高低压加热器不同疏水方式对热经济性的影响

高低压加热器不同疏水方式对热经济性的影响 摘要 能源是社会发展的重要物质基础。如何能更好的利用现有的各种资源、能源就是现今社会的一个课题。而现在我国有大量的火力发电厂，所以如何更好的利用能源，提高火力发电厂的效率就是一个很重要的课题。 热力发电厂生产的实质是能量转换，即将燃料中的化学能通过在锅炉中燃烧转换成汽轮机所能利用的蒸汽热能，并通过汽轮机的旋转变为机械能，最后通过发电机转为所需的电能。在经历这么多过程之后煤矿的能量最终被人们所利用的不是很多。所以人们才会在发电厂的各个环节上进行修改，争取能更好，更合理，并且更有利的利用这些能源。 本文是单独提出热力系统中回热加热的一部分进行分析，对其中回热加热器、蒸汽冷却器的结构、特性进行分析、计算。得出那种方式是更好的。并且分析了不同疏水方式下对热经济性的影响。 关键词:回热加热器;回热系统损失;蒸汽冷却器;疏水方式;热经济性 I Abstract Energy is an important material foundation of social development. How to better utilize existing resources, energy is a subject of modern society。 Now China has a large number of power plants, how to make better use of energy, and improve the efficiency of thermal power plant is a very important issue. Thermal power plants convert the energy output in real terms is about to fuel the chemical through the burning in the boiler into the steam turbine can use heat, and through the turbine's rotating into mechanical energy, and finally through the generator into electrical energy required . After experiencing so much in the process of coal used by power ultimately is not a lot of people. So people in the power plant will be modified in various links, for better, more reasonable and more beneficial use of such energy. This article is presented separately in the back thermal heating system as part of the analysis, on which regenerative heater, steam cooler structure, characteristics of analysis, calculation. Obtained that way is better. And analyzed the different modes of hydrophobic effect on the heat economy. Keywords: Heater; loss of regenerative system; steam cooler; hydrophobic manner; heat economy II I 目录 工贸企业有限空间作业目录特种设备作业人员作业种类与目录特种设备作业人员目录1类医疗器械目录高值医用耗材参考目录 前言 ......................................................................................................... 1 1 回热加热器及其类型 ........................................................................ 3 1.1 回热加热器的类型 .......................................................................... 3 1.1.1 混合式加热器 .............................................................................. 3 1.1.2 表面式加热器 .............................................................................. 7 2 回热系统的损失.............................................................................. 11 2.1 表面式加热器的端差 .................................................................... 11 2.2 抽汽管道压降损失 ........................................................................ 13 2.3 布置损失 ....................................................................................... 15 2.4 实际回热焓升分配损失 ................................................................ 16 3 蒸汽冷却器 ..................................................................................... 17 3.1 蒸汽冷却器的类型 ........................................................................ 17 3.2 蒸汽冷却器的连接方式 ................................................................ 19 3.3 外置式蒸汽冷却器的应用 ............................................................ 21 4 表面式加热器的疏水方式 .............................................................. 23 4.1 表面式加热器的疏水方式选择 .................................................... 23 4.2 N200-130/535/535机组热力系统举例分析 ................................. 25 4.2.1 疏水泵的节能计算模型 ............................................................ 25 4.2.2 疏水冷却器的节能计算模型 .................................................... 26 5 计算 ................................................................................................. 28 5.1 300 MW 机组原则性热力系统计算 ............................................. 28 5.2 加热器疏水泵对火电厂热经济性的影响..................................... 33 5.2.1 定性分析 ................................................................................... 34 5.2.2 用等效热降法分析疏水泵的热经济效果 ................................. 35 总结 ....................................................................................................... 41 致谢 ....................................................................................................... 42 参考文献 ............................................................................................... 43 附录A ................................................................................................... 44 附录B ................................................................................................... 52 4 辽宁工程技术大学 毕业设计( 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 ) 前言 能源是社会发展的重要物质基础。如何能更好的利用现有的各种资源、能源就是现今社会的一个课题。我国是一次能源丰富的国家，但一次能源分布严重不均。水能资源的90%在西南、西北地区，煤矿资源的80%在西北地区，而能源消费的70%却集中在东部及沿海城市发达的地区，造成西电东输，北煤南运的格局。火力发电厂是全国三大消耗煤矿的用户之一，其燃料费占火力发电厂成本的60%~80%。全国铁路运输的40%和水运总量的1/3用于煤炭运输，是造成铁路、水路运输紧张的因素之一。我国是世界上少有的几个以煤电为主的一次能源国家，2007年底，煤电比例为77.73%，动力煤中灰分高,28%~30%,，含硫量大 SO于1%的煤占40%，6MW及以上的火电厂排放大约6.83Mt，约占全国工业2 排放量的30%，严重污染环境。 由此可见，在尽可能少破坏环境的情况下，更好的里利用我们手中的资源、能源是多么的重要。 热力发电厂的研究中，热力系统的安全，经济运行，可持续发展并最佳的经济效益和社会效益的研究是占很大比例的。热力发电厂生产的实质是能量转换，即将燃料中的化学能通过在锅炉中燃烧转换成汽轮机所能利用的蒸汽热能，并通过汽轮机的旋转变为机械能，最后通过发电机转为所需的电能。在经历这么多过程之后煤矿的能量最终被人们所利用的不是很多。所以人们才会在发电厂的各个环节上进行修改，争取能更好，更合理，并且更有利的利用这些能源。 热力系统是火力发电厂最为主要的部分 ,对热力系统的经济性节能分析是提高发电厂机组运行经济性水平和运行管理水平的重要手段。目前应用比较多的具有代表性的节能分析理论有:热平衡法、循环函数法、降法等。不论常规算法还是一些简捷的方法 ,都以一定的热力系统模型为依据作分析计算。考虑到现今计算机技术的发展、 数据处理的快速 ,通过引入最具有可信度的质能守恒原理、 热平衡计算方法作电厂热力系统的经济性计算分析 ,对热力系统机组运行时的经济效率、耗差作热力计算、诊断分析 ,以期能够为机组的优化运行作实时在线监测和分析指导。 热力系统是火电厂实现热功转换热力部分的工艺系统。它通过热力管道及阀门将各主、辅热力设备有机地联系起来，在各种工况下能安全、经济、连续地将 1 祝海涛:高低压加热器不同疏水方式对热经济性的影响 燃料的能量转换成机械能最终转变为电能。用来反映火电厂热力系统的图，称热力系统图。热力系统图广泛用于设计、研究和运行管理中。 由于现代火电厂的热力系统是由许多不同功能的局部系统有机地组合在一起的，复杂而庞大,有效研究和便于管理，常将全厂热力系统进行不同用途的分类,供使用。 以范围划分，热力系统可分为全厂和局部两类。局部的系统图又可分主要热力设备的系统(如汽轮机本体、锅炉本体等)和各种局部功能系统(如主蒸汽系统、给水系统、上凝结水系统、回热系统、供热系统、抽空气系统和冷却水系统等)两种。火电厂全厂热力系统则是以汽轮机回热系统为核心，将锅炉、汽轮机和其他所有局部热力系统有机组合而成的。 高低压加热器不同疏水方式对热经济性的影响。对于热经济性的影响是不同部分相互影响，最终得到的结果。加热器的不同选择，回热系统的损失，是否选用蒸汽冷却器，蒸汽冷却器的类型都会对热经济性造成影响。 2 辽宁工程技术大学 毕业设计(论文) 1 回热加热器及其类型 想要分析，就要对其结构，种类，及其特性进行了解，而现代热力发电厂的汽轮机组都无例外地采用给水回热加热，回热循环是提高火力发电厂效率的措施之一，回热循环是由回热加热器、回热抽气管道、水管道、疏水管道等组成的一个加热系统。而回热加热器是该系统的核心。回热系统既是汽轮机热力系统的基础，也是全厂热力系统的核心，他对机组和电厂的热经济性起着决定的作用。所以给水回热加热系统是发电厂热力系统的一个重要组成部分。火力发电厂实际的回热系统除用一台混合式加热器兼作除氧器外 ,其余全采用表面式加热器。因此 ,表面式加热器的疏水方式 ,直接影响热经济性。 回热原则性热力系统的实际选择(设计或拟定)，是继蒸汽参数、机组类型后又一个影响机组热经济性的重要方面，它们三者共同决定着机组实际的热经济 q,,性，并用机组的热耗率来表示。现代大型汽轮机组的、较高，均为99%gm0 q,,,,,qf,(),左右。机组热耗率= 3600/可知，如视为定值，则。gg0imm0i所以，本书在定性分析各局部原则性热力系统的热经济性时，都用汽轮机绝对内 ,效率(即实际循环热效率)来说明。 i 1.1 回热加热器的类型 加热器按照内部汽、水接触方式的不同，可分为混合式(接触式)加热器和表面式加热器两类;按受热面的布置方式，可分为立式和卧式两种。 1.1.1 混合式加热器 加热蒸汽和水灾加热器内直接接触，在此过程中蒸汽施放出热量，水吸收了大部分热量使温度得以升高，在加热器内实现了热量传递，完成了提高水温的过程。 混合式加热器及其系统的特点。 3 祝海涛:高低压加热器不同疏水方式对热经济性的影响 图1-1全混合式加热器的回热系统 Figure 1-1 Back to full hybrid thermal system heater (1)可以将水加热到该加热器蒸汽压力下所对应的饱和水温度，充分利用了加热蒸汽的能位。 (2)由于汽、水直接接触，没有金属传热面，因而加入其结构简单，金属消耗量少，造价低，便于汇集各种不同参数的汽、水流量，如疏水、补充水、扩容蒸汽等。 (3)可以兼做除氧设备使用，避免高温金属受热面氧腐蚀。 (4)全部由混合式加热器组成的回热系统运行安全性、可靠性低，系统投资大。一方面由于凝结水需要依靠水泵提高压力后才能进入比凝汽器压力高的混合式加热器内，在该加热器内凝结水被加热至该加热器压力下的饱和水温度，其压力也与加热器内蒸汽压力一致，欲使其在更高压力的混合式加热器内被家人，还得借助于水泵重复该过程。