除氧器和给水泵汽轮机汽源与汽轮机抽汽口的协同优化.pdf

第 4 1 卷第 3期 2 0 1 4年 5月 华北 电 力 大 学 学 报 J o u r n a l o f No a h Ch i n a El e c t r i c P o we r U n i v e r s i t y Vo 1 41 No 3 M a y， 2 01 4 d o i ：1 0 3 9 6 9 j I S S N 1 0 0 7 2 6 9 1 2 0 1 4 0 3 1 5 除氧器和给水泵汽轮机汽源与 汽轮机抽汽口的协同优化 付 文锋 ，李 飞 ，王蓝婧 ( 1 华北电力大学电站设 备状 态监测与控制教育部重点实验室 ，河北 保 定 0 7 1 0 0 3 ； 2 华北 电力 大学 控制与计算机工程学 院，河北 保定 0 7 1 0 0 3 ) 摘要 ：回热 系统是全厂热 力系统的核 心 ，它对机 组和电厂的热经济性起着决定性 的作 用。优化 回热 系统是提 高火电机组热经济性 的重要手段之 一。 以汽轮 机通 流级 结构 为基 础 ，通 过级数 组合 寻优 的方 式建 立 了除氧 器、小机汽 源和汽轮机抽 汽口协 同优化模 型。以某 6 0 0 M W 汽轮机组 为例 ，验证 了该模型 的准确性 ；计 算分 析 了除氧 器和 小汽轮机 汽源对机 组热经济性的影响 ，得到 了除氧 器和 小机汽 源在 不同位 置组合 下的 多种 回热 系统优化方案 。结果表 明，当未对 汽轮机抽 汽 口优化 时 ，仅优 化除氧器和小机汽 源，可使机 组标准煤耗 率降 低 约0 7 8 0 6 9 g k W h ； 当对除氧 器、小机 汽 源和 汽轮 机抽 汽 口协 同优 化 时 ，可使机 组 标 准煤耗 率 降低 约 0 9 3 3 4 2 s k W h 。 该方法对 回热 系统优化设计具有 一定参考价值 。 关 键 词 ：回 热 系 统 ； 协 同优 化 ； 除 氧 器 ；小机 中图分 类号 ：T K 2 8 4 1 文献标识码 ：A 文章编 号 ：1 0 0 7 2 6 9 1 ( 2 0 1 4 )O 3 0 0 9 4 0 7 Co o p e r a t i v e o p t i mi z a t i o n o n t ur b i n e e x t r a c t i o n p o r t a n d s o u r c e s o f d e a e r a t o r a n d f e e d p u mp t u r b i n e F U We n f e n g ，L I F e i ，WANG L a n j i n g ( 1 Mi n i s t r y o f Ed u c a t i o n K e y L a b o r a t o ry o f C o n d i t i o n Mo n i t o r i n g a n d C o n t r o l f o r P o w e r P l a n t Eq u i p me n t ， No r t h Chi n a El e c t r i c Po we r Un i v e r s i t y，Ba o di n g 0 71 0 03，Ch i na； 2 S c h o o l o f Co n t r o l a n d C o mp u t e r En g i n e e r i n g，No rt h C h i n a E l e c t r i c P o we r U n i v e r s i t y，B a o d i n g 0 7 1 0 0 3，C h i n a ) Abs t r a c t：Re g e n e r a t i v e h e a t i n g s y s t e m i s t he c o r e o f t h e who l e pl a n t t h e r mo d y na mi c s y s t e m，a nd i t p l a ys a d e c i s i v e r o l e f o r t h e t h e r ma l e c o no my o f t he u ni t a nd pl a nt S o i t S a n i mpo rta n t me t h o d t o i mp r o v e