《2002.关于汽轮机回热系统加热器给水焓升最优分配问题的研究----论文.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2002.关于汽轮机回热系统加热器给水焓升最优分配问题的研究----论文.doc（53页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、摘要关于汽轮机回热系统加热器给水焓升最优分配问题的研究摘要汽轮机回热系统加热器给水焓升优化分配问题是发电厂热力系统优化的重要组成部分。通过推导出各回热加热器焓升通用表达式，可以指导机组设计和节能改造，有效提高汽轮机运行热经济性。因此研究汽轮机回热系统加热器给水焓升最优分配问题具有重要意义。文中首先分析了现有国内外各焓升分配方法存在的缺陷，并在常规热平衡计算方法的基础上，以火电机组热力系统为研究对象，通过严谨的数学推导，得出了回热系统给水焓升最佳分配的通用表达式。与以往所提出的各种方法相比，该通用表达式考虑了机组的各种实际因素，而且没有对系统进行任何简化，是真正意义上的最优，且具有通用性。针对国
2、产300MW汽轮机回热系统给水焓升分配进行了应用，通过结合具体实例进行编程计算后，说明了从常规热平衡计算方法开始推导并综合考虑了各种实际因素后得出的焓升分配才是真正的最优分配，并对各种实际因素及各加热器焓升逐一进行分析，同时对比了其它分配方法。最后，从分配结果的大致趋势上给出了焓升分配趋势图。关键词：回热系统；加热器给水焓升；优化分配- I -主要符号表AbstractOptimal distribution of feed-water enthalpy rise for the steam turbine regenerative system is an important part of
3、 the optimization of thermodynamic system of power plants. Through deducing the general expressions of all enthalpy rises, the operation and reform in saving energy for steam turbines can be guided, and the economy of steam turbines can be effectively enhanced. Therefore studying the optimal distrib
4、ution of feed-water enthalpy rise is of great significance.Firstly, the defects of the existing optimal distribution of feed-water enthalpy rise at home and abroad were analyzed in this paper, and the general expressions of enthalpy rises were given through precise math deduction, which was based on
5、 heat balance calculating method. The research object was locked in coal power heating system. Compared with previously various methods, the general expression included all kinds of practical factors. Also, any simplification was not allowed to exist and the system was the real optimal with the wide
6、ly general expression. Secondly, regenerative system for the domestic 300MW steam turbine was calculated by programming. And the real optimal distribution that was obtained by the energy balance of the thermal system was comprehensively considered by various practical factors. At the same time, the
7、analysis on all kinds of practical factors and enthalpy rise of each heater were done and other distribution methods were contrasted. Finally, the trend graph of distribution of enthalpy rises was given from the approximate trend of distribution results. Key words：Regenerative System；Feed-water Enth
8、alpy Rise of heaters；Optimal Distribution- III -主要符号表英文字符主给水泵引起的给水焓升，kJ/kg；主给水泵和凝结水泵共同引起的给水焓升，kJ/kg；汽轮机入口主蒸汽焓，kJ/kg；汽轮机排汽焓，kJ/kg；第级抽汽焓值，kJ/kg。单位质量再热蒸汽的再热器吸热量，kJ/kg；第级抽汽压力，MPa；汽轮机排汽在凝汽器中的单位放热量，kJ/kg；蒸汽回收到加热器的单位放热量，kJ/kg；蒸汽回收到加热器的单位放热量，kJ/kg；单位质量抽汽在第级加热器中的放热量，kJ/kg；疏水在凝汽器中的单位放热量，kJ/kg；无回热时排汽熵的变化，；回热循环
9、排汽熵的变化，；由于回热抽汽减少的熵，；锅炉给水焓，kJ/kg；第级加热器出口水的焓值，kJ/kg；汽包压力下的饱和水焓，kJ/kg；第级加热器出口给水温度，；凝结水温度，K；回热级数；希腊字符汽轮机排汽份额； 被加热器回收的蒸汽份额；被加热器回收的蒸汽份额；第号回热加热器中的抽汽份额；单位质量给水或凝结水在第级加热器中的焓升，kJ/kg；以焓差形式表示的加热器下端差，kJ/kg；目录目录摘要IAbstractII主要符号表III第1章绪论11.1课题研究的意义11.2目前的研究状况及存在的问题21.3本文的主要工作4第2章现有焓升分配方法及其存在的问题分析52.1对循环热效率求极值的方法62
10、.1.1加热器焓升的一般表达式62.1.2几种典型的加热器焓升分配方法72.2采用热力学方法表示循环热效率并对效率求极值的方法82.3采用拉格朗日法求极值的方法102.4小结12第3章非中间再热机组最优焓升分配表达式推导143.1混合式加热器循环的最佳加热分配153.2综合式加热器循环热效率通用表达式的推导163.3综合式加热器循环给水焓升最佳分配通用表达式的推导193.4现有分配方法的计算对比213.5小结21第4章中间再热机组最优焓升分配表达式的推导234.1循环热效率通用表达式的推导244.2给水焓升最佳分配通用表达式的推导264.3小结28第5章应用举例295.1计算步骤及方法295.
