汽轮机火用分析方法的热力系统计算

汽轮机火用分析方法的热力系统计算
前言
在把整个汽轮机装置系统划分成若干个单元的过程中，任何一个单元由于某些因素而引起的微弱变化，都会影响到其它单元。

这种引起某单元变化的因素叫做“扰动”。

也就是说，某单元局部参量的微小变化(即扰动)，会引起整个系统的“反弹”，但是它不会引起系统所有参数的“反弹”。

就汽轮机装置系统而言，系统产生的任何变化，都可归结为扰动后本级或邻近级抽汽量的变化，从而引起汽轮机装置系统及各单元的火用损变化。

因此，在对电厂热力系统进行经济性分析时，仅计算出某一工况下各单元火用损失分布还是不够的，还应计算出当某局部参量变化时整个热力系统火用效率变化情况。

1、火用分析方法
与热力系统的能量分析法一样，可以把热力系统中的回热加热器分为疏水放流式和汇集式两类(参见图1和图2)，并把热力系统的参数整理为3类：其一是蒸汽在加热器中的放热火用，用q’表示；其二是疏水在加热器中的放热火用，用y 表示；其三是给水在加热器中的火用升，以r’表示。

其计算方法与能量分析法类似。

对疏水式加热器：
对疏水汇集式加热器：
式中，e f、e dj、e sj分别为j级抽汽比火用、加热器疏水比火用和加热器出口水比火用。

1．1 抽汽有效火用降的引入
对于抽汽回热系统，某级回热抽汽减少或某小流量进入某加热器“排挤”抽汽量，诸如此类原因使某级加热器抽汽产生变化(一般是抽汽量减少)，如果认为此变化很小而不致引起加热器及热力系统参数变化，那么便可基于等效焓降理论引入放热火用效率来求取某段抽汽量变化时对整个系统火用效率的影响。

为便于分析，定义抽汽的有效火用降，在抽汽减少的情况下表示1kg排挤抽汽做功的增加值；在抽汽量增加时，则表示做功的减少值；用符号Ej来表示。

当从靠近凝汽器侧开始，研究各级抽汽有效火用降时，Ej的计算是从排挤l kg抽汽的火用降(e j-e c)ηej中减去某些固定成
分，可归纳为通式：
式中，Ar取γer或τer，视加热器换热型式而定。

如果j为汇集式加热器，则Ar均以τer代之；如果j为疏水放流式加热器，则顺着凝结水或给水来流方向从j以上直到(包括)汇集式加热器用γer代替Ar，而顺着凝结水或给水来流方向在汇集式加热器以上无论是汇集式或疏水放流式加热器，则一律以τer。

代替Ar；r为加热器j后更低压力抽汽口脚码；ηej为汽轮机流动火用效率。

而排挤l kg抽汽所获得的做功Ej与需加入的抽汽火用之比称为抽汽火用效率ηj，即：
1．2 新蒸汽有效火用降
根据抽汽有效火用降推演，并考虑辅助成分的做功损耗，可以得到新蒸汽的净有效火用降：
式中，Σ丌为系统全部辅助成份的做功损失，指除了回热加热以外的一切附加成份，包括门杆漏汽、轴封漏汽、给水泵功损、加热器损失等的代数和。

1．3 再热机组新蒸汽有效火用降
新蒸汽有效火用降E按前述基础理论推演，采用变火用量抽汽火用效率ηo ej可导出新蒸汽有效火用降为：
装置火用效率为：
式中，E o为循环火用升量，E o=e0一e fw+α2r△e，kJ／kg；△e为lkg蒸汽在再热器中的吸热量，△e=e2r一e1L，kJ／kg；e2r为再热热段的蒸汽火用，kJ／kg；e1L正为再热冷段的蒸汽火用，
kJ／kg；ηo r为变火用量抽汽火用效率，；E o r为变火用量抽汽有效火用降，再热段以后由于排挤抽汽不影响再热器的蒸汽份额α2r，，也不影响再热器的火用升，变热量抽
汽有效火用降的计算与非再热机组一样，其通式为：
对再热冷段及其以上抽汽，根据定义，每产生lkg排挤抽汽．有加入的火用做功，还包含排挤抽汽引起的再热器火用升的做功，该蒸汽返回汽轮机的实际做功为：
1．4 加热器端差的定量分析
加热器端差是指加热蒸汽的饱和温度与加热器出口水温之差。

