一种低温省煤器系统节能量考核试验的修正计算方法与流程

本发明属于发电机组热力性能试验领域，尤其涉及一种低温省煤器系统节能量考核试验的修正计算方法。

背景技术：

燃煤电站锅炉排烟热损失是锅炉各项热损失中比重最大的一项，约占锅炉总损失的60％～70％、占锅炉总投入热量的5％～8％。在锅炉尾部烟道增加余热利用低温省煤器是目前广泛采用的降低排烟温度、提高机组能效的方法。增加低温省煤器后，机组能效变化主要体现在：凝结水吸收部分锅炉排烟余热使汽轮机低压缸部分抽汽口抽汽量减小做功增加。

在设计包含低温省煤器的热力系统中，低温省煤器通过加热凝结水，类似替代部分低压加热器的功能，有效减小相应加热器的抽汽流量，使汽轮机低压缸做功蒸汽流量显著增大。低温省煤器的运行特性受锅炉煤质变化、负荷波动、运行控制等因素影响具有较强的波动性，其运行边界条件如进水温度、进水流量、吸热量、进口烟气温度、进口烟气流量及烟气比热容等无法完全与设计条件相同。

在低温省煤器的改造工程实践中，经常通过分别在低温省煤器投入和退出两种条件下进行汽轮机性能试验，对比两种条件下的汽轮机热耗率试验结果来评价低温省煤器的节能效果。在此类利用汽轮机性能试验评价低温省煤器节能量的性能考核试验中，如果不考虑对低温省煤器相关运行参数进行修正，则计算得到的低温省煤器节能效果仅能代表试验状态条件下的节能效果，而无法与低温省煤器保证节能效果进行直接比较。

目前，以低温省煤器为代表的烟气余热利用改造，在火力发电厂节能改造工程中占有较大市场份额。因此，针对低温省煤器改造后的节能效果考核试验，探讨试验计算中低温省煤器系统的修正方法具有十分重要的意义。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种低温省煤器系统节能量考核试验的修正计算方法，针对新增设的低温省煤器系统，在利用汽轮机性能试验评价低温省煤器节能量的性能考核试验中采用该方法可以将实测节能量修正至低温省煤器相关设计边界。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案来实现的：

一种低温省煤器系统节能量考核试验的修正计算方法，包括以下步骤：

a、参考asmeptc6-2004《汽轮机性能试验规程》，采用分别在低温省煤器投入及退出条件下进行汽轮机性能试验，来评价低温省煤器节能量；进行低温省煤器投入工况下的汽轮机性能试验时，除规程中推荐的常规汽轮机性能试验测量参数外，对低温省煤器进水母管流量f3、低温省煤器进水母管温度t3、进水母管压力p3、回水母管温度t4、回水母管压力p4、低温省煤器烟气侧进口温度t7、及低温省煤器烟气侧出口温度t8进行测量，进入步骤b；

b、低温省煤器投入及退出工况，均按照asmeptc6-2004《汽轮机性能试验规程》，分别计算得到低温省煤器投入工况实测状态下的热耗率及低温省煤器退出工况下的汽轮机热耗率，进入步骤c；

