本發(fā)明屬于電力領(lǐng)域，涉及余熱鍋爐的性能和汽輪機的性能，具體涉及一種單軸聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組性能驗收中機島與爐島的責(zé)任劃分。
背景技術(shù)：
聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)具有發(fā)電效率高，啟停速度快，污染排放少的特點，越來越受到我國電力工業(yè)的青睞，尤其是我國的電網(wǎng)峰谷差相當(dāng)大，聯(lián)合循環(huán)啟停速度快、調(diào)峰性能好的特點恰恰能夠彌補我國電網(wǎng)發(fā)展的不足。我國近年建造的大型聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組多為單軸結(jié)構(gòu)，為了減少投資成本和吸收國外先進技術(shù)，聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組的采購合同中，機島(燃氣輪機和汽輪機)和爐島(余熱鍋爐)按照不同的采購合同在不同的供貨商中采購，機組建設(shè)投運后，往往需要對聯(lián)合循環(huán)的設(shè)備性能指標(biāo)考核，已驗證是否達到合同保證值。在實際性能的實驗中，很有可能會遇到性能指標(biāo)達不到合同保證值的情況，這時我們要建立劃分聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組性能偏差責(zé)任的標(biāo)準(zhǔn)，弄清楚是機島的責(zé)任問題還是爐島的責(zé)任問題，或者機島和爐島的共同問題，并確定機島和爐島承擔(dān)的責(zé)任大??；對于無法分別測量燃氣輪機和汽輪機的功率的單軸聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組，由于機島性能和爐島性能的相互影響，因此，無法通過分別對燃氣輪機和汽輪機的性能試驗劃分出單軸聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組性能偏差的責(zé)任。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
基于單軸聯(lián)合發(fā)電機組性能驗收中機島與爐島責(zé)任難以劃分的問題，本發(fā)明提供了一種單軸聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組性能驗收中機島與爐島的責(zé)任劃分方法，本發(fā)明能夠科學(xué)地劃分出機島和爐島的性能偏差責(zé)任，如果聯(lián)合循環(huán)機組的性能不能滿足合同值，根據(jù)本方法的研究，可以追究相關(guān)供貨商的賠償責(zé)任。。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，一種單軸聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組性能驗收中機島與爐島的責(zé)任劃分方法，具體包括以下步驟：
步驟1)獲取沿鍋爐寬度方向的各換熱面模塊的組成、模塊內(nèi)鍋爐換熱面的組成和換熱面的結(jié)構(gòu)參數(shù)；
步驟2)獲取蒸發(fā)器的節(jié)點溫差和省煤器的接近點溫差、換熱面的壓損系數(shù)和汽輪機側(cè)的通流面積；
