一种设计带低温省煤器的汽轮机热力性能考核试验修正计算方法与流程

本发明属于发电机组热力性能试验领域，尤其涉及一种设计带低温省煤器的汽轮机热力性能考核试验修正计算方法。

背景技术：

燃煤电站锅炉排烟热损失是锅炉各项热损失中比重最大的一项，约占锅炉总损失的60％～70％、占锅炉总投入热量的5％～8％。在锅炉尾部烟道增加余热利用低温省煤器是目前广泛采用的降低排烟温度、提高机组能效的方法。增加低温省煤器后，机组能效变化主要体现在以下几个方面：(1)凝结水吸收部分锅炉排烟余热使汽轮机低压缸部分抽汽口抽汽量减小做功增加；(2)低温省煤器布置于引风机上游，锅炉排烟温度降低后能够有效降低引风机的功耗；(3)增设低温省煤器后电除尘效率有所提高；(4)低温省煤器余热利用系统增设的凝结水增压水泵使系统功耗增加。

在设计包含低温省煤器的热力系统中，低温省煤器通过加热凝结水，类似替代部分低压加热器的功能，有效减小相应加热器的抽汽流量，使汽轮机低压缸做功蒸汽流量显著增大。但由于低温省煤器的加入，对于汽轮机而言属于外来热源，其运行特性受锅炉煤质变化、负荷波动、运行控制等因素影响具有较强的波动性，导致低温省煤器运行边界条件如进水温度、进水流量、吸热量等无法完全与设计条件相同。如果在对设计包含低温省煤器的汽轮机热耗率考核试验计算中不考虑对这些边界条件进行修正，则计算得到的汽轮机热耗率仅能代表低温省煤器运行状态下的汽轮机性能，而无法与低温省煤器设计状态下的汽轮机热耗率进行直接比较。

目前，新投产大容量超临界、超超临界火电机组已将低温省煤器作为基本设计系统，汽轮机保证热耗率也已包含低温省煤器的节能效果。因此，针对设计带低温省煤器系统的汽轮机性能考核试验，探讨试验计算中低温省煤器系统的修正方法具有十分重要的意义。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种设计带低温省煤器的汽轮机热力性能考核试验修正计算方法，针对设计带低温省煤器的汽轮机热力系统，在进行汽轮机性能考核试验期间利用该方法可以将实测结果修正至低温省煤器相关设计边界。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案来实现的：

一种设计带低温省煤器的汽轮机热力性能考核试验修正计算方法，包括以下步骤：

a、按照asmeptc6-2004《汽轮机性能试验规程》进行设计带低温省煤器的汽轮机热力性能考核试验，除规程中推荐的常规汽轮机性能试验测量参数外，对低温省煤器进水母管流量f3、低温省煤器进水母管温度t3、进水母管压力p3、回水母管温度t4、回水母管压力p4进行测量，进入步骤b；

b、按照asmeptc6-2004《汽轮机性能试验规程》，计算实测状态的下的汽轮机热耗率hrt，进入步骤c；

c、按照asmeptc6-2004《汽轮机性能试验规程》进行第一类修正计算得到一类修正后汽轮机热耗率，修正项目包括：(a)给水加热器端差；(b)给水加热器疏水冷却段端差；(c)抽汽管道压损和散热损失；(d)系统贮水量变化；(e)凝结水泵和给水泵的焓升；(f)凝汽器中凝结水过冷度；(g)补给水量；(h)控制蒸汽温度用的减温水；(i)功率因数；(j)发电机电压；(k)发电机氢压；(l)发电机转速；除了进行asmeptc6-2004规定的第一类修正项目外，加入一个额外的低温省煤器相关参数修正模块对低温省煤器进水母管温度t3、低温省煤器进水母管流量f3及低温省煤器换热量q进行修正，在每一次汽轮机一类修正计算的主循环迭代计算中，产生一组新的迭代变量值，该组变量值包括：(1)低温省煤器回水与主凝结水汇合后的凝结水温度t5；(2)主凝结水与低温省煤器回水汇合前凝结水位置f6；(3)低温省煤器供水高温水源支路流量f1；(4)低温省煤器供水低温水源支路流量f2；该组参数将作为低温省煤器热力系统子循环迭代计算修正结果参与至汽轮机性能结果的修正计算中，进入步骤d；

d、子循环及主循环迭代收敛，汽轮机性能试验第一类修正计算结束，根据asmeptc6-2004《汽轮机性能试验规程》在第一类修正计算结果基础上，完成第二类修正计算，得到修正后汽轮机热耗率及输出功率，计算结束。

