性能考核试验中凝汽式汽轮机低压缸相对内效率确定方法

王加勇，赖福生，李仁杰，张 鼎，代军科

(1.苏州热工研究院有限公司，江苏 苏州 215004；2.华能巢湖发电有限公司，巢湖 230000；3.郑州电力高等专科学校，郑州 450000)

性能考核试验中凝汽式汽轮机低压缸相对内效率确定方法

王加勇1，赖福生2，李仁杰3，张 鼎1，代军科1

(1.苏州热工研究院有限公司，江苏 苏州 215004；2.华能巢湖发电有限公司，巢湖 230000；3.郑州电力高等专科学校，郑州 450000)

低压缸排汽处于湿蒸汽区，排汽焓值不能够由压力和温度查得，低压缸的相对内效率亦无法准确计算。分析了目前凝汽式汽轮机低压缸相对内效率的求取方法，结合考虑低压缸内效率受排汽流量和机组背压影响较为突出，提出了通过变背压试验的方法找到低压缸相对内效率的最佳值，以此来作为低压缸相对内效率评价指标。

汽轮机；低压缸排汽焓；低压缸效率；性能考核试验

在汽轮机的低压缸相对内效率求取过程中，排汽焓是一个很重要的参数[1]，也是整个热力系统计算的重要环节。对于凝汽式汽轮机，工质膨胀到低压缸末级或末几级时可能会进入湿蒸汽区，而处于湿蒸汽区的蒸汽焓值不能够由压力和温度查得，低压缸的相对内效率亦无法准确计算[2]。凝汽式汽轮机排汽焓值的准确计算，有助于确定湿蒸汽区透平级效率以及级的工作状态，为汽轮机的安全经济运行及透平的优化设计、结构改进提供指导与参考[3]。

现有的汽轮机排汽焓值的确定方法均存在不同程度的局限性：能量平衡法每次使用时，几乎都要进行重新全面的复杂运算[3-6]；等效焓降法不适用于负荷变化较大的工况[7-8]；曲线外推法计算精度较差，尤其在低负荷工况下更是如此[4-5]；弗留格尔公式法不适用汽道面积改变的工况,并且基准流量、压力和温度不易准确确定[1,3,9]；相对内效率法由于低压缸实际相对内效率与设计相对内效率的差别最大，导致汽轮机排汽流量计算误差较大[10-11]。另外,汽轮机排汽焓值的计算方法还有曲线迭代法[4]、熵增法[5]、神经网络法[12]等，但这些方法都是上述5种方法的变形，并且只是理论上的研究，缺少实际应用检验[13-18]。

因此，排汽焓很难准确确定，在性能考核试验中低压缸相对内效率准确性受到质疑。低压缸内效率受排汽流量和机组背压影响较为突出，基于此，文中提出在多个负荷点下，进行了机组变背压试验，以获得低压缸内效率与背压的关系，找到低压缸最佳缸效率[19]。

本文提出的低压缸相对内效率确定方法以大量试验为基础，找到低压缸最佳相对内效率，以此来作为评判低压缸相对内效率是否达到设计值。

1 机组热力系统

图1为某330 MW机组增容改造后原则性热力系统图。本文基于进除氧器的凝结水流量为基础，结合能量守恒和质量守恒，进行给水流量、主蒸汽流量及其各级段抽汽流量的计算[20]。

图1 330 MW机组原则性热力系统

1.1 进除氧器凝结水流量、小机抽汽流量的确定

试验以进除氧器的凝结水流量为基准。进除氧器凝结水流量计算遵循ASME PTC19.5标准，小机抽汽流量计算依照GB2624标准执行，其流量计算公式为：

(1)

式中C——工作状态下节流件流出系数；α——工作状态下节流件流量系数；ε——流束膨胀系数；d——工作状态下的节流件开孔直径，m； Δp——节流件差压，Pa；ρ1——工作状态下的流体密度，kg/m3；β——工作状态下节流件开孔直径与管道内径之比。

1.2 各级抽汽流量的确定

单独取出图1中凝汽式机组给水系统，如图2所示。

图2 330 MW机组给水系统

H1高压加热器热平衡式：

(2)

Ddr1=D1

(3)

H2高压加热器热平衡式

Dgs(hw2-hw3)

(4)

Ddr2=D1+D2

(5)

H3高压加热器热平衡式：

Dgs(hw3-hw4)

(6)

Ddr3=Ddr2+D3

(7)

将除氧器、前置泵、给水泵组成一个热力系统，则其热平衡式：

(8)

除氧器、前置泵、给水泵系统工质平衡式：

D4+Dns+Ddr3+Dgbmfs±Dsw=Dgs+Dgis+Dzjs

(9)

