在线确定凝汽式汽轮机相对内效率的新方法

在线确定凝汽式汽轮机相对内效率的新方法 1 2 2 2张海林,杨善让,徐志明,王建国 ()11 华北电力大学 ,河北 保定 071003 ;21 东北电力学院 ,吉林 吉林 132012 摘 要 :在线监测凝汽式汽轮机相对内效率时 ,由于排汽的湿度至今还没有一个可靠的在线测量手 段 ,因而难以得到准确的排汽焓 ,从而使在线确定汽轮机相对内效率比较困难 。针对这一情况 ,在发电厂 易测参数的基础上 ,本文提出了一种在线监测凝汽式汽轮机相对内效率的新方法 ,并对该方法的计算误差 进行了分析 。 + () 文章编号 :1002 - 6339 200401 - 0003 - 02 中图分类号 : TK269 1 文献标识码 :A 关键词 :凝汽式汽轮机 ;相对内效率 ;在线监测 A Ne w Method of On - Line Monitoring Relative Internal Eff iciency f or Condensing Stea m Turbine 1 2 2 2ZHANG Hai - lin, YANG Shan - rang,XU Zhi - ming,WANG J ian - guo (11North China University of Electric Power Engineering , Hebei Baoding 071003 ,China ; )21Northeast China Institute of Electric Power Engineering ,J ilin J ilin 132012 ,China Abstract :When relative internal efficiency of condensing steam turbine is monitored on - line ,it’s difficult to get the exhausting steam enthalpy accurately for the reason of without a reliable on - line measuring method for the exhausting steam humidity up to now. Therefore ,on - line determining relative internal efficiency is difficult relatively. Base on this condition ,a new method of on - line monitoring relative internal efficiency for condensing steam turbine on the basis of easily measured parameters in power plant is proposed in this paper ,and the calculating error of this method is ana2 lyzed. Key words :on - line monitoring ;condensing steam turbine ;relative internal efficiency mac mac mac mac ΔΔΔΔ= h/h, 其中h为汽轮机的全机有效比焓降 ,h为 i t i t 前言1 汽轮机的全机理想比焓降 。只要知道了汽轮机的进汽温度和压 随着电力工业管理体制改革 , 各个电厂加强了对降低能耗 、 力 ,以及排汽的温度 、压力和湿度 , 就可以算出汽轮机的相对内 , 以适应竞价上网的要 提高机组安全 、经济运行水平的重视程度 效率 。这几个参数中 , 各温度和压力在实际运行的机组上都有测 求 。这样 , 对汽轮机相对内效率乃至整个机组运行性能的在线监 点 , 但湿度却一直没有一个准确可靠的测量仪表 , 所以欲通过测 测就日益受到运行人员的关注 , 而且其所带来的经济效益是显 量蒸汽初终状态参数来直接监测汽轮机的相对内效率是比较困 〔1,3〕著的 。有资料显示, 机组运行性能监测可以使运行人员及时 难的 。 发现一些容易被忽视的问题并给予解决 , 避免运行事故的发生 , 常规的汽轮机相对内效率计算方法是根据汽轮机热力试验 减少经济损失 ; 还可为运行人员提供参考依据进行设备调节 , 使 数据 , 按照纯单元热力系统的能量平衡及质量平衡方程进行迭 设备在最佳状态下运行 , 可降低运行费用 3 % , 5 % 。 代计算 , 求得汽轮机的排汽焓 , 最终计算出汽轮机的相对内 效 相对内效率是表示汽轮机能量转换完善程度 、衡量其经济 率 。在计算过程中要求无蒸汽和水的漏进 、漏出现象发生 。