2002.关于汽轮机回热系统加热器给水焓升最优分配问题的研究论文.doc

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1、摘要关于汽轮机回热系统加热器给水焓升最优分配问题的研究摘要汽轮机回热系统加热器给水焓升优化分配问题是发电厂热力系统优化的重要组成部分。通过推导出各回热加热器焓升通用表达式，可以指导机组设计和节能改造，有效提高汽轮机运行热经济性。因此研究汽轮机回热系统加热器给水焓升最优分配问题具有重要意义。文中首先分析了现有国内外各焓升分配方法存在的缺陷，并在常规热平衡计算方法的基础上，以火电机组热力系统为研究对象，通过严谨的数学推导，得出了回热系统给水焓升最佳分配的通用表达式。与以往所提出的各种方法相比，该通用表达式考虑了机组的各种实际因素，而且没有对系统进行任何简化，是真正意义上的最优，且具有通用性。针对国

2、产300MW汽轮机回热系统给水焓升分配进行了应用，通过结合具体实例进行编程计算后，说明了从常规热平衡计算方法开始推导并综合考虑了各种实际因素后得出的焓升分配才是真正的最优分配，并对各种实际因素及各加热器焓升逐一进行分析，同时对比了其它分配方法。最后，从分配结果的大致趋势上给出了焓升分配趋势图。关键词：回热系统；加热器给水焓升；优化分配- I -主要符号表AbstractOptimal distribution of feed-water enthalpy rise for the steam turbine regenerative system is an important part of

3、 the optimization of thermodynamic system of power plants. Through deducing the general expressions of all enthalpy rises, the operation and reform in saving energy for steam turbines can be guided, and the economy of steam turbines can be effectively enhanced. Therefore studying the optimal distrib

4、ution of feed-water enthalpy rise is of great significance.Firstly, the defects of the existing optimal distribution of feed-water enthalpy rise at home and abroad were analyzed in this paper, and the general expressions of enthalpy rises were given through precise math deduction, which was based on

5、 heat balance calculating method. The research object was locked in coal power heating system. Compared with previously various methods, the general expression included all kinds of practical factors. Also, any simplification was not allowed to exist and the system was the real optimal with the wide

6、ly general expression. Secondly, regenerative system for the domestic 300MW steam turbine was calculated by programming. And the real optimal distribution that was obtained by the energy balance of the thermal system was comprehensively considered by various practical factors. At the same time, the

7、analysis on all kinds of practical factors and enthalpy rise of each heater were done and other distribution methods were contrasted. Finally, the trend graph of distribution of enthalpy rises was given from the approximate trend of distribution results. Key words：Regenerative System；Feed-water Enth

8、alpy Rise of heaters；Optimal Distribution- III -主要符号表英文字符主给水泵引起的给水焓升，kJ/kg；主给水泵和凝结水泵共同引起的给水焓升，kJ/kg；汽轮机入口主蒸汽焓，kJ/kg；汽轮机排汽焓，kJ/kg；第级抽汽焓值，kJ/kg。单位质量再热蒸汽的再热器吸热量，kJ/kg；第级抽汽压力，MPa；汽轮机排汽在凝汽器中的单位放热量，kJ/kg；蒸汽回收到加热器的单位放热量，kJ/kg；蒸汽回收到加热器的单位放热量，kJ/kg；单位质量抽汽在第级加热器中的放热量，kJ/kg；疏水在凝汽器中的单位放热量，kJ/kg；无回热时排汽熵的变化，；回热循环

9、排汽熵的变化，；由于回热抽汽减少的熵，；锅炉给水焓，kJ/kg；第级加热器出口水的焓值，kJ/kg；汽包压力下的饱和水焓，kJ/kg；第级加热器出口给水温度，；凝结水温度，K；回热级数；希腊字符汽轮机排汽份额； 被加热器回收的蒸汽份额；被加热器回收的蒸汽份额；第号回热加热器中的抽汽份额；单位质量给水或凝结水在第级加热器中的焓升，kJ/kg；以焓差形式表示的加热器下端差，kJ/kg；目录目录摘要IAbstractII主要符号表III第1章绪论11.1课题研究的意义11.2目前的研究状况及存在的问题21.3本文的主要工作4第2章现有焓升分配方法及其存在的问题分析52.1对循环热效率求极值的方法62

10、.1.1加热器焓升的一般表达式62.1.2几种典型的加热器焓升分配方法72.2采用热力学方法表示循环热效率并对效率求极值的方法82.3采用拉格朗日法求极值的方法102.4小结12第3章非中间再热机组最优焓升分配表达式推导143.1混合式加热器循环的最佳加热分配153.2综合式加热器循环热效率通用表达式的推导163.3综合式加热器循环给水焓升最佳分配通用表达式的推导193.4现有分配方法的计算对比213.5小结21第4章中间再热机组最优焓升分配表达式的推导234.1循环热效率通用表达式的推导244.2给水焓升最佳分配通用表达式的推导264.3小结28第5章应用举例295.1计算步骤及方法295.