11、2实例计算305.2.1结合具体机组考虑漏汽回收举例315.2.2计算结果及其验证335.2.3各类因素对最优焓升分配及效率的影响335.2.4结果分析34结论36参考文献38致谢41- V -第1章绪论第1章绪论1.1课题研究的意义在经济持续快速发展的今天，我国对能源的需求日渐增大。在能源供应总量不能满足需求的情况下，节能是解决供需不平衡最现实、最有效的途径，而电力工业作为国民经济的基础产业和主要的能源行业，在节能工作中占有特殊重要的地位。提高火电厂的能源利用率不仅是降低发电成本的需要，而且是保护资源和环境、实现可持续性发展的需要。因此，火电厂的节能工作是一项经常性的重要工作。提高火电厂的能
12、源利用率，必须依靠科学和技术进步。随着世界范围内的科学技术革命的迅猛发展，许多技术成果正日益渗透到火电厂节能工作中。大力发展电力工业的节能技术，充分挖掘发电企业的节能潜力，合理优化机组结构以提高其运行效率，无疑具有十分重要和紧迫的现实意义。电厂是我国的一次能源的消耗大户，每年用于发电的煤耗量所占的比例越来越大，2006年达到了全国总耗煤量的一半左右。当前，在国内乃至整个国际社会，能源都相对紧缺，发电厂的节能显得尤为重要。20世纪90年代后期，我国开始进行“厂网分开、竞价上网”的电力市场化改革，逐步在发电领域引入竞争机制，建立竞争性的发电市场。这种竞争体制促使各发电企业在保证电厂安全稳定运行的同
13、时，进一步追求效益来提高自身在电力市场的竞争力。在这种情况下，如何提高发电机组的热经济性已经成为亟待解决的问题。尽管我国目前300MW、600MW等级大型机组正成为主力机组，并且积累了十多年的运行经验与技术，煤耗率逐年下降，但是总体来说经济性仍然相对较低，与发达国家有较大差距。我国2002年底以来，由于电煤市场化、工业用电剧增等原因，出现电力供应不足、许多省份出现拉闸限电的情况，并且预测电力供应紧张形势将持续较长时间，提高机组经济性将有助于缓解这种形势。另一方面随着电力体制改革的深入，未来的电力供需矛盾必将得到缓和，电力市场化的机制也将逐渐形成，厂网分离、竞价上网已成为必然趋势，在这种趋势下，
14、降低发电成本、提高经济性已成为发电厂的生存与发展的必经之路。所以优化和改进机组、提高机组经济性无论是对现在还是将来都有重要意义。众所周知，对热力系统进行优化，可以在不增加设备投资和材料消耗的情况下获得一定的经济效果，这是在设计中稍加注意就能取得的效果。为了提高给水回热的经济效果，需要对给水回热焓升进行优化分配，根据热力学理论，热系统回热焓升在给水总加热量一定时，其级间加热量的各种分配方案中，存在着一种最佳分配。所谓最佳分配就是在这种分配下，热效率达到最大，其实质是在给水温度和加热级数一定时，寻求一种热交换不可逆损失总和为最小的分配方式。为此，前人曾经进行了大量的研究工作，提出了各种回热加热器焓
15、升分配方法，其中得到广泛应用的有焓降分配法（雷日金法）、平均分配法、等焓降分配法、几何级数法等1，但为了简化计算都或多或少地忽略了一些因素；并且随着现代机组向高参数大容量方向发展，系统结构日趋复杂，使得上述方法需要对热力系统做出更多简化，从而使得最后的结果偏离最佳焓升分配，因此回热系统焓升分配这一似乎早已解决的课题又重新被提到研究日程上来了，并赋予新的内容，迫切要求在理论上和实践上得到进一步解决。对汽轮机回热加热器焓升分配的优化是电厂热力系统优化的一部分，符合实现电力工业节约发展、安全发展和科学发展的发展要求，是落实科学发展观的具体体现，可以促进电力系统整体效率的不断提高，实现节能降耗的目标，
16、对电力工业节能降耗意义重大，也是实现降耗目标的重要举措，对缓解我国能源供应紧张局面起到了积极的作用。1.2目前的研究状况及存在的问题早在80年代末我国学者马芳礼和林万超分别对给水回热焓升最佳分配提出了自己的方法。他们提出的循环函数法2和等效热降法3，都是以多元函数求导数、求极值的方法为基础，一个是以循环效率作为目标函数，另一个则用新蒸汽等效热降的变化作为目标函数，由于条件限制，不得不对热力系统作各种简化，且计算方法比较复杂。徐基豫则提出应用系统理论中的动态规划原理4来求得给水回热系统的最优解决方案5。他将给水回热系统视为一个多级决策过程，循环效率为其目标函数，抽汽量为控制变量，而给水温度则为状