c、低温省煤器退出工况，按照asmeptc6-2004《汽轮机性能试验规程》进行第一类修正计算得到一类修正后汽轮机热耗率，修正项目包括：(a)给水加热器端差；(b)给水加热器疏水冷却段端差；(c)抽汽管道压损和散热损失；(d)系统贮水量变化；(e)凝结水泵和给水泵的焓升；(f)凝汽器中凝结水过冷度；(g)补给水量；(h)控制蒸汽温度用的减温水；(i)功率因数；(j)发电机电压；(k)发电机氢压；(l)发电机转速；低温省煤器投入工况下，在汽轮机热力性能试验第一类修正计算中，除了进行asmeptc6-2004规定的第一类修正项目外，加入一个子迭代循环，完成低温省煤器参数修正，加入子循环迭代后，通过在子循环迭代中对低温省煤器进水母管温度t3、低温省煤器进水母管流量f3、低温省煤器烟气流量f7、低温省煤器烟气比热容cg及低温省煤器烟气侧进口温度t7进行修正，在每一次汽轮机一类修正计算的主循环迭代计算中，产生一组新的迭代变量值，该组变量值包括：(1)低温省煤器出口烟气温度t8；(2)低温省煤器出水温度t4；(3)低温省煤器回水与主凝结水汇合后的凝结水温度t5；(2)主凝结水与低温省煤器回水汇合前凝结水位置f6；(3)低温省煤器供水高温水源支路流量f1；(4)低温省煤器供水低温水源支路流量f2；该组参数将作为低温省煤器热力系统子循环迭代计算修正结果参与至汽轮机性能结果的修正计算中，进入步骤d；

d、子循环及主循环迭代收敛，低温省煤器投入工况下的第一类修正计算结束，分别计算得到第一类修正计算后的低温省煤器投入工况下的热耗率hri1c及退出条件下的汽轮机热耗率hro1c；根据asmeptc6-2004《汽轮机性能试验规程》，在第一类修正计算结果基础上，完成第二类修正计算，分别计算得到修正后低温省煤器投入工况下的热耗率hri2c及退出工况下的热耗率hro2c，进入步骤f；

f、修正后低温省煤器退出工况下的热耗率hro2c与投入工况下的热耗率hri2c差值即为低温省煤器的节能效果。

本发明进一步的改进在于，步骤a中，低温省煤器进水母管流量f3能够替换为低温省煤器进水支管流量f1或f2。

本发明进一步的改进在于，步骤b中，汽轮机热耗率实测值计算方法，如公式(1)所示：

式中：hrt为汽轮机热耗率实测值，kj/(kw.h)；dm为主蒸汽流量，t/h；dr为热再热蒸汽流量，t/h；dfw为主给水流量，t/h；dcr为冷再热蒸汽流量，t/h；dshs为过热器减温水流量，t/h；drhs为再热器减温水流量，t/h；hm为主蒸汽焓，kj/kg；hr为热再热蒸汽焓，kj/kg；hfw为主给水焓，kj/kg；hshs为过热器减温水焓，kj/kg；hrhs为再热器减温水焓，kj/kg；pe为发电机输出功率，mw。

本发明进一步的改进在于，在步骤c加入的子循环迭代中，定义系数λ为低温省煤器烟气侧平均比热容cg与烟气质量流量mg的乘积，见公式(2)：

λ＝cg×mg(2)

式中：λ为低温省煤器烟气侧平均比热容cg与烟气质量流量mg的乘积，kj/(kg.s)；mg为烟气质量流量，kg/s；cg为烟气的平均比热容，kj/(kg.k)。

本发明进一步的改进在于，在步骤c加入的子循环迭代中，将低温省煤器进水母管温度t3、低温省煤器进水母管流量f3、低温省煤器烟气流量f7、系数λ及低温省煤器烟气侧进口温度t7修正至设计值，见公式(3)～公式(6)：

t3c＝t3d(3)

t7c＝t7d(4)

f3c＝f3d(5)

λc＝λd＝cgd×mgd(6)

式中：下标d表示设计值；下标c表示修正后数值。

本发明进一步的改进在于，在步骤c加入的子循环迭代中，通过假设修正前、后的低温省煤器换热系数k不变，利用公式(7)、公式(8)推算得到公式(9)、公式(10)：

q＝k×a×δtm(7)

q＝cg×mg×(t7-t8)＝λ×(t7-t8)(8)