另一方面为防止输送饱和水的水泵发生汽蚀，水泵应有正的吸入水头需设置一水箱安装在适当高度，水箱还要具有一定的容量来确保负荷波动时运行的可靠性。如再考虑各级水泵的备用，则该级回热系统的发咋行也就不难理解了。设备多、造价高、主厂房布置复杂、土建投资大、安全可靠性第使该系统的应用受到限制。 (5)随着汽轮机蒸汽初压力提高到亚临界和超临界，汽轮机叶片结铜垢及处在真空下的低压加热器氧腐蚀的现象日渐引起重视，重力式回热系统布置方式在 ,混合式低压加热器组应运而生，它不仅有效地提高了热经济性(使提高0.3 %,i0.5%)，而且也解决了前述高参数下带来的若干问题。如下图，这种布置方式即 4 辽宁工程技术大学 毕业设计(论文) 是将压力较低的混合式加热器放在相邻的压力较高的混合式加热器上方，被加热后的凝结水依靠重力作用，自流入其下部压力较高的混合式加热器中，再利用水泵将凝结水送入下一组混合式低压加热器组中。由于厂房高度有限，通常只是将相邻的2台或3太混合式加热器串联叠置布置，显然与图中系统相比水泵数量减少了，其热力系统也简单了。 图1-2带有两组重力布置方式的混合式低压加热器的热力系统 Figure 1-2 Arrangement of gravity with two hybrid thermal low pressure heater system 这种系统在美国、英国及俄罗斯的300,1000MW的大型火力发电厂及核电机组上采用，经过对系统、设备和运行操作的改进及完善已日渐成熟。 混合式加热器的结构 为了在有限的空间和时间将水加热到加热器蒸汽压力下饱和水温度，在混合式加热器中蒸汽与水的接触面应尽可能大，时间也应尽可能延长，因此混合式加热器在进行结构设计时应使水变成细水流、雾化水珠和薄水膜等，切与加热蒸汽成逆向流动和多层横向冲刷，如此就可最大程度的利用加热蒸汽的能位，使水在加热器出口处达到饱和状态。 根据布置方式不同，混合式加热器又有卧式与立式加热器两种。 5 祝海涛:高低压加热器不同疏水方式对热经济性的影响 图1-3卧式混合式加热器结构示意图 Figure 1-3 Schematic diagram of horizontal mixed heater a)结构示意图;(b)加热器内凝结水细流加热示意图 ( 1-外壳;2-多孔淋水盘组;3-凝结水入口;4-凝结水出口;5-汽气混合物引出口;6事故时凝 结水到凝结水泵进口联箱的引出口;7-加热蒸汽进口;8-事故时凝结水忘凝汽器的引出口; A-汽气混合物出口;B-凝结水进口(示意);C-加热蒸汽进口(示意);D-凝结水出口 图1-4立式混合式加热器结构示意图 Figure 1-4 Schematic diagram of vertical mixing heater 6 辽宁工程技术大学 毕业设计(论文) 1-加热蒸汽进口;2凝结水进口;3-轴封来汽;4-除氧器余汽;5-3号加热器和热网加热器的余汽;6-热网加热器来疏水;7-3号加热器疏水;8-排往凝汽器的事故水管;9-凝结水出口;10-来自电动、汽动给水泵轴封的水;11-逆止门的排水;12-汽、气混合物出口;13-水联箱; 14-配水管;15-淋水盘;16水平隔板;17-逆止门;18-平衡管 1.1.2 表面式加热器 表面式加热器结构 图1-5全表面式加热器回热系统 Figure 1-5 the whole surface of heater regenerative system 表面式加热器也有卧式和立式两种。现代一般大容量机组中采用卧式的较多。其结构如下图。 图1-6 U型管束卧式高压加热器结构示意图 Figure 1-6 U-type tube Schematic horizontal high-pressure heater 1-U形管;2-拉杆和定距管;3-疏水冷却段端板;4-疏水冷却段进口;5-疏水冷却段隔板;6给水进口;7-人孔密封板;8-独立的分流隔板;9-给水出口;10-管板;11-蒸汽冷却段遮热板;12-蒸汽进口;13-防冲板;14-管束保护环;15-蒸汽冷却段隔板;16-隔板;17-疏水进口; 7 祝海涛:高低压加热器不同疏水方式对热经济性的影响 18-防冲办;19-疏水出口 加热器由筒体、管板、U形管束和隔板等主要部件组成。筒体的右侧是加热器水室。它采用半球形、小开孔的结构形式。水室内有一分流隔板，将进出水隔开。给水由给水进口处进入水室下部，通过U形管束吸热升温后从水室上部给水出口处离开加热器。加热蒸汽由入口进入筒体，经过蒸汽冷却段、冷凝段、疏水冷却段后蒸汽由汽态变为液态，最后由疏水出口流出。卧式加热器因其换热面管横向布置，在相同凝结放热条件下，其凝结水膜叫竖管壁薄，起单管放热系数约高1.7倍，同时在筒体内易于布置蒸汽冷却段和疏水冷却段，在低负荷时刻借助于 布置的高程差来克服自流压差小的问题。因此，卧式热经济性高于立式。但它的占地面积则较立式大。目前我国300MW、600MW机组回热系数多数采用卧式回热加热器。 下图为管板-U形管束立式加热器，这种加热器的受热面由铜管或钢管形成的U形管束组成，采用胀接或焊接的方法固定在管板上，整个管束插入加热器圆形筒体内，管板上部有用法兰连接的将进出水空间隔开的水室，睡从与进水管连接的水室流入U形管，吸热后的水从与出水管连接的另一水室流出。加热蒸汽从进汽管进入加热器简体上部，借导向板的作用不断改变流动方向，成5形流动，反复横向冲刷管束外壁并凝结放热，冷凝后的疏水汇集到加热器下部，经疏水自动排出装置排出。 该立式加热器占地面积小，便于安装和检修，结构简单，外形尺寸小，管束管径较粗、阻力小，管子损坏不多时，易采用堵管的方法快速抢修。其缺点是当压力较高时，管板的厚度加大，薄管壁管子与厚管板连接，工艺要求高，对温度敏感，运行操作严格，换热效果较差，在设计汽机房间屋架高度是，要考虑吊出管束及必要时跨越运行机组的因素。目前，在中、小机组和部分大机组中采用较多。 此外还有无管板的加热器---联箱结构加热器和螺旋管式加热器，其中螺旋管式加热器是用柔韧性较强的管束代替U形管，避免了管束与后管板连接的工艺难点。这种结构对温度变化不敏感，局部压力小，安全可靠性高。但水管损坏修复较困难，同时加热器尺寸较大，水阻也较大。 不论哪种型式的表面式加热器，管束内承受的是水泵的压力，通途承受的是 8 辽宁工程技术大学 毕业设计(论文) 加热蒸汽的压力，水侧的压力将大大高于汽侧压力，在无疏水冷却段的情况下，疏水的出口温度就是汽侧压力下的饱和温度。加热器汽侧不凝结气体也需引出，以减小因热阻加大带来的热经济性的降低。 图1-7管板-U形管束立式低压加热器 Figure 1-7 Plate-U-shaped tube bundle vertical low-pressure heaters (a)图例(上部)及结构示意图;(b)结构外形及剖面图 1-水室;2-拉紧螺栓;3水室法兰;4-筒体法兰;5-管板;6-U形管束;7-支架;8-导流板;9-抽空气管;10、11-上级加热器来的疏水入口管;12-疏水器;13-疏水器浮子;14-进气管;15-护板;16、17-进、出水管;18-上级加热器来的空气入口管;19-手柄;20-排疏水管;21- 水位计 就回热加热器本身而言，混合式加热器由于汽水直接接触传热，起端差为零，能将水加热到加热蒸汽压力下所对应的饱和温度，热经济性高于有端差的表面式加热器，同时由于没有金属传热面，结构简单，在金属消耗量、制造、投资以及汇集各种汽、水流等方面都优于表面式。 但采用多个加热器组成的加热系统来说，表面式加热器却具有更多的优势。由表面式加热器组成的回热系统与全由混合式加热器组成的回热系统相比，表面式加热器的优点是只有给水泵和凝结水泵，结构较简单、运行安全可靠以及系统投资等其他方面则都优于混合是加热器，但缺点是有端差而热经济性低，并有热 9 祝海涛:高低压加热器不同疏水方式对热经济性的影响 疏水的回收和利用方面问题。根据技术经济全面综合比较，所有电厂都选用了较多的表面式加热器组成的回热系统，只有除氧器采用混合式，以满足给水除氧的要求。 10 辽宁工程技术大学 毕业设计(论文) 2 回热系统的损失 想要了解不同疏水方式对热经济性的影响，就要了解其中一些参数对其的影 ptp、、、响，具有回热抽汽的汽轮机发电机组的热经济性，除与蒸汽循环系数00rh tpt,、回热循环主要参数z、、有关外，还与回热系统有密切的关系，诸如fwcrh 上面提及的疏水收集方式，疏水冷却器、蒸汽冷却器的应该等。以及下面要分析的四项损失由关，即与表面式加热器的端差、抽汽管道压降、回热系统的配置、实际给水焓升分配有关。 2.1 表面式加热器的端差 表面式加热器的端差，有时也称为上端差(出口端差)，通常都是指加热器汽侧出口疏水温度与水侧出口温度之差。如下图(a)图中加热蒸汽以过热状态 '1进入加热器筒体，放热过程中温度下降、冷凝至汽侧压力下对应的饱和状pj tt态2,以疏水温度离开加热器，而给水或凝结水则以温度为的状态点a进入ajwj，1 t加热器水侧，吸热升温后以温度为的状态点b点离开。由于金属管壁传热热wj tt阻的存在以及结构布置的原因，普通的表面式回热加热器的比要低，通常wjaj tt用-代表加热器的端差。显然端差越小热经济性就越好。可以从两方面,,,ajwj tt来理解，一方面如加热器出口水温不变，端差减小意味着不需要原来那样wjaj X高，回热抽气压力可以降低一些，回热抽气做功比增加，热经济性变好。另r tt一方面如加热蒸汽压力不变，不变，端差减少意味着出口升高，其结果是,sjwj减小了压力较高的回热抽汽做功比尔增加压力较低的回热抽汽做功比，热经济性 0得到改善。一般一台大型机组全部高压加热器的端差降低1，机组热耗率就可C 降低0.06%。 11 祝海涛:高低压加热器不同疏水方式对热经济性的影响 ?t θ 图2-1 表面式加热器端差示意图(a)回热抽汽管压降示意图(b) Figure 2-1 Difference of surface type heater diagram (a) Schematic diagram of heat recovery steam extraction pipe pressure drop (b) 但设计时端差的减小，是以增大换热面积和投资为代价的。加热器出口端差与金属换热面积A的关系为 , ,t0,,C (2-1) KA()1Gc,pe 2式中 A ——金属换热面积，; m 0 ——水灾加热器中的温升，; C,t 20,, K ——传热系数，kJ/(h); mC G ——被加热水的流量，kg/h; 0,c ——水的比定压热容，kJ/(kg)。 Cp 不同国家多根据自己的国情——钢、燃料比价，通过技术经济比较来选择合 理的端差。如燃料较贵的，端差应选小点，反之，则选大一些的。前苏联资料介 0绍，当煤价为18~22卢布/t时，合理端差为2~3C，煤价降至2.5~5卢布/t时， 00端差应为4~5C较合理。我国某制造厂为节省成本，将端差增加1C，金属换 20热面减少4。我国的加热器端差，一般当无过热蒸汽冷却段时，=3~6;mC, 0有过热蒸汽却段时，= -1,2C。大容量机组减小的效益大，应选用较小值。,, 12 辽宁工程技术大学 毕业设计(论文) 0下端差一般推荐=5~10。例如ABB公司600MW超临界压力燃煤机组，四C, 0台低压加热器端差均为2.8;东芝350MW机组的四台低压加热器端差也为C 002.8;国产优化引进型300MW机组最后3台低压热器均为2.7。 CC 整个回热系统的抽气压降损失和端差损失，为各级回热加热器的压降损失与端差损失之和，由损失百分数可根据机组的理论热耗率算出其绝对值。 2.2 抽汽管道压降损失 ',pp指汽轮机抽汽口压力和j级回热加热器内汽侧压力抽汽管道压降pjjj ',pp之差，即=-，如上图b所示。加热蒸汽流过管道，由于管壁的摩擦阻pjjj 力必然要产生压力降低。与表面式加热器的端差热经济性的分析类似，若加热器 ',ptt端差不变，抽汽压降加大，则、随之减小，引起加热器出口水温降pjajwjj X低，导致增加压力较高的抽气量，减少本级抽气量，使整机回热抽汽做功比减r小，热经济下降。 ,p 抽汽压降与蒸汽在管内的流速和局部阻力(阀门、管道附件的数量、类j 型)有关。通过技术经济比较，我国火力发电厂推荐的抽汽管道介质流速为:过热蒸汽35~60m/s，饱和蒸汽30~50m/s，湿蒸汽20~35m/s。对于局部阻力，由于凝汽式机组的回热抽汽是非调整抽汽，除安全、可靠性要求必须满足外，尽可能不设置或少设置额外的配件，例如采用滑压运行时，就可免设阻力大的调节阀。对那些必须设置的阀门或管道附件，也应根据作用和功能尽可能选择阻力小的类型。 下面分析下带与不带疏水冷却器的损失 13 祝海涛:高低压加热器不同疏水方式对热经济性的影响 θθ ?t?t??pj θ?θθ 图2-2回热加热器的端差与抽汽管压降 Figure 2-2 The end of Heater with steam extraction pipe pressure drop difference (a)、(b)带疏水冷却器;(c)不带疏水冷却器 ,p,抽汽管道压降和j级表面式加热器端差都是使该级抽汽利用时产生能jj ,e量贬值，造成回热过程(火用)损增大，回热经济性降低。 r X热量法从回热功做功比的变化来分析抽汽管压降和加热器端差对热经济r rcwwwX性的影响。当机组做内功量=+=常数时，只能取决于回热做内功量iiir zrrDwwpW的变化。机组初、终参数，回热抽汽参数z、、一定时，=h,jijiiij1 Dw其大小仅取决于各级抽汽量的变化趋势。因1kg j级抽汽的回热做内功量，jij低压大于高压，故放使高压抽气量增加、低压抽气量减小的因素，就会带来回热 XX做功比减小，热经济降低的结果，反之，充分利用低压抽汽就会增加，提rr高热经济性。抽气管压降和表面式加热器端差都会引起回热系统中该级加热器出口水温下降，致使本级抽气量降低，高一级抽气量增加，即带来汽轮机高压抽气 ,量增加、低压抽气量减少的不利趋势，从而导致了汽轮机热经济性的降低。 i 因为抽汽压损的大小与抽汽压力的高低有关，若不变，抽汽压力与给水比, 焓的关系又是一定的。 如下表每1%压降损失所引起的机组热耗率的变化百分数。 表2-1每1%压降损失所引起的机组热耗率的变化百分数 Table 2-1 loss for every 1% drop caused by changes in unit heat rate percentage 14 辽宁工程技术大学 毕业设计(论文) 100 200 300 400 500 600 h给水焓值(kJ/kg) fw 0.0033 0.004 0.0046 0.0058 0.0069 0.0081 机组热耗率变化(%) ,pp从技术经济比较，一般表面式加热器抽气管压降 不应大于抽汽压力jj的10%，对大型机组则取4%~6%较合适。如下表 表2-2典型机组抽汽压损值 Table 2-2 Typical value Unit Extraction Steam Pressure Loss 1 2 3 4 5 6 7 8 项目 6.18 5.99 5.98 6.02 5.67 10.5 6.27 6.12 哈尔滨第三电厂600MW亚临界机组 2.99 2.98 3.00 3.06 2.99 2.98 5.38 2.97 上海石油河洞口二厂600MW超临界压 力机组 3.19 3.05 6.07 4.98 5.87 5.22 5.48 4 武汉阳逻电厂300MW机组 2.3 布置损失 理想回热循环及其系统全为混合式加热器。由于采用表面式加热器以及在回热系统中所排列位置的不同，引起的热耗率损失，称为布置损失。如下图三级混合式加热器的回热系统，其布置损失为零。如将图中高压除氧器换成高压表面式加热器，即使不考虑表面式加热器的端差损失和压降损失，由于疏水引入中压除氧器放热，排挤了中压除氧器的部分蒸汽，可通过公式计算出减少的蒸汽量，及导致损失的百分数和热耗率增加的百分数。 