低功率船用汽轮机功率变化过程研究.pdf

2023No9(上)设备管理与维修润滑与睿封191低功率船用汽轮机功率变化过程研究王庆生（哈尔滨汽轮机厂有限责任公司，黑龙江哈尔滨150046)摘要：基于9 种不同工况下进行的测量，如涡轮入口的蒸汽压力和温度、涡轮出口的蒸汽压力以及通过MFP的水量等，对主给水泵汽轮机进行能量分析，发现影响涡轮机能量功率损失的因素主要有通过涡轮机的蒸汽质量流量和涡轮机出口处的蒸汽比烩，涡轮机开发功率的增加也导致涡轮能量效率下降。与大多数其他蒸汽系统部件一样，所分析的汽轮机是平衡的（即在最高负荷下将获得最大的能量效率），因此大部分涡轮机和系统的运行是可以预期的。关键词：能效；能量功率损失；功率变化；低功率汽轮机中图分类号：TG457文献标识码：BDOl:10.16621/ki.issn1001-0599.2023.09.770引言与海运发动机不同，船用汽轮机中蒸汽推进系统占主导地位，而每个蒸汽推进系统由大量部件组成才能安全可靠运行。在这种蒸汽推进系统中，压力给水泵是一个重要的部件，它会返回从除氧器到蒸汽发生器的水压力（通常通过一个或多个高压进料热水器），大多数情况下主高压给水泵由低功率汽轮机驱动。在本文中主给水泵汽轮机（MFPT）根据能源效率和能源损耗方面涡轮机开发功率的变化。MFPT是一种低功率汽轮机，MFPT分析的主要目标是汽轮机能效和能量的变化涡轮机开发功率变化期间的功率损失。测量其蒸汽运行参数与水通过主给水泵（MainFeedPump，MF P)的体积流量，是涡轮数值分析所必需的。在常规LNG运输船上进行多个MFPT负载，主要特征和液化天然气运输船的规格安装推进系统并分析MFPT。在每个呈现的涡轮机操作点，涡轮机开发功率从最低的50kW以2 0 kW的步长变化至最大功率57 0 kW，期间计算能量功率损失。随机选择3 个涡轮机进行操作要点分析，但所得出的结论对于所有其他操作点也是有效的。在每个操作点汽轮机开发的功率变化允许检测具有最高能效的最佳涡轮机负载。涡轮机能效和能量损失与实际开发情况进行比较。MFPT负荷取决于当前水质量流量通过高压给水泵；在能源效率方面，该涡轮机的最佳选择是在每台机组中始终以最高负载（57 0 kW）运行观察到的操作点。涡轮机能量功率损失而不是在最高涡轮负荷时最低；最低能量功率损失是在最大涡轮机功率的3 7%时获得的（2 10 kW时）。涡轮机能量分析的两个方程任何蒸汽系统部件的能量分析由热力学第一定律定义与能量守恒有关。质量和能量平衡，用于稳态标准体积忽略势能和动能，能源效率可能不同形式取决于系统（或系统）的类型如参考文献1】张英.严寒地区输送带输煤系统防冻黏喷雾技术研究J.煤炭科学技术,2 0 18,4 6(1)：2 3 8-2 4 4.2】李东阳.防冻液应用于带式输送机防冻粘的设计与研究J.煤炭技术,2 0 0 8,3 7(11):2 8 0-2 8 2.3安达.煤冻粘特性及带式输送机改向滚筒煤冻粘防治研究D.沈阳：果能量分析仅针对一个组件）。1.1MFPT能效和能耗损失主给水泵汽轮机（MFPT）直接连接到使用的主给水泵，用于增加水压并使其返回蒸汽发电机。泵的最大容量17 5m/h，输送高度为8 18 m，汽轮机最大功率为57 0 kW。通过MFPT的蒸汽质量流量，是与蒸汽比烩和蒸汽一起呈现涡轮入口和出口处的比熵。一个重要的和主给水的测量运行参数泵,用于计算MFPT开发功率，即泵水体积流量。参数hi是特定于蒸汽的汽轮机人口处的烩，hz为在真实（多变)膨胀后的涡轮机出口处的蒸汽比，以及蒸汽涡轮入口处的比s1，是由汽轮机测得的蒸汽压力和温度，小湾汽轮机出口处的蒸汽比恰（h2)计算所得，MFPT开发功率和通过汽轮机的蒸汽质量流量。涡轮机出口处的蒸汽比熵s2为根据汽轮机出口处的蒸汽比恰hz和涡轮机出口处的测量压力p2计算所得。