凝汽式汽轮机排汽焓的简便算法与误差分析

凝汽式汽轮机排汽焓的简便算法与误差分析

陈锬坚

广西电力工业勘察设计研究院陈锬坚

摘要：凝汽式汽轮机排汽焓的算法中主要是以Flüge公式为主，通过该研究对于汽轮机的能源利用效率以及对于能源利用的的提高无疑是非常重要的，因此计算凝汽式汽轮机排汽焓无疑是有非常重要的意义，而凝汽式汽轮机排汽焓存在误差的分析较少，本文针对该问题进行了详细的分析。

一、前言一直以来人们一直在提高机械使用的效率，其中汽轮机也是其中非常重要的一种，因此对于基础理论的研究无疑是非常关键的，而本文对凝汽式汽轮机排汽焓的误差进行了详细的分析，对于降低能源消耗的基础研究有一定的实际意义。

为较为简便地得到精确的排汽焓计算结果，本文提出了一种基于级内损失理论的排汽焓近似计算方法，并将其应用于不同厂家生产的不同容量级别汽轮机组的低压缸排汽焓计算，与设计值的比较证明了该方法的可行性，为将其应用于现场对汽轮机排汽焓的校验及在线检测提供了理论依据。

二、关于凝汽式汽轮机排气状况汽轮机的相对内效率是反映汽轮机运行经济状态及通流部分运行状态的一项重要指标，根据运行中的监测参数进行在线计算是获得运行汽轮机相对内效率的一种重要手段。在大型火电机组在线性能计算中，低压缸效率的计算一直是一个难点，原因是汽轮机的排汽为湿蒸汽，排汽焓不能单独由压力或温度来确定，而在线测量湿蒸汽湿度目前尚有一定困难。汽轮机低压排汽缸与常规的循环冷水冷却汽轮机排气缸不同，由于温度压力的提高、排气量和排气温度的增加，低压排汽缸缸体极容易受到温度差距的影响而发生膨胀现象，最终导致低压刚轴系统的振动系数发生变化。目前，在线计算汽轮机排汽焓主要是采用过程线外延假定抽汽点的能量平衡法。即根据已知的过热抽汽状态点作出做功膨胀线，然后将此线直接外推到湿蒸汽区，得出处于湿蒸汽区的各抽汽焓和排汽焓，利用热平衡方程、物质平衡方程和汽轮机的功率方程这3个基本方程式，计算确定汽轮机排汽焓。在该方法中，由于其湿蒸汽区的过程线是由过热过程线外推得到，而汽轮机末几级的工作状况差别很大。因此，很难正确反映低压缸的实际运行状况，影响了计算精度，尤其是当负荷变动湿蒸汽区增大，这一问题更显突出。此外，该方法采用假设2计算2迭代的方法计算排汽焓，计算中需要对机组的回热系统进行计算，计算工作繁琐、量大，而且计算结果要受到几十个甚至上百个测量点的积累误差的影响。

对于汽轮机相对内效率的在线计算，不但要力求方法简单、计算工作量小速度快，还要求有较高的精度。基于以上考虑，本文提出了改进型Flüge公式准确计算汽轮机排汽量，建立闭口热力系能量平衡方程，进而在线确定凝汽式汽轮机排汽焓的热力学法。

三、采用Flüge公式确定凝汽式汽轮机排汽焓的热力学法1、基本原理汽轮机在运行过程中，工质膨胀到低压缸末级或末几级时可能会进入湿蒸汽区，而处于湿蒸汽区的蒸汽焓值不能够由压力和温度查得，低压缸的效率亦无法准确计算。因此，研究汽轮机排汽焓的计算方法，有助于了解汽轮机系统，获取准确的汽轮机热力性能参数。

将汽轮机及其包括凝汽器在内的回热系统看作为一闭口热力系，在忽略了系统内工质储存能量变化时，外界加入系统的能量应等于系统向外界输出的能量，由能量平衡可求出汽轮机排汽在凝汽器内的放热量，用改进型Flüge公式准确计算出汽轮机的排汽量后，最后计算出汽轮机的排汽焓。系统能量流如图1所示。这里，忽略了除给水泵外，回热系统中其他泵的耗功，这种简化是完全可以接受的，计算表明其产生的误差不会大于万分之一。对于所研究的闭口热力系统，回热抽汽和门杆、轴封漏汽所携带能量为系统内部能量循环，因此不必考虑该部分能量。在图1中，Q0、Qr、Qp、Pi、Qc、Qsr分别表示循环过程中工质在进入汽轮机前在锅炉内吸热量、再热吸热量、给水泵加入系统的能量、汽轮机输出功、汽轮机排汽在凝汽器的放热量和系统散热损失。

2、改进后的公式计算排量对200MW、300MW机组不同运行工况的详细热力计算及机组考核试验结果表明，对于高中压缸应用Flüge公式表示流量与蒸汽参数之间的关系，可获得满意的结果，而对于低压末几级存在较大误差，尤其在偏离设计工况较远时更甚。

四、汽轮机排汽焓的计算误差分析通过监测计算可以准确获得工质的焓值以及机组的电功率。机组正常运行时，凝结水焓一般约为排汽焓的1/15，工质通过给水泵的焓升一般仅为总吸热量的0.2%～0.5%，由其产生的误差可以忽略。因此，影响排汽焓计算精度的因素主要是主蒸汽、再热蒸汽和汽轮机排汽量的测量或计算误差和散热损失估计误差，而主蒸汽、再热蒸汽流量通过测量或计算可以较准确的得到，一般机组散热损失可以忽略，因此该方法的主要误差是由排汽量计算误差产生的。

1、在原有汽包压力机理模型的基础上，由可测变量代替不可测变量，建立了基于输入输出数据的机理模型。这样将更有利于基于现场数据对热工对象进行建模研究。

2、根据非线性过程在稳态点附近线性化的要求，从电站历史数据库中选取了与汽包压力动态建模有关的大量输入输出数据。在满足线性多变量系统建模的条件下，对汽包压力进行了动态过程建模。

3、通过对输入输出数据得到的模型进行仿真研究，发现汽包压力对给煤、给水和汽包入口水温的响应过程是与机理相一致的。

4、基于输入输出数据建立汽包压力的动态数学模型，避免了在进行机理建模时计算大量的工质的特性参数和列解大量的微分方程。并且所建立的模型根据实际电站输入输出数据，比机理模型更真实和合理地反映了汽包压力的动态变化过程。

5、通过小偏差理论的分析，证明了排汽流量、湿汽级焓降占总焓降的比例系数和其他损失系数的计算误差对提出方法的最终排汽焓计算结果影响较小。

6、利用提出的方法，根据设计数据对不同厂家生产的300MW、600MW、1000MW三种级别的汽轮机组进行了排汽焓计算，并与不同负荷下的排汽焓设计值进行了比较，结果表明该方法的计算结果有较高的精确度，为现场的实际应用提供了理论依据。

五、结束语以上为目前在凝汽式汽轮机排汽焓简单算法中常见的误差估算方法，在实际的研究中有非常关键的作用，同时比较了不同级别排气上面的差别，为今后在能源的利用率的提高上具有一定的指导作用和。

参考文献：[1]卡斯丘克，福罗洛夫．汽轮机和燃气轮机[M]．北京：水利水电出版社，1991：146-149．[2]曹祖庆．汽轮机变工况特性[M]．北京：水利电力出版社，1991．[3]康松，杨建明，胥建群．汽轮机原理[M]．北京：中国电力出版社，1999．