图2-3全混合式加热器回热系统 Figure 2-3 Back to full hybrid thermal system heater 如果将图中的低压除氧器换成低压表面式加热器，起疏水引入凝汽器而产生的冷源热员损失，及其导致机组热耗率增加的百分数，也可定量计出来。同理， 15 祝海涛:高低压加热器不同疏水方式对热经济性的影响 如换成疏水冷却器的加热器或带疏水泵的表面式加热器，置换混合式加热器的布置损失，均可定量计算出来。 2.4 实际回热焓升分配损失 实际的回热分配偏离理论上最佳回热分配导致热经济性降低，称为实际回热焓升分配损失。该损失大小与循环参数、回热参数、汽机相对内效率，以及回热级数和回热加热器的形式有关。 kJkg/以四级混合式回热加热系统为例，已知给水总焓升为800，如按等恰 kJkg/升分配，每级加热器熔升应为200。若实际回热分配，四个加热器分配依 kJkg/次为220、210、190、180据计算每千克凝汽流量减少的进汽量为0.0002kg。 F可见实际回热焓升分配损失是很小的。显然(n个面式加热器)型的实际回热焓n 升的分配损失，在同样的偏离程度下是最大的。 16 辽宁工程技术大学 毕业设计(论文) 3 蒸汽冷却器 上文已经对回热系统的基本设备和一些损失进行了分析，现在将要对一些外边辅助设备的存在对经济性的影响进行一定的阐释，蒸汽冷却器是充分利用蒸汽的过热度来提高给水温度，有效地减少传热端差和加热器中的不可逆热损失。而蒸汽冷却器也分为不同的类型，用不同的连接方式来达到不同的效果。 3.1 蒸汽冷却器的类型 随着火力发电厂机组向高参数大容量发展，特别是再热的采用，较大地提高了中低压缸部分回热抽汽的过热度，尤其再热后第一、而级抽汽口的蒸汽过热度。例如上海石洞口二厂600MW超临界压力机组3号高压加热器蒸汽过热度达 00256，沙角C电厂660MW机组再热后第一级抽汽过热度达247.5由于再热CC使再热后的再热抽汽过热度和焓值都有较大的提高，使得再然后各级回热加热器中的汽水换热温度增大，导致熵增、(火用)损增大，从而削弱了回热的效果。但若能利用这部分抽汽过热的质量(高温)，用增加对应出口水温，则会大大改善这种不利状况。 蒸汽冷却器有内置式和外置式两种。内置式蒸汽冷却器也称为过热蒸汽冷却段，它实际上是在加热器内隔离出一部分加热面积，使加热蒸汽先流经该段加热面，将过热度降低够再流至加热器的凝结段，通常离开蒸汽冷却段的蒸汽温度仍 0保持在15~20的过热度，不致使过热蒸汽在该段冷凝问疏水。如下图为带有蒸C 汽冷却段、蒸汽凝结段以及后面将要提到的疏水冷却的加热器工作过程示意图。 s其中为仍具有一定过热度的蒸汽比焓。由此可知，内置式蒸汽冷却器提高的hj 是本级加热器出口水温，由于冷却段的面积有限，回热经济性改善也较小，一般提高想0.15%,0.20%，当然金属耗量和投资业可节省。 17 祝海涛:高低压加热器不同疏水方式对热经济性的影响 图3-1带有内置式蒸汽冷却段和疏水冷却段的加热器工作过程示意图 Figure 3-1 with a built-in steam cooling section and the hydrophobic segment of the heater working process cooling diagram 外置式蒸汽冷却器是一个独立的换热器具有较大的换热面积，钢材耗量大，造价高，但其布置方式灵活，既可减小本级加热器的端差，又可提高最终给水温度，降低机组热耗，从而使热经济性获得较大的提高。 装设内置式蒸汽冷却器，因可提高该级加热器出口水温，使整个吸热过程平均温度增高，削弱了过热度提高使放热过程平均温度增加的不利影响，从而减小 ,e,T了该加热器内换热温度和(火用)损，提高了热经济性。从做功能力法rr 的角度分析，一方面加装外置式蒸汽冷却器后，给水的一部分或全部流经冷却器， III,e,T,T吸热升温后进入锅炉，减小了换热温差，因温差引起的(火用)损bbr减少。此时给水温度的升高并不是靠最高一级抽汽压力的增加，而是利用抽汽过热度的质量，因而它不会增大最高一级抽汽的做功不足系数。另一方面外置式蒸 18 辽宁工程技术大学 毕业设计(论文) ,T汽冷却器式流入该级加热器的蒸汽温度降低，既减小了加热器内的换热温度r ,e和(火用)损，又使该级出口给水温度提高，增加了该级回热抽气量，较少r X了较高压力级的回热抽气量，使回热做功比提高，降低了热耗。从热量法分r 析角度认为，内置式蒸汽冷却器提高该级加热器出口水温，引起该级回热抽气量 X,增多，高一级回热抽气量减少，因而可加大回热做功比，使热经济性提高;ri W采用外置式蒸汽冷却器，在机组内功保持一定(=const)情况下，采用外置式i thQ蒸汽冷却器后最终给水温度的提高(即提高)将使热耗下降，回热抽汽做fwfw0 WQW,Q,W功增加，凝汽做功减少，冷源损失降低更多，因而热经济性=/提t0ccii高更大，约可提高效率0.3%~0.5%。 3.2 蒸汽冷却器的连接方式 蒸汽冷却器级蒸汽进出口连接通常较简单，而水侧的连接有不同的方式。 大多数内置式蒸汽冷却器的水侧连接是顺序连接，即按加热器所处抽汽位置依次连接如下图所示为俄罗斯800MW机组的内置式蒸汽冷却器的另一种连接方式。 图3-2内置蒸汽冷却器单级串联 Figure 3-2 Built-in single-stage steam chiller series 外置式蒸汽冷却器的蒸汽进出比较简单，其水侧连接方式较为复杂，视主机 19 祝海涛:高低压加热器不同疏水方式对热经济性的影响 回热级数，蒸汽冷却器的个数与主水流的连接关系而异，主要有与主水流并联、串联两种方式，如下图所示。 串联连接时，全部给水进入蒸汽冷却器，并联连接时，总是给水量的一小部分，即进入蒸汽冷却器为给水分流系数x，以给水不致在蒸汽冷却器中沸腾为宜，最后与主水流混合后送往锅炉。 如只设单级外置式蒸汽冷却器，恒设在再热后即中压缸的第一个抽汽口，又有并联与串联连接方式的不同，如下图(a)、(b)所示 。国产改进型200MW机组的三号高压缸加热器，将内置式蒸汽冷却段改为外置式蒸汽冷却器与主水流串联连接方式。若设置两台外置蒸汽冷却器，多设在再热抽汽的那一级和再热后的抽汽口(即高压缸排气和中压缸第一个抽冷口)处，如国产第一台300MW机组即设在第2、3级回热抽汽口，并与主水流并联连接方式如下图(c)。 以国产老式200MW机组的回热系统为基准，其机组热效率为44.43%。在H3使用外置式蒸汽冷却器的串联连接方式，机组热效率为44.5%，机组热耗率 ,降低12.56kJ/(kWh)，在H2、H3使用与主水流串联的两级并联两级外置式蒸汽冷却器如下图(d)所示，除氧器定压运行，机组热效率为44.58%;若除氧器滑压运行时，机组热效率个达为44.63%，使用两级外置式串联连接方式的经济性比单级的好，但是其增长幅度减小。 图3-3外置式蒸汽冷却器的连接方式 Figure 3-3 External connections Steam Cooler (a)单级并联;(b)单机串联;(c)与主水流分流两级并联;(d)与主水流串联两级并联; (e)先j-1级，后j级的两级串联;(f)先j级，后j-1级的两级串联 实际回热加热系统中，往往又是内置式蒸汽冷却段与外置式蒸汽冷却器混合应用，如上图中的连接方式都是属于这样情况;也有高压加热器中不设内置式蒸 20 辽宁工程技术大学 毕业设计(论文) 汽冷却段或外置式蒸汽冷却器的，如上海石洞口二厂600MW超临界压力机组中雨第2回热抽汽连接的高压加热器，因该抽汽外高压缸排汽，过热度不高，不需设置过热蒸汽冷却段，结构简化了，与低压加热器基本相同。 3.3 外置式蒸汽冷却器的应用 串联连接方式使蒸汽冷却器的进水温度高，与蒸汽换热平均温差小，冷却器内(火用)损少，效益较显著;由于主水流全部通过冷却器，给水系统的阻力增大，泵功消耗稍多。 采用并联连接方式时进入冷却器的水温较低，换热温差较大，冷却器内(火用)损稍大;又由于主水流中分了一部分到冷却器，使进入较高压力加热器的水量减少，相应的回热抽气量减小，回热抽汽做功减少，热经济性稍逊与串联式。但是这种连接方式给水的阻力较小，泵功也可减小。因此外置并联式和外置串联式蒸汽冷却器的热经济性改善程度，并无一定的规律可循，应通过具体的热力计算才能定量确定。并联式的给水分流系数x对热经济的影响较大。 回热系统中高压加热器内泄外漏故障停运约占高压加热器系统本身总的故障停运系数为90%左右，其中内置式蒸汽冷却段泄露占高压加热器系统的内泄外漏的25%以上。采用外置式蒸汽冷却器，则可单独退出运行，不至于影响整个高压加热器系统的运行。采用外置式串联连接方式运行，若蒸汽冷却器内泄不易切除，水侧须装设旁路。 国内机组一般采用单级串联系统，国外也有少数机组采用串联、并联的综合连接方式。我国进口大机组，多采用 内置式蒸汽冷却器。蒸汽冷却器是提高大容量，高参数机组热经济性的有效措施。采用蒸汽冷却器是有条件的。据资料介 0绍:在机组满负载时，蒸汽的过热度大于等于83若抽汽压力大于等于C 001.034MPa，同时离开蒸汽冷却段时还有42富余过热度，并且大于等于30，CC蒸汽在过热段内流动阻力小于等于0.034MPa，过热段内管壁是干燥的其加热器 0端差在-1.7,0C，同时满足这些条件设备蒸汽过热段才是合理的。 大多数高压加热器均满足这些条件，而低压加热器采用蒸汽冷却器很少。国内300、600MW机组大多也是这种方式，如武汉阳逻电厂300MW机组，哈尔滨第三电厂600MW机组，以及沙角C厂GEC660WM机组，上海石洞口二厂 21 祝海涛:高低压加热器不同疏水方式对热经济性的影响 ABB600MW超临界压力机组，浙江北仑电厂东芝600MW机组等。对于外置式蒸汽冷却器多采用单机串联系统。 22 辽宁工程技术大学 毕业设计(论文) 4 表面式加热器的疏水方式 现在进行一些分析，对不同疏水方式的简单阐释，表面式加热器排出疏水的方式以逐级自流最为简单、可靠。因此，这种疏水方式在发电厂中得到了广泛的应用。但是，疏水逐级回流要排挤低压抽汽，产生不可逆损失。为此，通常采用的措施是增设各种热力设备(如疏水冷却器、疏水泵)，对加热器疏水热量加以利用，以提高热力系统节能效率。 表面式加热器的疏水排放是影响热力系统经济性的主要因素，使用疏水冷却器，可以降低疏水温度达到回收疏水的热量的目的;而疏水泵则因其能够截流疏水而达到接近混合式加热器的抽汽热量利用效果，但可靠性低、维护工作量大成为制约其发展的因素。 4.1 表面式加热器的疏水方式选择 为减少工质损失。面式加热器汽侧疏水应收集井汇于系统的主水流(主凝结水或给水)中。收集方式有两种:一是利用相邻加热器的汽侧压差，使疏水以逐级自流的方式收集，如下图(a)所示。当整个回热系统全采用此方式时，高压加热器疏水逐级自流最后人除氧器而全汇聚于给水。低压加热器疏水逐级自流，最后人凝汽器或热井而汇于主凝结水。二是采用疏水泵，将疏水打入该加热器出口水流中如下图(c)所示。这个汇人地点的混合温差最小，因此混合产生的附加冷源热损失亦小。显然，不同疏水收集方式的热经济性高低、系统复杂程度、投资大小及运行维修费用是各不相同的。 所有疏水收集方式中甲疏水逐级自流方式的热经济性最差，但可通过加装外置式疏水冷却器如下图(b)来加以改善。采用疏水泵方式热经济性仅次于没有疏水的混合式加热器。 热址法分析它们的热经济性时，着眼于不同疏水收集方式对低压回热抽汽的 X利用程度(即对问热做功比)的影响。疏水逐级白流较采用疏水泵方式即图 (a)r 与图(c)相比较，由于j级疏水热量利用地点不同，引起高一级(j-l级)入门水温降低，水在其中的焓升,h及相应抽气量D增加，而在低一级(j+1级)。wj(1),(1)j, 却因j级疏水热量进入，排挤了部分低压抽汽，使D减少。这种高压抽汽量(1)j， X,,增加、低压抽汽量减少的变化，使、、减少，热经济性降低。当加装外iir 23 祝海涛:高低压加热器不同疏水方式对热经济性的影响 置式疏水冷却器后。如图( b)所示，因j级利用了自身部分疏水热量，减少了对低压抽汽的排挤。使热经济性有所改善。疏水泵方式因完全避免了对低压抽汽的排同时还预热了进入高一级加热器的水流，善挤使高压抽汽有些减少，故热经济性最高。 不同疏水收集方式的热经济性变化只有0.5%,0.15%，所以实际疏水方式的选择应通过技术经济比较来决定，虽然疏水逐级自流方式的热经济性最差，但由于系统简单可靠、投资小、不需附加运行费用、维护工作量小而被广泛采用。几乎所有高压加热器，绝大部分低压加热器都采用它。大型机组为提高其热经济性，还普遍装设了内置式疏水冷却器，尽管硫水泵收集方式热经济高.但它使系统复杂，投资增大，且需用转动机械，既耗厂用电又易汽蚀，使可靠性降低，维护上作量增大，故并没得到广泛采用。一般大、既耗中型机组仅可能在最低一个低压加热器(末级)，或相邻的次末级低压加热器上采用，以减少大量疏水直接流入凝汽器增加冷源热损失，且可防止它们进入热井影响凝结水泵正常工作。 图4-1面式加热器j级的不同疏水手机方式 Figure 4-1 j-class surface heater means different hydrophobic cell phone (a)疏水逐级自流;(b)疏水逐级自流加外置式疏水冷却器;(c)采用疏水泵 (d)加疏水冷却器对j级换热的影响;(e)加疏水冷却器对j+1级发生压降的影响 疏水最后汇于热井比流入凝汽器的热经济性略高，但它会稍微提高凝结水泵人口水温。当流入热井疏水量较多时，为保证凝结水泵运行时不汽蚀，须校核该凝结水泵人口的净正水头高度是否能满足要求。 24 辽宁工程技术大学 毕业设计(论文) 4.2 N200-130/535/535机组热力系统举例分析 N200-130/535/535机组热力系统如图4-2所示(图中7号加热器装有疏水泵)，以下称该热力系统及其对应的额定参数为工况1。为评价疏水泵的热量利用效果，本文将7号加热器的疏水泵取消.其疏水自流至8号加热器，该热力系统及其对应的参数(7号加热器的出口水温度降低)简称为工况2。在工况2的基础上，7号加热器增加疏水冷却器，该热力系统及其对应的参数(7号加热器的疏水温度降低)简称为工况3。 568756147813432256478132 21348756 13826525137684 图4-2 N200-130/535/535机组热力系统 Figure 4-2 N200-130/535/535 Thermal System 4.2.1 疏水泵的节能计算模型 热平衡计算模型 当机组由工况1变为工况2时，7号加热器由汇集式加热器变为疏水自流式 hq,,加热器，于是7号加热器的、、计算公式变化，而且其出口水焓,也相w7777 hh,应变化为原混合点前的焓值，的变化将导致6号加热器给水焓升变化;w7w76 ,,疏水自流到8号加热器，使得8号加热器的疏水放热量变化。因此只需考虑、86q,,,、、和的变化，计算出工况2下的6,7,8号加热器的抽汽系数，而其余7778 加热器的抽汽系数不变。 当确定各级抽汽系数的变化后，便可通过汽轮机功率方程和锅炉吸热量方程求出工况2下机组的循环热效率。 等效热降计算模型 25 祝海涛:高低压加热器不同疏水方式对热经济性的影响 q,,, 由于在工况2下，7号加热器的、、均发生变化，6号加热器的也7776发生变化。因为发生变化的加热器处于再热热段，所以循环吸热量无变化;而新 [2]蒸汽等效热降减少: q7,,,,，,,,,,,,,,()() (4-1) HqH667778,,qq77 ,,,,,,,,,,,,,,,，1式中 Hff1234510 ,,,,,,,，，，， 56726ff ',,,,hh 677ww qhh,, 778dw 则机组循环热效率降低为 HH,,,, (4-2) iQ 4.2.2 疏水冷却器的节能计算模型 热平衡计算模型 当机组由工况2变为工况3后，由于7号加热器增设疏水冷却器，7号加热 '''器的疏水焓将减小为(疏水焓可根据增设疏水冷却器后的疏水温度和加hhd7d7 热器内部压力求得)，而其余参数不变，计算出工况3下的7,8号加热器的抽汽系数，而其余加热器的抽汽系数不变。 