11、2实例计算305.2.1结合具体机组考虑漏汽回收举例315.2.2计算结果及其验证335.2.3各类因素对最优焓升分配及效率的影响335.2.4结果分析34结论36参考文献38致谢41- V -第1章绪论第1章绪论1.1课题研究的意义在经济持续快速发展的今天，我国对能源的需求日渐增大。在能源供应总量不能满足需求的情况下，节能是解决供需不平衡最现实、最有效的途径，而电力工业作为国民经济的基础产业和主要的能源行业，在节能工作中占有特殊重要的地位。提高火电厂的能源利用率不仅是降低发电成本的需要，而且是保护资源和环境、实现可持续性发展的需要。因此，火电厂的节能工作是一项经常性的重要工作。提高火电厂的能

12、源利用率，必须依靠科学和技术进步。随着世界范围内的科学技术革命的迅猛发展，许多技术成果正日益渗透到火电厂节能工作中。大力发展电力工业的节能技术，充分挖掘发电企业的节能潜力，合理优化机组结构以提高其运行效率，无疑具有十分重要和紧迫的现实意义。电厂是我国的一次能源的消耗大户，每年用于发电的煤耗量所占的比例越来越大，2006年达到了全国总耗煤量的一半左右。当前，在国内乃至整个国际社会，能源都相对紧缺，发电厂的节能显得尤为重要。20世纪90年代后期，我国开始进行“厂网分开、竞价上网”的电力市场化改革，逐步在发电领域引入竞争机制，建立竞争性的发电市场。这种竞争体制促使各发电企业在保证电厂安全稳定运行的同

13、时，进一步追求效益来提高自身在电力市场的竞争力。在这种情况下，如何提高发电机组的热经济性已经成为亟待解决的问题。尽管我国目前300MW、600MW等级大型机组正成为主力机组，并且积累了十多年的运行经验与技术，煤耗率逐年下降，但是总体来说经济性仍然相对较低，与发达国家有较大差距。我国2002年底以来，由于电煤市场化、工业用电剧增等原因，出现电力供应不足、许多省份出现拉闸限电的情况，并且预测电力供应紧张形势将持续较长时间，提高机组经济性将有助于缓解这种形势。另一方面随着电力体制改革的深入，未来的电力供需矛盾必将得到缓和，电力市场化的机制也将逐渐形成，厂网分离、竞价上网已成为必然趋势，在这种趋势下，

14、降低发电成本、提高经济性已成为发电厂的生存与发展的必经之路。所以优化和改进机组、提高机组经济性无论是对现在还是将来都有重要意义。众所周知，对热力系统进行优化，可以在不增加设备投资和材料消耗的情况下获得一定的经济效果，这是在设计中稍加注意就能取得的效果。为了提高给水回热的经济效果，需要对给水回热焓升进行优化分配，根据热力学理论，热系统回热焓升在给水总加热量一定时，其级间加热量的各种分配方案中，存在着一种最佳分配。所谓最佳分配就是在这种分配下，热效率达到最大，其实质是在给水温度和加热级数一定时，寻求一种热交换不可逆损失总和为最小的分配方式。为此，前人曾经进行了大量的研究工作，提出了各种回热加热器焓

15、升分配方法，其中得到广泛应用的有焓降分配法（雷日金法）、平均分配法、等焓降分配法、几何级数法等1，但为了简化计算都或多或少地忽略了一些因素；并且随着现代机组向高参数大容量方向发展，系统结构日趋复杂，使得上述方法需要对热力系统做出更多简化，从而使得最后的结果偏离最佳焓升分配，因此回热系统焓升分配这一似乎早已解决的课题又重新被提到研究日程上来了，并赋予新的内容，迫切要求在理论上和实践上得到进一步解决。对汽轮机回热加热器焓升分配的优化是电厂热力系统优化的一部分，符合实现电力工业节约发展、安全发展和科学发展的发展要求，是落实科学发展观的具体体现，可以促进电力系统整体效率的不断提高，实现节能降耗的目标，对电力工业节能降耗意义重大，也是实现降耗目标的重要举措，对缓解我国能源供应紧张局面起到了积极的作用。1.2目前的研究状况及存在的问题早在80年代末我国学者马芳礼和林万超分别对给水回热焓升最佳分配提出了自己的方法。他们提出的循环函数法2和等效热降法3，都是以多元函数求导数、求极值的方法为基