t h e e c o n o my o f t he r ma l po we r un i t b y o pt i mi z i ng t he s t r uc t u r e o f r e g e ne r a t i v e h e a t i n g s y s t e mA c o l l a bo r a t i v e o p t i mi z a t i o n mod e l a b o ut de a e r a t o r ，f e e d pu mp t ur b i ne a n d t u r bi ne e xt r a c t i o n p o r t i s e s t a bl i s h e d，ba s e d o n t he flo w s t a g e s s t r uc t ur e o f s t e a m t ur b i n e， b y wh i c h t he b e s t c o n ne c t i o n mo d e o f t he op t i mu m e x t r a c t i o n o pe n i ng，d e a e r a t o r a n d f e e d p ump t u r b i n e i s d e t e r mi ne d Th e a c c u r a c y o f t he mo d e l i s v a l i d a t e d b y t a k i n g a 60 0 MW s t e a m t ur b i n e for e x a mp l e Th e i nf l u e n c e s o f d e a e r a t o r a n d f e e d p u mp t u r b i n e o n t he u ni t t h e r ma l e c o n o my a r e c o mp u t a t i o na l a n a l y z e d，a nd a v a r i e t y o f r e g e n e r a t i v e s ys t e m o p t i mi z a t i o n pr o g r a ms ha s b e e n o b t a i n e d a b o u t t he l o c a t i o ns o f de a e r a t o r a nd f e e d p u mp t ur b i ne u nd e r d i f f e r e n t l o c a t i o n c o m b i na t i o ns Th e r e s ul t s s h o w t h a t wh e n de a e r a t o r a n d f e e d p ump t u r bi ne a r e o p t i mi z e d o n l y，t h e s t a n d a r d c o a l c o ns u mp t i o n r a t e c a n b e d e c r e a s e d 0 7 8 0 6 9 g k Wh；t h e un i t s t a n d a r d c o a l c o n s u mp t i o n r a t e d e c r e a s e d 0 9 3 3 4 2 s k Wh whe n d e a e r a t o r ，f e e d pu mp t u r b i n e a nd t he s t e a m e x t r a c t i o n o pe ni ng s a r e o p t i mi z e d c o l l a b o r a t i v el y Th i s me t ho d h a s c e r t a i n r e f e r e n c e v a l ue for o p t i mi z i n g a nd d es i g ni n g t h e r e g e n e r a t i v e h e a t i n g s y s t e m Ke y wo r ds：r e g e n e r a t i v e h e a t i n g s y s t e m ；c o l l