步驟3)建立三壓、再熱和無補燃的余熱鍋爐性能模型，計算在不同邊界條件下余熱鍋爐的修正曲線；
步驟4)在一定的聯(lián)合循環(huán)邊界條件下，計算出汽輪機的排汽焓；
步驟5)由已知汽輪機的排汽焓和試驗參數(shù)，計算出汽輪機容積流量與汽輪機效率的關(guān)系曲線；
步驟6)建立汽輪機的性能模型，計算在不同邊界條件下汽輪機的修正曲線；
步驟7)使用asmeptc4.4-2008規(guī)程，采用能量平衡方程計算得出余熱鍋爐進口的煙氣的質(zhì)量流量；
步驟8)修正試驗的性能數(shù)據(jù)，劃分單軸聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組性能驗收中機島與爐島的責(zé)任偏差份額。
所述步驟1)中，鍋爐受熱面模塊包括：模塊1中的再熱器2和高壓過熱器2，模塊2中的再熱器1和高壓過熱器1，模塊3中的高壓蒸發(fā)器和高壓省煤器2b，模塊4中的高壓省煤器2a、中壓過熱器、中壓蒸發(fā)器和低壓過熱器，模塊5中的高壓省煤器1、中壓省煤器和低壓蒸發(fā)器，模塊6中的給水加熱器2和給水加熱器1；
所述步驟1)中換熱面的結(jié)構(gòu)參數(shù)包括：管子側(cè)的管子外徑、管子壁厚和管子材質(zhì)；鰭片側(cè)的鰭片高度、鰭片厚度、鰭片材質(zhì)和鰭片節(jié)距；管束類的管束布置形式、管束橫向節(jié)距、管束縱向節(jié)距、管束橫向排數(shù)和管束縱向排數(shù)。
所述步驟2)中節(jié)點溫差包括：高壓蒸發(fā)器節(jié)點溫差δth-pin、中壓蒸發(fā)器節(jié)點溫差δtm-pin和低壓蒸發(fā)器節(jié)點溫差δtl-pin；
所述步驟2)中接近點溫差包括：高壓省煤器2接近點溫差δth2-app、高壓省煤器1接近點溫差δth1-app、中壓省煤器接近點溫差δtm-app、給水加熱器2接近點溫差δtl2-app和給水加熱器1接近點溫差δtl1-app；
所述步驟2)中的壓損系數(shù)：
步驟3)采用能量平衡公式和換熱器的換熱計算建立三壓、再熱和無不燃的余熱鍋爐性能模型，公式如下：
m(hin-hout)＝mg(hgin-hgout)＝kaδt
式中，m為工質(zhì)的質(zhì)量流量，hin為工質(zhì)側(cè)出口焓，hout為工質(zhì)側(cè)的入口焓，mg為煙氣的質(zhì)量流量，hgin為煙氣入口的焓，hgout為煙氣出口的焓，k為受熱面的換熱系數(shù)，a為受熱面面積，δt為平均溫壓。
所述步驟4)在聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組依據(jù)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組整體的能量平衡方程，求出有用能終點焓，依據(jù)asme公式和汽輪機排汽損失曲線，即可求出汽輪機的膨脹線終點焓，公式如下:
mairhair+mfuelhfuel+mfuelhche+w0＝w+mexhhueep+q
式中，mair為壓氣機進氣空氣的質(zhì)量流量，hair為壓氣機進氣空氣的顯熱，mfuel為燃燒室燃料的質(zhì)量流量，hfuel為燃燒室燃料的顯熱，hche為燃料的化學(xué)能，w0為輔機功耗，w為軸功率，mexh為汽輪機排汽的質(zhì)量流量，hueep為汽輪機排汽的有用能終點焓，q為余熱鍋爐的散熱損失；
helep＝hueep-0.87(1-y)×hel
式中，helep為膨脹線終點焓，y為膨脹線終點焓對應(yīng)的蒸汽濕度，hel汽輪機排汽損失。