在设计中根据技术经济性选定的端差，在运行设备小，由于各种原因产生给水加热不足称为运行端差。

端差的存在和变化，虽没有发生直接的明显热损失，但是增加了热交换的不可逆性，产生了额外冷源损失，降低了装置的经济性。

图3是Noj一1加热器端差△τej-1 (kJ／kg)的示意图，△τej-1也可以是No.j一1加热器在运行中出现的给水加热不足。

显然。

这个加热不足或端差将使No．j级加热器的抽汽火用降增加△τej-1，抽汽量的增加，将使热力系统的火用升减少△τej-1ηj。

与此同时，No．j—l加热器的抽汽有效火用降相应减少△τej-1，使热力系统的有效火用增加△τej-1ηj-1。

因此，端差增大△τej-1。

将使热力系统有效火用减少：△E=△τej-1 (ηj-ηj-1)。

应当指出，在计算中必须区别下面几种情况，采用不同的计算公式：
(1)流经加热器的水份额不是l，而是αH。

，则热力系统有效火用减少的计算式为:
(2)当加热器No.j有疏水冷却器时，加热器No．j一1出现加热不足△τej-1，如图4所示。

这时△τej-1对新蒸汽等效热降的影响有其特点，它不仅使加热器之间的火用量分配发生了变化，还将使疏水有效火用降产生△τej-1的变化。

当疏水冷却器冷端端差不变时△γej-1=△τej-1。

显然，这时疏水在加热器No．j中的有效火用降增加了△τej-1。

，而在加热器中的有效火用降相应减少△γej-1。

由此引起热力系统有效火用增加β△τej-1（ηj-ηj-1）kJ／kg。

式中，β为加热器No.j的疏水份额。

因而，端差△τej-1引起的热力系统有效火用减少为：
(3)当加热器No.j是汇集式加热器时，加热器No．j一l出现加热不足△τej-1，如图5所示。

这时加热不足△τej-1将使流过加热器No．j一1的水份额αH。

发生变化，故热力系统有效火用减少：
式中，a H’为变化后的水份额。

按热平衡原理可推得：
公式中的a H。

为变化前的水份额，正、负号的选用是：当端差或加热不足增大时为正，反之为负。

(4)最后一个高压加热器(最高抽汽压力)出现端差成加热不足△τej时，计算时有它的特点。

因为，这时不仅减少了加热器No．J段的抽汽量，而且由于锅炉给水火用值降低，使给水在锅炉中的火用升增加。

图6为最高加热器出现加热不足，加热不足△τej-1减少了No．j段的抽汽量，使热力系统有效火用减少：
与此同时，出现了给水加热终温降低，使给水在锅炉中的火用升增加：
2 实例计算
火电厂的热力设备和系统，无论是发生火用量和工质的损失，还是工质和火用量利用于系统，都将影响装置的经济性，通常工质损失的同时总伴随着有火用量的损失。

热
力设备和管道的散热、排污及汽水渗漏和取样等就是属于工质和火用量损失；工质和火用量利用于系统，包括来自循环内部的工质和火用量，以及循环外部工质和火用量，比如，轴封漏汽、抽气器排汽、除氧器余汽利用以及给水泵内的火用升等均属于内部火用量和工质的利用，而外来蒸汽或热水、排污扩容蒸汽、锅炉排烟余热利用都属于外部火用量和工质利用于系统。

热力系统中各种热经济性问题，可以归纳为两大类：一类是纯火用量变动或出入系统；另一类是带有工质的火用量进出系统。

两类热经济性问题有本质区别，它们对经济性的影响和效果以及分析计算的方法都将有很大不同。

在研究时，按纯火用量和带工质的火用量进出系统分别予以讨论，给出新蒸汽有效火用降的增量△E和循环火用升增量△E O的计算方法。

△E和△E o得出后，就可求得装置火用效率的相对变化；
以某600MW机组为例，应用上述理论计算结果如表1(图7)所示。

3 结论
(1)基于等效焓降理论提出了有效火用降的概念，建立了当抽汽量扰动时对整个热力系统火用效率影响的数学模型。

(2)对600MW汽轮机组进行了局部能损定量计算。

由表l可以看出，若加热器端差减少△％=2kJ／kg，各加热器对热力系统火用效率的影响不同：l号、3号对经济性影响较大，其次为8号。

其它加热器对经济性影响差别不大。

端差对热力系统火用效率的影响与端差的大小、相邻加热器抽汽效率之差、给水j用升变化、汽轮机的流动j甩效率等因素有关。

(3)局部能损定量计算可简捷、快速、准确地计算出热力系统局部参数变化对单位新汽做功的影响，得出当某局部参量变化时整个热力系统火用效率变化情况。

(4)热力系统局部火用优化分析为热力系统节能诊断提供了新途径。