抽汽背压式给水泵汽轮机热力系统优化与控制研究
发布时间：2021-03-31 16:57
基于高压缸或超高压缸排汽的抽汽背压式给水泵汽轮机,可大幅降低超超临界一、二次再热机组回热系统的抽汽过热度,有效提高火电机组的热力循环效率。本文以抽汽背压式给水泵汽轮机为研究对象,解决回热抽汽与给水泵驱动功率的协调控制、安全保护和节能运行问题,具有重要的理论意义和工程实践价值。本文基于汽轮机和给水泵非设计工况运行原理,分析了机组部分负荷工况时的给水泵驱动功率需求与抽汽背压式汽轮机输出功率的不匹配,研究了机组部分负荷工况时减小抽汽背压式汽轮机进汽节流损失、提高机组循环效率、平衡机组部分负荷时功率过剩的方案。本文对国内首台采用抽汽背压式给水泵汽轮机的超超临界1000MW燃煤机组,建立了包括主汽轮机通流、抽汽背压式汽轮机、加热器、电液伺服执行机构和锅炉等在内的全工况动态数学模型,并基于LabVIEW软件平台,开发了实时动态仿真系统。本文基于嵌入式工控计算机硬件平台,对国内首台采用抽汽背压式给水泵汽轮机的超超临界1000MW燃煤机组,开发了汽轮机控制系统硬件在环动态试验仿真器,并研究开发了降低小汽轮机节流损失的进汽调节和排汽溢流阀、补汽阀控制策略,并进行了参数优化与功能验证仿真试验。本文对所开发...
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
加热器换热原理图
文献[8]利用 EBSILION 软件分别对常规超超临界机组热力系统和加装串联外置式蒸汽冷却器的超超临界热力系统进行了热力学分析，并将计算结果进行了对比。对设计工况，典型的 1000MW 一次再热机组再热后第一级过热度通常能够达到 270℃，而在外置式蒸汽冷却器系统中，该级过热度能够降至 100℃以下，该系统对比常规系统发电效率提高了 0.11%，发电煤耗降低了 0.67 g/(kW·h)，显著提升了节能效果；对于机组变工况，随负荷降低，再热温度基本保持不变，常规热力系统再热后各级抽汽过热度明显增加，而外置式蒸汽冷却器出口的蒸汽过热度不升反降，当机组负荷降至 30%时，对比常规热力系统，采用外置式蒸汽冷却器方案发电效率提高了 0.15%，煤耗降低了 1.0g/(kW·h)。这使得外置式蒸汽冷却器系统在低负荷时节能效果更好，从而保证了机组部分负荷下的高效经济运行。外置式蒸汽冷却器能够显著降低指定级的回热抽汽过热度，但对于常规超超临界中间再热机组而言，抽汽过热度高的问题并非仅存在于#3 抽汽，整个中压缸均有此问题尤其是当机组负荷降低，中压缸各级抽汽过热度过高的问题更加明显，对此，文[9][1则是在串接式回热加热器的回路中增设多个外置式蒸汽冷却器，并按照传热温差最小原则组织了回热抽汽的流程。外置式蒸汽冷却器虽有效减小了回热抽汽的可用能损失，回
随机组不断扩容，蒸汽参数不断提高，单纯通过增设外置式蒸汽冷却器来降低回热系统抽汽过热度效果有限且中压缸各级均增设外置式冷却器方案可行性不高。对此，Sven Kjaer 等提出了通过抽汽背压式小汽轮机来降低回热抽汽过热度的方案[11-13]，即MC（MasterCycle）系统。该系统提出取消原本置于中压缸的各级抽汽并将这部分抽汽引入一个小汽轮机中，在小汽轮机中设置抽汽进入回热加热器进行换热。由于中压缸抽汽不再经过再热器，有效解决了其抽汽过热度过高的问题，使得原本对应这几级的回热加热器换热温差显著降低，减少了换热引起的不可逆损失。