当确定各级抽汽系数的变化后，便可通过汽轮机功率方程和锅炉吸热量方程求出工况3下机组的循环热效率。 等效热降计算模型 由上可知，7号加热器由于增设疏水冷却器后其疏水焓值变小，新蒸汽等效 [2]热降增加: ','''7 (4-3) ,,,,H(),,,,778'，,,,77 ''''''式中 ,,,,,,,，，，，56726ff ''',,,,hh 777dd 26 辽宁工程技术大学 毕业设计(论文) 带角标’的表示工况2下参数;带角标”的表示工况3下参数。 则机组循环热效率提高为: HH，,,, (4-4) iQ 工况1的热效率高于工况3的热效率，工况3的热效率高于工况2的热效率。这说明疏水泵的节能效果优于疏水冷却器的节能效果，并且对于表面式加热器，装设疏水冷却器能提高机组的节能效果。 表面式加热器增加疏水冷却器和疏水泵都可以回收疏水热量，改善经济性，相对而言疏水泵的节能效果更显著。 疏水冷却器的节能效果虽略逊于疏水泵，但其投资省、可靠性高等特点使其仍在热力系统节能改造中具有竞争力。 27 祝海涛:高低压加热器不同疏水方式对热经济性的影响 5 计算 现在通过计算对上述理论进行进一步的证明，对其进行更深一步的了解。下面将进行两个计算，第一个为传统的热力系统计算，对各个部分之间的相互关系进行一下深入了解，之后第二个计算将对是否有疏水泵对经济性的影响进行进一步的分析。 5.1 300 MW 机组原则性热力系统计算 选取 N300-16.67/537/537 型、亚临界、中间再热、两缸两排汽、凝汽式汽轮机，回热系统由 3 台高压加热器、4 台低压加热器和 1 台除氧器构成，除氧器采用滑压运行。额定背压 5.19 KPa(设计冷却水温22.5 ?)，保证热耗7 923.8 kJ/(kW?h)，给水泵拖动方式为 2×50,B-MCR 汽动给水泵， 备用泵为 1×50,B-MCR 电动调速给水泵。其原则性热力系统图如图5-1所示。 图5-1 Figure5-1 原始资料整理 热力系统原则性热力计算原始资料按简捷计算规定整理。设计工况加热器参数如表5-1所示，辅助成分参数如表5-2所示，其它有关数据如表5-3所示。 表5-1设计工况的加热器参数整理 Table 5-1 condition of the heater design parameters of order 1 2 3 4 5 6 7 8 项目 28 辽宁工程技术大学 毕业设计(论文) 5.93 3.36 1.67 0.824 0.326 0.136 0.0741 0.026 抽汽压 p力 r 3142.6 3028.7 3329.8 3134.2 2926.6 2759.9 2662.8 2520.5 抽汽焓 h值 i 1194.1 1047.5 862.9 714.1 553.9 436.3 365.9 259.6 出口水 h焓 wi 1071.8 880.1 754.9 458.5 387.7 287.4 172.9 疏水焓 h值 di 2070.8 2148.6 2574.9 2580.3 2468.1 2372.2 2375.4 2377.1 蒸汽放 q热量 i 191.7 125.2 201 708 100.3 29.5 疏水放 ,热量 i 146.6 184.6 147.8 161.2 117.6 70.4 106.3 116.2 给水焓 ,升 i 表5-2设计工况辅助成分及参数 Table 5-2 auxiliary components design conditions and parameters 名称 份额 焓值/去处 放热量/ ,1,1kJkg,kJkg,() () 0.0042391 3333.2 2453.1 主汽门门杠 至2号加热器 0.013343 3028.7 2474.8 高压缸汽封 至4号加热器 0.00025261 3221.9 3078.5 高压缸汽封 至8号加热器 0.021606 3028.7 -507.4 高压缸轴封 至中压缸 0.0040841 3535.3 2780.4 中压缸杠 至3号加热器 0.0012392 1754.8 2611.4 中压汽封 至8号加热器 表 5-3相关数据 29 祝海涛:高低压加热器不同疏水方式对热经济性的影响 Table 5-3 data 项目 数据 ,13412 h过热器出口蒸汽焓值/() kJkg,b ,13394.4 h初蒸汽焓值/() kJkg,0 ,13536.1 hkJkg,再热后蒸汽焓值/() zr ,1507.4 kJkg,,再热蒸汽焓升/() ,11858.9 hkJkg,排污水焓值/() bl 1.0438633 ,给水份额 fw 1.03353 ,锅炉蒸发份额 b 0.0377 ,给水泵小汽轮用汽份额 q 0.01034 ,排污水份额 bl 0.001519 ,补充水份额 ma '除氧器进口水份额 =1.02319 ,,,,，,00f 0.91 ,锅炉效率 b 0.995 ,机组的机械效率 m 0.9877 ,发电机效率 g ,124.9 ,,kJkg,给水泵组给水焓升/() b ,11.7 ,,kJkg,凝结水泵的焓升/() cp 热力系统常规热平衡简捷计算 ,抽汽系数 的计算 i [5]根据以下各级计算式得出各级抽汽份额: 1号高压加热器: 30 辽宁工程技术大学 毕业设计(论文) ,1 ,,0.07223 (5-1) ,1q0.98,12号高压加热器: ,,,,,,q21211ff 0.07629 (5-2) ,,,20.98q,23号高压加热器: ,,,,,,,,，，,,()q3312155fffb 0.03678 (5-3) ,,,3q,0.983除氧器: ,,,,,,,,，，，,()q44121522ffff 0.07431 (5-4) ,，,,,4qq,0.984 除氧器给水加热进口流量: 4 ,,,,,,,,,,,，,1 0.75666 (5-5) ,Hifffq125,i1 5号低压加热器: ,,H5,, 0.03605 (5-6) ,5q,0.9856号低压加热器: ,,,,,H656,, 0.01155 (5-7) ,6q0.98,67号低压加热器: ,,,,,,，()H7756,, 0.03185 (5-8) ,7q,0.9878号低压加热器与轴封加热器: ,,,,,,,,,，，,,()qqHffff885673366 0.03431 (5-9) ,,,8q,0.988根据简捷计算得到的各级加热器相对抽汽量见表5-4 所示 31 祝海涛:高低压加热器不同疏水方式对热经济性的影响 表5-4各级加热器相对抽汽量(简捷计算法) Table 5-4 Relative Extraction Flow heater at all levels (simple calculation) 1 2 3 4 加热器编号 0.07223 0.07629 0.03678 0.07431 相对抽汽量 5 6 7 8 加热器编号 0.03605 0.01155 0.03185 0.03431 相对抽汽量 [3] 其中凝结水流量为: 8 ,,,,,,,,,, 0.64141 (5-10) ,nHiff36,i5低压缸排汽量为: ,,,,,, 0.060371 (5-11) cnq 再热蒸汽流量为: 4 ,,,,,,,,,1 0.081204 (5-12) ,zrfr12,r1正平衡计算 再热蒸汽吸热量: ,,,,hhkJkg/ 507.4 (5-13) zr2循环比内功: 286qNHHHHHhh,，，，，，,,,,,,,() (5-14) ,,,iprrrrccfrfrqnfc40,,,rrr135 kJkg/=1210.19(5-14) 循环比吸热量: Qhh,，,,,,kJkg/ 2613.78 (5-15) 01zrw循环效率: N,,ipb,, 0.45348 (5-16) ,iQ反平衡计算 广义冷源损失: 32 辽宁工程技术大学 毕业设计(论文) 46qQqqhhhh,，，，,，,,,,,,()() (5-17) ,,nccqnfifififi00,,ii15 kJkg/=1428.48 实际循环效率: QQ,n,,, 0.45348 (5-18) iQ 正反平衡计算结果完全一致，表明热力系统计算正确。 热经济指标计算 机组汽耗量: 3600PeD,, 908074.971 (5-19) kJh/0N,,ipmg 机组汽耗率: 3600D0d,, 3.0272kJkWh/(), (5-20) Pe 全厂热耗率: qdQ,, 7912.435kJkWh/(), (5-21) cp 发电 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 煤耗率: 0.123b,, 292.269gkWh/(), (5-22) s,cp 5.2 加热器疏水泵对火电厂热经济性的影响 现代火力发电厂都毫无例外地采用了回热加热装置，以提高蒸汽动力循环的热效率。目前使用的加热器有表面式和混合式两种。在表面式加热器中，其加热工质(抽汽)凝结成水以后的疏水方式有两种:一是逐级回流方式，二是装设疏水泵，把凝结水送至本级加热器出口与主凝结水混合后再进入较高能量级的加热器。后者可进一步提高热力系统的热经济性。现代大型汽轮机，一般有八级回热加热器，其中有两级混合式加热器(即除氧器)，六级表面式加热器。通常，在能量最低的两级采用疏水泵，其余的均为逐级回流方式。先用汽轮机系N25-35型， 33 祝海涛:高低压加热器不同疏水方式对热经济性的影响 在抽汽压力最低的1号低压加热器采用了疏水泵。考虑到疏水泵的检修和故障停运，而在1号低加又设置了疏水至凝汽器的旁路。由于疏水泵及设计过大、与系统不匹配，导致疏水泵打空车。为了限制疏水泵出力，不得不关小出口阀门节流，这样又易造成加热器满水。因此，运行人员不喜欢使用疏水泵，而采取了疏水走旁路至凝汽器的不经济运行方式。通过全厂热能普查，发现了这个问题。但它对发电厂的热经济性究竟有多大影响?如何准确计算?本文首先用热力学方法进行定性分析，再用等效热降法进行定量计算。 5.2.1 定性分析 采用疏水泵运行方式的热经济效果，可从以下三个方面进行分析: 1)充分利用疏水热量，降低可用能损失热力学第二定律告诉我们:在孤立体系中，熵扰如人类意识中的时间，其值只朝着一个方向变化，常增不减，一去不复返。系统的熵增是过程不可逆性的量度、是可用能损失的量度，熵增越大，可 [6] T用能损失越多。可用能损失等于环境温度乘以孤立体系的熵增ds系，即k dITs,,系 (5-23) k T 式中为环境温度，可视为常量。 k 有温差的传热是典型的不可逆过程，如图一所示，表示工质A经1-2过程放 TT热(过程平均放热温度为}，工质B经3-4过程吸热(过程平均吸热温度为)，AB热量相等，热交换所引起的可用能损失: 图5-2 Figure 5-2 34 辽宁工程技术大学 毕业设计(论文) ddTT,,,, (5-24) ()dITdsTTdTd,,,,,系,,kkkk()TTTTTTT，,BAABBB ,T由上式可见:传热温差越小，则可用能损失越少。当用疏水泵把疏水送至本级加热器出口与主凝结水进行混合时，二者的温差等于加热器的端差，其传热平均温差较其它混合方式小，因此可用能损失也最小。 2)增大汽轮机的做功 如果不用疏水泵，而把疏水逐级回流至凝结器，它将被循环水冷却，温度要降低到凝汽器压力下的饱和温度。这部分疏水必须要在1号和2号低压加热器中才能被加热到原来的温度，这势必要增加一段和二段抽汽量，从而减少了蒸汽在汽轮机中的做功。而采用疏水泵运行方式时，就不需要增加这部分一段和二段抽汽，因而可使汽轮机的做功增加，这一点可从后面的计算中看出。 3)减少冷源损失，提高循环热效率 如上所述，若把疏水引入凝汽器，则这部分水所携带的热量将被循环水带走，造成热量白白的浪费，增加冷源损失。与此同时，因为循环水增加了冷却这部分疏水的任务，因而对汽轮机的真空也有一定的影响，这些都会降低循环热效率。而采用疏水泵运行时，则可避免上述弊病，使循环热效率有一定提高。 5.2.2 用等效热降法分析疏水泵的热经济效果 疏水泵运行的热经济效果，可用等效热降法进行定量计算。所谓等效热降，对于回热抽汽式汽轮机的抽汽而言，在利用外部热量而抽汽被减少的情况下，表示所排挤的一公斤蒸汽做功的增加，反之当抽汽被外部利用而增加时，则表示做功的减少。 等效热降法是一种对火电厂热力系统进行分析计算的简便而较准确的新方法。苏联已把它正式列入教课书，我国亦在逐渐推广应用。等效热降法基于热功转换定律，并且以新蒸汽量量，初终参数和燃料供应量保持不变为前提条件而对热力系统进行分析计算。采用这种方法计算时，只考虑机组功率的变化，其功率的变化即代表机组效率或其它经济指标的相对变化，因此就有可能对局部抽汽量和热量的变化进行定量计算分析，并直接求出经济性的变化结果，使计算过面趋于简化，从而避免了常规热力计算中“牵一发而动全身”的复杂计算。等效热降可 [6]用下式计算: 35 祝海涛:高低压加热器不同疏水方式对热经济性的影响 j,1 HiiA,,,(), (5-25) ,jjkrrr,1 同时，各相邻加热器抽汽等效热降具有下降关系: 对于疏水放流式加热器: HiiH,,，,,, (5-26) jjjjjj,,,,1111 对于汇集式加热器: j,1 HiiH,,，,,, (5-27) ,jjmmrrrm, 上述式中: —加热器J的抽汽焓 ij , —r级加热器的给水焓升 r , —疏水在加热器中的放热量 r ,, —视加热器类型用或代替 Arrr m —逆水流方向前进的汇集式加热器。 r —j后更低压力抽汽口的脚码。 如同一般热效率概念一样，被排挤一千克抽汽返回汽轮机的真实做功H;与 从外部加入的热量之比叫做抽汽效率， qj Hj (5-28) ,,jqj N25-35型汽轮机额定工况下的热力系统如图二所示。为了计算各级抽汽和 新蒸汽的等效热降及抽汽效率，先把有关数据整理如下。 36 辽宁工程技术大学 毕业设计(论文) 图5-3 Figure 5-3 -2整理的各数据 表5 Table 5-2 order of the data 1 2 3 4 5 项目 31.85 27.74 7.39 32.66 34.86 各级加热器中给水 ,的焓升 528.6 534.28 555.51 543.24 548.7 各级抽汽放热量 62.59 0 44.27 35.24 0 各级疏水放热量 [6]应用(1),(2),(3),(4)式分别计算各级抽汽的等效热降和抽汽效率: Hii,,,kJkg/ 598.5-551.87=46.63 (5-29) 11k H1,,, 0.08310 (5-30) 1q1 HiiH,,，,,,,kJkg/ 77.1988 (5-31) 221111 H2,,, 0.1445 (5-32) 2q2 HiiH,,，,,,,,,,kJkg/ 93.9745 (5-33) 33111122 H3,,, 0.1692 (5-34) 3q3 HiiH,,，,,,,kJkg/ 118.4843 (5-35) 443333 H4,,, 0.2181 (5-36) 4q4 HiiH,,，,,,,kJkg/ 151.4985 (5-37) 554444 H5,,, 0.2761 (5-39) 5q5 把锅炉视为汇集式加热器，则新蒸汽的毛等效热降为: 37 祝海涛:高低压加热器不同疏水方式对热经济性的影响 'HiiH,,，,,,,,,,,,,kJkg/ 212.6764 (5-40) 0033334455 汽轮机还有给水泵耗功，轴封抽汽耗汽和加热器散热损失等，其净等考虑到 效热降为: 'HH,,,,kJkg/ 211.1489 (5-41) ,00 (系用等效热降法求得，计算过程从略) ,, 求得等效热降以后，即可分析计算采用疏水泵运行方式对系统热经济性的影响。 我们单独取出1号,2号加热器进行讨论，如图5-4所示。 