等效热降法中给水泵出口再热减温水对机组性能影响的再分析.pdf

第 5 2 卷 第 2 期 2 0 1 0年 4月 汽轮机技术 I URB I N E I EC HNOL O GY V0 1 5 2 No 2 Ap r 2 0 1 0 等效热降法中给水泵 出口再热减温水 对机组性能影响的再分析 杨海生 ， 石瑞平2 ( 1河北省 电力研 究院 石 家庄 0 5 0 0 2 1 ； 2石家庄信息工程职业学院 石 家庄 0 5 0 0 3 5 ) 摘要： 给水泵出口再热减温水对机组经济性的影响很大。对经济性的定量分析中， 采用较多的是等效热降的方法。 对等效热降中分析给水泵出口再热减温水影响定量分析的公式重新进行了推导， 并与经常使用的计算公式进行了 比较 ， 指出了常用计算公式中的错误。结合具体机组 ， 给出了给水泵出口再热减温水对经济性影响的算例。 关键词：给水泵出口； 再热； 减温水； 经济性； 影响； 分析 分类号： T K 2 2 4 文献标识码 ： A 文章编号i 1 0 0 1 - 5 8 8 4 ( 2 0 1 0 ) 0 2 - 0 1 4 1 - 0 3 Ne w An a l y s i s o n t h e I mp a c t o f F e e d w a t e r P u mp O u t l e t R e h e a t S p r a y o n O v e r a l l U n i t E f f i c i e n c y b y E q u i v ale n t P o w e r O u t p u t Me t h o d Y A N G H a i - s h e n g ， S H I R u i p i n g ( 1 H e b e i E l e c t r i c P o w e r R e s e a r c h I n s ti t u t e ， S h i j i a z h u a n g 0 5 0 0 2 1 ， C h i n a ； 2 S h i j i a z h u a n g I n f o r m a ti o n E n g i n e e r i n g V o c a t i o n a l C o l l e g e ， S h i i i a z h u a n g 0 5 0 0 3 5 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： T h e e q u i v a l e n t p o w e r o u t p u t m e t h o d w a s w i d e l y u s e d f o r a n a l y z i n g th e i m p a c t o f the r e h e a t s p r a y f r o m f e e d w a t e r p u mp o u t l e t o npow e r g e n e r a t i o n u n i t e ff i c i e n c y Th ef o r mu l a s u s e df o r the a n a l y z i n gw e re red e d u e e d a n d c o mp a r e dwi th the pop ula r l y u s e d f o rm ulas ，and t h e e r r o r 8 i n po p ula r f o rm ulas We re d e s c r i b e d An e x a mp l e Was g i v e ,f o r c alc ula t i o n o f the i mp a c t o f r e h e a t s p ray f r o m f e e d w a t e r p u mp o u tl e t Ke y wo r d s： f e e d wa t e r p u mp o u t l e t ；r e h e a t ；s p r a y；e ffi c i e n c y；i mp a ct；a n a l y s i s 0 前言 给水泵出口再热器减温水对机组的经济性影响很大， 一 般再热器喷水流量每增加锅炉额定负荷的 1 ， 则机组热经 济性约降低0 2 。 目前再热器减温水对经济性的定量分析中， 通常采用等 效热降的方法。采用等效热降计算方法计算时( 如文献 2 ， 3 ) ， 多数依据文献 1 中关于再热减温水定量分析的公式 进行计算， 以下简称为常用计算公式。 1 给水泵 出口再热减温水对经济性影 响的 常用计算公式 根据文献 1 ， 喷水系统示意图见图 1 。 图 1中， ( 1 ) 表示喷水由给水泵出口分流( 高加前) 。此 时再热器喷水份额 ， 由于不经过高加及其产生的汽流不 经过汽轮机的高压缸而少做功 ， 如下式l 日= 【 ( h a ) 一 0 】( k J k g )( 1 ) - =m 4 1 循环吸热量下降： 图 1 再热器喷水 系统不意 图 口= 【 ( ) 一 一a a a q ， 】 ( k J k g ) ( 2 ) 式中， ( h 。 