论文总字数：31238字

摘 要

随着我国火电机组的迅速发展，以及“节能减排”政策的提出，要求机组节能调度的同时，经济、快速地响应电力系统负荷指令的变化。因此，汽轮机常常处于变工况之中。

本文首先对汽轮机变工况的计算进行了理论准备，归纳了目前国内外主要的计算方法，系统的阐释了热力系统节能理论、在线监测系统的发展，简要地提出了研究主要工作。接着对600MW机组的热平衡图核算进行了展示和分析，拟合出了轴封漏汽公式。然后基于电厂SIS系统采集到的实时数据，对不同负荷下的汽轮机进行了各级的做功、效率计算，各加热器进汽量、端差计算，对计算结果的合理性、准确性以及出现的错误进行了分析，并得出结论与试验方案。

本文对东南大学热能动力实验室试验项目：“内蒙古岱海发电有限责任公司节能调度研究与系统开发汽轮机变工况热力试验”进行了简要的介绍。在这基础上，将试验数据进行了有效的利用，论证了试验数据的合理性。最后本文对五个不同负荷的试验数据进行了计算，结合公式对调节级和中间级的效率、压力特性等进行了有效的分析。

关键词：汽轮机、变工况、调节级、在线监测

Abstract

With the rapid development of China's thermal power and the “Energy conservation” policy proposed , it is required that the unit begin to Energy-efficient scheduling, at the same time quickly respond to changes in economic power load instruction. Therefore, turbine often in the midst of variable conditions.

First ,this paper prepared some theories about calculation of steam turbine , and summarized the main computational methods at home and abroad. It illustrated the Thermodynamic System Economic theory and the development of Online Monitoring System. It also proposed the main work in this paper. Then this paper showed the 600MW unit of thermal equilibrium diagram accounting, fitting a shaft seal leakage formula. This paper calculated turbine ‘s acting and efficiency under different loads at all levels based on the data of SIS system. For reasonableness, accuracy, and errors in the calculation results are analyzed and concluded in this paper.

In this paper, Southeast University thermal power laboratory tests: "Daihai Power Generation Company Limited energy-efficient scheduling system research and development of Steam Turbine Thermal Test" is introduced. On this basis, the test data effectively utilized, proved the reliability of test data. At last, five different load on the test data were calculated, with formulas for adjusting the level and intermediate-level efficiency, pressure characteristics for an effective analysis.

