汽輪機(jī)及其熱力系統(tǒng)性能分析與優(yōu)化

付崢+片錦香

摘要：汽輪機(jī)主要是將蒸汽的能量逐漸轉(zhuǎn)化為機(jī)械功能的旋轉(zhuǎn)式動(dòng)力機(jī)械，也正是因?yàn)槠涮匦杂直怀蔀檎羝钙?。隨著時(shí)代的發(fā)展，汽輪機(jī)的應(yīng)用也更為廣泛，所發(fā)揮的作用日漸突出。而其中尤其需要注重并予以高度重視的便是其熱力系統(tǒng)的性能，探究更好的促進(jìn)方式。基于此，本文就汽輪機(jī)及其熱力系統(tǒng)性能分析與優(yōu)化進(jìn)行探索，希望可以為汽輪機(jī)熱力系統(tǒng)性能優(yōu)化提供借鑒。

關(guān)鍵詞：汽輪機(jī)；熱力系統(tǒng)；性能分析；優(yōu)化路徑

前言：

長(zhǎng)期以來(lái)我國(guó)都是以煤作為主要的能源支撐，燃煤火力在我國(guó)的電力供應(yīng)中依然具有極為重要的作用和影響，并占據(jù)極為重要的地位。燃煤火力發(fā)電在促進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展的同時(shí)，也讓其能源消耗嚴(yán)重，所產(chǎn)生的諸如二氧化硫、二氧化碳等氣態(tài)污染物等對(duì)我國(guó)的環(huán)境也產(chǎn)生嚴(yán)重污染。通過(guò)燃煤火電機(jī)組的高效運(yùn)行則促使煤炭資源予以節(jié)約，促使火電廠的能源成本不斷降低，并能夠減少污染氣體排放，在改善生態(tài)環(huán)境的同時(shí)有效提升社會(huì)綜合效益，讓節(jié)能減排與企業(yè)的經(jīng)濟(jì)利益達(dá)到一致。也正是因?yàn)榇?，探索汽輪機(jī)及其熱力系統(tǒng)性能的優(yōu)化措施就顯得極為重要。

一、汽輪機(jī)的熱力系統(tǒng)

汽輪機(jī)裝置之中，鍋爐和汽輪機(jī)則是其中的主要熱力設(shè)備，其結(jié)合相應(yīng)的輔助設(shè)備將主、輔設(shè)備運(yùn)行連接，從而形成系統(tǒng)運(yùn)行的熱力系統(tǒng)。這些輔助設(shè)備以及熱力系統(tǒng)對(duì)裝置運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性都具有一定影響。就其主要熱力系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，主要包括以下幾個(gè)系統(tǒng)：

第一，連接鍋爐和汽輪機(jī)的主蒸汽系統(tǒng)。

第二，各回?zé)峒訜崞鞯墓┙o抽汽系統(tǒng)，以及除氧器用氣的供給抽汽系統(tǒng)。

第三，凝汽器中的凝結(jié)水抽出，并送往各低壓回?zé)峒訜崞?，以及除氧器中所形成的主凝結(jié)水系統(tǒng)。

第四，除氧器中的給水升壓送到各個(gè)高壓加熱器之中，以及鍋爐之中的給水系統(tǒng)。

第五，補(bǔ)充汽水循環(huán)中的工質(zhì)損失的補(bǔ)充水系統(tǒng)。

第六，汽輪機(jī)本體疏水和其他熱力設(shè)備疏水、防水的疏放水系統(tǒng)。

第七，凝汽器供應(yīng)冷卻水的冷卻水系統(tǒng)，此系統(tǒng)又被稱為循環(huán)水系統(tǒng)。

第八，向潤(rùn)滑油冷卻器以及其他冷卻設(shè)備供應(yīng)冷卻水的工業(yè)水系統(tǒng)。

第九，供熱汽輪機(jī)，以及熱力網(wǎng)加熱器、熱力網(wǎng)水泵和向熱用戶供熱水或蒸汽的熱力網(wǎng)系統(tǒng)。

二、熱力系統(tǒng)主要分析計(jì)算方法

1.常規(guī)熱平衡法

此方法為最基本的熱力系統(tǒng)分析計(jì)算方法，也是熱力系統(tǒng)計(jì)算中極為直接的一種表述方法，其所應(yīng)用的主要是汽水流量平衡和能量平衡的計(jì)算方法。其主要是以各個(gè)加熱器作為主要研究對(duì)象，其他多種分析方法都可以依托于此推導(dǎo)而出，能夠通過(guò)加熱器汽水質(zhì)量平衡，以及能量平衡方程計(jì)算方法得出加熱器抽汽系數(shù)，并結(jié)合功率方程和吸熱方程求得相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。

2.等效熱降法

此方法是一種熱工理論，以新蒸汽流量、循環(huán)初終參數(shù)、氣態(tài)線不變?yōu)榍疤幔Y(jié)合內(nèi)功率的變化來(lái)對(duì)熱力系統(tǒng)進(jìn)行熱經(jīng)濟(jì)效益分析。此方法既可以應(yīng)用于整個(gè)熱力系統(tǒng)的計(jì)算，也可以應(yīng)用于熱力系統(tǒng)局部的定量分析，但就目前來(lái)說(shuō)，其在等效熱降法的應(yīng)用中數(shù)據(jù)獲得的動(dòng)搖性較大。