a b o r a t i ve o pt i mi z a t i o n；de a e r a t o r；f e e d p ump t u r bi n e 收稿 日期 ：2 0 1 3 0 7 3 0 基金 项 目： 中 央 高 校 基 本 科 研 业 务 费 专 项 资 金 资 助 项 目 ( 2 0 1 4 MS 1 0 9 ) 0 引 言 火 电厂 回热 系统 在 提 高 机 组 热 效 率 、 降低 煤 第 3期 付文锋 ， 等 ： 除氧器和给水泵汽轮机汽源 与汽轮机抽 汽 E l 的协同优化 9 5 耗方面起着极为重要 的作用 ， 合理优化 回热系 统参 数 ， 使 设 备 之 间 达 到 最 佳 配 合 是 有 效 提 高 机 组 经济性 的关 键 。除氧 器 和凝 汽 式 汽 动 给水 泵 汽 轮机 ( 以下称 小机 ) 在大 型水冷 机 组 的能 耗分 布 中 占有 特 殊地 位 ， 优 化 选 择 除 氧 器 和 小 机 的 汽 源对降低机 组能耗 、 进一步挖掘机组 的节 能潜力 具有 重要 意义 。 进行回热 系统优化 的关键 ， 在于恰 当选取 汽 轮机 的抽 汽 V I 。许 多 学 者 通 过 大 量 的 研 究 ， 提 出了多种选择抽汽 口的方法。如 国外学者提 出的 “ 焓降分配 法” 、 “ 平均 分配 法 ” 、 “ 几 何级 数 法” 等 ， 这 些 方 法 以对 多元 函 数 求 导 、 求 极 值 为 基 础 ， 通过 简化循 环推 导 计算 通 式 ， 为 之 后 的研 究 工 作提 供 了理 论 指 导 。 国 内 学 者 在 此 基 础 之 上 ， 加 以考 虑实 际 系统 中的多 种具 体 因素 ， 结 合 “ 循 环 函 数” 或“ 等效焓 降” 等方法 ” ， 对热力系统进行 优 化 ， 取得 了一定 的成果 。 然 而 ， 以往 的 设 计 方 法 大 多 忽 略 了汽 轮 机 本 体 结构 的影 响 ， 仅 以各 加 热 器 之 间 的最 佳 焓 升 分 配 为基础 来 确 定 汽 轮 机 的抽 汽 口位 置 。 而 实 际 上 ， 由于汽轮机本体分级的限制 ， 抽汽参数不能在 连续 区间 内选 取 ， 同时 汽 轮 机 通 流 设 计 又 难 以 在 保证级效率的基础上兼顾抽汽 口参数。这就造成 了理论 上 求 得 的 最 优 抽 汽 位 置 难 以在 工 程 上 实 现 ， 一般 只能 在 附近找 一个 可 能 的 抽汽 口 ， 从 而 破 坏 了最优 方 案 的 实施 。此 外 ， 以往 的方 法 在 优 化 加热 器焓 升 分 配 时 ， 并 未 考 虑 到 系 统 中 除 氧 器 和小机设备本身 的特殊性及其汽源 的选择 ， 使优 化方案存在一定局限性。 本 文考 虑 汽 轮 机本 体 分 级 的 限 制 ， 通 过 级 数 组 合 的方 式 建 立 离 散 化 回热 系统 优 化 模 型 ， 并 充 分 考虑 除 氧 器 和 小 机 对 机 组 热 经 济 性 的 耦 合 影 响 ， 寻求 设计 汽 轮机 与 回热 系 统 各设 备 之 间 的最 佳 联接 。 1 数学模型 1 1 回热 汽源 方案 的确 定 考 虑 除氧 器 和 小 机 对 回热 系统 优 化 的 影 响 ， 在 确定 回热 系统 的汽 源 方案 时 ， 首 先 ， 在 汽 轮机 上 选 择 一组抽 汽 口( 抽 汽 口数 即回热级 数 ) 作 为 各加 热器 和小机 的 汽 源 ； 其 次 ， 根 据选 取 的抽 汽 口 ， 通 过抽 汽 口 、 除 氧器和小 机 位 置 的协 同优 化 ， 寻 找最 佳 的 回热 汽 源方案 。 无论 是 回 热 加 热 器 还 是 小 机 ， 其 抽 汽 汽 源 只 能 取 自汽轮 机 中某 一 级 的级 后 位 置 。对 于 一 台热 力 级数 为 n ( n1 ) 的汽 轮 机 ， 除 末 级 后 不 能用 于 回热抽 汽外 ， 这 台 汽 轮机 理 论 上 最 多有 ( n一1 ) 个 抽 汽 口位 置 。假 设 回热 系 统 中 的 加 热 器 台 数 为 m， 那 么需要 在 ( n一1 ) 个可 能 位置 中 ， 选 择 m个 位 置用于回热抽 汽。若 以级数组合 的方 式选 取， 则 存在的汽轮机抽汽 口组合共有 c 种 。