图5-4 Figure 5-4 当疏水泵运行时，使进入2号低压加热器的主凝结水多得到焓值?r，其值 [3]可由1号加热器的热平衡计算出: ,,,tt，，()k12121kJkg/,,,,rt 0.3353 (5-42) 12，，,,,12kk ,,,式中 、、—分别为凝汽、一段抽汽、二段抽汽份额 12kk t —2号加热器进水焓 21 t —1号加热器出水焓 12 t —1号加热器凝结水焓 1 38 辽宁工程技术大学 毕业设计(论文) 如果疏水泵退出运行，则2号低加少得到热量?r，这部分热量必须由二段 抽汽供给，增加二段抽汽量，因此导致汽轮机的做功下降: ',,,,,H,,, (5-43) 12kk 与此同时，排入凝结器的疏水被冷却，增加了冷源损失，所损失的热量要在 [6]1号加热器补偿，这又要增加一段抽汽量，从而使汽轮机的做功进一步下降: ,,，,,H()(),,,,, (5-44) 21211 于是总的做功下降为: ,,,，,,HHHkJkg/ 0.6035 (5-45) 12 汽轮机装置效的相对变化为: ,H 0.2858% (5-46) ,,,,tH [1]众所周知，发电厂的效率为: ,,,,,,,, (5-47) cpbpritmg ,式中: —锅炉效率 b , —管道效率 p —循环热效率 ,t ,—汽轮机相对内效率 ri ,—汽轮发电机机械效率 m ,—电机效率 g ',,以上分效率中有一个如发生变化，必将影响到全厂效率，如从中变，tt ,,,,'cp''t,,,,,,,,,即或则变成，即或，在,,,,,,,,,,,cpttttcpcpcpcpcp,,tcp 这种情况下5-47式可变为: ' ,,,,,,,,,，,()cpbpttrimg (5-48) ,，,,,(1)cpcp '又 ,,,,,，cpcpcp 39 祝海涛:高低压加热器不同疏水方式对热经济性的影响 (5-49) ,，,,,(1)cpcp ？,,,,, cpt 因此，发电厂中任何一个分效率的相对变化等于发电厂总效率的变化，也等于煤耗率的相对变化，于是采用疏水泵运行方式可使发电煤耗率下降: ，,,,,，,b 4860.2858%=1.389 (5-50) gkWh/(),bi gkWh/(), 其中b = 486本系统一九八二年度实际发电煤耗率。又按八一年的实际发电量26374万度计算，则采取疏水泵运行方式一年可节约标准煤量: ,,，,B,263.74 366.35t (5-51) 1b 疏水泵的容量为5.5千瓦，一年总耗电4.73万度。按本系统实际情况，电的等价热值力3402kJ，则疏水泵耗电乳折合标准煤量: 434024.7310，，,,,B 22.99t (5-52) 23700010， 一年节约的净煤量: ,,,,,,BBB 343.36t (5-53) 12 由此可见疏水泵的实际作用。 40 辽宁工程技术大学 毕业设计(论文) 总结 能源是社会发展的重要物质基础。如何能更好的利用现有的各种资源、能源就是现今社会的一个课题。而现在我国有大量的火力发电厂，所以如何更好的利用能源，提高火力发电厂的效率就是一个很重要的课题。 本文是单独提出热力系统中回热加热的一部分进行分析，对其中回热加热器、蒸汽冷却器的结构、特性进行分析、计算。得出那种方式是更好的。并且分析了不同疏水方式下对热经济性的影响。 在对回热加热器、蒸汽冷却器的类型，结构及其优劣比较。回热的各部分的损失的分析，在疏水方式上的选择。最后通过计算对整个系统有了更好的了解。再第二个计算中明白的疏水泵对于系统的作用。又更加了解这部分的知识，通过不同的资料对以前的知识有了一些不同的了解。知道了疏水泵对于电厂经济性的影响。 虽然疏水逐级自流方式的热经济性最差，但由于系统简单可靠、投资小、不需附加运行费用、维护工作量小而被广泛采用。尽管硫水泵收集方式热经济高.但它使系统复杂，投资增大，且需用转动机械，既耗厂用电又易汽蚀，使可靠性降低，维护上作量增大，故并没得到广泛采用。 由此可见，根据不同的情况具体分析，再采取不同的设备才可以得到更好的经济性。 41 祝海涛:高低压加热器不同疏水方式对热经济性的影响 致谢 本次设计在导师李文华老师的悉心指导和严格要求下也已完成，从课题的选择，材料的收集、选择， 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 的选择与具体设计与修改，都与李文华老师的指导密不可分，全部凝结了李文华老师的心血和汗水。同时朴明波老师在论文的修改和对我个人的一些指导都表现出了细心和关怀，使我在困惑时得到的莫大的帮助。在此我对两位老师表示由衷的感谢与崇高的敬意。 此外还有各位老师在大学四年的教导，对我基础部分的知识与对专业的了解有着不可分割的帮助。是老师们在大学四年中对我的悉心教导才使我有可能完成这次设计。我对各位老师大学四年的无私的奉献与对我的帮助表示衷心的感谢。还有许多同学的无私帮助，一并表示感谢。 42 辽宁工程技术大学 毕业设计(论文) 参考文献 [1]郑体宽.热力发电厂(第二版)[M].中国电力出本社.2008年. [2]叶涛,等.热力发电厂(第二版) [M].中国电力出版社.2006年. [3]方华红,吴小斌.电厂热经济性计算的分析研究[J].能源研究与利用 2002年第1期. [4]张春发,陈海平,刘吉臻.带疏水泵加热器出口主凝结水焓的计算方法[J].动力工程第22卷 第1期2002年2. [5]孙轶卿,朱小花.300MW 机组原则性热力系统的热经济性计算分析[J].内蒙古电力技术 2008年第26卷第6期. [6]揭兴松.加热器疏水泵对火电厂热经济性的影响[M].电厂辅机知识讲座. [7]刘养烔.高压加热器水位控制改造及安全经济性的提高[J].广东电力.2008年8月第21卷第8期. [8]张雄,等.等效焓降法局部定量法的误差分析[J].能源研究与利用.2002年. [9]刘振刚,李太兴,王俊有.热力系统疏水方式的热经济性分析[J].电站辅机.2007年第28卷第4 期. th[10]Sakakibara Y, et al Fatigue Crack Propagation from SurfaceFlow Elbow s [C].Trans Int 6 Conf On StrucM ech In Reactor technology, E7/3， 1981. [11]J. Marecki,Combined Heat& Power Generating Systems . London: Peter Peregrinus Lid ,1988. 43 祝海涛:高低压加热器不同疏水方式对热经济性的影响 附录A 一.介绍 1(背景 在全世界的许多国家，电力工业的市场环境从传统的集约式向着一个更有竞争性的市场转化。电力市场竞争的主要宗旨是减少用电的费用。典型的市场环境包括外部环境和内部协约。恰当的新的软件工具可以支持更好的外部环境，例如基于次世代的调度程序和价格预测工具。联营或是合并重组，电子商务市场公司 (GENCOs) 发出预测售出的价格，并且他们对应的价格和消费者公司(CONCOs)就会做出对应的消费价格。有一个观点指出,在合适的地方用合适的工具就像一种拍卖会。完成一次拍卖就做出一次技术上的修复。每时每刻都对市场进行着调整和修复是市场管理人员必须考虑的。 事情的关键是让学生接触电力市场的运行。另外，电力行业的入门标准越来越多的从仅仅的知识和技能向着实践和与理论的同步发展转移。学生们不仅仅要知道关于电力的知识也需要知道在市场经济的环境下，如何进行电力市场的运作，如何出价、如何投标。而这最好的方式之一，就是能够模拟这一市场运作的电力市场模拟器。 2(试验 本次的实验是让学生们对一个核动力反应堆的电解水池进行成功的投资，而这些核动力反应堆都是他们平时所学习的。这些实验将大大增强学生们在学习上的兴趣，促进了他们的创造性和提高了他们的创新想法。这个实验将在市场模拟器上进行。这个模拟器是基于MATLAB的广泛应用软件和计算机通信网络,可以连接在www上。这个实验虚构了一个真实的西班牙城市电力系统，将之作为一个真实的电力系统进行分析。 学生们被随机分成了小组，每个小组都有一套能源厂，包括对应的费用和各种要素。每一组的能源厂都是相似的。而辅导员则扮演核动力反应堆的负责人MO，观察学生们的表现，相应的各种角色目的如下: 1(MO每小时都在计算机通信网络上或是万维网上的一个电子布告牌上公布各 种信息。 2(每组学生都有一段有限的时间来作为电力生产商表达其战略，并在计算机网 44 辽宁工程技术大学 毕业设计(论文) 络上进行生产和竞价。 3(MO要每小时都把各小组的价格和收入通过电子公告栏发布出去。 第一步到第三步能够实际的模拟现实中的电力市场。这个市场将被重复多次。第一次实验将让学生们熟悉各种做法，并且实验的最后将根据学生们的表现进行评价和排行。 为了获得更好的战略出价，学生们可以利用以下的两种工具。第一个是他们可以试用软件来预测市场的价格走势。第二个是一个优化的工具，可以对同学们做出的决定进行分析，从而选出能够得到利益最大化的价格决策。这些工具仅仅只是辅助。与实际市场不同，MO可以限制各个小组对发电机的操作和成本信息。这将更好的对每个小组进行分级和打分。实验中也允许对发电机进行改造，但是你的出价不应该违反改造的限制。 二(电力市场模拟器 如前所述，我们的市场是由一个被投资的核动力反应堆的电解水池，投资小组出价的发电器组、需求和市场服务器所组成的。这个核动力反应堆的电解水池是由西班牙发电市场开发的，并且由他们描述的。感兴趣的读者可以找到一个非官方的英语的 翻译 阿房宫赋翻译下载德汉翻译pdf阿房宫赋翻译下载阿房宫赋翻译下载翻译理论.doc 。另外，可以分别找到模拟必须的MATLAB文件和万维网分别接入端。模拟器的MATLAB文件，以及使用的标准软件也提供给读者。出价的时间间隔是1小时。这个过程如下，对于每一小时，通过供给曲线考虑出售价格，每个小时投标价格的增加由需求曲线建立。需要每个小时都考虑投标价格的增减。这个供给需求的十字曲线确定了买卖的能够被接受的出价，以及每小时获得的持续变化的市场价格。 最简单的方法是用一个“简单投标报价格式”组成的一对(每小时)的价值变量:数量(MWh)和价格(/ MWh)。每一参赛者最多可销售或者购买物品的价值为同一种指代变量。投标单位必须每时每刻都在生产。然而，在现实的电力市场投标会上，必须要考虑到约束条件，根据时间和生产，技术限制和经济问题，各方面综合考虑。因此，一个更复杂的系统，包括额外条件的投标价格和投标人是必须的。当投标，不是“简单”而是“复杂”后，各生产单位才能够获准生产，而不仅仅是简单的价格和数量。 *输出功率的极小值:第一个发出的价格总是不可取的。因为，万一那选定 45 祝海涛:高低压加热器不同疏水方式对热经济性的影响 的出价被接受，它应该是一个总数量而不是一个特定值。如果这个提议被采用，那就意味着热力公司要在一个较低的生产条件下实施生产。 *利率的变化:单位产品的最大价格变化率可以在连续2个小时内决定。这是为单位,能量将被认为是由匹配算法在连续两个小时的最大变化必须符合条件作为兆瓦/小时为指定产量的增加和/或千瓦/小时为de-creasing输出。 *最小功率运行的最长时间:开始工作后他所工作的时间。 *最低收入:这种情况指定固定期限(月)和一个变量术语(/ MWh)。规定的最低收入值必须低于所取得的收入乘以所指定的对应数量和收盘价格在“简单”模式下的数值。同时,投标的价格利用几种对应算法进行计算。这些算法可能出现对于价格的矛盾,因为同时存在不同的各种约束。一个复杂的投标价格如下。首先,投标的价格在没有任何约束的情况下进行算法的计算，得出一个最优价格。然后,逐渐带入各种约束条件并验证价格。命令的次序如下。 *MO会检查是否所有的产品都符合匹配。如果一个小组生产的数量超出了其允许生产的范围，该数量超出的部分就会按照最贵的价格从单位里扣除。同样的，如果一个单位生产速度地下，其产量受到了限制，就从它自己最低报价中加入。这个过程不断的在所有时间中重复，在每个周期曲线中按照每小时报价。 *MO会核实是否所有的发电器都在他们出价的功率下工作。根据数量和他所提出的价格出价。从低的价格开始，逐个做出回复。这一过程被重复，知道所有的小组都依据限制条件来给出价格。 *MO检查是否所有小组都按照正常时间运行。如果有小组没有按照规定实施，那就把小组撤出市场，这一过程被重复直到所有小组都符合规定的时间。也有可能发生这种事:小组没有按照规定的时间就返回市场了。 *验证是否每个单位都符合最低收入情况。开始，每个单位都要符合与收益的时间所匹配的的收盘价。然后，根据各个实际情况之间的差距，收入最低的和最大的是第一个离开市场的。这个过程不断重复，直到所有的小组都符合约束。当一个单位进入市场时，另一个单位的价格可能就上升，而税收也就可能跟着增加。 最后，还有一些其他的工具可以用来激发学生的学习兴趣，提高他们的出价，如价格预测机制和最佳反应算法。这些工具可以用于投标人。当他们出价时，学生们意识到他们自己的最优价格和随着他们更新的信息曲线。经过几轮实验，他 46 辽宁工程技术大学 毕业设计(论文) 们就会在自己的成功与失败的经历中成长起来。 价格展望引擎的用途是根据每小时价格的数据计算以后的市场价格。学生们使用历史价格来展望接下来市场的价格变化。一旦他们预测了市场价格，他们就会确定他们的发电器等产品的价格和他们的生产技术限制。 每个小组的目标是最大化盈利。学生小组根据他们的发电机所提供的性能来选择一种最优的价格。使用计算机网络，这些学生能够准确的根据信息来给出战略价格和进行实际的出价交易。虽然这与实际的市场交易还有些不同，实验中的市场还没有实际中市场的范围那么大。然而，模拟器的市场可以看做是实际的模拟，并且与边缘的生产商和制造商相比了。 三(专题研究 下面要研究五台发电机在四个小时的期间内的一个弹性需求。研究的案例是:一个基础和二个学生对于整个设计的问题的理解。 每个单位的最高和最低的输出功率都被记录下来，至少要记出输出功率和最大输出功率。 关于五台发动机的数据在下面被提出。其中动力以兆瓦为单位，对应的价格在下面的格子中。在本案例中，可能每台发电机的4个方格，都存在不同的数值和价格。 五台机器的弹性需求与价格是在下降的。这是社会发展的需要。在单元格中，可以看到这种趋势。图上所显示的就是需求与价格的标准。要注意在实际试验中，每个学生小组负责的发电机是每组5台。为了弄清楚，在这个案例中，这个数字已经被减少了。 值得注意的是，如果这个曲线中，要求他们最后消耗掉的需求是接受的，不过最初中标项目的边际效应，产量和需求是平衡的。同样的，如果这曲线相交垂直的一部分，然后分享了曲线在需求方面的下面。那么，发电机就会产生他们最后所接受的效益，但一开始的边际需求的投资将会按比例剔除去。 衡量每个学生小组的方法是通过彼此的比较。在最后的各个小组的收入，每次试验中小组的产品的价格，中标项目等等都是公开的，学生们根据他们的业绩获得投标。 A.基础的案例研究 47 祝海涛:高低压加热器不同疏水方式对热经济性的影响 总收入是:3968 9579,10618,3502,分别为18即期交货。最后的价格分别是18 16.5 21 21 / MWh,.最后的结算见表4。 从结果看出，只要小组3和5不能提出比18以上的话，那么市场就能够让他们产生最大的输出功率。1号机组生产的需求价格是16.5/ MWh。而最低的价格是18 / MWh。 B(第二个案例研究 将第一个案例中的单位渐变的限制修改为50千瓦/小时。这就导致了电力输出表5. 每个单元的总收入分别成为:9698 3979,10265,3532、18九两九,。最后的价格分别为4小时内,18,16.5 21,21 / MWh,。 值得注意的是,在这个案例中学习单元三中有关“违反了斜坡率限制约束之间第1和第2小时,表四。从表V,学习单元三中有关“现在已减少其产量2小时(如图),以满足阴影的斜坡率限制约束,因此,其收入的减少。剩下的单位可以利用这一点,并增加收入。 C(第三个案例研究 第二个改变的是假定第一号机组是不可分割的，斜坡率约束的3号机组仍执行。