Sven Kjaer 等通过热力计算对抽汽背压式小汽轮机系统的节能效果进行了初步的验证，结果表明该系统能够大幅降低再热后各级回热抽汽过热度，其中，基于两级再热的 MC 热力系统能够达到 53%的热效率[13-15]。Pierre Ploumen 等则是对比计算了常规系统以及抽汽背压式小汽轮机系统在主蒸汽温度分别为 600℃及 700℃时的全厂热效率和二氧化碳排放量，结果表明无论主蒸汽温度维持在 600℃还是 700℃，MC 系统相较于常规系统都能够提高全厂热效率，并降低二氧化碳的排放量，其中当主蒸汽温度为 700℃时，热效率提高更加显著[6]。另外，由于 MC 系统高压缸排汽分流经过再热器的蒸汽流量减少，使得再热器传热面积减少，高温金属材料用量减少，从而减少了投资。
【参考文献】：
期刊论文
[1]针对带背压式给泵汽轮机的梯级循环机组的热力性能分析[J]. 黄保平,冷祥珠. 低碳世界. 2017(34)
[2]变工况下超超临界机组抽汽过热度利用方案的比较分析[J]. 刘颖华. 热能动力工程. 2016(01)
[3]超超临界机组回热抽汽过热度的优化利用[J]. 刘颖华,郜宁,周璐瑶,董伟,徐钢. 电站系统工程. 2015(04)
[4]大型火力发电厂外置式蒸汽冷却器的技术经济分析[J]. 田家平,林俊光,吴猛,光旭. 浙江电力. 2015(05)
[5]超超临界机组采用MC系统的变工况性能研究[J]. 阚伟民,宋景慧,周璐瑶,赵世飞,徐钢. 热力发电. 2014(07)
[6]超超临界机组增设外置式蒸汽冷却器变工况分析[J]. 阚伟民,宋景慧,周璐瑶,赵世飞,徐钢. 汽轮机技术. 2014(01)
[7]基于流体网络方法的超临界电站锅炉性能分析平台[J]. 仝营,钟崴,吴燕玲,李志,童水光. 中国电机工程学报. 2014(05)
[8]超临界直流锅炉蓄热的分析与计算[J]. 秦志明,刘吉臻,张栾英,谷俊杰. 动力工程学报. 2013(04)
[9]700 ℃超超临界燃煤发电机组热力系统设计及分析[J]. 蔡小燕,张燕平,李钰,黄树红,高伟. 动力工程学报. 2012(12)
[10]超临界锅炉蓄热系数计算[J]. 谷俊杰,谭俊龙,孙玉洁,冀乃良. 锅炉技术. 2012(03)
硕士论文
[1]600MW超临界机组汽轮机系统建模及仿真研究[D]. 赵云云.华中科技大学 2011
本文编号：3111767
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
加热器换热原理图
文献[8]利用 EBSILION 软件分别对常规超超临界机组热力系统和加装串联外置式蒸汽冷却器的超超临界热力系统进行了热力学分析，并将计算结果进行了对比。对设计工况，典型的 1000MW 一次再热机组再热后第一级过热度通常能够达到 270℃，而在外置式蒸汽冷却器系统中，该级过热度能够降至 100℃以下，该系统对比常规系统发电效率提高了 0.11%，发电煤耗降低了 0.67 g/(kW·h)，显著提升了节能效果；对于机组变工况，随负荷降低，再热温度基本保持不变，常规热力系统再热后各级抽汽过热度明显增加，而外置式蒸汽冷却器出口的蒸汽过热度不升反降，当机组负荷降至 30%时，对比常规热力系统，采用外置式蒸汽冷却器方案发电效率提高了 0.15%，煤耗降低了 1.0g/(kW·h)。这使得外置式蒸汽冷却器系统在低负荷时节能效果更好，从而保证了机组部分负荷下的高效经济运行。外置式蒸汽冷却器能够显著降低指定级的回热抽汽过热度，但对于常规超超临界中间再热机组而言，抽汽过热度高的问题并非仅存在于#3 抽汽，整个中压缸均有此问题尤其是当机组负荷降低，中压缸各级抽汽过热度过高的问题更加明显，对此，文[9][1则是在串接式回热加热器的回路中增设多个外置式蒸汽冷却器，并按照传热温差最小原则组织了回热抽汽的流程。外置式蒸汽冷却器虽有效减小了回热抽汽的可用能损失，回