如果 m台 加热器中除一 台除氧器外 ， 其余 均为表面式加热 器 ， 且小机与其中某一 台加热器共汽源， 汽源选择 方 式共有 m c m 种 。 在此 模 型 中作 如 下定 义 ： ( 1 ) 汽轮机可选抽汽口位置以集合 表示 ， U = 1 ， 2 。 。 。 n一1 ) ， 其 中 i 表示 抽汽 V 1 位 于 汽轮 机第 i 级后。 ( 2 ) X= t i 【 1 ， c m ， 】 ) 表示汽轮机所有 可能的抽汽 口组合的集合 ， 其中， 某一种汽轮机抽 汽 口组合为X = f2 ， ， l J ) ， U， 1 ， c 。 。 表 示这 种 抽 汽 组合 下第 个 加 热 器 对应 的汽轮机 抽 汽位置 。 ( 3 ) 0 = 0 l 【 1 ， m l ， 0 X ) ， 表示对 应 于 的可选 除 氧器 汽源 位置集 合 。其 中 ， o ， 表 示选取 i 中的第 个位置作为除氧器汽源。 ( g ) P = l k【 1 m l ， P E X ) ， 表示对 应 于 的可选 小机 汽源 位置 集合 。其 中 ， P 表示 选取 中的第 k 个位置作为小机汽源。 ( 5 ) 机 组 所 有 回热 汽 源 方 案 的 集 合 表 示 为 Y= y I z 1 ， m c ： 一 ， 其中 Y =( X ， D ， P ) ， V Xl X， A D +Q ，=Qr ， N =D0 ( h 0+ 一 h 。 )一D T n o 一D ，即 构 成 机 组 的 一 种 回热 汽 源方 案 。 1 2循环 热效 率 的计算 当机组 处 于 热 力 学 状 态 稳 定 时 ， 循 环 热 效 率 取决 于 回热 系 统 的结 构 ， 并 且 是 一 一 对 应 的 。对 于不 同的 汽源 选 择 方 案 下 联 接 而 成 的 回热 系 统 ， 循 环热 效率 可应 用现 行 热力 系统 热 经济 性 状 态方 程求取 ， 依 据系 统结 构特 征 建 立 汽水 分 布 方程 ， 获 得系统各节点 流量 ； 再通过功率方程和 吸热量方 程获得机组循环热效率 ， 计算式如式( 1 )( 4 ) ： A D +Q =Q ( 1 ) N=D 0 ( h 0+o r h 。 )一D 一 D ： h i ( 2 ) 华 北 电 力 大 学 学 报 Q =D 0 ( h 0+ 一h f w )一D ；r 一D T 日 o r+Q l ( 3) 7 1 = ( 4) V 式 中 ： A为 回热 系统结 构矩 阵 ； D 为 回热抽 汽 流量 矩 阵 ； Q 为 辅助 汽水 能 流矩 阵 ； Q 为 给水 能 流矩 阵 ； N为汽轮 机作 功量 ； D 。 为 主蒸 汽流量 ； h 。 为主 蒸 汽焓 ； 为再 热 器 焓 升 ； h 为 排 汽 焓 ； D O - 为 抽 汽作 功不 足量 ； D 为辅汽 作 功不 足 量 ； Q为 机 组 吸热量 ； h 为 给水 焓 ； D 为 再 热前 抽 汽 吸 热 不足 量 ， D T o r 为再 热前 辅汽 吸热 不 足量 ， Q 为 其 他汽 水 流 ( 排 污 、 漏 汽 、 减 温 水 等 ) 引 起 的 吸 热 量。各符号的构成规则详见文献 2 0 。 当抽汽口变动引起各级间流量 、 压力、 比焓变 化时 ， 应用弗 留格尔公式结合 “ 倒序迭代 ” 法 ， 通 过 流量 校 核 最 终 确 定 抽 汽 口变 动 后 的 热 力 参 数 。 1 3 建 立 目标 函数 在建立 模 型时作 如 下假设 ： ( 1 ) 以少开汽 轮机抽 汽 口、 保 障级效率 为原 则 ， 限定 高 、 中压缸末 级后 为必 选 抽汽位 置 。 ( 2 ) 保 证锅 炉 给水温 度恒 定 ， 限定 系统 中第 一 台加 热器 的抽 汽位 置不 变 。 以函数 ， ( Y )表 示某 种 汽 源 联 接 方 案 与 循 环 热效 率 吼 之 间 的对应 关 系 ， 即 吼 ： )。在 所 有 的方案 l ， 中 ， 必然 有一 种热 经 济 性 最佳 方 案 ， 它 对应 的机组循 环热 效 率 为最 大 值 。 以循 环热 效 率 叼 为 寻 优 目标 ， 机组 最佳 回热 汽 源 方 案 的 目标 函 数 为 M a x ， ( y j ) s t Xi= l， ， ， m ) ， H n =G， 戈 =0 ， =P ， ， ， k 式 中 ： ， 。 