等蒸汽膨胀后的比烩根据涡轮机出口P2和已知蒸汽比熵在涡轮机人口s.处计算。理想等熵膨胀假设蒸汽比熵无变化。本文中给出的完整涡轮机能量分析基于真实（多变）蒸汽的比较膨胀和理想（等熵)蒸汽膨胀。汽轮机人口处的蒸汽比hi，蒸汽涡轮等熵膨胀结束时的比恰和两个蒸汽比熵（在涡轮机人口s和出口s2)通过使用NISTREFPROP8.0计算软件来计算1.2MFPT开发功率变化的原理可使用3 种不同的方法改变开发功率（如果蒸汽人口压力和温度相同假设每个汽轮机的蒸汽出口压力相同操作点）：通过MFPT的蒸汽质量流量变化；蒸汽比恰值的变化汽轮机出口h2;方法1和方法2 的组合。在本文中，组合方法（方法3）为每个操作点选择，以显示MFPT能效和能量功率损失。涡轮机开发功率从50 kW上升至最大值57 0 kW，步长为2 0 kW。功辽宁工程技术大学，2 0 18.【4 赵奇.基于氯化钙水溶液的输送带低温防物料冻粘技术J.露天采矿技术,2 0 18(10)：6 9-7 1.5孙玉利.高寒地区矿山室外带式输送机冬季运行的实施对策J.露天采矿技术，2 0 12（4）：6 7-6 9.编辑张韵】2023No9(设备管理与维修润滑与睿封192编辑吴建卿率需要改变通过涡轮机的蒸汽质量流量。在每个操作点，汽轮机入口的蒸汽压力和温度以及蒸汽涡轮机出口处的压力保持与测量值相同，计算了汽轮机出口处的蒸汽烩hz对于每个涡轮机功率和质量流量。汽轮机出口处蒸汽恰的变化hz以及蒸汽质量流量的变化,会导致MFPT的变化能量效率和能量功率损失。2测量设备和测量上述分析MFPT测量结果，均来自现有安装在MFPT人口和出口上的测量设备以及主给水泵人口所用测量设备。所需操作的测量结果有MFPT人口和出口的参数以及水量主给水泵人口的流量，操作点表示LNG运输船蒸汽系统负载，MFPT负载直接与蒸汽系统负荷成比例；高压蒸汽系统负载表示较高的MFPT负载，反之亦然3能效和能耗损失比较在MFPT开发的功率变化期间，MFPT能源效率和能源的变化涡轮机产生的功率变化期间的功率损失，完整分析得出的结论是涡轮机开发功率的降低导致每个操作点的趋势相同。唯一的区别是操作点之间的涡轮机能量效率和损失的值。因此，无需在MFPT能源效率和每个观察到的损失操作点，但重要的是在至少几个涡轮机负载显示。运行点MFPT的能效变化：在开发的功率变化过程中，观察涡轮机负载，涡轮机开发功率的增加导致能源效率从最低提高到最高，MFPT能量持续增加。汽轮机出口处蒸汽比恰的降低hz在从50 kW至57 0 kW的功率变化期间：最低时在该操作点观察到50 kW的涡轮机功率，能源效率仅为10.6 3%；在最高涡轮机处获得涡轮机能量效率开发功率为57 0 kW，达到6 0.3 0%。能效变化为仅受蒸汽比恰变化的影响汽轮机产生功率原因的变化。通过汽轮机的蒸汽质量流量的变化计算，其中涡轮机功率为蒸汽质量流量的未知变量。多变膨胀后的蒸汽比恰hz在整个观察到的涡轮机功率范围内降低，因为涡轮功率的增加强度与通过涡轮MFPT负荷与船舶蒸汽成正比系统负载。MFPT能效在液化天然气运输船开采期间最大值仅占4 7.7 4%，这比可能的能效低12.56%。MFPT能效的变化也表明，汽轮机与大多数其他蒸汽系统一样，平衡组件将获得最高能效，在最高汽轮机（蒸汽系统)负荷下预计液化天然气运输船的大部分运营。对于每个观察到的操作点计算MFPT能量功率损失。涡轮机能量功率损失受通过汽轮机的蒸汽质量流量以及实际多变后的蒸汽比恰膨胀h2影响最大。对于每个工作点，等熵后蒸汽比恰蒸汽膨胀保持不变，因为恒定汽轮机人口的蒸汽压力和温度以及蒸汽涡轮出口处的压力。