加热器等效热降分析模型研究

第53卷第6期2011年12月汽轮机技术TURBINETECHNOL0GYVO153NO6DEC2011加热器等效热降分析模型研究张才稳湖北省电力公司电力试验研究院，武汉430077摘要加热器是回热循环的重要设备，其运行状况影响机组热经济性。本文研究了加热器端差、凝结水过冷度、疏水冷却器、抽汽压损的定量分析模型，对模型的建立进行了完整的推导，并讨论了模型所考虑的因素，是等效热降方法应用在加热器局部定量分析中的补充和完善。关键词蒸汽循环；加热器；等效热降分类号TM6214文献标识码A文章编号10015884201106045903RESEARCHONEQUIVALENTENTROPYDROPANALYSISMODELFORHEATERSINSTEAMCYCLEZHANGCAIWENHUBEIELECTRICPOWERCOMPANYPOWERTESTINGANDRESEARCHINSTITUTE，WUHAN430077，CHINAABSTRACTHEATERSAREIMPORTANTPARTSFORHEATREGENERATIVESYSTEMINSTEAMCYCLE，ITSOPERATINGCONDITIONSAFFECTTHEHEATEFFICIENCYOFTHESTEAMCYCLETHEEQUIVALENTENTROPYDROPANALYSISMODELSFORHEATERSAREDISCUSSEDINTHISPAPERTHEDERIVATIONPROCEDUREANDTHECTORSCONSIDEREDINTHEMODELSAYEINTRODUCEDTHISPAPERISAUSEFULSUPPLEMENTFORTHEAPPLICATIONOFEQUIVALENTENTROPYDROPMETHODONHEATERSANALYSISKEYWORDSSTEAMCYCLE；HEATERS；EQUIVALENTENTROPYDROPMETHOD0前言加热器是热力系统的重要设备。加热器的运行状况对热系统的经济性有重要影响。在文献1中，直接给出了加热器定量分析的一些计算公式，却没有介绍这些公式的来源，考虑的因素，公式的适用范围。文献2、文献3对加热器定量分析模型进行了一些有益的探讨，但主要是对文献1中公式和原则的应用。文献4论述了等效热降方法与常规热平衡方法的一致性。一致性主要体现在对整体循环效率的计算上。事实上等效热降方法应用在局部的定量分析计算中是存在误差的。本文从基本的能量平衡、质量平衡出发，对加热器的定量分析计算模型进行了系统的推导，完整地给出了加热器局部定量分析模型的来源，分析了模型考虑的因素和公式适用范围，是等效热降分析方法在加热器局部定量分析中的补充和完善。1加热器端差定量分析假设号加热器出口处存在着端差已转化为焓差，而一1号加热器为汇集式加热器，图1A是加热器出口不存在焓差的情况称为基准工况，图1B是加热器出口存在焓差的情况称为变工况。图LA中，为加热器一1出II水焓；I，为加热器出口水焓；TJ2为加热器一2疏水焓；为加热器疏水焓；一1柚汽焓H器抽汽焓；一为一1段抽N加热器J出121无端差的工况加热器出口有端差的工况图1汽份额；为加热器的抽汽份额；A为进入混合式加热器的凝结水给水份额；图1B中，没有变化的参数符号和定义和图1A相同，变化了的参数加上标“”表示参数发生了变化。女一1段的抽汽份额从变化到H。后面第2、第3、第4节的参数分析中，均采用同样的定义规则。依据图1U列能量平衡方程有_L卜1卜L卢，一2目一2F1当加热器存在出口端差R时，变工况后的工况如图1B所示，能量平衡方程见2卜1卜1_L卢，一2一2，2R3这里，R是正值。加热器出11存在端差后，段抽汽一1段抽汽抽汽焓不变，加热器J一1出口水焓不变。一2加热器疏水焓和疏水份额不变。由于加热器端差的存在，加热器和加热祷一1抽汽份额发生了变化，加热器的疏水份额发生变化，加热器疏水焓可能发生变化也可能不改变。对图1A、图1B分别列质量平衡方程，有OH卢14收稿日期20110413作者简介张才稳1972一，男，高级工程师，主要从事汽轮机热经济性诊断与优化运行技术工作。460汽轮机技术第53卷1O日卢21式1一式2得一LOTJ一1HJ一1H一_J0式4一式5得一1一OL一1日一OLTL式7代入式6得一仅HHJ一1_J一仅珂T0整理式8可得，OLH。L三式9中56789GJL一，10加热器产生端差后，新蒸汽等效热降的变化为日OLH叼L一，7F11把式9代入式11中，得订H一，一2式12中，GR应理解为变工况后加热器一1段的抽汽放热，其正、负号根据实际情况选定。是对凝一1结水给水流量份额的修正。