本发明进一步的改进在于，步骤a中，低温省煤器进水母管流量f3能够替换为低温省煤器进水支管流量f1或f2。

本发明进一步的改进在于，步骤b中，汽轮机热耗率实测值计算方法，如公式(1)所示：

式中：hrt为汽轮机热耗率实测值，kj/(kw.h)；dm为主蒸汽流量，t/h；dr为热再热蒸汽流量，t/h；dfw为主给水流量，t/h；dcr为冷再热蒸汽流量，t/h；dshs为过热器减温水流量，t/h；drhs为再热器减温水流量，t/h；hm为主蒸汽焓，kj/kg；hr为热再热蒸汽焓，kj/kg；hfw为主给水焓，kj/kg；hshs为过热器减温水焓，kj/kg；hrhs为再热器减温水焓，kj/kg；pe为发电机输出功率，mw。

本发明进一步的改进在于，步骤c的具体实现方法如下：

在加入的低温省煤器相关参数修正模块中，对低温省煤器进水母管温度t3、低温省煤器进水母管流量f3及低温省煤器换热量q进行修正计算时，存在以下7种方法可供选择，由于采用不同修正计算得到的汽轮机性能结果存在差异，汽轮机买、卖双方应在买售合同中对验收修正计算方法进行提前协商、明确；

方法1为：修正后参数按照公式(2)～公式(4)进行计算：

t3c＝t3d(2)

f3c＝f3d(3)

qc＝qd(4)

式中：下标d表示设计值；下标c表示修正后数值；

方法2为：修正后参数按照公式(5)～公式(7)进行计算：

t3c＝t3d(5)

f1c＝f1t(6)

qc＝qd(7)

式中：下标d表示设计值；下标c表示修正后数值；下标c表示修正后数值；

方法3为：修正后参数按照公式(8)～公式(10)进行计算：

t3c＝t3d(8)

f3c＝f3t(9)

qc＝qd(10)

式中：下标d表示设计值；下标t表示实测值；下标c表示修正后数值；

方法4为：修正后参数按照公式(11)～公式(13)进行计算：

t3c＝t3d(11)

qc＝qd(13)

式中：下标d表示设计值；下标t表示实测值；下标c表示修正后数值；f1d为设计分水率，表示设计状态下低温省煤器供水高温水源支路流量与低温省煤器回水与主凝结水汇合后凝结水母管流量比值；

方法5为：修正后参数按照公式(14)～公式(16)进行计算：

f1c＝f1d(14)

f2c＝f2d(15)

qc＝qd(16)

式中：下标d表示设计值；下标c表示修正后数值；

方法6为：修正后参数按照公式(17)～公式(19)进行计算：

f1c＝f1t(17)

f2c＝f2t(18)

qc＝qd(19)

式中：下标d表示设计值；下标t表示实测值；下标c表示修正后数值；

方法7为：修正后参数按照公式(20)～公式(21)进行计算：

qc＝qd(22)

式中：下标d表示设计值；下标t表示实测值；下标c表示修正后数值。

本发明进一步的改进在于，步骤c的具体实现方法如下：

在加入的低温省煤器相关参数修正模块中，根据权利要求2选择的修正计算方法之一进行修正计算后的参数，结合公式(23)～公式(26)计算得到修正后的t5c、f6c、f1c、f2c：

f1×h1+f2×h2＝f3×h3(23)

f1+f2＝f3＝f4＝f5-f6(24)

q＝(h4-h3)×f3(25)

f5×h5＝f6×h6+f4×h4(26)

式中：h表示工质焓值，kj/kg；f表示工质流量kg/s；q表示低温省煤器换热量，kw；下标1表示低温省煤器供水高温水源支路位置；下标2表示低温省煤器供水低温水源支路位置；下标3表示低温省煤器供水入口母管位置；下标4表示低温省煤器回水出口母管位置；下标5表示低温省煤器回水与主凝结水汇合后凝结水母管位置；下标6表示主凝结水与低温省煤器回水与汇合前凝结水位置。

本发明至少具有如下有益的技术效果：

在对设计包含低温省煤器系统的汽轮机进行投产后性能考核试验时，由于锅炉煤质变化、负荷波动、运行控制变化等因素的影响，导致低温省煤器运行边界条件如进水温度、进水流量、吸热量等无法完全与设计条件相同。目前阶段在对汽轮机热耗率的计算中未考虑对这些边界条件进行修正，计算得到的汽轮机热耗率仅能代表低温省煤器运行状态下的汽轮机性能，而无法与低温省煤器设计状态下的汽轮机热耗率进行直接比较，因此容易造成商务纠纷。采用本发明提供的方法，汽轮机买、卖双方可在商务谈判阶段选择本发明提供的修正计算方法之一，并在商务合同中予以明确规定，在汽轮机性能验收试验中，采用该修正计算方法可将低温省煤器运行边界条件修正至设计值，从而避免了买、卖双方对汽轮机性能验收试验及试验结果存在分歧或争议。