Key words: turbine, variable conditions, regulating stage, online monitoring

目 录

摘 要 2

Abstract 3

第一章 绪论 6

1.1课题背景及意义 6

1.2国内外研究现状 6

1.2.1汽轮机变工况计算研究现状 6

1.2.2热力系统节能理论的发展 8

1.2.3机组性能监测和运行优化 9

1.3课题研究内容 10

本章总结 10

第二章 热平衡图核算与公式拟合 12

2.1原始设计数据的采集 12

2.2 热力系统图的核算 14

2.2.1汽轮机各级效率与做功核算 14

2.2.2加热器抽汽份额及端差核算 16

2.2.3热量流量平衡 16

2.2 焓熵图绘制 17

2.3 公式拟合 18

本章总结 20

第三章 基于SIS系统历史数据的变工况计算与分析 22

3.1 SIS系统数据采集 22

3.2基于SIS系统数据的变工况计算 22

3.2.1 基于SIS系统数据的变工况计算的注意事项 22

3.2.2 基于SIS系统数据的变工况计算的计算结果 22

3.2.3 焓熵图 23

3.2.4 基于SIS系统各个加热器流量端差计算 25

3.3 计算结果分析与修正 26

3.3.1 抽汽压力与流量的关系 26

3.3.2 加热器端差 27

本章总结 28

第四章 基于汽轮机特性试验数据的变工况计算与分析 29

4.1 试验目的 29

4.2 试验标准及技术依据 29

4.3试验系统及测点 29

4.3.1试验热力系统 29

4.3.2试验测点与说明 29

4.4试验条件 30

4.4.1机组设备条件 30

4.4.2系统条件 30

4.4.3仪表条件 30

4.4.4数据记录与采集 31

4.5 试验结果的计算和修正 31

4.5.1 进入锅炉的给水流量确定 31

4.5.2 主蒸汽流量确定 31

4.5.3试验热耗率计算 31

4.5.4 供电煤耗率计算 31

4.6 试验数据的处理 32

4.7 基于试验数据的变工况计算 32

4.7.1 中低负荷变主汽压力试算 32

4.7.2 不同负荷基准工况热耗计算 33

4.8 结论 34

4.8.1 调节级 34

4.8.2 中间级组 36

4.8.3 热耗率 37

4.9 发展展望 37

本章总结 38

参考文献 39

附录 40

第一章 绪论

1.1课题背景及意义

随着“节能减排”政策的提出，大型电厂的热力发电系统对于节能优化表现出了很大的重视。如何在全厂各机组节能调度的同时，经济、快速地响应电力系统负荷指令的变化，是实现火电机组更好更优运行的一大关键^[1]。我国如今正在飞速发展，用电的需求量也在不断的增长，电网的结构也有所改变，电网的负荷峰谷差也在逐渐的加大。所以对于汽轮机来说，机组一般都处在变工况和深度变工况运行中，汽轮机组的各项参数、指标变化速度快，变化幅度大。电厂运行人员必须对汽轮机变工况运行的各项经济安全指标有着全面的了解，发现问题能及时地调整，这样才能使汽轮机运行以及整个发电机组运行安全经济。而这些都需要通过对电厂历史运行参数、试验运行参数进行详细的变工况计算，对机组热耗、效率有深刻的了解，并通过计算结果进行分析，得出电厂汽轮机组的变工况运行特性，为节能优化提出可行有效的建议^[2]。一般来说节能优化可以通过以下方法来实现：

（1）通过对机组不同负荷下的历史运行数据进行变工况计算，通过计算分析，优化机组的初运行参数，这样机组就能在最佳的状态下运行。

（2）对汽轮机组的主要设备主要参数进行实时监测，可以发现使效率降低的部位进行及时处理。

（3）优化机组的控制系统，通过变工况的计算得到的能耗、效率特性与控制系统结合，提供合适的控制参数值，对控制系统的参数优化整定，使汽轮机组的控制系统和运行一样优化节能地运行。

以上三点无疑对精确的变工况计算、深刻的计算结果分析提出了高要求，变工况计算也是一项基本工作。但是由于以前电厂对汽轮机变工况计算不够重视，汽轮机变工况的研究理论也有一些滞后，所以为了实现电厂的现代化管理以及发电机组安全经济运行，汽轮机变工况计算是一项重要且紧迫的研究项目，改进与优化汽轮机变工况模型也是十分现实重要的课题^[3]。

1.2国内外研究现状

1.2.1汽轮机变工况计算研究现状

汽轮机工况变动时，各级蒸汽流量、压力、温度、比焓降和效率等都可能发生变化，零、部件的受力、热膨胀和热变形也都可能变化。而汽轮机变工况是以级的变工况和喷嘴、动叶的变工况为基础的。

（1）弗留格尔公式^[4]

弗留格尔公式是机组以及汽轮机单级计算的基本公式。其基本形式如下

（1）

其中，——级组前设计工况下的压力和绝对温度；

，——级组前变工况下的压力和绝对温度；

——级组背压。

若不考虑温度变化，则

（2）

以上两个式子是机组在亚临界工况下的机组流量与压力的近似关系式。对于第二个式子，若初压不变（），则流量与背压为椭圆关系，即式子变为椭圆方程；若背压不变（），则流量与初压为双曲线关系，即式子变为双曲线方程。

显然，级组内级数越多，同一下的临界压力相对地越接近于零，应用弗留格尔式计算的误差就会越小，反之，误差越大。不论级组内级数多少，在设计工况下应用弗留格尔公式时，、及，必然使，因此没有误差。偏离设计工况越近，误差越小；反之，误差越大。当时，，弗留格尔公式的计算误差也为零^[5]。