这样就显示出了表4中的单位。 这个总收入的单位,9736,10265:2001,3541。最后的价格为四小时的时期, 分别是:16.5 21,21 / MWh。 注意1号机组不满足约束的不可分割前两个病例。然而,1例为单元1小时,不能产生的阴影在表中所示。一如预期,其收入减少1号机组。 D比较 从三个专题研究有些结论可以被推断。如图4所显示，如果一个另外的限制增加，他们的收支会受到限制减退的影响，而他们的单位有些是不受影响的，这些单位是不会受任何限制的影响的。如图4和图5. E.总结 先给那些在实验中因为生产率，极小值、以及最小输出功率限制等等原因没完成的同学。他们实际上掌握了这些限制的作用。在几次圆的试验以后，他们发觉他们的单位的局限。 被观察仅成功的(根据收支)出价的变动在以下圆被保留。 48 辽宁工程技术大学 毕业设计(论文) 四(实验室经验 在先前的实验室实验中，学生已经熟悉设计和市场必须的环境了。市场规则已经可以被用第二部分的解释来解释了。 学生们每3人被安排在了一个组里。每个组都签署了5台发电机组。超过5个单元的数据处理足以让小组成员完成他们的任务。这些小组只知道成本和生产的特性。对其结构而不是特征的其他团体。这样，每个小组都成为了电力的生产商，而不知道他竞争对手的数据。每个小组的目标是比他们的对手在市场上赚更多的钱。市场的时间间隔是5小时。这个时间足以让学生们接触足够多的信息。最小的正常运行时间最大化和最小的停机时间约束。 实际试验的步骤按照以下的顺序: 1) 老师(MO)发布每小时负载。每5个小时考察一次。让学生得以根据市 场的观点进行试验操作。 2) 学生小组(GENCOs)有半小时的时间来准备相应的数据。每组有5个单 元,每单元应该标四个阶段的投入和价格。因此,每个小组应当提交相应 阶段的价格和投资。 3) 老师检查是否每个小组都在一个起跑线上，对没有按照规定的小组进 行整理。 4) 辅导员(MO)收集各个小组的出价并根据市场的规则选取适当的价格。 5) 教练(MO)将每个小组的出价公布出去，这将刺激各个小组的出价。增 加他们之间的竞争。 试验允许对1至4步进行反复多次。第一回合被用于学生们熟悉市场的作用和最后的评定方式。 学生的小组冠军获得的奖励是最终成绩的加分奖励。 49 祝海涛:高低压加热器不同疏水方式对热经济性的影响 50 辽宁工程技术大学 毕业设计(论文) 五(结论 本文介绍了这个实验，学生通过实验获得了电力工程以及电力市场的经验。这个经验将使学生们更清晰的认识自己所学的知识，对自己学习的动力工程更感兴趣。对于价格的要求以及工具的使用使得学生们的技术和经验获得了提升。学生们的创造性被促进，因为他们必须通过各种工具以及他们的技术来判断自己的决定是否能够带来效益。在这个意义上，经历了先前的实验，使用这种方式可以极大的提高学生的能力，提高他们的水平。让他们能够在充满竞争的市场环境中工作。 51 祝海涛:高低压加热器不同疏水方式对热经济性的影响 附录B 1. Introduction A. Background In many countries all over the world the power industry Iis moving toward a competitive framework and a market environment is replacing the traditional centralized operation approach. The main objective of an electricity market is to decrease the cost of electricity through competition. The market environment typically consists of a pool and a floorto carry out bilateral contracts. Adequate new software tools are needed to support new activities in the pool, such as optimization-based generation schedulers and price-bidding tools. The pool, or power exchange (PX), is an e-commerce marketplace where generating companies (GENCOs) submit production bids and their corresponding prices and consumer companies (CONCOs) do the same with demand bids. From a pool perspective, an appropriate market-clearing tool is a double auction mechanism. Hourly auctions are performed one at a time and repair heuristics are used to make results technically feasible. Hourly adjustment markets are also used to take deviations into account and to repair infeasibilities. It is crucial that students get exposed to the functioning of the electricity markets. Furthermore, the power industry is demanding an increasing number of power graduates with knowledge of the theoretical and practical foundations of electricity markets. Students need also to obtain practical experience on how to generate bids and on how to bid. One of the best ways to achieve this goal is by means of an electricity market simulator. B. Experience This paper presents a successful lab experience in which students get familiar with all the steps that a power producer must perform to generate successful bids in an electricity pool. This experience has greatly increased the interest of students in power subjects, has promoted their creativity and has been a vehicle to cradle their innovative ideas. This lab experience is built around a market simulator. This 52 辽宁工程技术大学 毕业设计(论文) simulator is based on the widely used software package MATLAB and a computer communication net, which can be replaced by the WWW. The experience has been carried out at the University of Castilla—La Mancha, Ciudad Real, Spain, as a part of a senior undergraduate course on power system analysis. Students are divided into groups and every group is assigned, at random, a set of power plants, including their operational and cost characteristics. All sets of power plants are reasonably similar. Student groups behave as power producers and the instructor plays the role of the MO. The functioning of the PX is as follows. 1) The MO broadcasts hourly loads in an electronic bulletin board using the computer communication net or the WWW. 2) Every student group has a limited amount of time to de-rive its strategy as a power producer and to send its production and price bids to the MO using the computer communication network. 3) The MO clears the market and determines the hourly market-clearing prices and the revenues of every group which are made public through the electronic bulletin board. Steps 1 to 3 reproduce the actual functioning of an electricity market based on a pool. This market simulation procedure is repeated several times. The first trials allow students to get familiar with the procedure and the last ones are used to rank and grade them. In order to derive an aggregate bidding strategy, students have two types of tools available. The first one is a price-forecasting package that allows them to forecast next-market clearing prices. The second one is an optimization-based tool allowing student groups to determine the optimal response of any of their generators to a sequence of prices such that the profit of the generator is maximized. This tool is of the type reported in. Unlike actual markets, the MO has also available operating constraints and cost information of every generator of each group. This makes possible to compute the profits of every Indus- group and therefore to rank and grade them. It also allows checking that no generator, when bidding, is violating its operational constraints. 53 祝海涛:高低压加热器不同疏水方式对热经济性的影响 2. Electrictty Market Simulator As previously mentioned, the considered electricity market is a trading pool made up of groups of generators, demand(s), and a market operator that carries out the matching of bids. The rules of this pool are inspired by the electricity market of mainland Spain and they are described below. The interested reader can find an unofficial translation of these rules in English. Additionally, the required MATLAB files and www plug-ins to run the simulation can be found in and, respectively. The MATLAB files of the simulator, as well as the standard software used, are also available to the reader. The time step to perform the matching of bids is 1 h. The procedure is as follows. For each hour, a supply curve is built up considering the selling bids for that hour ordered by increasing prices and a demand curve is built up considering the buying bids for that hour ordered by decreasing prices. The intersection of the supply and demand curves determines the selling and buying bids that are accepted and the hourly market price obtained as the price of the last accepted selling bid. The simplest way to bid is using a “simple” bid format consisting of a pair of (hourly) values: quantity (MWh) and price ( /MWh). Each selling or buying participant can present several pairs of values for the same generation or demand unit. Groups are required to