一 ) 是 l k g 喷水由给水焓加热到再热冷段蒸汽焓 所 减少 的 吸 热 量； r ， 是 喷 水 份额 不流 经 高 加而 使循 环 吸 热 增加 的 部 分； d ， Q 是 高 加回 热抽汽 减 少， 使再 热器流量加大而增加的再热器吸热量部分。 收稿 日期 ： 2 0 0 8 1 1 1 3 作者简介： 杨海生( 1 9 7 4 一 ) ， 男， 河北井陉人， 工程硕士( 在读) ， 高级工程师， 英国工程技术( m T ) r , a z r 会员， 英国工程学会( E C U K ) 注册企 业工程师， 副主任工程师， 主要研究方向热力发电厂节能及经济性分析、 电厂汽轮机及系统调试、 蓄冷电力需求侧项目 评价等。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 4 2 汽轮机技术 第 5 2卷 再热器喷水引起装置经济性的相对降低： 卸 ： O 0 3 常用计算公式与新推导计算公式的比较 2 给水泵出 口再热减温水经济性定量分析 计算公式的再推导 根据等效热降法的概念， 对给水泵出口再热减温水的经 济性影响进行重新推导。 所分析系统同前。为分析方便， 将主汽流量分为两部 分 ， 即一部分等于再热减温水流量， 另一部分为其余剩余流 量。可表达为 ： Fo = FW +F 3 式中， 、 、 F r 分别表达主汽流量、 再热减温水流量及主汽 ( 除减温水外) 剩余流量部分。 2 1 系统的吸热量变化 对于未投入再热减温水系统， 总吸热量为： Q l= ( 7 h +a o r ) = ( + ) ( h oh + o r ) ( 4 ) 投入再热减温水系统， 总吸热量为： Q 2=F y ( h oh +O t )+ ( h 一h ) ( 5 ) 式( 4 ) 式( 5 ) 即喷水前后系统总体吸热量 的变化， 表 示为单位流量的吸热量后， 如下式： ,a Q： ( h 0一h + )一( h 一J l ) = ( h 0一h +O t x r O )一( h d+ 一 ) = ( h 0一h h +矗 P 1 )一17 ( 1一o t ) ( 6 ) 式中， h z , 、 、 分别表示再热冷段焓值、 再热热冷焓值、 再热蒸汽流量份额及再热段吸热量变化； 表示最终给 水焓值及喷水焓值。其它符号含义同前。 喷水 自给水泵 出 口 ( 或抽 头)时， 存 在 h 一 = ， 则 式 ( 6 ) 可 转化 为： r m+l Q= ( 。 一 h 一,r r ) 一 o - ( 1 一 ) 】 ( 7 ) 2 2系统做功能力变化 对于未投入再热减温水的系统 ， 做功为： H =F o H = F +F ) t ( 8 式中， 日为主蒸汽的等效热降。 日计算采用下式： 日=( + 一 ) 一 一H 对于投入再热减温水的系统， 做功为： H 2=F H +F H t 9 式中， 以 为再热热段蒸汽的等效热降。 计算采用下式： l = ( 一 ) 一 0 一H 式( 8 )一式( 9 ) 即喷水前后系统总体做功能力的变化， 表示为单位流量的做功能力后， 如下式： A H= O lp s ( 。 h a ) 一 r ，刺 ( 1 0 ) 式 中， f ， 田 ? 仅表 示 再 热 冷 段 及以 后的 高加 吸 热而 对 应的 做功能力。 3 1 系统吸热量变化的比较 重新 推 导后 的式 ( 7 )与 式 ( 2 )比较， 式 ( 2 )中的 a r 一 ， 项 换 为了 式( 7 ) 中 的 ( 1 一 ) 。 物 理 意 义 上， ( 1一 ) 表示 l k g 喷水直接进入再热器( 吸热量为 ) 与未 喷水状态( 吸热量仅为 o ) 时比较， 在再热器中增加的吸热 量。 而 式( 2 ) 中 ， 项， 根 据文 献 1 ， 表 示由 于 高 加回热抽汽减少 ， 使再热器流量加大而增加的再热器吸热量 部分。同时根据文献 1 ， A Q 物理意义仅代表纯能量出入 系统时， 由于排挤再热及以上段抽汽而导致的再热器中吸热 量的变化。而喷水减温水性质上属于带工质的出入再热器 系统的问题 ， 单位流量 l k g 在再热器中吸热量变化只能是 。 因此 ， 式( 2 ) 中对单位流量工质再热器中吸热量增加部分， 采 用代表纯能量出入系统时的 一 表达是错误的， 而式 ( 7 ) 中的 ( 1 一 ) 项能够正确表达再热喷水后单位流量工质再 热器中吸热量增加部分。 3 2 系统做功能力变化的比较 再热器喷水份额 ， 由于不经过高加及其产生的汽流 不经过汽轮机的高压缸而少做功。单位流量 l k g 在汽轮机 部分减少的做功能力应该为主蒸汽做功能力与再热热段蒸 汽做 功 能 力 之 差， 根 据 本 文 推 导 出 的 式 ( 1 0)应 为： ( h a ) 一r 】 。 而在 式 (1 )中，单 位 流 量 减 少 的 做 功 能 力 为 = ； 【 ( ) 一r ， ? 】 ， r ， 叼 ? 表示喷水份额不流经高 加 而 使 系 统 做 功 增 加 的 部 分。 但根 据 文 献 1 ， ， 。 项 仅适用于纯热量进出系统时对新蒸汽等效热降的影响。