为高 、 中压 缸末级 级序 号 ； G为 给水 温 度对应下的第一台加热器抽汽位置； ， k为除氧器 和小机 对应 的抽 汽位 置序 号 。 该 方案 与 热 力 系 统 拓 扑 结 构 一 一 对 应 ， 便 于 考 虑 系统 中的各 种 因素 对 方 案 的影 响 。如 除 氧器 和小机与其他加热 器间的相对 位置、 加热器 间的 疏水联接方式、 泵功等。同时 ， 由于方案 中各设备 汽源都是直接从 汽轮机级后 位置选取 ， 从 而避 免 了传统方法所确定的抽汽 口与汽轮机结构不匹配 的情况 。 1 4 计算 流程 对于实际机组 ， n ， m均为确定值 ， 约束条件也 可按不同设计需求进行调整 ， 本模型采用“ 回溯算 法 ” 编 程实 现 ， 其 程序 流程 图如 图 1所示 。 图 1 优 化 方 案 选 取 流 程 图 F i g 1 Fl o w c ha r t o f t he o pt i mu m s c he me s e l e c t i o n 2 模 型准确性验证 以某 6 0 0 M W 超 I临界 汽 轮 机 组 为 例 ， 原 设 计 回热系统形 式如下 ： 8级 回热加热器 采用“ 3高 4 低 1除氧” 布置 ， 除氧器和小机汽源共用第 4号抽 汽 ， 高 、 低 压加 热 器 均 为 表 面 式 加 热 器 ， 疏 水 方 式 为逐 级 自流式 。汽 轮机 通 流 级数 及 与 各 加热 器 对 应 的抽汽 位置 见表 1 和 表 2 。 表 1 汽轮 机 通 流 级 数 Ta b1 F l o w s t a g e s n u mb e r o f t h e s t e a m t u r bi ne 热 力级 2 3级 结 构 级 2 8级 高压缸 1 个 调节级 +l O个压力级( 对应 热力级数 1 1 1 ) 中压缸 7个压力级 ( 对应热力级数 1 21 8 ) 低压缸 2 5个压力级 ( 对应热力级数 l 9 2 3 ) ， ， 、 f J 、 ， 5 ， 第 3期 付文锋 ， 等 ： 除氧器和给水泵汽轮机 汽源 与汽轮机抽汽 口的协同优化 9 7 表 2加 热 器 抽 汽 对 应 的 汽 轮 机 内位 置 Ta b 2 Bl e d s t ea m p o s i t i o n s c o r r e s po n d i n g t h e h e a t e r s 注 ： No 4对 应 除 氧 器 与 小 机 共 汽 源 。 在本 例 的 优 化 计 算 中 ， 机 组 热 力 参 数 采 用 T H A工况值 ； 加热器数量 、 选型与疏水联接型式不 变 ， 给水泵位于除氧器 出 口； 抽 汽管道压损、 加热 器端差、 给水泵泵功 、 小机效率均采用原设计值 ； 忽 略门杆 漏 汽气 、 轴 封 漏 汽 等 小 汽 水 流 量 系数 的 变化 。 设除 氧器 和小 机都 选 用 N o 4抽 汽 口作 为 汽 源位 置 ， 且 N o 1加 热 器 对 应 的 抽 汽 口为 第 8级 后 ， 在此 约束条 件 ( = k= 4 ， G=8 ) 下 ， 目标 函数为 M a x ) 1 I s 1 X 。 = ll ， 2 ， ， ) ， 1 1X ， 1 8X 订 = 8， 4 = D = P J ( 6 ) 经计算 ， 求得机组 的最佳抽 汽 口组合 = 8 ， 1 1 ， 1 5 ， 1 8 ， 1 9， 2 0 ， 2 1 ， 2 2 ) ，同 时 除 氧 器 和 小 机 汽 源位置 均对 应为 “ 1 8 ” 。这与 表 2中机 组原 设计 下 的抽汽 口组 合 及 除 氧 器 、 小 机 汽 源 位 置 完 全 一 致 ， 从而 验证 了该 模型 的准 确性 。 3 实例计算 3 1 汽轮 机原设 计抽 汽 口不变 为 得到 除氧器 和 小机 位 置 变动 对 机 组循 环 热 效 率 的影 响 规律 ， 仍取 2节 中 的机 组 为计 算 案 例 ， 保 持 汽轮机 原 设 计 抽 汽 口位 置 组 合 不 变 ， 仅 改 变 除氧器 和小 机 的汽源选 择 ， 目标 函数 为 Ma x f= Y t ) ， “ I s t X = 8 ， 1 1 ， 1 5 ， 1 8 ， 1 9 ， 2 0 ， 2 1 ， 2 2 ) ， 7 0 P X。 ， ，k E 1 ， 8 J 计算 得 出除氧 器和 小机 汽 源 变 化对 循 环 热效 率 的影 响 ， 如 图 2所 示 。