随机组不断扩容，蒸汽参数不断提高，单纯通过增设外置式蒸汽冷却器来降低回热系统抽汽过热度效果有限且中压缸各级均增设外置式冷却器方案可行性不高。对此，Sven Kjaer 等提出了通过抽汽背压式小汽轮机来降低回热抽汽过热度的方案[11-13]，即MC（MasterCycle）系统。该系统提出取消原本置于中压缸的各级抽汽并将这部分抽汽引入一个小汽轮机中，在小汽轮机中设置抽汽进入回热加热器进行换热。由于中压缸抽汽不再经过再热器，有效解决了其抽汽过热度过高的问题，使得原本对应这几级的回热加热器换热温差显著降低，减少了换热引起的不可逆损失。Sven Kjaer 等通过热力计算对抽汽背压式小汽轮机系统的节能效果进行了初步的验证，结果表明该系统能够大幅降低再热后各级回热抽汽过热度，其中，基于两级再热的 MC 热力系统能够达到 53%的热效率[13-15]。Pierre Ploumen 等则是对比计算了常规系统以及抽汽背压式小汽轮机系统在主蒸汽温度分别为 600℃及 700℃时的全厂热效率和二氧化碳排放量，结果表明无论主蒸汽温度维持在 600℃还是 700℃，MC 系统相较于常规系统都能够提高全厂热效率，并降低二氧化碳的排放量，其中当主蒸汽温度为 700℃时，热效率提高更加显著[6]。另外，由于 MC 系统高压缸排汽分流经过再热器的蒸汽流量减少，使得再热器传热面积减少，高温金属材料用量减少，从而减少了投资。
【参考文献】：
期刊论文
[1]针对带背压式给泵汽轮机的梯级循环机组的热力性能分析[J]. 黄保平,冷祥珠. 低碳世界. 2017(34)
[2]变工况下超超临界机组抽汽过热度利用方案的比较分析[J]. 刘颖华. 热能动力工程. 2016(01)
[3]超超临界机组回热抽汽过热度的优化利用[J]. 刘颖华,郜宁,周璐瑶,董伟,徐钢. 电站系统工程. 2015(04)
[4]大型火力发电厂外置式蒸汽冷却器的技术经济分析[J]. 田家平,林俊光,吴猛,光旭. 浙江电力. 2015(05)
[5]超超临界机组采用MC系统的变工况性能研究[J]. 阚伟民,宋景慧,周璐瑶,赵世飞,徐钢. 热力发电. 2014(07)
[6]超超临界机组增设外置式蒸汽冷却器变工况分析[J]. 阚伟民,宋景慧,周璐瑶,赵世飞,徐钢. 汽轮机技术. 2014(01)
[7]基于流体网络方法的超临界电站锅炉性能分析平台[J]. 仝营,钟崴,吴燕玲,李志,童水光. 中国电机工程学报. 2014(05)
[8]超临界直流锅炉蓄热的分析与计算[J]. 秦志明,刘吉臻,张栾英,谷俊杰. 动力工程学报. 2013(04)
[9]700 ℃超超临界燃煤发电机组热力系统设计及分析[J]. 蔡小燕,张燕平,李钰,黄树红,高伟. 动力工程学报. 2012(12)
[10]超临界锅炉蓄热系数计算[J]. 谷俊杰,谭俊龙,孙玉洁,冀乃良. 锅炉技术. 2012(03)
硕士论文
[1]600MW超临界机组汽轮机系统建模及仿真研究[D]. 赵云云.华中科技大学 2011
本文编号：3111767
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