分析式12可知，在对加热器出口端差的定量分析计算中，虽然采用了对凝结水给水份额的修正，但仍然是近似计算。显然，在考虑变工况前后的等效焓降计算中，没有考虑加热器疏水流量的变化对其后12等加热器的影响。变工况前后均采用R来计算加热器和一1中的热量分配也是一种简化处理，严格的计算应是一因为工况变动后进入混合式加热器的凝结水给水份额和温度都发生了变化。但是如果同时要考虑这些影响，则又失去了等效焓降用于定量分析的简洁性，计算过程将变得比常规方法更加繁琐。2凝汽器过冷度定量分析如果把凝汽器看做一个加热器，抽汽压力最低的Z级汇集式加热器看做一个汇集式加热器，则这个问题和第1节加热器端差定量分析并无不同。考虑到在文献1中对凝汽器过冷度进行了单独说明，此处也进行相应的推导，推导过程同第1节类似。图2O为变工况前的基准工况，图2B为变工况后的工况。4凝汽器出EL无端差的工况6凝汽器出口有端差的工况图2在图2O中，加热器Z为汇集式加热器，抽汽焓为H，抽汽份额为；是加热器出口水焓。I一，卢。一。是上一级加热器疏水焓和疏水份额。是凝结水份额，是变工况凝汽器出口水焓。图2B中，对变化了的参数均加上标“以示区别。对图2N、图2B列能量平衡、质量平衡方程，有IOH一L一113DH一LI1415式15中，JR0。考虑到疏水泵与加热器出口汇集后凝结水份额不变，上一级疏水份额一不变，有肌16即一OL一17式13一式14得一H；MI一018把17代入18整理后得，OLNN19M再新蒸汽等效热降减少为HOLARL20式19代入式2O中得HN2这里，在考虑对凝结水的加热分配时，凝结水份额采用变工况后的份额，QR为变工况后加热器Z的抽汽放热。3疏水冷却器定量分析图3O是加热器一1没有疏水冷却器的工况，图36是加热器有疏水冷却器的工况。图中参数的定义与第2节、第3节类似。图36中，加热器一1的疏水在疏水冷却器中放热，使一1段的抽汽减少段的抽汽增加。N加热器一1无疏水冷却器6加热器J1有疏水冷却器图3对图3O加热器一1列方程有1一1一1一1一2对图3B加热器一1列方程有1岛一11一L一1岛一2一2，一1一I一1此外，在变工况前后有B|B|一1一1一卢F一2I。F8IF一8I_2F由式25、式26、式Z7可得一1一一L岛一L一一1式22一式23得一I一一一I一0。一。一一一一一1一一1HJ一129第6期张才稳加热器等效热降分析模型研究461依式28、式29有一一一岛一一一一岛一一30整理式30得嚣T131式31中，GH一一，分子Q是变工况前，一1段抽汽的放热量，分母QY是变工况后一1段抽汽的放热量。增加了疏水冷却器后，系统增加做功日AHJ1A一一J_LAY研一一_三32推导过程中，假设加热器疏水焓，疏水份额对下游1等加热器无影响。这些假设简化了计算也带来了误差。实际上，变工况前后这些参数有细微的变化。疏水冷却器吸热在加热器和加热器J一1的分配也只是用变工况后的份额一，计算。准确的计算应该是岛一一一岛一FO4抽汽压损定量分析当抽汽管道中存在着压损时，文献1中给出了两种处理方案，并且指出，抽汽口固定不变，抽汽口压力不提高的处理方案真实地反映了机组抽汽压损的热力过程及其对热经济性的影响，如图4A、图46表示加热器没有抽汽压损和有抽汽压损的情况。在图4B中，由于抽汽压损的存在，加热器出口焓从，降低RO到，疏水焓也降低。不存在抽汽压损的工况6存在抽汽压损ETR况图4对图4A、图46列方程，有一1一1TJL33岛0岛一1QL134又岛一1一AI35一一AI36由式35、式36得I一仪|一8I一0L_18JT8|。037式33一式34得I一I一L一1一岛一LI一L一HJ岛一T一一一一BJLTSI一一BJ1FT一岛一T一辟岛一38整理式38得岛一一一一一一一_J一I39即茜40式40中，毋AYHI，为变工况后段抽汽放热。因此，做功损失为ZLHA,R研一1一研一岛AY一1研一一一岛一_L一Q，、一141与文献1中的计算公式相比，式41多了第三项。抽汽压损被分解为两个“虚”辅助系统，一个为端差，一个为出口疏水焓差。如果一一一O，式41就与文献1中的公式相同。事实上在加热器存在抽汽压损的时候，加热器一1的疏水份额是有变化的。5结论本文对加热器端差、凝结水过冷度、疏水冷却器、抽汽压损等加热器等效焓降方法局部定量分析模型给出了详细的推导，对文献1中相关模型的分析进行了必要的补充和完善。同时指出了定量分析模型所考虑的因素。通过加热器局部定量分析模型可知，加热器的局部定量分析是先选定基准工况，利用基准工况的等效焓降和抽汽效率作为已知参数，计算变工况偏离基准工况对机组热经济性的影响。因为加热器局部定量分析模型的近似性，这些模型的应用条件是所分析的工况与基准工况