3.1-汽轮机专业指标解析

《单元机组经济运行及管理》任务三：分析汽机专业指标思考题1：什么是汽轮机组汽耗率？汽轮机组热耗率（Hr）：汽轮机从外部热源取得的热量与其输出功率之比，单位：KJ/kw·h。思考题2：汽轮机组热效率和汽轮机组热耗率之间的关系？思考题3：公式4-3与公式3-2有何不同之处？思考题4：影响汽轮机组热耗率（效率）的因素有哪些？内部损失（汽轮机通流部分效率）、外部损失（蒸汽动力循环热效率、汽轮机机械效率、节流损失、管道损失）思考题5：影响通流部分效率的因素有哪些？高中低压缸效率、配汽机构节流损失排汽及内部的各项损失，包括汽轮机叶高损失、扇形损失、叶轮摩擦损失、余速损失、湿汽损失、漏汽损失、部分进气损失（鼓风、斥气损失）等。思考题6：影响通流部分效率的因素（级内损失）包括哪些？1、叶高损失将喷嘴和动叶中与叶高有关的损失称为级的叶高损失或叫端部损失。当叶片较短（一般说叶高12--15)时，叶高损失明显增加。一、内部损失图１.４.３叶栅中的二次流示意图（a）双涡流示意图；（b）附面层和压力分布示意图１—腹面；２—压力图；３—附面层增厚区；５—对涡流动1、叶高损失的原因：（1）端部附面层中的摩擦损失（2）二次流损失2.扇形损失1、产生原因：①环形叶栅的节距、圆周速度及蒸汽参数均沿叶高发生变化。即这些数值均偏离了平均直径处的设计值，蒸汽流过时会增加流动损失。②在等截面直叶片级的轴向间隙中，汽流还会径向流动引起损失。这些损失统称为扇形损失。（a）环形叶栅的节距变化；（b）平面叶栅3、叶轮摩擦损失（1）叶轮两侧及围带表面的粗糙度引起的摩擦损失叶轮在汽室中作高速旋转时，由于蒸汽粘性，由叶轮表面至汽缸壁的间距上蒸汽微团的圆周速度是不同的，即存在速度梯度，因此产生叶轮轮面与蒸汽及蒸汽之间的摩擦。3、叶轮摩擦损失（2）子午面内的涡流运动引起的损失靠近叶轮轮面侧的蒸汽质点随叶轮一起转动时，受到离心力作用，沿径向向外流动。靠近隔板处的蒸汽质点的旋转速度小，自然要向旋转中心处流动以保持蒸汽的连续性。于是，在叶轮两侧的汽室中就形成了涡流运动，4、部分进汽损失如果将喷嘴布置在隔板（或蒸汽室）的整个圆周上，使蒸汽沿整个圆周进汽，这种进汽方式称为全周进汽。为了增高喷嘴的高度，则将喷嘴布置在部分圆周上，使蒸汽沿部分圆弧进汽，这种进汽方式称为部分进汽。小汽轮机的高压级、调节级常采用部分进汽。mnndtZe部分进汽损失：“鼓风”损失、“斥汽”损失。（1）“鼓风”损失发生在没有喷嘴叶片的弧段内。动叶片像鼓风机一样把滞留在“死区”弧段内的蒸汽鼓到出汽边而消耗轮周功。动叶两侧与轴向间隙中的不工作蒸汽产生摩擦损失。此值更大。部分进汽度小，鼓风损失大。措施：合理选择部分进汽度、采用护罩，将“死区”内的动叶罩住。（2）“斥汽损失”发生在安装有喷嘴叶片的弧段内。1.动叶片由非工作区进入工作区弧段时，动叶通道中滞留的蒸汽要靠工作区弧段中，喷嘴喷出的主流蒸汽将其吹出，并使之加速，要消耗轮周功。（2）“斥汽损失”2.另外，由于叶轮作高速旋转，这样，在喷嘴出口端的A点存在着漏汽，引起损失；3.而在B点又存在着抽吸作用，将一部分蒸汽吸入动叶通道，干扰主流，同样会引起损失。这样就形成了斥汽损失。又称弧端损失。5、漏汽损失h在汽轮机中，由动静两部分所组成的级，有间隙。由于压差的作用，有间隙存在，就会漏汽如图所示。冲动级1.隔板漏汽损失隔板前后的压差，致使蒸汽从隔板和转轴之间的间隙漏入隔板与叶轮之间的汽室，不做功，造成隔板漏汽损失；漏入的蒸汽有可能通过喷嘴与动叶根部之间的间隙流入动叶，不作功，且扰乱主汽流，造成损失，ph防治措施：在叶轮上开设平衡孔，在动叶根部设置汽封片加以阻挡，设计合理的反动度，使动叶根部不出现吸汽和漏汽现象。叶顶漏汽损失产生原因：动叶顶部与隔板和持环之间存在轴向间隙和径向间隙。由于叶顶存在较大的反动度，前后有压差，所以部分蒸汽从叶顶间隙漏入级后。