基于矩陣法的超超臨界機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性分析

薛青鴻

（神華江蘇國華陳家港發(fā)電有限公司，江蘇省鹽城市， 224631)

0 引言

近年來，660 MW超超臨界機(jī)組相繼投運(yùn)，其熱經(jīng)濟(jì)性分析對機(jī)組的節(jié)能運(yùn)行有著重要的意義[1]。依據(jù)能量平衡，列出加熱器熱平衡方程式，應(yīng)用等效熱降基礎(chǔ)理論[2-4]，將普通方程轉(zhuǎn)化為簡潔的矩陣方程，從而得出系統(tǒng)汽水分布方程。在此基礎(chǔ)上以朗肯循環(huán)、有再熱無抽汽、有再熱有抽汽系統(tǒng)為例推導(dǎo)矩陣形式的熱經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)數(shù)學(xué)表達(dá)式，這就構(gòu)成了文獻(xiàn)[1]提出的電廠熱力系統(tǒng)熱經(jīng)濟(jì)性狀態(tài)矩陣方程?；谖墨I(xiàn)[1]提出的主系統(tǒng)熱經(jīng)濟(jì)性狀態(tài)方程，通過輔助水（汽)流進(jìn)（出)系統(tǒng)在矩陣方程中的結(jié)構(gòu)表述，推導(dǎo)某電廠660 MW超超臨界機(jī)組熱力系統(tǒng)的熱經(jīng)濟(jì)指標(biāo)表達(dá)式，并對設(shè)計(jì)工況進(jìn)行計(jì)算，為機(jī)組節(jié)能分析提供理論依據(jù)。

1 主系統(tǒng)熱經(jīng)濟(jì)性狀態(tài)矩陣方程

1.1 參數(shù)定義

定義如下參數(shù)：

（1)qi為第i級抽汽在加熱器中的放熱量，一般稱為抽汽放熱量，kJ/kg。

對疏水自流表面式加熱器，

式中：hi為第i級加熱器抽汽焓;hdi為第i級加熱器疏水焓;hwi為第i級加熱器出口水焓。

（2)γi為1 kg疏水在第i級加熱器中的放熱量，稱為疏水放熱量，kJ/kg。

對疏水自流面式加熱器，

（3)τi為1 kg給水在第i級加熱器中的焓升，稱為給水焓升，kJ/kg。

1.2 主系統(tǒng)功率方程

1 kg新蒸汽使汽輪機(jī)輸出的內(nèi)功率為

1.3 主系統(tǒng)吸熱方程

對于有再熱有抽汽機(jī)組，1 kg工質(zhì)在鍋爐中的吸熱量為

式中hfw為高加出口給水焓，kJ/kg。

2 660MW機(jī)組熱力系統(tǒng)熱經(jīng)濟(jì)性狀態(tài)矩陣方程

2.1 660MW機(jī)組熱力系統(tǒng)圖

該熱力系統(tǒng)具有8段非調(diào)整抽汽，配有1臺外置疏水冷卻器（吸收7、8號低加疏水放熱量用以加熱主凝結(jié)水)，6號低加疏水通過疏水泵打至5號低加凝結(jié)水側(cè)入口。汽輪機(jī)冷端系統(tǒng)為雙背壓凝汽器（圖1中只畫出1個)，排汽參數(shù)取平均值。圖1中標(biāo)號2、4、5為流出各抽汽段的輔助小汽流，流量、焓值以下標(biāo)f表示。

2.2 汽水分布方程

根據(jù)前述部分基礎(chǔ)理論列出如圖1所示熱力系統(tǒng)汽水分布方程，式中：[ AA]為實(shí)際系統(tǒng)q-γ-τ結(jié)構(gòu)矩陣;[ DDi]為各級抽汽量組成的抽汽矩陣;[ QQi]為輔助汽流的等效純熱量擾動項(xiàng);τb為給水泵焓升，kJ/kg;hwc為熱水井水焓，kJ/kg。