但在 〔4〕η性的一个重要运行指标 , 按照汽轮机相对内效率的定义式: ri汽轮机的正常运行中 , 各机组之间总存在一定的汽水联系 , 而不 收稿日期 2003 - 10 - 29 修订稿日期 2003 - 12 - 02 可能达到完全的纯单元热力系统要求 , 而且有时还有厂用汽从 ( 基金项目 :本研究得到国家电力公司重大科技项目基金资助 编号 汽轮机中抽出 。当进行汽轮机相对内效率在线监测时 , 回热抽汽 )为 : SPKJ 013 - 07 ( 量可以通过加热器的热平衡求出来 , 但一些蒸汽流量 例如厂用 () 作者简介 :张海林 1976,,男 ,内蒙古鄂尔多斯市人 ,华北电力大学 从而可以求出中压缸的相对内效率 η= rim〔5〕Pam 了研究 。孙伟等在监测凝汽式汽轮机低压缸相对内效率时 , 采 2. 3 低压缸 用只计算到最后一个过热抽汽点为止的近似计算方法 。但该方 低压缸的实际内功率 : 法得到的低压 缸 相 对 内 效 率 并 不 能 反 映 低 压 缸 的 真 实 运 行 状 ()= P- P- PP7 i ih il im 态 ,而且当负荷降低时 , 原来的过热抽汽点可能处在湿蒸汽区 , 低压缸的理想内功率 : 〔6〕从而无法确定该点的状态 。李勇等根据汽轮机热力循环的特 = [ D- (αα) ( )+ PD+ ? + ] h- h rh ( ) al 0 i +1 j l j +1a 点 , 由汽轮机电功率反推相对内效率 。虽然避开了确定排汽焓的 [ D- (αα) ( ) rh + ?+] h - h + D( ( ) ) 0 i +1 j +1 j +1a j +2a 难题 , 为实现对汽轮机相对内效率的在线监测创造了条件 , 但该 ? + 方法在计算过程中忽略了轴封 、门杆漏汽量以及散热损失等 , 这 [ D- (αα) ( ) D+ ? + ] h- h- Qrh 0 i +1 k ka ca lla 在一定程度上造成了计算误差 。 ()8 本文在前述工作的基础上 , 提出了一种在线确定汽轮机相 Q的计算方法与高压缸的一样 。 lla 对内效率的新方法 。该方法既避开了计算排汽焓的困难 , 又考虑 Pil η从而可求出低压缸的相对内效率 := ril Pal 了漏汽损失和厂用汽损失 , 保证了必要的计算精度 , 且计算过程 2. 4 整机 计算模型的建立2 比较简便 , 方便了在线监测汽轮机相对内效率的实施 。 由以上的计算可以得到高 、中 、低压缸各自实际的和理想的 汽轮机的内功率为 : 内功率 , 从而可以算出凝汽式汽轮机的整机相对内效率 : Pel ()P 1 = iP i ηηm g = ()η9 ri P+ P+ Pah am al 〔7〕ηη一般机组的 和值都在 0. 99 左右 , 且变化不大, 故在计算 过m g 计算结果检验3 程中可以把这两项取为固定值 ; 汽轮机电功率 P可由现场功 率el 与热平衡图数值的对比 3. 1 表获得 。 〔9〕() 2. 1 高压缸 针对某 100MW 汽轮机的热平衡数据, 采用 9式对汽轮机 相对内效率进行了计算 , 并与利用热平衡数据表上给出的有关 高压缸实际内功率 : ) ( α) ( ( ) P= D[ h- h+ 1 - h- + ? + hih 0 0 1 1 1 2 焓值及抽汽量计算得到的相对内效率值进行了比较 , 其结果如 ()(αα) ( ) Q2 1 - - ? - h- hh] - lh 1 i i p表 1 所示 。 其中 , 各级抽汽焓及高压缸排汽焓可通过抽汽和排汽的状 表 1 汽轮机相对内效率计算结果对比 态点参数来确定 。对于非调整抽汽而言 , 各级抽汽系数可认为与 ()( ) () ( )( )负荷 MW 热平衡数据效率%9式计算效率% 相对误差% 100 . 152 . 4550 . 4105 . 05 83830工况下的相同 , 主蒸汽流 量 D可 根 据 汽 轮 机 调 节 级 后 压 0 85. 561 81. 9266 82. 5443 0. 75 力 、温度 , 采用弗留格尔公式来确定 , 即 71. 163 81. 0010 82. 2031 1. 48 pTtj tj0 )(3 D= D 50 . 086 77 . 2827 79 . 1080 2 . 36 0 0 a T ptj0 tj 注 :表中的效率计算考虑了进汽节流损失 : 高压缸理想内功率 由表 1 可见 , 对于 100MW 机组来说 , 在较大的工况变动范围 (α) ( ))( + 1 - h- h+ ? + P= D[ h- h1 1 a 2 a ah 0 0 1 a ( ) 内 , 采用式 9计算所得的汽轮机相对内效率值的精度很高 , 完 ( αα) ( ) ()h] - 1 - - ? - - hhQ41 i ia pa lha 全能够满足工程需要 。 Q可以根据漏气量与厂用蒸汽量以及漏汽点和厂用汽抽 lh 3. 2 与热力试验结果的对比 汽点 、高压缸排汽点处的焓值得到 ; Q可以根据漏气量与厂用 lha 蒸汽量以及漏汽点和厂用汽抽汽点 、高压缸排汽点的理想焓值 利用文献〔10〕中提供的 25MW 机组和 125MW 机组的热力试 得到 。 () 验数据 , 再采用式 9对这两种机组的相对内效率进行计算 , 并 P ih从而可以求出高压缸的相对内效率 η= rih Pah 与文献〔10〕中采用常规方法求得的汽轮机的相对内效率进行比 表 2 与热力试验结果对比 需要说明的是在计算过程中 , 主蒸汽的初始参数应该是考 较 , 结果如表 2 所示 。 相对误差 ) (功率 相对内效率的 9式计算效 虑了进汽压力损失后的参数 ; 各级抽汽流量与主蒸汽流量成正 汽轮机形式 ( )()% MW ( )( )试验值 % 率 % ( ) 比 即各级抽汽系数是不变的; 轴封及门杆的漏汽量 、厂用蒸汽 25 . 030 非中间再热 81 . 9774 . 766 . 26 810 量的估算可参照文献〔8〕。以下的中 、低压缸也一样 。 81 . 4171 80 . 4230 1 . 22 119 . 887 中间再热 2. 2 中压缸 注 :表中效率计算时考虑了进汽节流损失 。 中压缸的进汽量可近似用再热蒸汽流量来代替 , 其值也同 从表 2 可以看出 , 不管是中间再热型机组还是非中间再热 样采用弗留格尔公式确定 。中压缸实际内功率 : ( ) 型机组 , 采用式 9计算所得的汽轮机相对内效率的值都与试验 )( )( α) ( hh- + ? + = Dh+ D- Dh- Pi +2 rh m im i +1 rh 0i +1 i +1 值相差不大 , 误差在工程允许的范围内 。 (αα) ( )()[ D- D+ ? + ] h- hh Q- 5 rh 0 i +1 j j m lm 3. 3 350MW 大型机组实际运行数据的计算结果 中压缸理想内功率 : 采用本文提出的汽轮机相对内效率计算新方法对某 350MW ( ) ( α) ( ) P= Dh- h+ D- Dh- h+ ?+ ( ( ( ) ) ) am rh m i +1arh 0i +1i +1a i +2a (αα) ( ) ()[ D- D+ ? + ] h- hh- 6 Qrh 0 i +1 j ja ma lma 机组的十组实际运行数据进行了分析 , 数据如表 3 所示 。 ?4 ? ()下转第 21 页 No . 1 No . 2 No . 3 No . 4 No . 5 No . 6 No . 7 项目 过理论分析可知 , 超音速激波升压回热机组可以在较大程度上 ΔH0 . 875 . 464 . 808 . 817 . 019 - 0 . 006 0 00 0 0 τj消除高级抽汽的低级利用 , 提高了火电厂的实际循环效率 , 为火 ΔH 0 0 0. 308 0 . 196 0 . 622 0. 322 0 γjΔH0 . 009 0 . 009 0. 008 0 . 112 0 . 019 - 0 . 517 0 pj 电厂节能提供了一个新的方向 。 ΔH 0 . 884 0 . 473 1. 124 0 . 660 - 0 . 201 0 1 . 125 j参考文献 τ(η)1 - 11 . 017 b m +1ΔH 15 . 094 〔1〕Vincent P. Manno ,Abdelouhab A. Dehbi . A note : A Model of Steam In2 ΔQ ηδ 0 . 602 ijector Performance〔J 〕. Chem. Eng. Comm. 1990 ,95 :107 - 119 . 1 . 52 〔2〕严俊杰 ,刘继平等. 汽液两相流激波升压特性的研究〔J 〕. 西安交 5 结论 通大学学报 ,2001 . 6 . 通过超音速激波升压换热装置替换常规换热器 , 建立了超 〔3〕严俊杰 ,刘继平等. 汽 - 液两相流喷射升压装置的机理研究〔J 〕. 音速激波升压回热机组 , 描述了其工作原理 , 并用等效热降法定 核动力工程 ,2001 ,6 . 量分析了替换后的机组的等效焓降的变化情况 , 对其替换后的 〔4〕林万超. 火电厂热系统节能理论〔M〕. 西安 : 西安交通大学出版 ( )上接第 4 页 h—低压缸最后一级抽汽焓 , kJ / kg k 社 ,1994 . 表 3 350MW 机组相对内效率计算结果Q—低压缸漏汽及厂用汽理想损失 lla h—低压缸进汽焓 , kJ / kg 新汽 新汽 调节级 调节级 再热蒸 相对内 机组 再热蒸 凝汽器 l 温度 压力 后压力 后温度 汽温度 效率 负荷 汽压力 压力 T —蒸汽温度 , K ? MPa MPa ? ? % MW MPa MPa 211. 92 537. 69 13. 211 7. 286 465. 91 538. 33 2. 147 0. 00631 86. 39 P —内功率 ,MW 215. 18 537. 72 13. 204 7. 402 466. 96 537. 25 2. 157 0. 00636 87. 20 α—抽汽系数 219. 66 537. 