附图说明

图1为一典型的设计含低温省煤器的汽轮机低压加热器局部热力系统图

图2为本发明的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明的一种设计带低温省煤器的汽轮机热力性能考核试验修正计算方法进一步的详细说明。

附图1为一个典型的设计含低温省煤器的汽轮机低压加热器局部热力系统图，该汽轮机低压加热器热力系统共包含4台低压加热器，编号分别为#5、#6、#7、#8。来自于轴封加热器的凝结水分别依次通过#8低加、#7低加、#6低加及#5低加，最终流向除氧器。低压加热器疏水从#5低加至#8逐级自流，最终流向凝汽器。低温省煤器共有两路供水水源，其中低温水源从#8低加入口取水，高温水源从#7低加出口取水。

在附图1中，点1位置为低温省煤器高温供水支管，点2位置为低温省煤器低温供水支管，点3位置为低温省煤器进水母管，点4位置为低温省煤器回水母管，点5位置为低温省煤器回水与主凝结水汇合后凝结水管道，点6位置为主凝结水与低温省煤器回水汇合前凝结水管道，点7位置为低温省煤器烟气侧进口，点8位置为为低温省煤器烟气侧出口。

如图2所示的流程图，本发明提供的一种设计带低温省煤器的汽轮机热力性能考核试验修正计算方法，包括以下步骤：

1.一种设计带低温省煤器的汽轮机热力性能考核试验修正计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

a、按照asmeptc6-2004《汽轮机性能试验规程》进行设计带低温省煤器的汽轮机热力性能考核试验，如附图2所示，除规程中推荐的常规汽轮机性能试验测量参数外，对低温省煤器进水母管流量f3(或支管流量f1或f2)、低温省煤器进水母管温度t3、进水母管压力p3、回水母管温度t4、回水母管压力p4进行测量，进入步骤b；

b、按照asmeptc6-2004《汽轮机性能试验规程》，如附图2所示，计算实测状态的下的汽轮机热耗率hrt，进入步骤c；汽轮机热耗率实测值计算方法，如公式(1)所示：

式中：hrt为汽轮机热耗率实测值，kj/(kw.h)；dm为主蒸汽流量，t/h；dr为热再热蒸汽流量，t/h；dfw为主给水流量，t/h；dcr为冷再热蒸汽流量，t/h；dshs为过热器减温水流量，t/h；drhs为再热器减温水流量，t/h；hm为主蒸汽焓，kj/kg；hr为热再热蒸汽焓，kj/kg；hfw为主给水焓，kj/kg；hshs为过热器减温水焓，kj/kg；hrhs为再热器减温水焓，kj/kg；pe为发电机输出功率，mw。

c、按照asmeptc6-2004《汽轮机性能试验规程》进行第一类修正计算得到一类修正后汽轮机热耗率，如附图2所示，修正项目主要包括：(a)给水加热器端差；(b)给水加热器疏水冷却段端差；(c)抽汽管道压损和散热损失；(d)系统贮水量变化；(e)凝结水泵和给水泵的焓升；(f)凝汽器中凝结水过冷度；(g)补给水量；(h)控制蒸汽温度用的减温水；(i)功率因数；(j)发电机电压；(k)发电机氢压；(l)发电机转速。除了进行asmeptc6-2004规定的第一类修正项目外，加入一个额外的低温省煤器相关参数修正模块对低温省煤器进水母管温度t3、低温省煤器进水母管流量f3(或支管流量f1或f2)及低温省煤器换热量q进行修正，在每一次汽轮机一类修正计算的主循环迭代计算中，产生一组新的迭代变量值，该组变量值包括：(1)低温省煤器回水与主凝结水汇合后的凝结水温度t5；(2)主凝结水与低温省煤器回水汇合前凝结水位置f6；(3)低温省煤器供水高温水源支路流量f1；(4)低温省煤器供水低温水源支路流量f2。该组参数将作为低温省煤器热力系统子循环迭代计算修正结果参与至汽轮机性能结果的修正计算中。进入步骤d；步骤c的具体实现方法如下：

在加入的低温省煤器相关参数修正模块中，对低温省煤器进水母管温度t3、低温省煤器进水母管流量f3(或支管流量f1或f2)及低温省煤器换热量q进行修正计算时，如附图2所示，存在以下7种方法可供选择，由于采用不同修正计算得到的汽轮机性能结果存在差异，汽轮机买、卖双方应在买售合同中对验收修正计算方法进行提前协商、明确。

