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汽輪機調節閥中蒸汽流量的計算
2013-11-22 7:53:03

    汽輪機主蒸汽流量的計算是汽輪機變工況分析中的重要環節,計算方法有多種,比較典型有使用汽輪機調節級參數、主凝結水流量、汽輪機級間參數等,在此基礎上,再輔以必要的修正或采用現代數學手段處理,即可得到較為精確的主蒸汽流量。該流量是通過汽輪機總的主蒸汽流量,對于有些場合,比如要分析具體每個調節閥的特性,僅確定總蒸汽流量是不夠的,還需要得到通過汽輪機每個調節閥的蒸汽流量。

    大型汽輪機一般有單閥和順序閥兩種配汽方式,如果各調節閥及其相對應的噴嘴組完全相同,在不考慮汽門布置、閥門內不均勻流場等因素影響的情況下,單閥配汽時,通過汽輪機各調節閥的流量是相同的,總的蒸汽流量平均分配到各個調節閥。

    順序閥配汽時,由于各調節閥的開度不同,通過各調節閥的蒸汽流量也就不完全相同,總蒸汽流量在各調節閥中的分配要比單閥方式復雜得多。多數情況下,在負荷變化時,順序閥配汽的汽輪機只有一個調節閥的開度處于不斷變化狀態,其他調節閥基本全開。調節閥開度變化時,通過它的蒸汽流量必然會發生變化,總的蒸汽流量也就發生變化,這會影響到汽輪機調節級后的蒸汽壓力,從而使得通過處于全開狀態調節閥的蒸汽流量也發生變化,這給確定順序閥配汽方式下通過各調節閥的蒸汽流量帶來一定困難。尋求一種簡單、實用、又有一定精度的計算方法顯得很有必要。

    1 汽輪機主蒸汽流量的計算方法

    使用主蒸汽流量G與調節級壓力pe成正比、與主蒸汽壓力成反比來計算主蒸汽流量,如果保持主蒸汽壓力不變,上述方法即可表示為:

       上述方法即可表示為(1)

    汽輪機主蒸汽流量可用相對值表征,其比較的標準所要求的機組狀態就是額定負荷、所有調節閥全開,因此式(1)中下角標“0”用來表示上述狀態下的各參數的值,下角標e表示該參數為調節級級后參數,下同。

    很明顯,式(1)忽略了調節級溫度Te變化對主蒸汽流量的影響,實際應用中會產生較大誤差,一般采用下式:

       一般采用下式(2)

    式(2)考慮到了調節級溫度變化對流量的影響,對式(1)作了一定程度的改進。

    經過比較計算指出:由于弗留格爾公式推導時使用了理想氣體假定,該公式應用于汽輪機的高壓級段與低壓級段時,會產生較大偏差,低負荷時最高偏差接近5%,使用壓力p與質量體積v來代替溫度T可大幅降低該偏差。

    調節級無疑屬于汽輪機高壓級段,使用式(2)計算配汽函數中的主蒸汽流量時也會產生上述偏差,為了提高計算精度,使用p與υ代替T,進一步改進式(2)得到:

      進一步改進式(2)得到  (3)

    式(3)中的各參數均很容易獲得,因此較為方便。

    使用式(3)對汽輪機實際的主蒸汽流量進行了對比計算,結論是:在滑壓工況下,式(3)計算誤差小于0.5%,在定壓工況下,由于噴嘴配汽時調節級存在部分進汽度,計算結果誤差可超過1%,但精度比式(2)有較大幅度提高。

    2 級的變工況計算方法

    在認可漸縮噴嘴的出口壓力與流量呈橢圓關系的基礎上,忽略蒸汽質量體積與反動度變化的影響,得到:

    級的變工況計算方法  (4)

    式(4)中:p0表示級前壓力;p2表示級后壓力;T0表示級前溫度;εnc表示級的臨界壓比;右下角多加一角標“1”均表示變工況參數,下同。

    式(4)用于只有一個級構成的級組的變工況計算時,其誤差也僅有0.7%,精度很高。級的壓比εn=p2/p1,對式(4)稍作變形可得:

    對式(4)稍作變形可得   (5)