79 14. 297 7. 714 463. 16 536. 07 2. 238 0. 00633 85. 01 P—汽轮机电功率 ,MW el 223. 08 538. 00 13. 331 7. 781 473. 97 538. 25 2. 278 0. 00629 86. 15 η—效率 224. 93 537. 53 13. 169 7. 817 476. 82 537. 61 2. 293 0. 00628 87. 08 P—汽轮机内功率 ,MW i 229. 66 537. 94 13. 221 8. 104 487. 33 539. 67 2. 401 0. 00646 85. 26 η—发电机效率 g 242. 58 537. 70 13. 030 8. 336 494. 68 540. 04 2. 453 0. 00630 88. 58 p —蒸汽压力 ,MPa 243. 13 536. 46 13. 680 8. 068 477. 71 539. 96 2. 371 0. 00622 90. 66 η—汽轮机机械效率 m 244. 78 536. 39 14. 504 8. 470 474. 11 539. 07 2. 493 0. 00640 86. 50 Q—高压缸漏汽及厂用汽损失 lh 255. 59 537. 78 14. 234 8. 916 489. 26 538. 78 2. 630 0. 00653 86. 55 η—汽轮机相对内效率 ri ( ) 从表 3 可以看出 , 采用式 9计算得到的整机相对内效率完 Q—高压缸漏汽及厂用汽理想损失 下角lha 标 全符合文献〔7〕中提出的现代大型汽轮机相对内效率的范围 , 说 0 —新蒸汽 ; 明了采用本方法进行相对内效率计算的准确度是比较高的 。 l —低压缸 ; ( ) a ; —设计工况 理想状态这里需要指明的是 , 本方法在计算相对内效率的时候 , 忽略 m —中压缸 ; c —排汽 ; 了汽轮机的散热损失 , 这是导致误差产生的一个原因 。 rh —热再热蒸汽 ; h —高压缸 ; 4 结论 参考文献tj —调节级 ; () 1本文提出的相对内效率的计算方法简单 , 所需测点数量 〔1 〕French P. D. Performance Monitoring Systems Can Reduce Operating Costs〔J 〕. Power Engineering ,1989 ,Vol . 93 ,No . 2 :42 - 44 . 少 ,而且都是电厂现有的 , 不需再加装额外的测点 , 大大方便了 〔2〕Moradian A. et al . New Idea in On - Line Diagnostic Improves Plant Per2 凝汽式汽轮机经济性的在线监测 ; formance〔J 〕. Power ,1991 ,Vol . 135 ,No . 5 :49 - 51 . 〔3〕Dormer A. Optimization and Performance Monitoring〔J 〕. Control & Instru2 () 2本文提出的相对内效率计算方法考虑了漏汽损失和厂 mentation. 1996 ,Vol . 28 ,No . 2 :40 - 41 . 〔4〕沈士一等. 汽轮机原理〔M〕. 北京 :水利电力出版社 ,1991 . 用汽损失 , 通过对 25MW、100MW、125MW 和 350MW 机组的计算表 〔5〕孙伟等. 汽轮机经济指标的监测〔J 〕. 东北电力学院学报 , 1997 , 明 , 本方法对各种类型的机组都是适用的 , 计算所得的汽轮机相 No . 1 :26 - 30 . 〔6〕李勇 ,曹丽华 ,杨善让. 凝汽式汽轮机相对内效率在线监测的一种 对内效率值与试验结果的误差在工程允许范围内 。所以该方法 近似计算方法〔J 〕. 中国电机工程学报 ,2002 ,Vol . 22 ,No . 2 :64 - 67 . 在排汽湿度不能准确确定之前可用来近似计算汽轮机的相对内 〔7〕郑体宽. 热力发电厂〔M〕. 北京 :水利电力出版社 ,1995 . 〔8〕杨善让 ,张海林 ,徐志明. 汽轮发电机组管道效率的内涵与在线监 效率 , 其计算精度较高 。 测模型〔C〕. 高等学校工程热物理研究会第八届全国学术会议论文集 ,北 主要符号表 京 ,2000 ,40 - 44 . D —蒸汽流量 , kg/ s 〔9〕青山热电厂 ,武汉水利电力学院. N100 - 90/ 535 型汽轮机〔M〕. 北 hh—中压缸排汽理想焓 , kJ / kg ma 京 :水利电力出版社 ,1979 . 〔10〕西安热工研究所等. 汽轮机热力试验〔M〕. 北京 : 电力工业出版 h —蒸汽焓 , kJ / kg 社 ,1982 . ?21 ? hh—高压缸排汽焓 , kJ / kg p h—高压缸最后一级抽汽焓 , kJ / kg i