供热机组变工况功率计算研究

　　摘 要：本文基于热电联产冷源领域研究的需要，对比纯凝机组变工况功率的计算，利用特征通流面积的公式，研究供热机组变工况时汽轮机的变化情况，确定各工况点参数和功率变化。
　　关键词：热电联产 变工况
　　中图分类号：TM74文献标识码：A文章编号：1672-3791（2012）09（a）-0114-02
　　对于现在的高参数大容量的供热机组，如果还停留在一般“由热定电”供热机组，只是满足供热的要求，将大大降低机组的使用效率从而损失很大一部分电能[1]。
　　如今的大部分供热机组，很少甚至几乎不考虑供热变化、环境温度的变化、只是考虑满足最大的加热条件下，即使有些单位考虑了热负荷变化，但是仍然没有考虑热负荷变化会对汽轮机造成一定影响。特别是一些大型供暖单位的供热机组，不只是要考虑热负荷的变化，还必须考虑电负荷的变化情况。不但要研究的供热的某一部分，需要把它们结合在一起系统考虑。
　　1 供热机组变工况计算的原理和研究方法
　　目前的供热机组的变工况研究比较缺乏，其中多数变工况计算多为纯凝机组的计算，但是供热机组变工况的计算和纯凝机组的变工况计算是有一定差别的。纯凝机组的变工况计算主要采用顺序方法计算，依据电力负荷确定机组的主气量，但是供热机组的变工况不同，供热机组是主汽量保持不变，而热负荷的产生变化，随之变化的是供热抽气的参数，从而汽轮机的做功也被影响，所以供热机组的变工况计算就需要重新审视和研究。
　　我们在研究供热机组变工况前，首先必须理解供热机组联合特性曲线，简单的说，供热机组的联合特性曲线是指供热抽汽压力和低压缸入口压力与供热抽气量的关系，因而供热机组联合特性曲线可以确定热负荷变化时汽轮机的供热抽气的技术参数。
　　2 供热机组变工况功率计算实例
　　本次选用典型的大型供热机机型，哈尔滨汽轮机厂制造的C160/N210-12.75/535/535/0.325型汽轮机的计算实例如下。
　　2.1 确定各工况的理论功率
　　我们在计算之前第一个必须确定一个理论功率，这个理论功率是用来与效验后计算得到功率进行比对，确定计算值的准确性。本次计算是根据该型汽轮机的一系列热平衡图，然而在计算过程中，发现热平衡图上的功率有些异常，与热平衡计算得出的功率有一定的偏差，但是热平衡计算则是依照热平衡图上的各段参数计算得到的，初步确定发生这种状况的原因有两个：首先是因为计算所选用的焓熵表的版本不一致；其次是计算过程中保存的有效数字不同。所以最后确定选用热平衡计算的到功率为理论功率。
　　2.2 确定基准工况
　　我们在计算过程中依次选取的抽汽流量为250t、300t、360t和400t，抽汽压力为0.20MPa、0.25MPa、0.30MPa和0.35MPa的一个工况作为基准功率，根据其特征同流面积和段效率，进行其它所有工况（包括抽汽压力为0.40MPa和0.15MPa时）的功率计算，与该工况的理论值进行比较，检查误差的大小。
　　图1为7组较适合的基准工况，纵坐标为计算得到的功率与理论功率的误差，横坐标为各个工况点，每一个点，从左到右分别为：抽汽压力0.15MPa、抽汽量为250t、300t、360t、400t；抽汽压力为0.2MPa，抽气量250t、300t、360t、400t……抽汽压力达到0.4MPa，抽气量为250t、300t、360t、400t等24个工况点。图1的基准工况进行比较，选择抽汽参数为0.25MPa、300t工况作为基准工况下，其计算功率最精确，误差相当小，所以确定选取它为基准工况。据此选择基准工况：基准工况压力值取中低压缸分缸压力设计值；基准工况抽汽量为中压缸排汽量60%。
　　由图1显示：7组曲线从左至右显然是波形，从左到右逐渐减少误差。因此可以确定，因为抽汽量的变化导致的功率的误差相当小，而抽汽压力变化导致的功率的误差则较大。另外发现，在抽汽压力小于基准工况的抽汽压力时，功率的变化比较大，而抽汽压力大于基准工况的抽汽压力时，工况的变化比较小，特别是对于抽汽压力为0.15MPa的工况，其误差尤其大，需要对这些误差较大的工况进行修正。
　　2.3 功率修正
　　经过研究表明，随着压力降低后，主要由于效率的改变，引起中压缸末段的功率改变，而影响中压缸末段效率的主要原因是余速损失的比加大、对抽汽压力小于基准工况抽气压力的工况进行修正，修正方法为依据中压缸排汽余速损失变化对功率的影响进行修正：首先如果基准工况中压缸排汽流量为100m/s，当中压缸排气压力下降，就会得出相应的排气流速，再求出流速增加使余速损失的增加的误差，以得出功率影响的误差值；依据已知的“基准工况功率比较”计算表明，中压缸由于排气压力降低的功率变化约为5段级组功率变化的1.5倍，通过效核用上述计算再乘以1.52.3，中压缸进行功率修正与理论值误差却不到3%，如表1为修正后的功率误差。
　　由此我们可以看到，变工况计算程序在计算抽汽压力较小的工况时，有一定的局限性，这是因为在抽气压力较小时，汽轮机的工作状态远离额定工况，汽轮机各段工作状态比较恶劣，需要对这些工况单独对待。
　　3 结语
　　本文通过对供热机组变工况功率的计算研究，得出以下结论：（1）供热机组的变工况与纯凝机组的变工况是有很大不同的，但可以效仿纯凝机组的变工况计算，如热力系统。（2）必须合理选择各个工况的理论值，而不是直接将热平衡图上注明的功率拿来作为理论功率。（3）供热机组的供热变工况功率计算可以选择一个基准工况，根据特性通流面积不变的计算方法计算，选择的基准工况的抽汽压力为低压缸的分气缸压力、抽气量是中压排气量的60%。（4）抽汽压力较小时，供热机组的工作状态比较特殊，需要对这些工况单独进行修正，通过对抽汽压力小于基准工况抽汽压力的工况条件的功率进行修正，将计算的全部工况功率和理论值误差不大于0.3%。
　　参考文献
　　[1]胡玉清，马先才.我国热电联产领域现状及发展方向[J].黑龙江电力，2008，30（1）：79-80.
　　[2]闫顺林，刘帅，李玉辉.汽轮机变工况优化运行模型的研究[J].研究与分析，2009：24-2