式中：mg为烟气质量流量，kg/s；cg为烟气的平均比热容，kj/(kg.k)；a为低温省煤器烟气侧换热面积，m²；k为低温省煤器的总体传热系数，kj/(m².k)；δtm为试验条件下低温省煤器的传热对数平均温差，℃；δtmc为修正后低温省煤器的传热对数平均温差，℃；δtmax为最大传热温差，℃；δtmin为最小传热温差，℃；t8c为修正后低温省煤器的出口烟气温度，℃；t7c为修正后低温省煤器的进口烟气温度，℃；λt为试验条件下的低温省煤器进口烟气温度与平均比热容的乘积，kj/(kg.s)；k表示低温省煤器传热系数，kj/kg；f表示水侧工质流量kg/s；q表示低温省煤器换热量，kw；下标d表示设计值；下标t表示实测值；下标c表示修正后数值。

本发明进一步的改进在于，在步骤c加入的子循环迭代中，通过给低温省煤器出水温度t4、排烟温度t8赋初值，利用公式(9)、公式(10)及公式(11)～公式(14)迭代计算得到修正后的t4c、t8c、t5c、f6c、f1c、f2c；

f1×h1+f2×h2＝f3×h3(11)

f1+f2＝f3＝f4＝f5-f6(12)

q＝(h4-h3)×f3(13)

f5×h5＝f6×h6+f4×h4(14)

式中：h表示工质焓值，kj/kg；f表示工质流量kg/s；q表示低温省煤器换热量，kw；下标1表示低温省煤器供水高温水源支路位置；下标2表示低温省煤器供水低温水源支路位置；下标3表示低温省煤器供水入口母管位置；下标4表示低温省煤器回水出口母管位置；下标5表示低温省煤器回水与主凝结水汇合后凝结水母管位置；下标6表示主凝结水与低温省煤器回水与汇合前凝结水位置。

本发明至少具有如下有益的技术效果：

在利用汽轮机性能试验评价低温省煤器节能量的性能考核试验中，对于低温省煤器投入工况，由于锅炉煤质变化、负荷波动、运行控制变化等因素的影响，导致低温省煤器运行边界条件如进水温度、进水流量、吸热量、进口烟气温度、进口烟气流量及烟气比热容等无法完全与设计条件相同。目前阶段在对低温省煤器节能量的评估计算中未考虑对这些边界条件进行修正，计算得到的低温省煤器节能量仅能代表低温省煤器运行状态下的性能，而无法与低温省煤器设计节能量进行直接比较，因此容易造成商务纠纷。采用本发明提供的方法，可将低温省煤器运行边界条件修正至设计值，从而避免了买、卖双方对低温省煤器节能量验收试验及试验结果存在分歧或争议。

附图说明

图1为一典型的低温省煤器及汽轮机低压加热器局部热力系统图。

图2为本发明的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明的一种设计带低温省煤器的汽轮机热力性能考核试验修正计算方法进一步的详细说明。

附图1为一个典型的低温省煤器及汽轮机低压加热器局部热力系统图，该汽轮机低压加热器热力系统共包含4台低压加热器，编号分别为#5、#6、#7、#8。来自于轴封加热器的凝结水分别依次通过#8低加、#7低加、#6低加及#5低加，最终流向除氧器。低压加热器疏水从#5低加至#8逐级自流，最终流向凝汽器。低温省煤器共有两路供水水源，其中低温水源从#8低加入口取水，高温水源从#7低加出口取水。

在附图1中，点1位置为低温省煤器高温供水支管，点2位置为低温省煤器低温供水支管，点3位置为低温省煤器进水母管，点4位置为低温省煤器回水母管，点5位置为低温省煤器回水与主凝结水汇合后凝结水管道，点6位置为主凝结水与低温省煤器回水汇合前凝结水管道，点7位置为低温省煤器烟气侧进口，点8位置为为低温省煤器烟气侧出口。