    很顯然,如果知道級的臨界壓比,在已確定標準工況的情況下就可以對確定變工況通過級的蒸汽流量。級的臨界壓比可以通過設計數據或試驗的方式獲得。

    3 各調節閥蒸汽流量計算

    大型汽輪機多數采用噴嘴配汽,每個調節閥對應一個調節級噴嘴組,通過調節閥與相應調節級噴嘴組的蒸汽流量相同,因此可通過計算調節級噴嘴組的蒸汽流量得到調節閥的蒸汽流量。

    通過調節級的總蒸汽流量Ga由兩部分組成:一是通過全開調節閥的蒸汽流量Gb,二是通過半開狀態調節閥的蒸汽流量Gc,有:

    半開狀態調節閥的蒸汽流量Gc,有  (6)   

    如前所述,Gc的變化會對Gb產生影響。將處于全開狀態的調節閥后的調節級為研究對象,在半開狀態調節閥開度改變時,式(5)可用于計算通過全開狀態的調節閥后調節級的蒸汽流量變化。

    因此,通過調節級各噴嘴組的蒸汽流量可采用以下步驟計算:(1)在由式(2)或式(3)計算得到Ga;(2)由式(5)計算得到Gb;(3)由式(6)計算得到Gc;(4)按通過流量與噴嘴組的通流面積成正比將Gb分配到各全開調節閥。

    4 應用實例

    某汽輪機為300MW、亞臨界、中間再熱、高中壓合缸、雙缸雙排汽、單軸、凝汽式汽輪機,型號為N300-17/537/537。該汽輪機共有6只調節閥,采用噴嘴配汽,每只調節閥所對應的噴嘴數均相同。經計算,確定調節級的臨界壓比為0.512。順序閥方式運行時,各調節閥(圖1中簡稱“GV”,下同)的開度與流量指令的關系見圖1。

順序閥方式下調節閥開度

圖1 順序閥方式下調節閥開度    

    試驗確認,該汽輪機額定負荷、各調節閥全開時,主蒸汽壓力為15.2MPa,主蒸汽溫度為536℃,調節級后壓力為12.2MPa,調節級后溫度為486℃。以上面工況為標準工況,主蒸汽流量記為100%,通過上述方法計算可得順序閥方式運行時,不同調節閥開度下,通過各調節閥的蒸汽流量見圖2。

順序閥方式下調節閥蒸汽流量變化

圖2 順序閥方式下調節閥蒸汽流量變化

    在順序閥方式下,調節閥GV2首先從全開狀態逐漸關小,通過它的蒸汽流量沿圖2中GV2線變小,通過其他5只全開狀態的調節閥的蒸汽流量沿AB線逐漸增加,到B點時,GV2全關,GV1開始關小,通過它的蒸汽流量沿圖2中GV1線變小,通過其他4只全開狀態的調節閥的蒸汽流量沿BC線逐漸增加,到C點時GV1全關,GV4開始關小,以下過程與上述類似。在GV5關小過程中,GV3、GV6已達到臨界狀態,主蒸汽壓力不變時,通過它們的蒸汽流量也就不再發生變化,表現在圖2中基本是一段直線。

    在每個工況下,如果以當時汽輪機總主蒸汽流量為比較基準,記為100%,則通過各調節閥的蒸汽流量相對值見圖3,以相對值表示的調節級流量可方便地應用于調節級后蒸汽混合焓計算等情況。

順序閥方式下調節閥蒸汽流量相對值

圖3 順序閥方式下調節閥蒸汽流量相對值

    5 結語

    使用調節級后壓力計算汽輪機主蒸汽流量時,要同時考慮調節級后溫度的變化,如果使用汽輪機排汽壓力與質量體積替代溫度,則可以提高計算的精度。以全開調節閥后和各噴嘴組為研究對象,級的變工況計算公式可以應用于調節級的變工況計算,通過半開狀態調節閥的蒸汽流量也可以隨之確定。實例計算結果表明:順序閥方式下,當汽輪機一只調節閥逐漸關小時,通過其他全開調節閥的絕對蒸汽流量逐漸增加,達到臨界狀態后,通過的絕對蒸汽流量不再變化。從圖3看,上述過程中,通過全開調節閥的相對蒸汽流量基本呈線性增加的。

    需要指出的是,本文提供的這種汽輪機主蒸汽流量在各調節閥中的分配計算方法是基于主蒸汽流量等于通過調節級的蒸汽流量這一前提的,這會增加計算誤差,在計算時不考慮各調節閥之間存在重疊度的情況。因此,這種計算方法適合應用于對計算精度要求不十分嚴格情況,尤其適合按相對值進行計算的場合。





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