所述步驟5)建立汽輪機容積流量與缸效率的關(guān)系式，相應(yīng)的公式如下：
汽輪機缸效率的公式：
式中，h0為高中低壓缸工質(zhì)進口焓值，h1′為高中低壓缸工質(zhì)出口焓值，h1為高中低壓缸工質(zhì)等熵出口焓值；
容積流量的關(guān)系式：v＝m×v
式中，v為容積流量，m為質(zhì)量流量，v為比容。
步驟6)依據(jù)劃分好的汽輪機的邊界條件計算在不同邊界條件下汽輪機的修正曲線，其中邊界條件包括：主蒸汽流量、主蒸汽溫度、主蒸汽壓力；高壓缸排汽流量、高壓缸排汽溫度、高壓缸排汽壓力；熱再熱蒸汽流量、熱再熱蒸汽溫度、熱再熱蒸汽壓力；低壓主蒸汽流量、低壓主蒸汽溫度、低壓主蒸汽壓力；低壓缸排汽流量、低壓缸排汽壓力；任意改變其中一項參數(shù)的數(shù)值，采用能量平衡方程，結(jié)合步驟4)和步驟5)中計算的結(jié)果，即可計算得到各個邊界條件下的修正曲線。
所述步驟(7)計算余熱鍋爐進口煙氣質(zhì)量流量的公式如下:
式中，mex為燃氣輪機排氣流量，mrh為熱再熱蒸汽的流量，hrh為熱再熱蒸汽的焓，mhp為高壓主蒸汽的流量，hhp為高壓主蒸汽的焓，mlp為低壓主蒸汽的流量，hlp為低壓主蒸汽的焓，pfw為輔機功耗，mfw為給水的流量，hfw為給水的焓，mhp′為高壓缸排汽的流量，hhp′為高壓缸排汽的焓。
步驟8)中劃分單軸聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組性能驗收中機島與爐島的責(zé)任偏差份額的方法：
在性能保證工況下，爐島的性能偏差取決于爐島的保證性能與實際的爐島的性能保證值的不同，反應(yīng)在做功能力上就是爐島的保證性能的做功能力與修正到保證值條件下的實際爐島性能的做功能力的不同，即余熱鍋爐的各等級壓力下的蒸汽流量、溫度和壓力與保證值邊界偏差對汽輪機功率的影響和余熱鍋爐的煙氣阻力與保證值偏差對燃機功率的影響這就應(yīng)該是爐島應(yīng)當(dāng)承擔(dān)的性能偏差責(zé)任；
整體的性能偏差減去爐島性能的偏差就是機島應(yīng)當(dāng)承擔(dān)的責(zé)任，劃分采用的公式如下：
w0＝wg-w
whr＝whrg-whrr
wtur＝w0-whr
wt＝wm-wepc
式中，wg為整體的性能保證功率，w為修正到邊界條件下的聯(lián)合循環(huán)的功率，w0為整體聯(lián)合循環(huán)的功率偏差值，whrg為余熱鍋爐的性能保證值下的做功能力，whrr為修正到邊界條件下的余熱鍋爐的做功能力，whr為余熱鍋爐的做功能力偏差值，wtur為機島的做功能力偏差值，wt為試驗工況下聯(lián)合循環(huán)輸出功率，wm為發(fā)電機端輸出功率測量值，wepc為機組勵磁功率，α1為環(huán)境溫度對功率的修正系數(shù)，α2為大氣壓力對功率的修正系數(shù)，α3為相對濕度對功率的修正系數(shù)，α4為汽輪機背壓對功率的修正系數(shù)，α5為燃料lhv對功率的修正系數(shù)，α6為補水率對功率的修正系數(shù)，α7為頻率對功率的修正系數(shù)，α8為發(fā)電機功率因素對功率的修正系數(shù)，α9為發(fā)電機氫壓對功率的修正系數(shù)，α10為老化對功率的修正系數(shù)；