图 2中虚 线 处 对 应 机 组 原设计 下 的循 环 热 效 率 ， 除 氧 器 和 小 机 各 有 8个 变换位置 ， 从循环热效率的变化趋势中可以看到： 原设 计下 的 除氧器 和小 机 汽源 位 置 并不 是 热 经济 性 最佳位 置 。当 除氧 器 选 用 更 高 压 侧 汽 源 ( 即 除 氧器 位置 前移 ， 与某 一 台高 压加 热 器 换位 ) 和小 机 选用 更低 压侧 汽源 时 ， 机 组 可 以获 得 更 高热 效 率 。 所 以 ， 机组 原 设 计 下 的 回热 系统 仅 是 限 定 除 氧 器 和小机都采用 N O 4汽源位置时的最佳方案 ； 通过 优化 调整 除氧 器 和小机 的 汽源 位 置 ， 打破 “ 三高 四 低 ， 除 氧 器 与小 机 共 汽 源 ” 的传 统 模 式 ， 机 组 还 有 进一 步提 高热 效率 的潜 力 。 褥 较 薛 ( 8 ) ( 1 1 )( 1 5 ) ( 1 8 ) ( 1 9 ) ( 2 0 ) ( 2 1 )( 2 2 ) 除氧器位置序号( 汽源位置 小机抽汽序号 一N o 1 ( 8 ) 一 2 ( 1 1 )一 一 N o 3 ( 1 5 ) 一 1 8 1 ( 汽源位 置) ： 一 N o5 ( 1 9 )一 一N o6 ( 2 0 ) 一 N o7 ( 2 1 ) 一 N o8 ( 2 2 ) 图 2 除 氧 器和 小机 位 置 分 布 与循 环 热 效 率 关 系 F i g 2 Re l a t i o n s h i p be t we e n t he c y c l e t he r ma l e f f i c i e nc y a n d t h e r e l a t i v e p o s i t i o n o f de a e r a t o r a n d f e e d p u mp t u r bi n e 计算 过程 中 仅 考 虑 了机 组 的热 经 济 性 ， 而 未 考虑安全等 因素 ， 故还应 对 小机汽 源进行 校核。 在本 例 中 ， 当小机 汽源 取 自高 压缸 时 ， 排 汽 湿 度达 1 4 l 6 ， 影 响 叶 片 的安 全 性 ； 取 自低 压 缸 2 1 和 2 2级 后 时 ， 汽 源本 身 为湿 蒸 汽 ， 且压 力 过低 ， 将 导 致小 机末 级 叶片 过 长 ， 降 低 了高 转 速 下 的安 全 裕度。因此 ， 上述小机汽源位置需筛除。 除 氧器位 于 N O 1一 N O 4 ， 小机 采 用 N O 3 N O 6抽汽时， 共有 1 4种方案结果优于原设计值， 如 表 3所 示 。 当 除氧 器 位 于 N O 2 ( 汽 源 位 置 O = 1 1 ) 、 小 机采 用 N O 6抽 汽 ( 汽源 位 置 P = 2 0) 时 ， 循 环热 效率 为最 大值 ， 此 时 ， 除氧 器 和 小机 的位 置 最佳 。 3 2 抽 汽 口、 除 氧器和 小机 协 同优化 最 佳 抽 汽 口位 置 受 除 氧 器 和 小 机 汽 源 的 影 响 ， 当两 者之一 的汽源 发 生变 化 时 ， 最 佳 抽 汽 口位 置可 能发 生 变 化 ， 因此 ， 通 过 除 氧 器 、 小 机 和 抽 汽 口协 同优化重新确定。由式 ( 5 ) 得 目标 函数为 Ma x- q n=八y 2 ) I s t X i = 1 ， ， ， 8 ) ， 1 1 X i ， 1 8 X i ( ) 1 = 8， = o 。 ， =P ， l 1 P 21 J 撇栅瓤 似搦抛捌伽 懦 9 8 华 北 电 力 大 学 学 报 表 3 原抽汽 口位置下 除氧器和小机 汽源优化 方案 Ta b 3 Opt i mi z a t i o n s c he me f o r d i f f e r e n t s t e a m s o u r c e s o f de a e r a t o r a nd f e e d pu mp t u r b i ne wi t h o r i g i na l bl e e d i ng p o i nt s 注 ： 取锅炉效率为 0 9 3 ， 管道效率、 机械效率、 发电机效率均为 0 9 9 由式 ( 8 ) 得到使机组热 经济性 提高 的除氧 器 和 小 机 位 置分 布 ， 如 图 3所 示 。 