因素：减小间隙面积、降低两侧压差。防治措施：采用高低齿封图1.5.5(b)th高低齿封6.湿汽损失蒸汽在汽轮机最后几级时便进入湿蒸汽区，产生湿汽损失的原因在于：湿蒸汽的过饱和现象使级的理想比焓降减少，产生过饱和损失；湿蒸汽中挟带的水珠，在汽水两相流中，速度低，由蒸汽带动，消耗汽流动能，挟带损失；在排除捕水装置中的液相时，一部分蒸汽被抽出，造成工质损失。挟带的水珠，出喷嘴的速度明显小于蒸汽速度，水珠进动叶的方向角变大，撞击动叶进口处的背弧，产生阻止叶轮旋转的制动作用，产生制动损失；动叶出口水珠的相对速度比蒸汽速度低得多，使绝对速度远大于蒸汽的速度。进入下一级喷嘴时，水珠撞击在喷嘴进口处的壁面上，扰乱主汽流，称为扰流损失。湿蒸汽会引起湿汽损失和冲蚀叶片，为了提高汽机的效率和防止动叶被冲蚀损坏，就必须采取一些去湿措施。即：采用有效的去湿方法提高叶片本身的抗冲蚀能力常用的去湿方法：(a)级内捕水装置由捕水口、捕水室、疏水通道组成。至低压加热器或凝汽器。喷有嘴后和动叶后两种形式。捕水效率可达湿蒸汽中水分含量的20%～30%(b)具有吸水缝的空心喷嘴将空心喷嘴经环形通道与低压加热器或凝汽器形成负压，吸走表面的凝结水膜。靠近进汽侧、靠近出汽侧(内弧或背弧)、出汽边上。效果最好处：喷嘴的顶部附近缺点：同时抽走蒸汽、减少作功工质；环形通道截面很大，制造困难。(c)出汽边喷射蒸汽的空心喷嘴从压力较高一级来的蒸汽引入空心喷嘴，从出口边的缝隙喷出，优点：消除尾迹区，阻止该处形成大的水珠；使尾迹区速度均衡，提高级效率和改善动叶的应力状况。由压力较高点来的蒸汽，参与作功，能量不损失。提高叶片的抗冲蚀能力措施：采用耐侵蚀性能强的叶片材料；在叶片进汽边背弧少年宫镶焊硬质合金；在叶片表明镀铬、局部高频淬硬、电火花强化、氮化等。给水回热循环对电厂经济性的影响从汽轮机的某些中间级抽出部分蒸汽加热锅炉给水以提高给水温度，称给水回热加热，具有给水回热加热的热力循环称为回热循环。现代大中型机组采用给水回热，其节煤量可达10％～20％，所以给水回热在火力发电厂中得到普遍应用。什么是给水回热循环？回热循环的热经济性分析：（1）给水回热加热提高了工质的平均吸热温度，循环效率提高；（2）给水回热加热减少了汽轮机末几级的蒸汽流量，从而减少了汽轮机的冷源损失，汽轮机相对内效率提高；（3）给水回热加热增大了耗汽量，即增加了汽轮机高压缸的通流量，有利于减少其通流部分的各种损失，汽轮机相对内效率提高。结论：采用给水回热加热，循环的绝对内效率提高。实例：某600MW机组凝结水温度34.3℃，给水温度278.6℃，给水回热加热后锅炉内加热起点温度提高244.3℃，平均吸热温度大幅提高。1、回热加热意义（一）回热循环的循环热效率推导依据：（1）原循环效率（2）物质平衡式（3）热平衡式2、给水回热循环热效率的计算11c'11ccfwhhh)11(1)()()()(1)()()()()()()()()()()()('0001010101'00'01010101'11010101001010trrtcccccccccccccccccfwccrartAAhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhq)()('11cfwcfwhhhh)/()(/'000ccathhhhqhchc’1kgh1α1αchfwh0)()(0101ccrhhhhA回热循环的热经济性给水回热循环热效率变化为)11(trrtrtAA)()(0101ccrhhhhA抽汽做功量凝汽做功量Ar—回热抽汽做功系数tt10rtrA分析：（2）抽汽量增加，增大，增大。（3）抽汽点压力降低，结论：采用给水回热加热，循环热经济性提高。且抽汽量越多，抽汽压力越低，回热循环热经济性越高。推论：排挤抽汽，特别是排挤低压抽汽，回热循环热经济下降。