通过弗留格尔公式去进行详细的汽轮机变工况计算，国内外的文献在许多年前就有介绍，一般来说都是在单级工作的基础上进行延伸，从而对整个汽轮机进行计算研究。很多的计算都是与汽轮机偏离额定工况有关。早期的变工况热力计算十分复杂与繁琐，基本上都是通过手工完成的，不仅不能及时有效地反映汽轮机的运行特性，还不能使计算十分精确，这样工作量也大大增加。计算机的发明减少了进行变工况计算的专业工作者花在计算上的时间，使汽轮机变工况数值计算成为了可能，不过数值计算存在敛散性与准确性的问题，还需要人们在今后的计算和发展中去有效的解决这个问题。

如今汽轮机变工况的计算方法主要有三种，逐级计算方法，近似计算方法，详细计算方法。

（1）逐级计算方法

逐级计算方法又分为顺序计算方法和倒序计算方法两种。顺序计算方法是通过汽轮机每一级前的状态点向每一级后进行计算，并将计算结果作为下一级的级前状态点，这样逐级计算后不需要进行修正和反复，使计算变得方便快捷。它的主要缺陷是在喷嘴或动叶在临界条件下的时候，后面的级组压力可以是低于临界压力的任何值，使计算结果并不唯一。倒序计算方法正好相反，以级后状态点作为起点逐级向前计算，是一种经典的变工况计算方法。不过由于倒序计算方法要假设运行中的各种损失，例如余速损失、湿汽损失、撞击损失等等，再进行迭代计算。即使是使用计算机也会使计算工作繁重和复杂，并且收敛性很难得到有效的保证，计算的速度也不能满足实时监测的需要^[6]。

（2）近似计算方法

近似计算方法即用弗留格尔公式进行近似的计算，其中做了很多假设，例如假设每一级的效率（除了调节级外）在工况变动时基本保持不变；假设汽态线始终作平行移动；假设湿度增加1%对应的效率就会降低1%。这种近似的计算方法通用性很高，对于近似性的计算也比较有用，但是如果对精确性要求较高的话这种方法很显然是不行的^[7]。

（3）详细计算方法

由于计算机的出现，大大提高了计算速度，使得汽轮机组每一级的详细变工况计算成为可能，详细计算有着高可靠性和高准确性的优点，如今汽轮机变工况详细计算方法的具体方式有两种，一种是速度三角形法，另一种是模拟级法。

速度三角形法是研究平均直径基元级处的气流参数的变化规律，通过建立该处的速度三角形来求得级的前后状态参数、级功率、汽流速度、级效率等值。计算过程中假定沿叶片高度其他基元级的汽流参数和级平均直径处的参数相同^[8]。这种方法应用非常普遍，并在很多的文献资料中得以体现，是一种普遍且实用的方法。

模拟级法是采用与真实工况参数特性相似的模拟级进行热力模拟实验，从而得出有关因素对机组工作的影响以及相应的计算模型、特性曲线。如果有的汽轮机级特性与模拟级完全不相似，就可以利用不同的修正系数对计算进行修正。这种方法不仅可以用于计算，还可以用于设计方面。不过由于这种计算十分繁琐，工作量大，在我国并没有广泛的采用^[9]。

1.2.2热力系统节能理论的发展

热力系统节能的理论，国外在20世纪60年代就有了一些初步的成果，而我国是从20世纪70年代开始的并发展迅速。热力系统节能分析的主要方法有：热平衡法、等效焓降法、循环函数法、热经济状态方程法等等，这些方法对于提高火电机组热经济性都有着不小的作用^[10]。

热平衡法是最基本的热力系统分析法，不过系统复杂或者需要热力系统多方案的时候，热平衡法的直接应用就会显得比较繁琐，因此，热平衡法一般用来进行热力系统图的核算，以确认数据和计算的准确性，很少用来进行热力系统节能的分析。

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