【doc】基于等效焓降法热电联产机组变工况计算

【doc】基于等效焓降法热电联产机组变工况计算 基于等效焓降法热电联产机组变工况计算 第30卷,总第171期 2012年1月,第1期 《节能技术》 ENERGYC0NSERVATIONTECHNOLOGY Vo1.30,Sum.No.171 Jan.2012,No.1 基于等效焓降法热电联产机组变工况计算 戈志华,贺茂石 (华北电力大学能源动力与机械工程学院,北京102206) 摘要:由于热电联产机组变工况计算比较少,并且由常规热量法和循环函数法等算变工况程 序比较复杂,为了能比较直接方便地计算出供热机组的变工况,用等效焓降法对供热机组变工况进 行编程,通过在Excel中编程迭代,能够直接准确地计算出不同变工况下的热电联产机组功率,热 耗率和汽耗率等热经济性指标,简便了供热机组变工况计算,也为供热机组变工况计算提供了一种 准确便利的程序. 关键词:等效焓降法;联合性能曲线;特征通流面积;热电联产;变工况 中图分类号:TK262文献标识码:A文章编号:1002—6339(2012)01—0062—04 VariableConditionCalculationOfCogenerationUnitsBasedon EquivalentEnthalpyDropMethod GEZhi—hua,HEMao—shi (SchoolOfEnergy,PowerAndMechanicalEngineering,NorthChinaElectricPower University,Beijing102206,China) Abstract:DuetothefactthatvariableconditioncalculationofcogenerationunitsiSrelativelyr areandthe variableconditioncalculationproceduresfromconventionalheatmethodandcyclefunctionmethodare morecomplicated,inordertobemoredirectandconvenienttocalculatethevariableconditionofcogener. ationunits,programmeforcogenerationunitswithequivalententhalpydropmethodthroughtheExcelpro. gramminganditeration,candirectlyandaccuratelycalculatepower,heatconsumption,thesteamcon. sumptionrateandotherthermaleconomyfromthedifferentvariableconditionsofcogenerationunits,pro— vidinganaccurateandconvenientprogramforvariableconditioncalculationoftheheatingunits. Keywords:equivalententhalpydropmethod;jointperformancecurve;featuresoftheflowarea,cogener- ation;variablecondition 0引言 近年来,我国热电联产得到迅速发展.到2009 收稿日期2011,09一l6修订稿日期2011—11一O7 作者简介:戈志华(1969,),女,副教授,主要从事汽轮发电机 组状态监测,故障诊断和热电联产机组冷源优化 节能. ? 62? 电 年底,全国供热机组总容量达14464万千瓦,占火 总装机容量约20%,占全国发电机组总容量的17% 左右.热电联产机组承担了城市热水采暖供热量约 30%,城市工业用汽约83%.在城市集中供热的总 面积中,有三分之一是由热电厂满足供热的.热电 联产机组相对于热电分产,避免了冷凝损失.据测 算,热电联产与热电分产相比热效率高30%,集中 供热比分散小锅炉供热效率高50%.热电联产机 组在北方采暖城市,南方工业园区及一些工业企业, 都适合发展l_1j.热电联产是国内外公认的节能减 排的重要手段,是城市化发展的重要基础设施,也是 我国政府大力倡导的十大重点节能工程之一.