又称“排挤理论”。rAriirirArttrArt1（1）因为＞0，故＞。增大，增大。rArt回热循环的热经济性影响给水回热过程热经济性的基本参数（一）回热级数Z对热经济性的影响结论：回热循环级数越多，热经济性越高。分析：如保持第1级抽汽压力不变，则单级与两级回热的给水加热温升相同，总的抽汽量几乎不变（不同压力下水的汽化潜热相近），而两级回热增加了低压抽汽量，热经济性提高。（1）热量法提高给水温度，q0=(h0－hfw）wa=(h0－hc)ηt=wa/q0变化趋势不定（2）作功能力法提高给水温度，锅炉吸热过程平均温度提高，使其在炉内同烟气的换热温差减少，降低了做功能力损失。但是因此增加的换热器，产生了回热加热器的换热温差，导致存在做功能力损失，削弱了回热的效果。给水温度对于循环热经济性的定性分析（二）给水温度对热经济性的影响主蒸汽温度14MPa，560℃，排汽压力0.004MPa采用1-4级回热热效率情况如下：给水温度热效率123428.9830.445590.445590.445590.44559300.446150.446150.446150.44615500.455830.456230.456370.45644700.463370.464720.465200.46544900.469160.471850.472820.473321100.473500.477820.479400.480231300.476640.482760.485060.486261500.478720.486800.489880.491511700.479870.490010.493950.496041900.480130.492440.497300.499902100.479340.494000.499870.503042300.477470.494670.501670.505462500.474510.494440.502670.507122700.470360.493230.502790.507932900.464910.490950.501900.507823100.457940.487410.499830.506633300.449070.482300.496290.50408336.6380.445590.480150.494700.50284给水温度对于循环热经济性的定量分析思考题7：为什么存在最佳给水温度？对多级回热加热，当最后一级加热器抽汽压力增加，则给水温度提高，回热抽汽量增加，回热循环热经济性提高。同时，由于抽汽压力增大，抽汽焓提高，回热循环热经济性下降，所以存在最佳给水温度使得回热循环效率最高。由于采用回热后，抽汽的做功不足，使实际做功量减小。PeDgm36000trtttrtrtA/11acccZjjjrahhhhhh)()()(0010为了维持相同功率，由功率平衡方程为了降低对汽耗的不利影响，应充分利用低压抽汽可知,增加了进汽流量，汽耗率d0增大00DDr增大Ar，尽可能增大抽汽做功量给水回热机组运行的不利影响采用回热，由于抽汽与给水之间的有温差不可逆传热，恒有做功能力损失多级回热，做功能力损失减小，当回热级数趋于无穷，做功能力损失趋向于零0给水回热的不利影响再热循环对电厂经济性的影响将汽轮机高压缸中作了部分功的蒸汽引至再热器，提高温度后再返回汽轮机中、低压缸继续作功的过程称为蒸汽中间再热，其装置循环称为再热循环。采用高参数大容量再热机组，已成为现代化火力发电厂的主要标志之一。4123再热器baST124365abc什么是再热循环？蒸汽中间再热的热经济性实例：采用一次中间再热，可以提高发电厂热经济性4～7％左右。按无再热时厂效率35％计算，600MW机组采用中间再热后厂效率相对提高0.11～0.2，年节约标煤12.8～23.3万吨。1.中间再热能减少汽轮机排汽的终湿度，