“自由路径法则”在电厂热力系统分析中的应用

电力18讯：    摘  要：基于矩阵热平衡方程式，提出了电厂热力系统内汽水流动的“虚拟”描述，即汽水可以沿热力系统内实际存在或不存在的路径流动。以凝汽器的热井为中心，汽水流动路径构成一个封闭的循环，并且汽水流动的方向和路径是任意的。对同一股流量，在热力系统内的流动可以存在多条不同的路径，选择任意一条路径结合热耗变换系数的概念及其计算原则，都能够计算该流量对整个热力系统热耗量的影响，并且与传统的计算方法相比使计算工作得到简化，而计算结果却是相同的。文中分别对轴封漏气、供热抽汽、小汽轮机用汽、再热减温水、高压门杆漏汽等的热经济性分析分项进行了叙述，并以300 MW机组额定工况的数据进行了验算。
    关键词：热经济性；热耗变换系数；热效率；热耗量

1  引言

    随着电厂热力系统矩阵分析手段的采用，电厂热力系统分析方法也出现了许多新发展。结合“热(汽)耗变换系数法”的应用，电厂热力系统分析表现出极大的灵活性，本文所述“自由路径法则”就是对辅助流量热经济计算的多种处理，旨在进一步简化热力系统的分析计算，使对热力系统的理解更加容易、清楚和方便。

2  热力系统内的汽水流动模型
2.1热力系统内汽水流动的物理描述

    一般情况下，汽轮机的高压抽汽进入高压加热器放热后疏水进入下一级高加，疏水逐级自流后最终进入除氧器。除氧器属于汇集式加热器，疏水汇集于除氧器后转为给水最终进入锅炉。同样汽轮机的低压抽汽在低压加热器中放热后疏水，疏水逐级自流进入带疏水泵的表面式加热器或凝汽器，转化为主凝结水后最终进入除氧器。这是对热力系统各种流量的实际描述，传统的热力系统分析都是基于如此思路处理的。

2.2热力系统内汽水流动的“虚拟”描述

    基于矩阵热平衡方程式出现了对电厂热力系统的一种新描述，该描述不是按照汽水实际的物理流动过程形容汽水流动路径，而是通过假设某些物理上并不存在的流动路径，使热力系统分析得到简化。当然虚拟汽水流动的路径，并不影响热力系统的特性和计算结果，虚拟的效果必然在其它方面得到补偿；如，经虚拟描述虽然汇入除氧器的疏水转向进入凝汽器，但是主凝结水却不再是实际的流量，而是按虚拟的给水流量计算，因此相互抵消后主凝结水的流量保持不变。电厂热力系统虚拟流动的描述需结合矩阵热平衡式的建立进行，详述见文[1]，图1是300 MW机组虚拟的汽水流动过程图。



    图2是热力系统汽水虚拟流动过程的抽象效果图。凝汽器的热井既是汽水流量的发源地，又是汽水流量的目的地，每一股流量从热井出发，最后又回到热井，形成闭合循环，每个闭合循环中实现能量转换或者一个特定功能。整个系统从锅炉补充能量，从凝汽器补充质量。需要从外界补充能量的循环必需经过锅炉，不需要从锅炉补充能量的个别小股流量与凝汽器自成一个循环，例如再热减温水等。



3  热耗变换系数和热耗变换系数法分析原则
3.1 热耗变换系数的概念

    热耗变换系数的定义式如下：



式中 Qo为锅炉吸热量；Qrh为再热吸热量；DQi为从第i级吸入的微小外热量；P为功率。
    热耗变换系数的物理意义是，定功率条件下从某级引入微小外热量进入热力系统，必然引起循环上相当量的热耗量减小，减小的循环热耗量与所加入的微小外热量之比，就是该级抽汽的热耗变换系数。
    热耗变换系数是分析热力系统的工具，借助于它们可以对热力系统进行局部定量分析，或者对某一股流量在热力系统中的循环进行分析。这个参数借助于矩阵计算获得，其计算式为[2]