浅谈电厂热力系统给水焓升分配方法

2023-02-23

火电机组热力系统分析中给水焓升最佳分配是一个老问题, 本文是对最佳焓升分配原理进行定性的分析。其实进行最佳焓升分配的方法很多, 有热力学第一定律的方法, 也有热力学第二定律的熵分析方法。火电机组热力系统运用矩阵法进行分析已有十几年的历史, 这十几年间计算机技术也有很大的发展, 但是利用矩阵法并结合计算机技术进行给水焓升最佳分配的实例还很少见, 因此本文试图在这一问题上做些相应的工。

1数学模型的建立

1.1功率方程的处理

再热机组汽轮机的做功可以由汽轮机中蒸汽膨胀焓降计算出来, 写成矩阵形式为: (1)

式中, D0为主蒸汽的流量;h0、hc和σ分别为主蒸汽焓、排汽焓和1 k g再热蒸汽的吸热量;为轴封漏汽等在汽轮机内的做功不足:;

为各级抽汽的流量:

为各级抽汽焓值, m为再热前的抽汽级数。

矩阵热平衡方程的表达式为:

用式中, 整理后得出: (3)

把式 (3) 代入汽轮机做功的方程式 (1) , 因此在不显式地使用抽汽量的情况下也能够计算出汽轮机的做功。

1.2热耗量方程的处理

再热机组汽轮机的热耗量为:

再热蒸汽流量表示为

进一步将热耗量表示为如下矢量形式:

式中,

1.3汽轮机的热效率

汽轮机的内效率用下式表示:

或中, ηT为汽轮机的绝对内效率, W为汽轮机的做功。所以, 根据式 (1) 、式 (5) 、式 (6) 有:

式中,

如果把抽汽量组成的矢量D带入上式, 那么可见上式是关于ηr和热力系统内强度参数的方程。进一步整理后得到ηr的表达式:

上述效率表达式的右侧完全是由热力系统参数所组成的, 虽然右侧也包含未知量ηr, 但是在迭代寻优过程中用每到的效率代入下一次的运算中, 不影响寻优过程的计算。

2目标函数和约束条件

最佳焓升分配的目的就是取得热经济效益最大化, 所以把式 (9) 作为最佳焓升分配时的目标函数。决策变量取各级加热器出口温度t1、t2、…、tz, 虽然目标函数中没有显式包含器出口温度, 但它隐式地包含在加热器焓升中。并且根力系统计算方法, 各级抽汽口的焓值也与加热器出口焓关。因为各级加热器的焓升总是为正值, 并且各级加热器焓升之和等于给水总焓升, 所以目标函数和约束条件描述为:

3热力系统各节点参数的确定

热力系统计算一般是在设计工况下进行的, 这里的给水焓升最佳分配原则上适合于任意工况, 但是必须以某一工况为基础, 在非特殊的情况下还是以设计工况为佳。要求已知主汽压力P0和主汽温度t0、再热蒸汽温度trh、排汽压力Pc、给水焓值hfw。由平均分配法可以获得开始优化之前加热器初始焓升, 即: (12) (13)

当改变第i级加热器出口水的比焓值 (增加Δh, kJ/kg) , 则第i级加热器焓升增加△h, kJ/kg, 第i-1级 (压力比第i级抽汽压力高) 加热器焓升减少Δh, kJ/kg, 第i-1级加热器出口的温度也将对应减少。各级加热器汽侧饱和温度等于加热器出口温度与加热器端差之和, 加热器汽侧饱和压力由汽侧饱和温度查焓熵图求出, 各级抽汽压力等于加热器汽侧饱和压力加上各级抽汽压损, 各级抽汽焓值由各级抽汽压力与汽轮机膨胀过程线的交点确定, 汽轮机膨胀过程线则决定于主汽初参数和汽轮机相对效率, 在每次迭代过程中可根据计算出的抽汽流量对汽轮机的相对内效率进行修正或保持不变。各级加热器疏水的温度等于加热器进口水温减去加热器冷端端差。

4热力系统寻优过程与算例分析

当前P c电脑的运算速度已经相当惊人, 程序设计语言已经发展到可视化。这里我们在P c机上基于W I N D O W S采用D e l p h i语言编程进行给水焓升分配的优化, 给水焓升分配算不上大的计算工作, 上述软硬件条件完全能够满足工作的需要。

这里不必采用任何特殊的优化算法, 采用最简单的直接424汽轮机技术第50卷索方法。以国产300MW机组为例 (图1) , 从最低压力第号加热器开始, 首先采用等焓升分配方法为各级加热器焓升及各级抽汽参数赋初值。设定步长0.5k J/kg, 8号低加出口焓值增加0.5kJ/kg, 则7号低加进口焓值减少0.5kJ/kg, 也就是T8增加0.5kJ/kg, , 减少0.5kJ/kg, 同时计算出8号低出口焓值增加0.5kJ/kg后对应8号低加出口温度值为多, 然后根据这一个温度值确定抽汽焓和其它参数, 由目标函数计算求出循环效率值。

对于某国产凝汽式3 0 0 M W机组, 其主汽压力为1 6.6 7 M P a、主汽温度和再热蒸汽温度都是537C、排汽压力为0.0054MPa、给水焓值为1176.24kJ/kg。