汽轮机及其热力系统性能分析与优化

付峥+片锦香

摘要：汽轮机主要是将蒸汽的能量逐渐转化为机械功能的旋转式动力机械，也正是因为其特性又被成为蒸汽透平。随着时代的发展，汽轮机的应用也更为广泛，所发挥的作用日渐突出。而其中尤其需要注重并予以高度重视的便是其热力系统的性能，探究更好的促进方式。基于此，本文就汽轮机及其热力系统性能分析与优化进行探索，希望可以为汽轮机热力系统性能优化提供借鉴。

关键词：汽轮机；热力系统；性能分析；优化路径

前言：

长期以来我国都是以煤作为主要的能源支撑，燃煤火力在我国的电力供应中依然具有极为重要的作用和影响，并占据极为重要的地位。燃煤火力发电在促进我国经济建设发展的同时，也让其能源消耗严重，所产生的诸如二氧化硫、二氧化碳等气态污染物等对我国的环境也产生严重污染。通过燃煤火电机组的高效运行则促使煤炭资源予以节约，促使火电厂的能源成本不断降低，并能够减少污染气体排放，在改善生态环境的同时有效提升社会综合效益，让节能减排与企业的经济利益达到一致。也正是因为此，探索汽轮机及其热力系统性能的优化措施就显得极为重要。

一、汽轮机的热力系统

汽轮机装置之中，锅炉和汽轮机则是其中的主要热力设备，其结合相应的辅助设备将主、辅设备运行连接，从而形成系统运行的热力系统。这些辅助设备以及热力系统对装置运行的安全性和经济性都具有一定影响。就其主要热力系统来说，主要包括以下几个系统：

第一，连接锅炉和汽轮机的主蒸汽系统。

第二，各回热加热器的供给抽汽系统，以及除氧器用气的供给抽汽系统。

第三，凝汽器中的凝结水抽出，并送往各低压回热加热器，以及除氧器中所形成的主凝结水系统。

第四，除氧器中的给水升压送到各个高压加热器之中，以及锅炉之中的给水系统。

第五，补充汽水循环中的工质损失的补充水系统。

第六，汽轮机本体疏水和其他热力设备疏水、防水的疏放水系统。

第七，凝汽器供应冷却水的冷却水系统，此系统又被称为循环水系统。

第八，向润滑油冷却器以及其他冷却设备供应冷却水的工业水系统。

第九，供热汽轮机，以及热力网加热器、热力网水泵和向热用户供热水或蒸汽的热力网系统。

二、热力系统主要分析计算方法

1.常规热平衡法

此方法为最基本的热力系统分析计算方法，也是热力系统计算中极为直接的一种表述方法，其所应用的主要是汽水流量平衡和能量平衡的计算方法。其主要是以各个加热器作为主要研究对象，其他多种分析方法都可以依托于此推导而出，能够通过加热器汽水质量平衡，以及能量平衡方程计算方法得出加热器抽汽系数，并结合功率方程和吸热方程求得相应的经济指标。

2.等效热降法

此方法是一种热工理论，以新蒸汽流量、循环初终参数、气态线不变为前提，结合内功率的变化来对热力系统进行热经济效益分析。此方法既可以应用于整个热力系统的计算，也可以应用于热力系统局部的定量分析，但就目前来说，其在等效热降法的应用中数据获得的动摇性较大。

3.循环函数法

此方法是一种新型的热力系统计算方法，其依托于热力学第二定律而来，并首次提出了循环不可逆性来对蒸汽循环的经济性进行定型分析以及循环函数应用，简化了热力系统计算的复杂性，也更加有助于汽用水单项热经济指标的解决计算。此方法在热力系统整体和局部定量分析中都具有极为重要的作用。

4.矩阵分析法

此方法主要是一个泛称，更多的指的是用矩阵形式表达的方法，而不是单纯指的一种分析方法，因此，此方法更多的说的是一个范畴。随着计算机的普及和应用，此方法的应用也成为热力系统计算分析的重要发展方向。

5.符号火用经济学法

西班牙学者提出了“火用成本理论”，直接导致了符号火用经济学的诞生，此种方法在我国被称为“矩阵模式的经济学”，其主要是寻根究底的探索中建立的，以热力学第二定律所定义的效率为研究中心，所提出的火用成本作为感念依托，同时提出了附加方程的基本准则，进而探索该计算方法的应用方式。

三、汽轮机性能退化的主要原因

依照我国当前的供电标煤耗来看，与国际上的先进指标依然具有极大差距，火电机组的供电标煤耗为

其中Kcp则为机组长用电率；ηb为锅炉效率；ηi为机轮机内效率； ηp为管道效率；ηm为机械效率；ηn为发电机效率；HRi为汽轮发电机组热耗率。

那么

通过锅炉效率的提升，汽轮发电机组热耗率以及降低厂用电率则能够有效实现火电机组的节能减排，提升其应用效率。

四、火电机组的性能及耗差分析

首先，就其实时数据的矫正来说，其主要集中于以下几个方面：第一，主辅机设备的常规过程参量需要数据的完整性，一个极为特殊的参量同样需要数据的完整支撑。第二，数据精确性需要保证其参量变化趋势的正确，而需要其过程参量的精准；第三，数据需要保证一致。数据在不能满足需要的情况下可以进行一定程度的修补，其主要是对精确性、过程参量等进行优化和校正处理，经过基准热力实验样本标定的机理模型方式，来对缺失和失真的过程予以重建和修复。机组能量平衡校验主要说的是对机组性能指标产生重大影响的主汽流量参量在数据上进行修补，并进行进一步的平衡校验，从而能够更好地对主汽流量性能以及机组负荷一致性予以保持和平衡。

其次，火电机组性能指标的实时分析，其主要包括机组设备的性能指标，以及设备级指标等指标实时分析。为了达到更好的应用需要，需就平衡效率计算模型进行优化改进，做到模型修正算法的一致性校验。

第三，火电机组耗差指标的在线分析，一般情况下，火电机组的运行工况需要运行参数的同一时刻取值，为了简化相应的程序，并突出重要的特点，则选择若干具有代表性的监控参数来进行工况运行监控。耗差分析需要融合监控参数的选择、性能指标期望值模型的建立、监控参数期望值模型的建立，以及监控参数耗差分配等多个指标分配情况的数据分析。

结语：

燃煤火机组的节能需要从汽轮机、锅炉、辅机等多节能方式入手，就外部因素、能效因素、运行因素等多方面予以分析开展，让做好相应的管理检修，以及运行优化。耗差分析与机组运行性能、运行方式等都具有紧密关系，与检修水平也具有紧密连接因素，在此方面则可以通过机组性能影响因素的深入研究与考虑追究到相应的症结所在，通过考核管理的方式来获得更好的成本降低的节能效果。

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