目 前,全国拥有的在用小锅炉约54万多台,"三北"地 区约30亿平米建筑面积仍采用分散供热,因而发展 热电联产的空间很大. 对于大部分热电联产机组来说,仅仅考虑了满 足最大供热工况,并没有考虑随着外界环境温度的 变化所引起的供热的变化;也有些机组虽然考虑了 热负荷的变化,可是并没有考虑热负荷的变化对于 汽轮机发电功率的影响.对于大型热电联产机组来 说,不仅需要研究供热的某一部分,如热用户,热网, 供热机,还需要把它们联合起来系统的考虑;不仅需 要考虑热负荷的变化情况,也需要考虑电负荷的变 化情况.根据不同的外界环境温度,匹配不同的热 网参数,进而确定合适的机组供热抽汽参数;根据不 同的供热抽汽参数,研究汽轮机的变化情况,确定其 发电功率的变化,则需要进行供热机组的变工况 计算. 在确定机组供热抽汽参数之后,首先选定合理 的基准工况,利用特征通流面积和段效率不变原 理j,确定出各段回热抽汽的压力和焓值等,再利 用等效焓降法H对整体热力系统进行计算,利用热 平衡和质量守恒原理计算出各段回热抽汽的流量. 然后计算出汽轮机各段的段流量,与假设值相比较 进而得到真实段流量和各段回热抽汽参数,进而确 定各段等效焓降和新蒸汽等效焓降,去除各种焓降 损失之后得到机组的功率,汽耗率和热耗率. 1等效焓降法在变工况功率计算程序中的 应用原理 等效焓降法是基于热力学的热工转换原理,既 可用于整体热力系统的计算,也可用于热力系统的 局部定量.等效焓降法不仅适用于凝汽式机 组,同时也适用于供热机组.如果把新蒸汽流量固 定不变,则热力系统中出现的任何影响经济性的变 化,只是改变了汽轮机的功率和该变工况以后的供 热抽汽份额,各级抽汽流量不致全部变动.然而供 热机组的变工况则是指,主汽量不变,而热负荷变 化,供热抽汽参数也随之发生变化,从而影响汽轮机 的做功.因此,就可以把等效焓降法应用在热电联 产机组变工况功率计算程序中. 1.1供热抽汽参数的确定 由于外界环境的变化引起室内温度的变化,为 了满足热用户的供热要求,通过对热网,热网加热器 和供热汽轮机热力性能的分析计算,得到热电联产 系统联合特性J,如图1所示.先通过热用户换热 器可计算出二次网供,回水温度要求曲线.通过供 热站换热器继而计算出一次网供,回水温度要求曲 线.进而根据热网加热器特性计算出供热抽汽参 数,再由低压缸性能曲线联立得到供热机组联合性 能曲线,即可确定出供热机组实际供热抽汽参数和 流量 图1热电联产系统供热机组联合性能曲线图 1一热网加热器特性曲线;2一低压缸特性曲线 1.2特征通流面积不变原理 特征通流面积的概念是由徐大懋院士提出的, 是根据弗留格尔公式变化得到,表征级组的通流能 力,定义级组的特征通流面积F为 F:—U一其中,耵:一P2 P0~/1—1Tp0 "0"表示级组前,"2"表示级组后,级组的概念 是进出口的流量相等.,为级组的重要特性参数, 只要级组的几何参数不改变,不论热力参数如何变, 为常数,且正比于级组的通流能力.因此就可以 根据额定工况求出各级组的特征通流面积F,已知 变工况时某级组的初参数J,求出级组的出口压 力为 |2ToG2 p2^/po一VJ 进而确定该级组的出口参数即下一级组的入口参 数,如此逐段进行计算. 1.3等效焓降法的具体应用 在计算出各段抽汽压力和抽汽焓之后,就可以 用等效焓降法来进行热力系统的计算.具体计算公 式如表1所示. ? 63? 表1等效焓降法重要计算公式 对于汇集式加热器A,=r,对于疏水自流式加 热器,从i+1级知道汇集式加热器A=rr,以后 A=.表中的计算公式中i对于i+1级采用 疏水泵表面式加热器时为汇集后的热焓. 在算出新蒸汽等效焓降之后,减去辅助循环附 加成分和供热抽汽做功损失,再加上部分成分做功 增益,即可得到新蒸汽净等效焓降,通过换算即可得 到机组功率. 2实例应用 以哈尔滨汽轮机厂300MW抽凝机组(其中主 蒸汽流量为960t/h,主蒸汽压力为l6.7MPa,供热 抽汽压力为0.49MPa,供热抽汽量为340t/h)为 例,根据热电联产机组联合性能曲线首先由环境温度 确定出供热抽汽参数,即供热抽汽压力和供热抽汽 量.进而选定基准工况,选定基准工况的目的是为了 计算出机组的各段特征通流面积和段效率,由特征通 流面积和段效率不变原理可知,在进行计算任何变工 况的供热机组的功率时,就可以带入进行计算. 