除 氧 器 、 小 机 位 置 和汽 轮 机 抽 汽 口协 同优 化 后 的 方 案 ， 如 表 4所 示 。 由 图 3、 表 4及 表 3可 知 ： 对 于 任 意 一 组 抽 汽 口 ， 除 氧器 和 小 机 都 有 与 之 对 应 的最 佳 位 置 ； 反之亦然。除氧器和小机位 置对最 佳抽 汽 口的 确 定 具 有 重 要 影 响 ， 因此 ， 对 各 加 热 器 汽 源 优 化 时 ， 有 必 要 将 除 氧 器 和 小 机 位 置 的 优 化 考 虑 在 内。 当 抽 汽 口 维 持 原 设 计 不 变 ， 仅 靠 优 化 除 氧 器和小机汽 源 ， 最 高 可使机 组标 准 煤耗 率 降低 约 0 7 8 0 6 9 g k W h 。 由表 4知 ： 当 通 过 除 氧 器 、 小 机 汽 源 与 汽 轮 机 抽 汽 口协 同 优 化 时 ， 方 案 1 ， 2， 3 ， 6所 确 定 抽 汽 13与 原 设 计 不 同 。 当 o 。 ： = 1 1 ， P i 3=2 0， X = 8， 1 1 ， 1 6 ， 1 8 ， 1 9， 2 0， 2 1 ， 2 2 时 ， 最 高 可 使 机 组 标 准 煤 耗 率 降 低 约 0 9 3 3 4 2 g k W h ， 比抽 汽 口不 变 时 的 节 能 效 果 更 显 著 。 表 4除氧器 、 小机位置和汽轮机抽汽 口协 同优化方案 Ta b 4 Co l l a b or a t i v e o p t i mi z a t i o n s c h e me f o r b l e e di ng p o i nt s a n d s t e a m s o u r c e s o f d ea e r a t o r a nd f e e d pu mp t ur b i ne 第 3期 付文锋 ， 等： 除氧器和给水泵汽轮机汽源与汽轮机抽汽 口的协 同优化 孚 妪 蹲 c 靛 翼 褂 较 姆 0 3 5 0 3 O 0 2 5 0 2 0 0 1 5 0 1 0 0 0 5 0 0 O N 2 No 3 除氧器位 置序 号 小机抽汽序号：IN o 37 f N o 4目 5圆 6 图 3 使循环热效率提 高的除氧器和小机位置分布 图 Fi g 3 Pl a c e me n t o f de a e r a t o r a nd f e e d p ump t u r bi n e S U p e r i o r t o o r i g i na l t he r ma l e f f i ci e n c y 4 结果分析 除 氧器 和小机 在 回热 系统 中有其 特 殊 性 。除 氧 器作 为一 台无端 差 的 混合 式 加 热器 ， 分 隔 了高 、 低压加热器的疏水 ， 影响着疏水放热量 的利用能 级 ； 小机降低 了单位蒸汽在 主汽轮机 内的做功能 力 ， 同时又 以泵功 的形 式加 热 了锅 炉 给水 ， 故 小 机 可被视为特殊 的回热设备。由式 ( 1 ) 可知 ： 除氧 器 、 小机 与机 组循 环热 效 率之 问 的依 变 关 系 ， 除 了 受 不 同汽源 位 置 下 蒸 汽 的热 力 参 数 影 响 外 ， 两 设 备 在系 统 中 的排 列 位 置 ， 以及 与各 加 热 器 之 间 的 耦合关系 ， 都对 机组循 环热效 率产生 重要作 用。 因此 ， 通过除氧器、 小机汽源 与抽汽 口协 同优 化 ， 可 增加 回热 系统 的降耗 效应 。 通过 3节 的计 算 结 果 可知 ： 除 氧器 适 当 采 用 更 高压侧 汽 源 ( 位 置前 移 ) ， 小 机 采 用 更 低 压 侧 汽 源 ( 位置后移 ) ， 机组可获得更高热效率 。其原因 如下 ： 除氧器作为混合式加热器 ， 换热性能优 于其 它 表 面式 加 热 器 。 当选 用 高 压 侧 汽 源 时 ， 有 利 于 减少高压抽 汽； 同时 ， 由于 给水泵 与除氧器相连 ， 泵 功返 还给 水 的热 量 也 随 之进 入 更 高 的 能 级 ， 有 利于减少高压抽汽。这些 因素都会带来机组热效 率 的提高。但是 ， 除氧器前移也会对机组热效率 带来不利影 响， 由于除氧器分隔了疏水热量 的利 用 ， 会引起除氧器低压侧 的加 热器抽 汽增 多。当 这一不利因素的影 响程度 大于有利 因素时 ， 机组 热效率反而下降。