方法1为：修正后参数按照公式(2)～公式(4)进行计算：

t3c＝t3d(2)

f3c＝f3d(3)

qc＝qd(4)

式中：下标d表示设计值；下标c表示修正后数值。

方法2为：修正后参数按照公式(5)～公式(7)进行计算：

t3c＝t3d(5)

f1c＝f1t(6)

qc＝qd(7)

式中：下标d表示设计值；下标c表示修正后数值；下标c表示修正后数值。

方法3为：修正后参数按照公式(8)～公式(10)进行计算：

t3c＝t3d(8)

f3c＝f3t(9)

qc＝qd(10)

式中：下标d表示设计值；下标t表示实测值；下标c表示修正后数值。

方法4为：修正后参数按照公式(11)～公式(13)进行计算：

t3c＝t3d(11)

qc＝qd(13)

式中：下标d表示设计值；下标t表示实测值；下标c表示修正后数值；f1d为设计分水率，表示设计状态下低温省煤器供水高温水源支路流量与低温省煤器回水与主凝结水汇合后凝结水母管流量比值。

方法5为：修正后参数按照公式(14)～公式(16)进行计算：

f1c＝f1d(14)

f2c＝f2d(15)

qc＝qd(16)

式中：下标d表示设计值；下标c表示修正后数值。

方法6为：修正后参数按照公式(17)～公式(19)进行计算：

f1c＝f1t(17)

f2c＝f2t(18)

qc＝qd(19)

式中：下标d表示设计值；下标t表示实测值；下标c表示修正后数值。

方法7为：修正后参数按照公式(20)～公式(21)进行计算：

qc＝qd(22)

式中：下标d表示设计值；下标t表示实测值；下标c表示修正后数值。

如附图2所示，在加入的低温省煤器相关参数修正模块中，根据选择的修正计算方法之一进行修正计算后的参数，结合公式(23)～公式(26)计算得到修正后的t5c、f6c、f1c、f2c：

f1×h1+f2×h2＝f3×h3(23)

f1+f2＝f3＝f4＝f5-f6(24)

q＝(h4-h3)×f3(25)

f5×h5＝f6×h6+f4×h4(26)

式中：h表示工质焓值，kj/kg；f表示工质流量kg/s；q表示低温省煤器换热量，kw；下标1表示低温省煤器供水高温水源支路位置；下标2表示低温省煤器供水低温水源支路位置；下标3表示低温省煤器供水入口母管位置；下标4表示低温省煤器回水出口母管位置；下标5表示低温省煤器回水与主凝结水汇合后凝结水母管位置；下标6表示主凝结水与低温省煤器回水与汇合前凝结水位置。

d、子循环及主循环迭代收敛，汽轮机性能试验第一类修正计算结束，如附图2所示，根据asmeptc6-2004《汽轮机性能试验规程》在第一类修正计算结果基础上，完成第二类修正计算，得到修正后汽轮机热耗率及输出功率，计算结束。

如表1所示，实例中，在针对一1000mw设计带低温省煤器的火电汽轮机组进行考核试验中，来评价该汽轮机的热耗率。

如果不对低温省煤器相关运行参数进行修正，计算得到的汽轮机组热耗率仅能代表低温省煤器试验运行条件下的汽轮机热耗率，无法直接与设计节能效果进行比较。

利用本发明的修正计算方法，通过选择7种修正计算方法中的其中一种，利用能量平衡及质量平衡相关公式，实现了对低温省煤器进水母管温度t3、低温省煤器进水母管流量f3(或支管流量f1或f2)及低温省煤器换热量q进行修正。

本实例中，计算结果表明：

(1)采用方法3及方法6计算得到的低温省煤器出水温度分别为127.5℃、148.2℃，大于实测低温省煤器进口烟气温度，因此在本算例中方法3及方法6不符合机组运行的实际情况，这反映出这两种方法不适合本具体实例。

(2)采用前4种方法分别进行修正计算，在低温省煤器吸热量相同、进水母管温度等于设计值的情况下，除去方法3计算得到的计算结果不合理外，由于供水流量分配不同，导致不同方法计算得到的汽轮机热耗率之间最大存在9.5kj/(kw.h)的差异，这说明低温省煤器供水流量修正计算方法对汽轮机热耗率试验结果影响显著，也反映出对低温省煤器进行供水量分配优化具有显著经济性收益。

(3)由于在修正计算中供水流量分配方式不同对汽轮机修正后热耗率影响较大，因此本算例也说明在进行带低温省煤器的汽轮机性能试验考核试验问题中，汽轮机设备买卖双方应在商务合同中对低温省煤器在汽轮机热耗率修正中的计算方法予以提前协商规定，以避免产生分歧。

表1.设计带低温省煤器的汽轮机性能考核试验试验计算示例