600 MW机组给水泵汽轮机提效对主汽轮机热耗影响分析

2020-11-27段江，李明

发电设备 2020年6期

关键词：热耗抽汽能级

段江，李明

(国网陕西省电力公司，西安 710004)

基于回路做功能力原理的热力系统矩阵分析方法——能级效率法，具有计算精度高、物理意义明确、模板定制性强、易于编程等特点，在热力系统能损分析、热经济性分析和汽轮机组热力性能试验结果分析等领域有较广泛的应用前景[1-2]。

笔者采用能级效率法对600 MW亚临界汽轮机(简称主汽轮机)的汽轮机热耗验收(THA)工况的热耗和能损进行了分析研究,并以此为依据，得到了给水泵汽轮机(简称小汽轮机)效率提升对主汽轮机热耗影响的计算方法。

1 能级效率法的计算原理

根据回路做功能力原理，1 kg工质在热力系统中沿任何一个闭合路径运动后回到初始位置，其在热力系统中的做功能力保持不变。工质在热力系统中的实际做功能力，由其所携带的能量和在热力系统中的作用位置决定，与具体做功路径无关。热量对热力系统的作用不仅与热量的多少有关，还与热量进出热力系统的位置有关，不同的位置具有不同的能级，具有不同的能量品质，即热功转化的能力不同[3-4]。

2 汽轮机能损计算

主汽轮机热力系统的基本循环由3个高压加热器、1个除氧器、4个低压加热器组成，见图1。

HP—高压加热器；DEAER—除氧器；LP—低压加热器。图1 主汽轮机基本循环系统示意图

根据热力系统的特点，整理出高压主蒸汽进汽腔室漏汽(辅汽A、B)、调节级后夹层漏汽至高压缸排汽(简称高排)漏汽(辅汽C)、高压缸进汽侧各段汽封漏汽(辅汽L1、M1、N1)、高压缸排汽侧各段汽封漏汽(辅汽L2、M2、R2)、高排去中压缸进口漏汽(辅汽J), 中压缸进口去3段抽汽的漏汽(辅汽K),中压缸排汽侧各段汽封漏汽(辅汽P3、P4、R3、R4)、低压缸排汽侧各段汽封漏汽(辅汽S5、R5、S6、R6)、轴封均压箱疏水(辅汽W)、小汽轮机的用汽(辅汽X)等辅助汽水和纯热量(给水泵给水焓升、凝结水泵水焓升)的损失和回收位置并归类。

2.1 基本循环计算

根据热力系统结构特点，填写基本循环的结构矩阵A。

(1)

式中：下标0为锅炉；下标1～8为1～8段抽汽；τ为水的焓升,kJ；q为抽汽放热量，kJ；γ为疏水放热量，kJ。

根据热力系统再热特点，填写再热结构矩阵Cm+1，当再热冷段前的抽汽级数m为2时：

C3=[1 1 1 0 0 0 0 0 0]T

(2)

再热矩阵σ为：

σ=σrhCm+1

(3)

式中：σrh为再热器吸热量，kJ。

各能级等效做功能力矩阵φeq为：

φeq=(h-hc)+σ

(4)

式中：h为各级抽汽比焓矩阵，kJ；hc为主汽轮机排汽比焓矩阵，kJ。

能级效率矩阵η为：

η=(A+σe1)-1φeq

(5)

e1=[1 0 0 0 0 0 0 0 0]

能级效率矩阵的各行数据即为各段抽汽的能级效率。

基本循环的热耗qB为：

(6)

式中：ηB为基本循环的效率；ηm为机械效率；ηg为发电机效率。

根据以上矩阵算法，主汽轮机THA工况基本循环的能级效率和热耗计算结果见表1。

表1 基本循环的能级效率和热耗计算结果

2.2 附加损失计算

若已知第k种外部因素的焓矩阵为ak，其对热力系统做功能力的影响矩阵φk为：

φk=akη

(7)

根据辅助汽水和纯热量在热力系统中进出的位置，计算主汽轮机THA工况下辅助汽水和纯热量对热力系统造成的各种能损或回收，结果见表2。

表2 辅助汽水和纯热量的能损计算结果 kJ/(kW·h)

2.3 实际循环热耗计算

综合考虑各种损失后，实际循环的热耗qk为：

qR=qB+∑Δqk=qB+

(ΔqfA+ΔqfB+ΔqfC)+(ΔqfL1+

ΔqfM1+ΔqfN2)+(ΔqfL2+ΔqfM2+ΔqfR2)

(ΔqfJ+ΔqfK+ΔqfP3+fP4)+(ΔqfR3+fR4+

ΔqfS5+fS6+ΔqfR5+fR6)+(ΔqfW+ΔqfX+

ΔqFP+ΔqCP)

(8)

式中:Δqk为第k种外部因素造成基本循环的能损；ΔqfA、ΔqfB、ΔqfC、ΔqfL1、ΔqfM1、ΔqfN2、ΔqfL2、ΔqfM2、ΔqfR2、ΔqfJ、ΔqfK、ΔqfP3+fP4、ΔqfS5+fS6、ΔqfR5+R6、ΔqfW、ΔqfX、ΔqFP、ΔqCP分别为辅汽A、B、C、L1、M1、N1、L2、M2、R2、J、K，P3+P4、S5+S6、R5+R6、W、X、给水泵给水焓升、凝结水泵水焓升造成的能损。

与厂家提供的平衡图热耗相比，THA工况的热耗偏差为1.27 kJ/(kW·h)，热耗相对偏差为0.013%，完全能满足热力系统能损分析的精度要求。