2.3 功率方程

在本文的推導(dǎo)中，一個實(shí)際系統(tǒng)的熱力計(jì)算均以主蒸汽流量D0為計(jì)算基準(zhǔn)。令新蒸汽焓為h0，平均排汽焓為hc。對于該機(jī)型熱力系統(tǒng)，當(dāng)各種軸封漏汽及加熱器抽汽離開通流部分時，其功率方程為

2.4 吸熱方程

對于鍋爐側(cè)既無工質(zhì)損失，又無過熱器、再熱器噴水減溫系統(tǒng)，工質(zhì)完成循環(huán)在鍋爐中的吸熱量為;若有過熱器噴水減溫，噴水量為Dss，噴水焓為hss，若有再熱器噴水減溫，噴水量為Drs，噴水焓為hrs，則工質(zhì)完成循環(huán)在鍋爐中增加的吸熱量為Dss(hfw-hss)+Drs(hzr-hrs);因此，完成循環(huán)后，工質(zhì)從鍋爐中吸熱的吸熱量方程為

式中：[ σ]ρ=[σ σ…σ]T，該矩陣的前ρ行元素為σ，其余元素為 0;[ σ]d=[σ σ…σ]T，前d行為σ;[Di]ρ和[Dn]d分別為它們相應(yīng)的列向量。

2.5 熱耗率

生產(chǎn)每kW·h電能所消耗的熱量為

式中：Pe為發(fā)電量;ηe為汽輪發(fā)電機(jī)組絕對電效率;ηi為汽輪機(jī)絕對內(nèi)效率;ηm、ηg分別為汽輪機(jī)的機(jī)械效率和發(fā)電機(jī)效率。

3 設(shè)計(jì)工況驗(yàn)證

參照660 MW機(jī)組熱力系統(tǒng)設(shè)計(jì)工況下熱平衡圖，限于篇幅，這里只列出設(shè)計(jì)工況下的主要數(shù)據(jù)，見表1，基于該熱力系統(tǒng)矩陣方程的計(jì)算結(jié)果匯總與設(shè)計(jì)工況的比較見表2。

表1 660 MW機(jī)組設(shè)計(jì)工況主要數(shù)據(jù)Tab.1 The main design data for 660 MWunit

由表2可知，機(jī)組內(nèi)功率為660.54 MW，機(jī)組熱耗為7 329.464 kJ/（kW·h);依據(jù)文獻(xiàn)[1]可以準(zhǔn)確、方便地列出實(shí)際機(jī)組熱力系統(tǒng)的矩陣方程，以主蒸汽流量為基準(zhǔn)可以用MATLAB軟件計(jì)算出其各段抽汽量、再熱蒸汽流量等;加之，實(shí)際系統(tǒng)中各輔助小汽（水)流，可以求得其功率方程、吸熱方程的解。由其構(gòu)成的3個方程可以計(jì)算實(shí)際系統(tǒng)的熱耗率[5-12]，為該機(jī)型節(jié)能分析及優(yōu)化運(yùn)行方式等提供了理論基礎(chǔ)。

表2 矩陣方程計(jì)算結(jié)果匯總與設(shè)計(jì)工況比較Tab.2 Comparison of matrix-equation-computed results and the design condition

4 結(jié)論

將文獻(xiàn)[1]提出的熱力系統(tǒng)熱經(jīng)濟(jì)性矩陣方程應(yīng)用于超超臨界機(jī)組熱力系統(tǒng)熱經(jīng)濟(jì)計(jì)算與分析中，大大減少了常規(guī)熱平衡計(jì)算帶來的繁瑣。對于該熱力系統(tǒng)推導(dǎo)出的矩陣方程，可以計(jì)算某穩(wěn)態(tài)工況下的做功及熱耗情況，還可以分析因輔助小汽（水)流的局部變化引起機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)的變化，進(jìn)而對機(jī)組節(jié)能分析具有一定的指導(dǎo)作用。

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