式中，β為余熱鍋爐的試驗參數(shù)，βhrr為余熱鍋爐修正后的參數(shù)，σ1為燃氣輪機排氣流量，σ2為燃氣輪機排氣組分，σ3為燃氣輪機排氣溫度，σ4為燃氣輪機排氣壓力，σ5為余熱鍋爐排煙質(zhì)量，σ6為余熱鍋爐排煙組分，σ7為余熱鍋爐排煙溫度，σ8為余熱鍋爐的排煙壓力，σ9為給水的流量，σ10為給水的溫度，σ11為給水的壓力，σ12為低壓主蒸汽的流量，σ13為低壓主蒸汽的溫度，σ14為低壓主蒸汽的壓力，σ15為高壓缸排汽的流量，σ16為高壓缸排汽的溫度，σ17為高壓缸排汽的壓力，σ18為熱再熱蒸汽的流量，σ19為熱再熱蒸汽的溫度，σ20為熱再熱蒸汽的壓力，σ21為高壓主蒸汽的流量，所屬σ22為高壓主蒸汽的溫度，σ23為高壓主蒸汽的壓力；
簡化后的余熱鍋爐修正公式：
式中，σ′2燃氣輪機排氣水份的比重。
步驟1)中的參數(shù)從余熱鍋爐設(shè)計說明書中獲取，步驟2)中的參數(shù)從廠家提供的熱平衡圖中獲取。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少具有以下有益效果，本發(fā)明建立了三壓、再熱和無補燃的余熱鍋爐的性能模型和無中間抽汽的汽輪機的性能模型，模擬出余熱鍋爐邊界條件對余熱鍋爐出力的影響，模擬了邊界條件對汽輪機功率和熱耗率的影響，并提供了余熱鍋爐的修正曲線和汽輪機的修正曲線，即可以修正余熱鍋爐的出力，也可以修正汽輪機的功率和熱耗率，模擬的余熱鍋爐的出力和汽輪機性能模型，可以為電廠運行人員提供運行參考，結(jié)合廠家提供的燃氣輪機修正曲線，可以獲得聯(lián)合循環(huán)的各個分設(shè)備和整個聯(lián)合循環(huán)的外部特性，本發(fā)明利用上述得到的修正曲線，科學(xué)地劃分出機島和爐島的性能偏差責(zé)任，如果聯(lián)合循環(huán)機組的性能不能滿足合同值，根據(jù)本方法的研究，可以追究相關(guān)供貨商的賠償責(zé)任。
附圖說明
圖1為本發(fā)明方法的邏輯框圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步說明。
參見圖1，本發(fā)明包括以下步驟：
步驟1)閱讀余熱鍋爐設(shè)計說明書，獲取沿鍋爐寬度方向的各受熱面模塊的組成、模塊內(nèi)鍋爐受熱面的組成和換熱面的結(jié)構(gòu)參數(shù)；
其中，獲取的參數(shù)具體包括：模塊1中的再熱器2和高壓過熱器2；模塊2中的再熱器1和高壓過熱器1；模塊3中的高壓蒸發(fā)器和高壓省煤器2b；模塊4中的高壓省煤器2a、中壓過熱器、中壓蒸發(fā)器和低壓過熱器；模塊5中的高壓省煤器1、中壓省煤器和低壓蒸發(fā)器；模塊6中的給水加熱器2和給水加熱器1。所述步驟1)中受熱面的結(jié)構(gòu)參數(shù)：管子側(cè)的管子外徑、管子壁厚和管子材質(zhì)；鰭片側(cè)的鰭片高度、鰭片厚度、鰭片材質(zhì)和鰭片節(jié)距；管束類的管束布置形式、管束橫向節(jié)距、管束縱向節(jié)距、管束橫向排數(shù)和管束縱向排數(shù)。
步驟2)從廠家提供的熱平衡圖中，獲取蒸發(fā)器的節(jié)點溫差和省煤器的接近點溫差、受熱面的壓損系數(shù)和汽輪機側(cè)的通流面積。
其中，獲取的參數(shù)具體包括：高壓蒸發(fā)器節(jié)點溫差δth-pin、中壓蒸發(fā)器節(jié)點溫差δtm-pin和低壓蒸發(fā)器節(jié)點溫差δtl-pin。所述步驟2)中接近點溫差包括：高壓省煤器2接近點溫差δth2-app、高壓省煤器1接近點溫差δth1-app、中壓省煤器接近點溫差δtm-app、給水加熱器2接近點溫差δtl2-app和給水加熱器1接近點溫差δtl1-app。所述步驟2)中的壓損系數(shù)：
步驟3)建立三壓、再熱和無補燃的余熱鍋爐的性能模型，計算在不同邊界條件下余熱鍋爐的修正曲線。
其中，采用能量平衡公式和換熱器的換熱計算建立三壓、再熱和無不燃的余熱鍋爐性能模型，相應(yīng)的公式如下：
