供熱機組變工況功率計算研究

　　摘 要：本文基于熱電聯產冷源領域研究的需要，對比純凝機組變工況功率的計算，利用特征通流面積的公式，研究供熱機組變工況時汽輪機的變化情況，確定各工況點參數和功率變化。
　　關鍵詞：熱電聯產 變工況
　　中圖分類號：TM74文獻標識碼：A文章編號：1672-3791（2012）09（a）-0114-02
　　對于現在的高參數大容量的供熱機組，如果還停留在一般“由熱定電”供熱機組，只是滿足供熱的要求，將大大降低機組的使用效率從而損失很大一部分電能[1]。
　　如今的大部分供熱機組，很少甚至幾乎不考慮供熱變化、環境溫度的變化、只是考慮滿足最大的加熱條件下，即使有些單位考慮了熱負荷變化，但是仍然沒有考慮熱負荷變化會對汽輪機造成一定影響。特別是一些大型供暖單位的供熱機組，不只是要考慮熱負荷的變化，還必須考慮電負荷的變化情況。不但要研究的供熱的某一部分，需要把它們結合在一起系統考慮。
　　1 供熱機組變工況計算的原理和研究方法
　　目前的供熱機組的變工況研究比較缺乏，其中多數變工況計算多為純凝機組的計算，但是供熱機組變工況的計算和純凝機組的變工況計算是有一定差別的。純凝機組的變工況計算主要采用順序方法計算，依據電力負荷確定機組的主氣量，但是供熱機組的變工況不同，供熱機組是主汽量保持不變，而熱負荷的產生變化，隨之變化的是供熱抽氣的參數，從而汽輪機的做功也被影響，所以供熱機組的變工況計算就需要重新審視和研究。
　　我們在研究供熱機組變工況前，首先必須理解供熱機組聯合特性曲線，簡單的說，供熱機組的聯合特性曲線是指供熱抽汽壓力和低壓缸入口壓力與供熱抽氣量的關系，因而供熱機組聯合特性曲線可以確定熱負荷變化時汽輪機的供熱抽氣的技術參數。
　　2 供熱機組變工況功率計算實例
　　本次選用典型的大型供熱機機型，哈爾濱汽輪機廠制造的C160/N210-12.75/535/535/0.325型汽輪機的計算實例如下。
　　2.1 確定各工況的理論功率
　　我們在計算之前第一個必須確定一個理論功率，這個理論功率是用來與效驗后計算得到功率進行比對，確定計算值的準確性。本次計算是根據該型汽輪機的一系列熱平衡圖，然而在計算過程中，發現熱平衡圖上的功率有些異常，與熱平衡計算得出的功率有一定的偏差，但是熱平衡計算則是依照熱平衡圖上的各段參數計算得到的，初步確定發生這種狀況的原因有兩個：首先是因為計算所選用的焓熵表的版本不一致；其次是計算過程中保存的有效數字不同。所以最后確定選用熱平衡計算的到功率為理論功率。
　　2.2 確定基準工況
　　我們在計算過程中依次選取的抽汽流量為250t、300t、360t和400t，抽汽壓力為0.20MPa、0.25MPa、0.30MPa和0.35MPa的一個工況作為基準功率，根據其特征同流面積和段效率，進行其它所有工況（包括抽汽壓力為0.40MPa和0.15MPa時）的功率計算，與該工況的理論值進行比較，檢查誤差的大小。
　　圖1為7組較適合的基準工況，縱坐標為計算得到的功率與理論功率的誤差，橫坐標為各個工況點，每一個點，從左到右分別為：抽汽壓力0.15MPa、抽汽量為250t、300t、360t、400t；抽汽壓力為0.2MPa，抽氣量250t、300t、360t、400t……抽汽壓力達到0.4MPa，抽氣量為250t、300t、360t、400t等24個工況點。圖1的基準工況進行比較，選擇抽汽參數為0.25MPa、300t工況作為基準工況下，其計算功率最精確，誤差相當小，所以確定選取它為基準工況。據此選擇基準工況：基準工況壓力值取中低壓缸分缸壓力設計值；基準工況抽汽量為中壓缸排汽量60%。
　　由圖1顯示：7組曲線從左至右顯然是波形，從左到右逐漸減少誤差。因此可以確定，因為抽汽量的變化導致的功率的誤差相當小，而抽汽壓力變化導致的功率的誤差則較大。另外發現，在抽汽壓力小于基準工況的抽汽壓力時，功率的變化比較大，而抽汽壓力大于基準工況的抽汽壓力時，工況的變化比較小，特別是對于抽汽壓力為0.15MPa的工況，其誤差尤其大，需要對這些誤差較大的工況進行修正。
　　2.3 功率修正
　　經過研究表明，隨著壓力降低后，主要由于效率的改變，引起中壓缸末段的功率改變，而影響中壓缸末段效率的主要原因是余速損失的比加大、對抽汽壓力小于基準工況抽氣壓力的工況進行修正，修正方法為依據中壓缸排汽余速損失變化對功率的影響進行修正：首先如果基準工況中壓缸排汽流量為100m/s，當中壓缸排氣壓力下降，就會得出相應的排氣流速，再求出流速增加使余速損失的增加的誤差，以得出功率影響的誤差值；依據已知的“基準工況功率比較”計算表明，中壓缸由于排氣壓力降低的功率變化約為5段級組功率變化的1.5倍，通過效核用上述計算再乘以1.52.3，中壓缸進行功率修正與理論值誤差卻不到3%，如表1為修正后的功率誤差。
　　由此我們可以看到，變工況計算程序在計算抽汽壓力較小的工況時，有一定的局限性，這是因為在抽氣壓力較小時，汽輪機的工作狀態遠離額定工況，汽輪機各段工作狀態比較惡劣，需要對這些工況單獨對待。
　　3 結語
　　本文通過對供熱機組變工況功率的計算研究，得出以下結論：（1）供熱機組的變工況與純凝機組的變工況是有很大不同的，但可以效仿純凝機組的變工況計算，如熱力系統。（2）必須合理選擇各個工況的理論值，而不是直接將熱平衡圖上注明的功率拿來作為理論功率。（3）供熱機組的供熱變工況功率計算可以選擇一個基準工況，根據特性通流面積不變的計算方法計算，選擇的基準工況的抽汽壓力為低壓缸的分氣缸壓力、抽氣量是中壓排氣量的60%。（4）抽汽壓力較小時，供熱機組的工作狀態比較特殊，需要對這些工況單獨進行修正，通過對抽汽壓力小于基準工況抽汽壓力的工況條件的功率進行修正，將計算的全部工況功率和理論值誤差不大于0.3%。
　　參考文獻
　　[1]胡玉清，馬先才.我國熱電聯產領域現狀及發展方向[J].黑龍江電力，2008，30（1）：79-80.
　　[2]閆順林，劉帥，李玉輝.汽輪機變工況優化運行模型的研究[J].研究與分析，2009：24-2