produce four-block bids for every one of its units in every hour. However, in a realistic electricity market auction, it is necessary to consider constraints that bind time and production, technical constraints and also the economic concerns of the generating groups. Therefore, a more complex mechanism to match bids including some extra conditions from the bidders’ side are required. When bids are not “simple” but “complex,” each production unit is allowed to bid with several extra conditions, in addition to the simple price/quantity bids. * Minimum Output Power: The first quantity bid is always no divisible. That is, in case that the designated bid is accepted, it should be for the total quantity and not for a fraction of it. This condition has been implemented to take into account that some thermal units have to run above a specified minimum operating level. * Up- and Down-ramp Rates: The maximum variations of the unit output in two 54 辽宁工程技术大学 毕业设计(论文) consecutive hours can be specified. That is, for the considered unit, the energy scheduled by the matching algorithm in two consecutive hours must meet the maximum variation condition specified as MW/hour for increasing output and/or MW/hour for de-creasing output. * Minimum Up-time: Once a thermal unit is on, it should be working for a given number of hours. * Minimum Revenue: This condition is specified with a fixed term (in) and a variable term (in /MWh). The specified minimum revenue value (the fixed term plus the variable term times the sum of the dispatched energy) must be lower than the revenue which is obtained by multiplying the specified matched quantities and closing prices in the “simple” format of the considered generating unit bid. Also, the matching of bids uses several repair heuristic algorithms. These algorithms fix infeasibilities that may appear because one or more constraints are unfulfilled. The matching of complex bids is as follows. First, the matching algorithm considers all bids to be simple and produces prices that are not affected by any constraint. Then, there is a sequence of checkings of constraints and their corresponding repair algorithms. The order of the sequence follows. * The MO checks if all the matched productions fulfill the up-and down-ramp rates. If a unit produces a quantity that is beyond its allowed production, this quantity is reduced to the up-ramp rate limit of this unit, starting from the unit most expensive bid. Similarly, if a unit is producing less than the down rate limit, its production is increased, starting with its own cheapest bid. This process is repeated for all time periods, starting from the previous hour bid curve at each period. * The MO verifies if all generators have included the minimum output power condition in their bids. The noncompliant bids are ordered in an increasing fashion, depending on the quantity bid. Beginning with the smallest one, the noncompliant bids are withdrawn one by one and the process is repeated until all the remaining bids fulfill the constraint. * The MO checks if any minimum up-time is not met by any unit. If so, the unit withdraws the market and the process is repeated until all the units meet the time 55 祝海涛:高低压加热器不同疏水方式对热经济性的影响 condition. It may happen that when a unit leaves, another unit that did not comply with the constraint is able to return to the market. * The MO verifies if every unit complies with the minimum revenue condition. Previously, the MO has calculated every unit revenue (closing prices times matched quantities). Then, it orders the units according to the difference between actual and minimum revenue, such that the unit with the biggest no fulfillment is the first to leave the auction. The process is repeated for all time periods until all the units comply with the constraint. It is possible that a unit can re-enter the auction because, when another unit leaves the market, prices increase and it is possible that the revenue of the new entrant may increase. Finally, there are additional tools available to the students to improve their bids, such as a price forecasting engine and an optimal response algorithm. These tools are likely to be used by sophisticated or experienced bidders. When placing their bids, the students are aware of the optimal self-scheduling of their own units and they have updated information of the aggregated offer and demand curves. After a few rounds, they are experienced with the program and with their own previous successes and failures. The price forecast engine uses time series data of hourly prices to forecast next-market prices. Student groups use a data-base of historical prices to forecast the clearing prices of the market they are facing. Once they have forecasted market clearing prices, they use them to determine the productions of their generators, facing these prices and meeting all technical constraints. The target of every group is to maximize its profits. Student groups do that using an optimal response algorithm that provides for a given generator its optimal energy production in every hour. Using this information student groups should prepare their respective bidding strategies and perform the actual bidding using the computer communication network. Although market power is perfectly possible, game-theoretical negotiation strategies exceed the scope of the market simulator. Nevertheless, the simulator can be used to simulate the behavior of price-makers as well as competitive fringe producers. 56 辽宁工程技术大学 毕业设计(论文) 3.Case Studies Five generators during a period of four hours with an elastic demand are considered in the following case studies. The considered cases are: a base case and two modifications designed to test the student’s understanding of the whole problem. The maximum and minimum power outputs for every unit are shown in Table I, where the minimum is power output and is the maximum power output. Data regarding the bids for the five generators are presented in Table II, where is the offered power in MW and is the price of the corresponding block in /MWh. In this example, there are four blocks per generator, each one possibly different in amount and price. The elastic demand is modeled using five demand blocks with prices in decreasing order. The demand blocks are shown in Table III, where is the demand of every block in MW and is the price in /MWh. Fig. 3 shows the matching of generation and demand bids for the first hour. Note that every student group is assigned a generator in all case studies, while the actual arrangement is five generators per group. For the sake of clarity, the number of units has been reduced in this illustrative example. It should be noted that if the price-demand curve intersects the horizontal part of the price-production