而 再热减温水喷水取自给水泵出口( 高加入 口时) ， 与系统吸热 量变化分析过程类似， 属于带工质的出入系统问题， 因此， 用 来表示喷水份额不流经高加而使系统做功增加部 r ； 分是错误的。 当系统中存在压力低于再热冷段供汽的高加时， 式( 1 0 ) 的计算结果与式( 1 ) 的结果将存在差异。 3 3 比较结论 基于等效热降法概念推导出的新计算公式， 推导过程明 晰， 具有明确的物理意义； 而文献 1 中提供的常用计算公式 中， 部分组成项违反了等效热降法基本概念 ， 计算公式理论 上不能成立。 3 4 计算实例 某 6 0 0 M W 亚临界空冷机组， 采用三台高加、 一台除氧 器、 三台低加的热力系统， 其中 1号高加由高压缸抽汽供汽， 2号高加由再热冷段供汽， 3号高加由中压缸抽汽供汽。其 设计工况参数如表 1 所列。 考虑再热减温水由抽汽压力最低的3号高加进 口( 或给 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第2 期 杨海生等： 等效热降法中给水泵出口再热减温水对机组性能影响的再分析 1 4 3 水泵出口) 提供 ， 喷水份额为主汽流量1 ， 按照文献 1 中常 用公式及本文中基于等效热降法概念的新推导公式进行计 算 ， 结果比较如表 2所列。 从计算结果来看， 新推导公式的计算结果高于常用计算 公式。说明用常用计算公式计算出的结果偏低。 表 1 6 0 0 MW亚临界机组主要设计参数 4 结论 ( 1 ) 对再热减温水取自给水泵出口( 或抽头) 运行工况 ， 采用等效热降概念及方法对减温水影响机组经济性定量分 析的公式重新进行了推导， 并与经常使用的计算公式进行了 比较， 指出了文献 1 中常用计算公式中的错误。 ( 2 ) 以某一 6 0 0 MW亚临界机组为例， 采用新推导出的公 式及常用计算公式计算了再热减温水对经济性的影响。结 果表明， 当再热减温水取 自给水泵出口( 或抽头) 时， 采用常 用计算公式计算出的结果偏小。 参 考 文 献 1 林万超火电厂热系统节能理论 M 西安： 西安交通大学出 版社 ， 1 9 9 4 2 李晓华 再热器事故喷水减温对机组运行的影响 J 山东电 力技术 ， 2 0 0 2 ， ( 1 )： 5 3 5 4 3 李勤道用等效热降法分析喷水减温对电厂经济性的影响 J 发电设备， 1 9 9 7 ， 1 1 ( 1 ) ： 1 5 ( 上接第 9 8页 ) 时对轮结构上最大总应变大于0 0 0 8 1 9 1 。轮上高应力 区明 显变大， 塑性区域有较大的扩展。 4 5 计算结果比较 图 l 2是短路工况下 ， 线弹性和弹塑性程序计算得到的 最大等效应力比较。图中横坐标为转轴键槽右棱边上轴向 坐标， 坐标零点取图 1 O中转轴的右端面。当 坐标小于 1 5 0 ra m时， 两种计算程序得到的等效应力很接近。当Z - 大于 1 5 0 ram时， 线弹性程序计算出的等效应力值逐渐高于弹塑性 计算应力值。在键槽小端处， 即当 为 3 0 0 m m时， 两种程序 计算结果差别最大。这是因为右棱边上靠近键槽小端处的 区域已进入较高塑性区， 应力 一应变曲线发生改变， 而线弹 性程序仍按应力 一应变本构关系参与计算， 得出的等效应力 不是实际值。可见， 采用弹塑性程序计算能反映材料的实际 应力状态。 从材料机械性能可知 ， 当结构局部等效应力达到 图1 2 短路工况轴上最大等效应力计算值比较 屈服极限后， 并没有到达强度极限， 结构材料仍有一定的强 度余量。此时， 在次同步振动载荷下， 经一定次数的交变受 力作用， 将导致结构疲劳裂纹发生。此外， 虽然发生短路工 况的时间短暂， 结构受到瞬态高应力冲击， 也是导致结构产 生裂纹损坏的原因之一。 5 结论 计算工况下弹塑性程序计算表明， 转轴最大等效应力出 现在键槽底部凹槽与键槽右棱边相接处。对轮最大等效应 力均出现在凹槽顶部。弹塑性与线弹性程序计算结果一致。 次同步振动发生后， 轴上键槽底部凹槽与键槽右棱边相 接处、 轮上键槽凹槽顶部均出现了塑性区。最大等效应力缓 慢升高， 塑性变形区域逐渐增大。结构体上裂纹是由多次交 变动载荷作用及积累产生， 次同步振动、 短路冲击载荷是导 致结构发生裂纹的重要因素。 在过盈 、 额定等计算工况下， 轮、 轴上的最大等效应力先 后达屈服限， 威胁到结构的运行安全， 说明结构强度储备不 足， 应适当调整结构设计参数及严格避免发生短路工况。 参 考 文 献 1 杜兆刚， 张艳春， 田明泉 某发电机前连轴器与轴连接结构应力 的有限元分析 J 汽轮机技术， 2 0 0 9 ， 5 1 ( 3 ) ： 1 7 1 1 7 4 2 易日 使用 A N S Y S 6 1 进行结构力学 M 北京： 北京大学 出版社 ， 2 0 0 2 3 A N S YS帮助文件 ， 3 8 4 2 U s i n g F K N a n d - T O L N 4 A N S Y S 帮助文件， E l e m e n t L i b r a r y S o l i d 1 8 5 Ele m e n t O e r i p t i o n _ 鲁 R遐揆妒 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m