MFPT功率从50 kW升至57 0 kW，连续通过汽轮机的蒸汽质量流量从2 2 4 1.3 3 kg/h（50 k W 时）增加到4 50 2.4 5kg/h(570kW），而在相同的汽轮机负荷范围内，蒸汽比连续实际多方膨胀后的恰（hz）从3 3 3 5.8 9 kJ/kg（50 k W 时）降至2960.45kJ/kg（57 0 k W 时）。这两个变量的变化强度，定义了在每个观察到的涡轮机运行点的功率变化。MFPT能量功率损失的变化在涡轮机功率变化期间最低涡轮处功率为50 kW，能量功率损失最高达到4 2 0.55kW。涡轮机功率50 kW和2 10 kW，能量功率损失减少，因此在该涡轮机中蒸汽比恰降低多方膨胀h2对能量功率损失的影响大于涡轮。MFPT功率范围为2 10 4 9 0 kW能量功率损失增加，因此在该涡轮机运行时通过汽轮机的蒸汽质量流量增加对能量功率损失的影响大于多方膨胀后的蒸汽比恰h2。从4 9 0 kW的涡轮机功率到最大值汽轮机功率57 0 kW，在50 2 10 kW的涡轮机功率范围内，蒸汽质量流量的影响通过汽轮机和蒸汽比烩能量损失的多方膨胀h2是相同的。因此在该功率范围内，涡轮能量功率损失减小。LNG运输船开采期间，MFPT能量功率损失达350.35kW，而在该运行点的涡轮机最大能量效率比汽轮机（最大开发功率为57 0 kW）能量功率损失达3 7 5.2 7 kW。MF P T 能量功率损失与涡轮机能效或LNG运输船蒸汽系统负载，仅从MFPT能量功率损失的观点来看，涡轮机部分负载运行将是最佳的。另一方面，在该运行点的涡轮机能量功率损失最小值实现的涡轮机能效将低于开采率仅为3 8.9 7%。对所有MFPT操作点有效的结论是：应决定涡轮机运行在最小能量功率损失或最大能源效率，因为这两个目标都无法在同时用于该低功率涡轮机。大多数LNG运输船在最大蒸汽系统下运行，因此MFPT生产商的目标是实现最大能效4结论本文对MFPT能量的持续增加效率是由蒸汽的持续减少引起的发电期间涡轮机出口的比恰（h2)进行分析，事实上最高的能源效率将是在最高（最大)涡轮负荷下获得的数据。对所有观察到的涡轮机PT能量进行了数值分析，涡轮机开发功率的变化测量值在9 个不同的汽轮机运行中进行点和数值分析，分为3 部分随机选择的操作点。尽管如此，结论适用于整个涡轮机工作范围。涡轮机开发功率从50 kW增加至57 0 kW，步长为2 0 kW，涡轮机能效从最低到最高获得的操作点。在涡轮机开发期间，获得的能源效率显著提高。MFPT能量功率损失通过汽轮机和蒸汽比恰的质量流量在多方膨胀h2之后受蒸汽影响最大。两个变量定义了涡轮机能量损失的区域增加和减少。能源损失趋势的变化发生在2 10 kW和4 9 0 kW的涡轮机开发功率下。在开发时检测到最小涡轮机能量功率损失功率2 10 kW，同时最大涡轮机能量功率损失在最低涡轮机负载（50 kW）下获得，这对于整个蒸汽轮机操作范围是有效的。通过对MFPT的分析得出以下结论：作为其他蒸汽系统部件，低功率汽轮机的设计不能在能量功率损失最低，但设计为在最大能量效率（在涡轮机最大负荷）。由于大多数液化天然气运输船的运行预期在最高负载下，所有LNG船蒸汽系统的设计目标组件是以最高的速度获得最高的效率。参考文献1郭晶晶，王钢.国产6 6 0 MW超超临界机组高旁阀泄漏处理及其经济性分析J.清洗世界，2 0 18,3 4(3）：13-16,2 6.2黄静，李春水.节能降耗技术在超超临界6 6 0 MW机组中的应用J.商品与质量，2 0 18（10）：2 0 2.【3】高洪权.6 6 0 MW超超临界机组节能降耗措施J.今日制造与升级，2021(6):47-48.【4 曾.低加氧技术在6 6 0 MW超超临界机组的应用研究J.电力系统装备，2 0 19(2 3）：10 7-10 8.5丁修军，孔龙，谢祖超，等.6 6 0 MW超临界机组冷却塔节能减排技术改造及效果分析J.信息周刊，2 0 19（13）：12 6-12 7.