curve (as in Fig. 3), the demands consume up to their last MW demanded and accepted. However, the initially accepted bids of the marginal generators are proportionally shaved so that production and demand are balanced. Similarly, if the price-demand curve intersects the vertical part of the price-production curve, then the sharing would be on the demand side. That is, all generators would produce up to their last accepted MW, but initially accepted marginal demand bids would be proportionally shaved. The way to measure the performance of every student group is by means of revenue comparison. At the end of the simulation the student group revenue, which is the product of all accepted bids times hourly prices, is made public. Students are rewarded according to their success in bidding. A. Base Case Study 57 祝海涛:高低压加热器不同疏水方式对热经济性的影响 Total revenues are: 3968, 9579, 10618, 3502, and 18 735, respectively. Final prices for the four hour period are: 16.5, 18, 21 and 21 /MWh, respectively. Final outputs of the units after closing the market are presented in Table IV. From the results of Table IV it can be observed that, as long as units 3 and 5 do not offer prices above 18 /MWh in hours 3 and 4, the market allows them to produce their maximum power output. Unit 1 produces 0 MW in hour 1 because the price offered by the demand is 16.5/MWh and its lowest price bid is18 /MWh. B. Second Case Study The first modification of the base case study assumes that unit 3 has a ramp rate limit equal to 50 MW per hour. Resulting power outputs are now presented in Table V. The total revenue of each unit becomes: 3979, 9698, 10265, 3532, and 18 929, respectively. Final prices for the four hour period are 16.5, 18, 21, and 21/MWh, respectively. Note that in the base case unit 3 violated the ramp rate limit constraint between hours 1 and 2, as seen in Table IV. From Table V, unit 3 now has to decrease its production in hour 2 (as shown in shadow) in order to satisfy the ramp rate limit constraint and hence, its revenue decreases. The remaining units take advantage of that and increase their revenues. C. Third Case Study The second modification assumes that the first block is indivisible for unit 1 and that the ramp rate constraint of unit 3 is still enforced. Table VI shows the power output of the units. The total revenues of the units are: 3871, 9736, 10265, 3541, and 18 990, respectively. Final prices for the four hour period are: 16.5, 18, 21, and 21 /MWh, respectively. Note that unit 1 did not meet the indivisibility constraint in the previous two cases. However, in the third case unit 1 cannot produce in hour 2, as indicated in shadow in Table VI. As expected, unit 1 decreases its revenue. D. Comparison From the three case studies some conclusions can be inferred. As shown in Fig. 4, 58 辽宁工程技术大学 毕业设计(论文) if one additional constraint is added, those units that are affected by the constraint decrease their revenues and the units that are not affected increase their revenues. This is the case for units 2, 4, and 5 that are not affected by any of the constraints. E. Summary The previous examples have been proposed to students with the intention that they get exposed to the effect of ramp rates, minimum up- and down-times, and minimum power output constraints. They actually grasp the effect of these constraints and tend to bid consequently. After several round trials, they become aware of the limitations of their units. It has been observed that only successful (in terms of revenue) bid changes are kept in the following rounds. 4.Lab Experience Previous to the lab work, students get familiar with the design and rules of the market they have to simulate in the lab. The market rules that have been used are those explained in Section II. Students are arranged in groups of three. All groups are as- signed five power units. More than five units make data handling messy enough to distract students from their task as bid producers. The group only knows the cost and production characteristics of its units, not the characteristics of the units of other groups. In this way, every group becomes a power producer with no knowledge of its competitor data. The target of every group is to bid in the market to make more money that its competitors. The market time horizon is up to 5 h. This number of hours is sufficient to get students exposed to the effect of ramp-rate, minimum up-time and minimum down-time constraints. The actual lab experience follows the steps shown in the following. 1)The instructor (MO) broadcasts the hourly loads. Up to five hourly periods are considered. Longer market horizons make it difficult for students to derive appropriate answers. 2) Student groups (GENCOs) have half an hour to prepare their corresponding energy bids. Each group has available five units and each unit should bid four blocks of power and price. Therefore, each group should submit 20 energy blocks and their 59 祝海涛:高低压加热器不同疏水方式对热经济性的影响 corresponding prices to the MO. 3) The instructor checks generator bids for consistency .If inconsistencies are found the corresponding group is eliminated from bidding and receives a penalty. 4) The instructor (MO) collects the bids electronically and applies the market clearing mechanism to determine market clearing prices and accepted and no accepted bids. 5) The instructor (MO) also computes the revenues and the profits of every group and broadcasts this information and the hourly market clearing prices to everyone. This information allows each group to know its ranking position with respect to its competitors and stimulates to bid efficaciously. Steps 1 to 4 are repeated as many times as the time allocated to the lab allows. The first rounds are used for the students to get familiar with the functioning of the market and the last ones for ranking and grading them. Group of students received award winner is the ultimate achievement award extra points 60 辽宁工程技术大学 毕业设计(论文) 5.Conclusion This paper presents a lab experience to allow students in power engineering to get familiar with the practical functioning of a pool-based electricity market. This experience has clearly boosted student interest inpower engineering subjects. Efficacious bidding requires the use of appropriate tools plus an important degree of technical intuition and experience regarding the behavior of the pool. Student creativity is promoted because they have to produce bids blending the results of the 61 祝海涛:高低压加热器不同疏水方式对热经济性的影响 decision tools they have available with their technical intuition. In that sense, experience from previous bids and the use of a self-scheduling program greatly enhances students’ ability to improve their bids. They also get exposed to the work in a competitive environment. 62