如除氧器位于 N O 2时最佳 ， 当 位于 N O 1时 ， 没 有 疏 水 进入 N O 2加 热 器 ， 使 得 这两 台加 热器 的抽 汽大 幅 增 多 ， 机组 热 效 率 下 降 。 小机的作用在于提供 给水泵泵功 ， 选 用低 压侧汽 源更符合能量梯级利用 的原则， 有利 于减少冷 源 损失 ， 所 以小机应 适 当选用 低 压汽 源 。 在计算 中， 假设 小机效率为原设计值不 变会 给机组热效率值 的计算带来一定误差 ( 计算 中表 明： 小 机 效 率 变 化 1 ， 热 效 率 相 对 变 化 约 0 0 4 ) 。事实 上 ， 当小 机 汽 源 变 动 后 ， 需 依 据新 汽源重 新 设 计 小 机 结 构 ， 其 效 率 会 随 之 改 变 。 当 需考虑小机效率变化对机组热效率 的影响时 ， 可 根据小机效率与机组循环热效率关系曲线进行修 正 。 以除氧 器位 于 N O 4时为例 ， 绘 制 了小机 效率 在 7 5 一8 5变化范围内与机组循环热效率 的 关 系 曲线 ， 如 图 4所示 。 较 瘴 姆 囊 暮 0 7 5 0 7 6 0 7 7 0 7 8 0 7 9 0 7 0 0 8 l 0 8 2 0 8 3 0 8 4 0 8 5 小机效率 小机汽源位置 ： +1 5+1 8- - 一 1 9 十2 O 图 4 小机 效 率与 机 组 循 环 热 效 率 关 系 曲 线 F i g 4 Re l a t i o ns hi p b e t we e n t h e t h e f e e d pu mp t u r b i n e e f fic i e nc y a n d t h e un i t t h e r ma l e f f i c i e n c y 基 于设 计 ， 较 低 的汽 源 压力 可增 大 进 汽容 积 ， 改 善小 机效 率 ； 反 之 ， 较 高 的汽 源 压力 会 降 低 小机 效 率 。所 以 ， 当小 机 汽源选 自 1 9或 2 0级后 时 ， 机组热经济性收益会 比小机效率取定值时进一步 增 加 。 5 结 论 ( I ) 本 文提 出的模 型具 有通 用 性 ， 适用 于多种 约束条 件下 的热 力 系 统 优 化 ， 同时 避 免 了所 得 优 化 方案 与 汽轮 机 不 匹 配 的 情 况 ， 为 回热 系统 优 化 设 计提 供 了新 的思路 。 ( 2 ) 通 过重新 设计 优化 除 氧器 和 小机 的汽源 ， 打破“ 三高四低 ， 除氧器与小机共汽源 ” 的传统模 式， 机组还有进一 步的节能潜力。在新 的回热 系 统设计中 ， 除氧器汽源适 当选用高压侧、 小机汽源 适 当选用低压侧可提高机组热经济性。 1 0 O 华 北 电 力 大 学 学 报 2 0 1 4正 ( 3 ) 当不 考虑 小机 效率 的变 化 时 ， 仅 优 化 除氧 器和 小 机 汽 源 ， 机 组 标 准 煤 耗 率 可 降 低 约 0 7 8 0 6 9 g k W h ； 若通 过 除 氧 器 、 小 机 汽 源 与 汽 轮 机抽 汽 口协 同优 化 ， 机 组 标 准 煤 耗 率 可 降低 约 0 9 3 3 4 2 g k W h o 考虑 到不 同小 机 汽 源 下 小 机效 率 的变 化 时 ， 可 通 过 小 机 效 率 与 机 组 循 环 热 效 率 关 系 曲线进 行修 正 。 参考文献 ： 1闫顺林 ，徐鸿 火 电机组热 力系统 的 自适应 汽水分 布状 态 方 程 J 中 国 电机 工 程 学 报 ，2 0 0 7 ，2 7 ( 8) ：5 45 8 2王慧杰 ，张春 发 ，宋之 平火电机组运 行参数 能耗 敏感 性 分 析 J 中 国 电机 工 程 学 报 ，2 0 0 8 ，2 8 ( 2 9)：61 0 3杨志平 ，武 宇 ，杨 勇平 1 0 0 0 MW 机 组热 力 系统 性能分析 与优 化 c 南京 ：中国工程热物理学会 2 0 1 0年工程热力学与能源利用学术会议 ，2 0 1 0 4王利 刚 ，杨 勇平 ，董长青 ，等单耗 分析理 论的改 进与初 步应用 J 中国电机 工程学报 ，2 0 1 2 ，3 2 ( 1 1 )：1 62 1 5杨辰曜 ，杨志平 ，杨勇平 ，等6 0 0 MW 亚 临界燃煤 机组单耗 分析 J 华北 电力 大学学报 ，2 0 1 0 ，3 7 ( 1 )：4 55