其中，Dsw取水位下降为正，上升为负。

式(2)—式(9)中，共有5个未知数分别是1号、2号、3号高压加热器进气量、除氧器进气量和给水流量，共5个方程组成5元线性方程组。以进除氧器凝结水流量为基础，由此计算出给水流量，代入式(2)—式(9)中即可计算出主蒸汽流量D0及其各级抽汽流量。

同理，以进除氧器凝结水流量为基础，结合各级段进汽参数，加热器进、出及其疏水参数，求得各段抽汽流量D5、D6、D7、D8，求得各段抽汽焓值h5、h6、h7、h8。

1.3 汽轮机低压缸排汽焓值及低压缸相对内效率

由图1可见，进入低压缸排汽的热量为主蒸汽输入热量减去各段抽汽带走的热量、轴封漏汽带走的热量、小汽轮机带走的热量。即进入低压缸排汽的热量为：

Qc=D0×h0-D0×h0-D1×h1-D2×h2-D3×h3-D4×h4-D5×h5-D6×h6-D7×h7-D8×h8-∑Qe

(10)

式中Qc——低压缸排汽流量；Qe——轴封、阀杆泄漏、汽轮机内部泄漏及其他泄漏流量带走的热量，当无法测量这些热量时，需要用其设计值计算。

进入低压缸排汽的流量为

Dc=D0-D1-D2-D3-D4-D5-D6-D7-D8-∑De

(11)

式中De——低压缸的排汽流量；De——轴封、阀杆泄漏、汽轮机内部泄漏及其它泄漏流量，当无法测量这些泄漏时，需要用其设计值计算，取其设计值。

低压缸有用能排汽焓值用hueep表示，则

(12)

低压缸相对内效率为

(13)

式中hin，hcls——低压缸进汽焓值和低压缸等熵排汽焓值，kJ/kg；ηlri——低压缸相对内效率。

2 实例验证

基于常识，选择300 MW和200 MW两个负荷点进行了机组变背压试验，以获得低压缸内效率与背压的关系。试验结果见表1，趋势见图3。

表1 变背压试验计算结果汇总表

图3 低压缸内效率与背压的关系

由表1和图3可知，低压缸内效率在机组负荷为200 MW、背压为5.64 kPa下达到87.75%，略低于设计保证值88%。由于再热汽温偏低，导致低压缸运行工况偏离设计工况较远，与设计值进行比较，误差较大。利用本方法求得低压缸最佳缸效率，利用最佳低压缸效率与设计值进行比较，发现最佳低压缸效率较设计值仍然偏低，可见低压缸效率偏低，最终三方信服试验结果。

3 结语

(1)本文通过联立汽轮机组的整体能量平衡方程、低压系统能量平衡方程以及凝汽器能量平衡方程，得到了汽轮机低压缸排汽焓值和低压缸效率的计算方法。

(2)对运行参数偏离设计值较远，如锅炉侧做低氮燃烧器的改造，致使机组再热汽温严重偏低、机组效率也偏低、通过修正不能说服三方对试验结果达成共识的机组更有意义。

(3)通过变背压试验寻求最佳低压缸效率，当机组负荷为200 MW、背压为5.64 kPa时，低压缸的效率达到87.75%，略低于设计保证值88%，得到三方认可，充分证明了本方法的实用性。

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(本文编辑：赵艳粉)

Relative Internal Efficiency Determination Method for Condensing Steam Turbine Low-Pressure Cylinder in Performance Test

WANG Jiayong1, LAI Fusheng2, LI Renjie3, ZHANG Ding1, DAI Junke1

(1. Suzhou Thermal Research Institute Co., Ltd., Suzhou 215004, China;2. Huaneng Chaohu Power Generation Co., Ltd., Chaohu 230000, China;3. Zhengzhou Electric Power College, Zhengzhou 450000, China)

When low-pressure cylinder exhaust is in wet steam area, the exhaust enthalpy value cannot be checked by the pressure and temperature, so the relative internal efficiency of low pressure cylinder cannot be calculated accurately. This paper analyzes the current calculating methods of relative internal efficiency for condensing steam turbine low-pressure cylinder. Then considering the obvious impact of exhaust steam flow and the unit back pressure, it proposes to obtain the best value of low-pressure cylinder relative internal efficiency through the test of changing back pressure, which serves as evaluation index for low pressure cylinder relative internal efficiency.

steam turbine; low-pressure cylinder exhaust enthalpy; low-pressure cylinder efficiency; performance test

10.11973/dlyny201702024

王加勇(1985—)，男，博士，工程师，从事电站热力性能评价及优化工作。

TM712

B

2095-1256(2017)02-0201-04

2017-02-28