41142.31115.81225113.8095.692号高加进汽参数2987.9930.9916.41115.8182.2789.113号高加进汽参数3371.5802972.6916.481.5984.08除氧器进汽参数3170.2/517.7753.2137.1236.855号低加进汽参数2948377.2353.9517.794.786.376号低加进汽参数2697.2289265.7353.950.9583.437号低加进汽参数2568.1215.1191.8265.742.0942.838号低加进汽参数/196.1190.8191.800.00工业抽汽参数2987.9///604.04采暖抽汽参数3170.2///50033.63根据能量和物质守恒定律，分别计算出各加热器的进汽流量和流量系数，在抽凝机组工业抽汽60t/h和采暖抽汽500t/h工况下，#8低压加热器进汽流量为接近0的负数，故取0。根据上述公式及参数，双抽凝机组供热循环做功结果分别见表3、见表4。-4-

42020表3计算供热循环1数据再依据背压修正曲线对凝汽循环所做功率进Tab3Calculateheatingcycle1data行修正，凝汽循环所得功率修正值与供热循环参数名称单位数值功率值之和，即是背压对抽凝机组功率的修正汽轮机工业抽汽量60t时的MW41.830值，再根据背压对热耗率和功率修正值互为相发电量反数的关系计算出背压对抽凝机组热耗率的汽轮机工业抽汽量为1kg时的发电量kW0.6972修正值。供热循环汽轮机进汽1kg的采用此计算方法，在抽凝机组任何抽汽工kJ/kg1032.66内功况下都可以准确、简便、快速的计算出背压对第Ⅰ单元锅炉给水进水系数/0.742814抽凝机组热耗率的修正值。供热凝结水回水系数/0.537405回热系统进水为1kg时的出参考文献kg2.505061水量回热系统出水为1kg时的进[1]冯娟.数控机床电气控制系统的设计研究[J].科技与kg0.399192创新,2016(8):87,89.水量[2][2]武学素.热电联产[M].西安：西安交通大学出版社，表4计算供热循环2数据1988.Tab4Calculateheatingcycle2data[3][3]林湖,周兰欣,胡学武,姚雅秋,郭锦鹏,丁千玲,陆海参数名称单位数值清.背压变化对汽轮机功率影响的计算修正[J].汽轮机技汽轮机供热抽汽量500t时的MW84.899术,2004(第46卷第1期):18-20.发电量[4]汽轮机供热抽汽量为1kg时kW0.1698收稿日期：2020年7月13日的发电量作者简介：供热循环汽轮机进汽1kg的kJ/kg390.00张彦鹏（1983－），性别：男，籍贯：新疆，学历：本科，从事内功汽机热力试验与节能改造方向。第Ⅰ单元锅炉给水进水系数/0.742814供热凝结水回水系数/0.833323回热系统进水为1kg时的出kg1.615499水量回热系统出水为1kg时的进kg0.619004水量由表3、4可见：该机组在双抽汽流量为60t/h、500t/h时供热循环功率分别为41.830MW、84.899MW。根据汽轮机厂家提供的修正曲线和机组低压缸排汽压力，对凝汽循环功率进行修正，并完成背压对抽凝机组热耗率的修正计算。计算结果见表5。表5背压对抽凝机组修正后数据表Tab5Datasheetaftercorrectionofbackpressureonextractioncondenserturbine参数名称单位数值汽轮机发电机实时功率MW554.591工业抽汽供热循环功率MW41.830采暖抽汽供热循环功率MW84.899凝汽循环功率MW427.826机组低压缸排汽压力kPa5.912凝汽循环修正后功率MW440.815抽凝机组修正后功率MW567.544抽凝机组修正后热耗率kJ/kW·h6548.34结论本文提出了一种简便的背压对抽凝机组热耗率的修正计算方法。此方法把抽凝机组分为供热循环和凝汽循环分别进行研究，通过分析计算，确定供热循环和凝汽循环的做功量，-5-