m(hin-hout)＝mg(hgin-hgout)＝kaδt
式中，所述m為工質(zhì)的質(zhì)量流量，所述hin為工質(zhì)側(cè)出口焓，所述hout為工質(zhì)側(cè)的入口焓，所述mg為煙氣的質(zhì)量流量，所述hgin為煙氣入口的焓，所述hgout為煙氣出口的焓，所述k為受熱面的換熱系數(shù)，所述a為受熱面面積，所述δt為平均溫壓。
步驟4)在一定的聯(lián)合循環(huán)邊界條件下，計算出汽輪機的排汽焓。
在聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組依據(jù)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組整體的能量平衡方程，求出有用能終點焓，依據(jù)asme公式和汽輪機排汽損失曲線，即可求出汽輪機的膨脹線終點焓，相應(yīng)公式如下:
mairhair+mfuelhfuel+mfuelhche+w0＝w+mexhhueep+q
式中，所述mair為壓氣機進氣空氣的質(zhì)量流量，所述hair為壓氣機進氣空氣的顯熱，所述mfuel為燃燒室燃料的質(zhì)量流量，所述hfuel為燃燒室燃料的顯熱，所述hche為燃料的化學(xué)能，所述w0為輔機功耗，所述w為軸功率，所述mexh為汽輪機排汽的質(zhì)量流量，所述hueep為汽輪機排汽的有用能終點焓，所述q為余熱鍋爐的散熱損失。
helep＝hueep-0.87(1-y)×hel
式中，所述helep為膨脹線終點焓，所述y為膨脹線終點焓對應(yīng)的蒸汽濕度，所述hel汽輪機排汽損失。
步驟5)由已知汽輪機的排汽焓和試驗參數(shù)，計算出汽輪機容積流量與汽輪機效率的關(guān)系曲線。
其中，而且所述步驟5)建立汽輪機容積流量與缸效率的關(guān)系式，相應(yīng)的公式如下：
汽輪機缸效率的公式：
式中，所述h0為高中低壓缸工質(zhì)進口焓值，所述h1′為高中低壓缸工質(zhì)出口焓值，所述h1為高中低壓缸工質(zhì)等熵出口焓值。
容積流量的關(guān)系式：
v＝m×v
式中，所述v為容積流量，所述m為質(zhì)量流量，所述v為比容。
步驟6)建立汽輪機的性能模型，計算在不同邊界條件下汽輪機的修正曲線。
其中，依據(jù)劃分好的汽輪機的邊界條件，其中邊界條件包括：主蒸汽流量、主蒸汽溫度、主蒸汽壓力；高壓缸排汽流量、高壓缸排汽溫度、高壓缸排汽壓力；熱再熱蒸汽流量、熱再熱蒸汽溫度、熱再熱蒸汽壓力；低壓主蒸汽流量、低壓主蒸汽溫度、低壓主蒸汽壓力；低壓缸排汽流量、低壓缸排汽壓力。任意改變其中一項參數(shù)的數(shù)值，采用能量平衡方程、所述步驟4)和所述步驟5)中方法，即可計算得到各個邊界條件下的修正曲線。
步驟7)參考asmeptc4.4-2008規(guī)程，采用能量平衡方程計算得出余熱鍋爐進口的煙氣的質(zhì)量流量。、
其中，計算余熱鍋爐進口煙氣質(zhì)量流量的公式如下:
式中，所述mex燃氣輪機排氣流量，所述mrh熱再熱蒸汽的流量，所述hrh熱再熱蒸汽的焓，所述mhp高壓主蒸汽的流量，所述hhp高壓主蒸汽的焓，所述mlp低壓主蒸汽的流量，所述hlp低壓主蒸汽的焓，所述pfw輔機功耗，所述mfw給水的流量，所述hfw給水的焓，所述mhp′高壓缸排汽的流量，所述hhp′高壓缸排汽的焓。
步驟8)修正試驗的性能數(shù)據(jù)，劃分單軸聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組性能驗收中機島與爐島的責(zé)任偏差份額。