如图2所示的流程图，本发明提供的一种低温省煤器系统节能量考核试验修正计算方法，包括以下步骤：

a、参考asmeptc6-2004《汽轮机性能试验规程》，采用分别在低温省煤器投入及退出条件下进行汽轮机性能试验，来评价低温省煤器节能量。如附图2所示，进行低温省煤器投入工况下的汽轮机性能试验时，除规程中推荐的常规汽轮机性能试验测量参数外，对图1中的低温省煤器进水母管流量f3(或支管流量f1或f2)、低温省煤器进水母管温度t3、进水母管压力p3、回水母管温度t4、回水母管压力p4、低温省煤器烟气侧进口温度t7、及低温省煤器烟气侧出口温度t8进行测量，进入步骤b；

b、低温省煤器投入及退出工况，均按照asmeptc6-2004《汽轮机性能试验规程》，如附图2所示，分别计算得到低温省煤器投入工况实测状态下的热耗率及低温省煤器退出工况下的汽轮机热耗率，进入步骤c；汽轮机热耗率实测值计算方法，如公式(1)所示：

式中：hrt为汽轮机热耗率实测值，kj/(kw.h)；dm为主蒸汽流量，t/h；dr为热再热蒸汽流量，t/h；dfw为主给水流量，t/h；dcr为冷再热蒸汽流量，t/h；dshs为过热器减温水流量，t/h；drhs为再热器减温水流量，t/h；hm为主蒸汽焓，kj/kg；hr为热再热蒸汽焓，kj/kg；hfw为主给水焓，kj/kg；hshs为过热器减温水焓，kj/kg；hrhs为再热器减温水焓，kj/kg；pe为发电机输出功率，mw。

c、低温省煤器退出工况，如附图2所示，按照asmeptc6-2004《汽轮机性能试验规程》进行第一类修正计算得到汽轮机热耗率，修正项目主要包括：(a)给水加热器端差；(b)给水加热器疏水冷却段端差；(c)抽汽管道压损和散热损失；(d)系统贮水量变化；(e)凝结水泵和给水泵的焓升；(f)凝汽器中凝结水过冷度；(g)补给水量；(h)控制蒸汽温度用的减温水；(i)功率因数；(j)发电机电压；(k)发电机氢压；(l)转速。低温省煤器投入工况下，在汽轮机热力性能试验第一类修正计算中，除了进行asmeptc6-2004规定的第一类修正项目外，需要加入一个子迭代循环，完成低温省煤器参数修正。加入子循环迭代后，通过在子循环迭代中对低温省煤器进水母管温度t3、低温省煤器进水母管流量f3、低温省煤器烟气流量f7、低温省煤器烟气比热容cg及低温省煤器烟气侧进口温度t7进行修正，在每一次汽轮机一类修正计算的主循环迭代计算中，产生一组新的迭代变量值，该组变量值包括：(1)低温省煤器出口烟气温度t8；(2)低温省煤器出水温度t4；(3)低温省煤器回水与主凝结水汇合后的凝结水温度t5；(2)主凝结水与低温省煤器回水汇合前凝结水位置f6；(3)低温省煤器供水高温水源支路流量f1；(4)低温省煤器供水低温水源支路流量f2。该组参数将作为低温省煤器热力系统子循环迭代计算修正结果参与至汽轮机性能结果的修正计算中。进入步骤d；

如附图2所示，在加入的子循环迭代中，定义系数λ为低温省煤器烟气侧平均比热容cg与烟气质量流量mg的乘积，见公式(2)：

λ＝cg×mg(2)

式中：λ为低温省煤器烟气侧平均比热容cg与烟气质量流量mg的乘积，kj/(kg.s)；mg为烟气质量流量，kg/s；cg为烟气的平均比热容，kj/(kg.k)。

如附图2所示，将低温省煤器进水母管温度t3、低温省煤器进水母管流量f3、低温省煤器烟气流量f7、系数λ及低温省煤器烟气侧进口温度t7修正至设计值，见公式(3)～公式(6)：

t3c＝t3d(3)

t7c＝t7d(4)

f3c＝f3d(5)