3.循環(huán)函數(shù)法

此方法是一種新型的熱力系統(tǒng)計(jì)算方法，其依托于熱力學(xué)第二定律而來(lái)，并首次提出了循環(huán)不可逆性來(lái)對(duì)蒸汽循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行定型分析以及循環(huán)函數(shù)應(yīng)用，簡(jiǎn)化了熱力系統(tǒng)計(jì)算的復(fù)雜性，也更加有助于汽用水單項(xiàng)熱經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的解決計(jì)算。此方法在熱力系統(tǒng)整體和局部定量分析中都具有極為重要的作用。

4.矩陣分析法

此方法主要是一個(gè)泛稱，更多的指的是用矩陣形式表達(dá)的方法，而不是單純指的一種分析方法，因此，此方法更多的說(shuō)的是一個(gè)范疇。隨著計(jì)算機(jī)的普及和應(yīng)用，此方法的應(yīng)用也成為熱力系統(tǒng)計(jì)算分析的重要發(fā)展方向。

5.符號(hào)火用經(jīng)濟(jì)學(xué)法

西班牙學(xué)者提出了“火用成本理論”，直接導(dǎo)致了符號(hào)火用經(jīng)濟(jì)學(xué)的誕生，此種方法在我國(guó)被稱為“矩陣模式的經(jīng)濟(jì)學(xué)”，其主要是尋根究底的探索中建立的，以熱力學(xué)第二定律所定義的效率為研究中心，所提出的火用成本作為感念依托，同時(shí)提出了附加方程的基本準(zhǔn)則，進(jìn)而探索該計(jì)算方法的應(yīng)用方式。

三、汽輪機(jī)性能退化的主要原因

依照我國(guó)當(dāng)前的供電標(biāo)煤耗來(lái)看，與國(guó)際上的先進(jìn)指標(biāo)依然具有極大差距，火電機(jī)組的供電標(biāo)煤耗為

其中Kcp則為機(jī)組長(zhǎng)用電率；ηb為鍋爐效率；ηi為機(jī)輪機(jī)內(nèi)效率； ηp為管道效率；ηm為機(jī)械效率；ηn為發(fā)電機(jī)效率；HRi為汽輪發(fā)電機(jī)組熱耗率。

那么

通過(guò)鍋爐效率的提升，汽輪發(fā)電機(jī)組熱耗率以及降低廠用電率則能夠有效實(shí)現(xiàn)火電機(jī)組的節(jié)能減排，提升其應(yīng)用效率。

四、火電機(jī)組的性能及耗差分析

首先，就其實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的矯正來(lái)說(shuō)，其主要集中于以下幾個(gè)方面：第一，主輔機(jī)設(shè)備的常規(guī)過(guò)程參量需要數(shù)據(jù)的完整性，一個(gè)極為特殊的參量同樣需要數(shù)據(jù)的完整支撐。第二，數(shù)據(jù)精確性需要保證其參量變化趨勢(shì)的正確，而需要其過(guò)程參量的精準(zhǔn)；第三，數(shù)據(jù)需要保證一致。數(shù)據(jù)在不能滿足需要的情況下可以進(jìn)行一定程度的修補(bǔ)，其主要是對(duì)精確性、過(guò)程參量等進(jìn)行優(yōu)化和校正處理，經(jīng)過(guò)基準(zhǔn)熱力實(shí)驗(yàn)樣本標(biāo)定的機(jī)理模型方式，來(lái)對(duì)缺失和失真的過(guò)程予以重建和修復(fù)。機(jī)組能量平衡校驗(yàn)主要說(shuō)的是對(duì)機(jī)組性能指標(biāo)產(chǎn)生重大影響的主汽流量參量在數(shù)據(jù)上進(jìn)行修補(bǔ)，并進(jìn)行進(jìn)一步的平衡校驗(yàn)，從而能夠更好地對(duì)主汽流量性能以及機(jī)組負(fù)荷一致性予以保持和平衡。

其次，火電機(jī)組性能指標(biāo)的實(shí)時(shí)分析，其主要包括機(jī)組設(shè)備的性能指標(biāo)，以及設(shè)備級(jí)指標(biāo)等指標(biāo)實(shí)時(shí)分析。為了達(dá)到更好的應(yīng)用需要，需就平衡效率計(jì)算模型進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，做到模型修正算法的一致性校驗(yàn)。

第三，火電機(jī)組耗差指標(biāo)的在線分析，一般情況下，火電機(jī)組的運(yùn)行工況需要運(yùn)行參數(shù)的同一時(shí)刻取值，為了簡(jiǎn)化相應(yīng)的程序，并突出重要的特點(diǎn)，則選擇若干具有代表性的監(jiān)控參數(shù)來(lái)進(jìn)行工況運(yùn)行監(jiān)控。耗差分析需要融合監(jiān)控參數(shù)的選擇、性能指標(biāo)期望值模型的建立、監(jiān)控參數(shù)期望值模型的建立，以及監(jiān)控參數(shù)耗差分配等多個(gè)指標(biāo)分配情況的數(shù)據(jù)分析。

結(jié)語(yǔ)：

燃煤火機(jī)組的節(jié)能需要從汽輪機(jī)、鍋爐、輔機(jī)等多節(jié)能方式入手，就外部因素、能效因素、運(yùn)行因素等多方面予以分析開展，讓做好相應(yīng)的管理檢修，以及運(yùn)行優(yōu)化。耗差分析與機(jī)組運(yùn)行性能、運(yùn)行方式等都具有緊密關(guān)系，與檢修水平也具有緊密連接因素，在此方面則可以通過(guò)機(jī)組性能影響因素的深入研究與考慮追究到相應(yīng)的癥結(jié)所在，通過(guò)考核管理的方式來(lái)獲得更好的成本降低的節(jié)能效果。

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