其中，在性能保證工況下，爐島的性能偏差取決于爐島的保證性能與實際的爐島的性能保證值的不同，反應(yīng)在做功能力上就是爐島的保證性能的做功能力與修正到保證值條件下的實際爐島性能的做功能力的不同，即余熱鍋爐的各等級壓力下的蒸汽流量、溫度和壓力與保證值邊界偏差對汽輪機功率的影響和余熱鍋爐的煙氣阻力與保證值偏差對燃機功率的影響這就應(yīng)該是爐島應(yīng)當(dāng)承擔(dān)的性能偏差責(zé)任。
整體的性能偏差減去爐島性能的偏差就是機島應(yīng)當(dāng)承擔(dān)的責(zé)任，劃分采用的公式如下：
w0＝wg-w
whr＝whrg-whrr
wtur＝w0-whr
wt＝wm-wepc
式中，所述wg為整體的性能保證功率，所述w為修正到邊界條件下的聯(lián)合循環(huán)的功率，所述w0為整體聯(lián)合循環(huán)的功率偏差值，所述whrg余熱鍋爐的性能保證值下的做功能力，所述whrr修正到邊界條件下的余熱鍋爐的做功能力，所述whr余熱鍋爐的做功能力偏差值，所述wtur機島的做功能力偏差值，所述wt試驗工況下聯(lián)合循環(huán)輸出功率，所述wm發(fā)電機端輸出功率測量值，所述wepc機組勵磁功率，所述α1環(huán)境溫度對功率的修正系數(shù)，所述α2大氣壓力對功率的修正系數(shù)，所述α3相對濕度對功率的修正系數(shù)，所述α4汽輪機背壓對功率的修正系數(shù)，所述α5燃料lhv對功率的修正系數(shù)，所述α6補水率對功率的修正系數(shù)，所述α7頻率對功率的修正系數(shù)，所述α8發(fā)電機功率因素對功率的修正系數(shù)，所述α9發(fā)電機氫壓對功率的修正系數(shù)，所述α10老化對功率的修正系數(shù)。
式中，所述β余熱鍋爐的試驗參數(shù)，所述βhrr余熱鍋爐修正后的參數(shù)，所述σ1為燃氣輪機排氣流量，所述σ2為燃氣輪機排氣組分，所述σ3為燃氣輪機排氣溫度，所述σ4為燃氣輪機排氣壓力，所述σ5為余熱鍋爐排煙質(zhì)量，所述σ6余熱鍋爐排煙組分，所述σ7余熱鍋爐排煙溫度，所述σ8為余熱鍋爐的排煙壓力所述σ9為給水的流量，所述σ10為給水的溫度，所述σ11為給水的壓力，所述σ12為低壓主蒸汽的流量，所述σ13為低壓主蒸汽的溫度，所述σ14為低壓主蒸汽的壓力，所述σ15高壓缸排汽的流量，所述σ16高壓缸排汽的溫度，所述σ17高壓缸排汽的壓力，所述σ18為熱再熱蒸汽的流量，所述σ19為熱再熱蒸汽的溫度，σ20熱再熱蒸汽的壓力，所述σ21為高壓主蒸汽的流量，所屬σ22為高壓主蒸汽的溫度，所述σ23為高壓主蒸汽的壓力。
簡化后的余熱鍋爐修正公式：
式中，所述σ2′燃氣輪機排氣水份的比重。
本發(fā)明建立了三壓、再熱和無補燃的余熱鍋爐的性能模型和無中間抽汽的汽輪機的性能模型，模擬出余熱鍋爐邊界條件對余熱鍋爐出力的影響，模擬了邊界條件對汽輪機功率和熱耗率的影響，并提供了余熱鍋爐的修正曲線和汽輪機的修正曲線，即可以修正余熱鍋爐的出力，也可以修正汽輪機的功率和熱耗率，模擬的余熱鍋爐的出力和汽輪機性能模型，可以為電廠運行人員提供運行參考，結(jié)合廠家提供的燃氣輪機修正曲線，可以獲得聯(lián)合循環(huán)的各個分設(shè)備和整個聯(lián)合循環(huán)的外部特性，本發(fā)明利用上述得到的修正曲線，科學(xué)地劃分出機島和爐島的性能偏差責(zé)任，如果聯(lián)合循環(huán)機組的性能不能滿足合同值，根據(jù)本方法的研究，可以追究相關(guān)供貨商的賠償責(zé)任。