λc＝λd＝cgd×mgd(6)

式中：下标d表示设计值；下标c表示修正后数值。

加入的子循环迭代，通过假设修正前、后的低温省煤器换热系数k不变，如附图2所示，利用公式(7)、公式(8)推算得到公式(9)、公式(10)：

q＝k×a×δtm(7)

q＝cg×mg×(t7-t8)＝λ×(t7-t8)(8)

式中：mg为烟气质量流量，kg/s；cg为烟气的平均比热容，kj/(kg.k)；a为低温省煤器烟气侧换热面积，m²；k为低温省煤器的总体传热系数，kj/(m².k)；δtm为试验条件下低温省煤器的传热对数平均温差，℃；δtmc为修正后低温省煤器的传热对数平均温差，℃；δtmax为最大传热温差，℃；δtmin为最小传热温差，℃；t8c为修正后低温省煤器的出口烟气温度，℃；t7c为修正后低温省煤器的进口烟气温度，℃；λt为试验条件下的低温省煤器进口烟气温度与平均比热容的乘积，kj/(kg.s)；k表示低温省煤器传热系数，kj/kg；f表示水侧工质流量kg/s；q表示低温省煤器换热量，kw；下标d表示设计值；下标t表示实测值；下标c表示修正后数值。

如附图2所示，加入的子循环迭代，通过给低温省煤器出水温度t4、排烟温度t8赋初值，利用公式(9)、公式(10)及公式(11)～公式(14)迭代计算得到修正后的t4c、t8c、t5c、f6c、f1c、f2c。

f1×h1+f2×h2＝f3×h3(11)

f1+f2＝f3＝f4＝f5-f6(12)

q＝(h4-h3)×f3(13)

f5×h5＝f6×h6+f4×h4(14)

式中：h表示工质焓值，kj/kg；f表示工质流量kg/s；q表示低温省煤器换热量，kw；下标1表示低温省煤器供水高温水源支路位置；下标2表示低温省煤器供水低温水源支路位置；下标3表示低温省煤器供水入口母管位置；下标4表示低温省煤器回水出口母管位置；下标5表示低温省煤器回水与主凝结水汇合后凝结水母管位置；下标6表示主凝结水与低温省煤器回水与汇合前凝结水位置。

d、如附图2所示，子循环及主循环迭代收敛，低温省煤器投入工况下的第一类修正计算结束，分别计算得到第一类修正计算后的低温省煤器投入工况下的热耗率hri1c及退出条件下的汽轮机热耗率hro1c。根据asmeptc6-2004《汽轮机性能试验规程》，在第一类修正计算结果基础上，完成第二类修正计算，分别计算得到修正后低温省煤器投入工况下的热耗率hri2c及退出工况下的热耗率hro2c。进入步骤f；

f、根据步骤d，如附图2所示，修正后低温省煤器退出工况下的热耗率hro2c与投入工况下的热耗率hri2c差值即为低温省煤器的节能效果。

如表1所示，实例中，在针对一1000mw火电机组进行低温省煤器的节能量验收试验中，通过分别进行低温省煤器退出及投入工况汽轮机试验，来评价低温省煤器的节能效果。

如果不对低温省煤器相关运行参数进行修正，计算得到的低温省煤器节能效果仅能代表试验条件下的节能量，无法直接与设计节能效果进行比较。

利用本发明的修正计算方法，通过定义低温省煤器进口烟气流量与比热容乘积λ，利用传热学相关公式，实现了对低温省煤器进口烟气温度t7、烟气流量mg、烟气比热容cg、低温省煤器供水母管流量f3、供水母管温度t3及低温省煤器吸热量q进行修正。

本实例中，计算结果表明，如果将上述低温省煤器运行参数均修正至设计值，低温省煤器的节能效果为19.2kj/(kw.h)，未达到设计值29.0kj/(kw.h)。

表1低温省煤器系统节能效果考核试验计算示例