2.1各段抽汽参数的确定 确定各段抽汽参数是进行热平衡计算的基础, 为此在Excel上建立模型J,进行各段抽汽的迭代 计算,其中中压缸各段参数计算图如图2所 示,高压缸和低压缸的计算流程和中压缸同理. 2.2段流量的确定 在算出各段抽汽参数之后,根据等效焓降法的 原理,分别计算出1kg给水焓升,抽汽放热量,回热 ? 64? 絮吾誓度妻量ll假定中压缸各Il已知供热巷呈温 13假设中ll暇i台ll嚣萎压缸进压力ll擞孤噩ll删九'爹觋 根据特征同流面积 和段效率不变原理 中压缸进行逐段计 算,得到中压缸背压 中压缸各段参数 相比较,迭代 中压缸进口压 力 图2中压缸计算流程图 联合特 性曲线 主 中压缸 背压 加热器疏水焓降和热网加热器疏水焓升.再用热平 衡关系式计算出各段抽汽系数和抽汽量.进而算出 流经各段的段流量.算出的段流量和假设的段 流量进行比较,通过迭代求解,得到真实段流量.在 算出段流量的同时,各段回热抽汽参数也进行了迭 代计算,使得计算出的抽汽系数更加准确. 2.3机组段功率的计算及计算结果 由各段抽汽等效焓降计算公式可以得出各段抽 汽等效焓降,再由抽汽效率公式计算出各段抽汽效 率_1.通过计算得出新蒸汽毛等效焓降,减去各漏 汽做功损失和供热抽汽做功损失,再加上循环水泵 焓升增益,轴封冷却器焓升增益和给水泵焓升增益, 即得到新蒸汽净等效焓降,进而转化为汽轮机功率, 除去损失,得到机组电功率,汽耗率和热耗率等参 数?.计算结果分别如表2,表3所示. 表2热电联产机组各段回热抽汽相关指标计算结果 通过程序计算得出供热抽汽压力为0.49MPa, 供热抽汽量为340t/h下各段抽汽系数,即各段抽 汽量和热平衡图中给出的各段抽汽流量的误差在 0.2%之内.汽轮机热平衡图中给出的功率为 264006kW,汽耗为3.636kg/kW?h,热耗为 6408.1kJ/kW?h.由此可以看出,基于等效焓降法 的热电联产机组变工况功率计算程序误差也在 表4不同供热抽汽参数下变工况计算结果及误差 0.2%之内,表明计算程序正确可行. 2.4不同供热工况的计算结果及误差 为了验证程序的准确度,本文对不同供热工况 (工况一:340t/h,0.49MPa;工况二:340t/h,0.45 MPa;工况三:200t/h,0.49MPa;工况四200t/h, 0.45MPa)进行了计算,计算结果如表4所示.可 见计算误差都在0.2%之内,程序准确可靠. 3结论 热电联产机组变工况功率计算程序是在Excel 中建立模型,能比较方便快捷的计算出各个热经济 性指标,并且计算结果比较精确,较常规热量法和循 环函数法在计算程序上简单易懂,并且工作量不大. 由于热电联产机组变工况功率计算程序比较少,本 文用等效焓降法在Excel中编程,计算热电联产机 组变工况功率和其他热经济性指标,计算结果比较 准确. 参考文献 [1]王振铭.热电联产的现状及未来前景[N].中国能源 报,2011—6—16. [2]胡玉清,马先才.我国热电联产领域现状及发展方 向[J].黑龙江电力,2008,30(1):79—8O. [3]徐大懋,邓德兵,王世勇,等.汽轮机的特征通流面 积及弗留格尔公式改进[J].动力工程,2010,30(7): 4|3—477. [4]林万超.火电厂热系统节能理论[M].西安:西安交 通大学出版社,1994. [5]杨勇平,林振娴,何坚忍.热电联产系统中最佳冷源 热网加热器的选择方法[J].中国电机工程,2010,30 (26):1—6. [6]翟启武.热电联产冷源领域节能研究[D].北京:华 北电力大学,2010,4. [7]黄小兵,胥建群,周克毅,等.EXCEL在汽轮机变工 况热力核算中的应用[J].上海汽轮机,2002(2):49—52. [8]闫顺林,刘帅,李玉辉.汽轮机变工况优化运行模型 的研究[J].陕西电力,2009(7):24—27. [9]李勇,张斯文,李慧.基于改进等效热降法的汽轮机 热力系统热经济性诊断方法研究[J].汽轮机技术,2009,5l (5):333—337. [10]张雄,胥建群.等效焓降法局部定量法的误差分析 [J].能源研究与利用,2002,2. [11]张才稳,王声远."等效焓降法"与常规热平衡法一 致性分析[J].湖北电力,1999,3. ? 65?