17、态变量。这种方法不仅可以在考虑各种具体因素的条件下寻优，而且可以在参数离散的条件下进行优化设计，但原理不易掌握。赵毅等人的热力参数综合优化法6也存在同样的问题。此后，对此问题的研究依然在继续7,8,9。邓世敏等人主张采用非线性优化方法10，对通流部分改造后的机组通过变动汽轮机的抽气参数得到回热系统的给水焓升最佳分配方案。他把该问题转化为有约束条件的多变量非线性规划问题，并且选择了“求约束条件下维极值的复形调优法”进行求解11，但该方法仅限于通流部分改造后膨胀效率升高的机组。近期发展起来的遗传算法12,13在处理优化问题上显示出了其强大的生命力。它仿效生物学中进化和遗传的过程，遵从“优胜劣汰，适
18、者生存”的原则，从一组随机生成的初始群体出发，借助复制，交换，突变等遗传操作，逐步逼近所研究问题的最优解。遗传算法凭其全局优化性能及适于处理复杂问题的能力得到了人们越来越多的重视，张俊礼14就提倡将遗传算法引入焓升分配问题，只不过遗传算法本身存在一些不足，如早熟现象、个体的多样性差、容易陷入局部最优解，导致搜索效率低，从而影响了遗传算法的广泛应用。近年来，随着计算机、人工智能技术飞速发展以及多学科的交叉融合，像遗传算法之类的许多优化算法相继出现，如蚁群算法（Ant Colony Optimization，ACO）15,16,17,18,19、免疫算法（Immune Algorithm，IA）2
19、0,21,22、Hopfield 神经网络算法（Hopfield Neural Network，HNN）、模拟退火算法（Simulated Annealing，SA）23,24、混沌优化算法（Chaotic Optimization Algorithms，COA）25、粒子群算法（Particle Swarm Optimization，PSO）26,27等，这些新算法与传统的数学优化算法不同，它们可以处理高维、离散、非凸的非线性问题，并且不需要精确的数学模型，允许非线性和不连续性，对目标函数没有特殊的要求，从而提高了求解精度。上述寻优算法已被大量用于解决电力系统经济负荷分配问题，所以也完全有潜
20、力应用在回热系统焓升分配问题上，但运用优化算法进行计算并不能很好地解释该问题的内部机理。因此在实际应用中，尚没有一种人们普遍公认的加热器焓升分配方法。国外学者曾经对焓升分配问题进行过仔细研究，比较著名的有前苏联学者提出的“雷日金法” 28,29和美国学者推导出的“平均分配法”30，以及原苏联的热力发电厂教材中采用的“几何级数分配法”，由于上述方法31简单易行，因而应用较为广泛，但因为推导过程中简化了较多因素，所以仅限于低参数机组使用。到目前为止，国内外还没有出现一种行之有效的方法来解决这一问题。1.3本文的主要工作1、对现有焓升分配方法进行了深入地分析，从它们的推导过程入手，分析了各分配方法的
21、来源、忽略的因素、应用的范围以及存在的问题。2、本文在常规热平衡计算方法的基础上，以火电机组热力系统为研究对象，分别对非中间再热机组和中间再热机组进行分析，通过严谨的数学推导，得出了回热系统给水焓升最佳分配的通用表达式。与以往所提出的各种方法相比，该通用表达式考虑了机组的各种实际因素，而且没有对系统进行任何简化，是真正意义上的最优，且具有通用性。3、结合了具体实例，针对国产300MW汽轮机回热系统给水焓升分配进行了计算。同时对各种实际因素及各加热器焓升逐一进行分析，并且对比了其它分配方法，给出了焓升分配趋势图。- 3 -第2章现有焓升分配方法及其存在的问题分析第2章现有焓升分配方法及其存在的问
22、题分析回热系统是电厂汽轮机热力系统的重要组成部分，它利用部分已做过功的蒸汽加热给水，提高平均吸热温度，从而显著提高热力系统循环热效率。回热系统对机组和电厂的热经济性起着决定性的作用，因此对回热系统进行优化是非常有必要的。现代电厂的回热系统包括了回热加热器的抽汽、疏水和主凝结水、主给水、除氧器等系统，其连接运行方式相当复杂，而且可能随机组的不同而不同。由于回热系统是一个复杂的、多设备的热力系统，所以对它的热经济性产生影响的因素非常多。在采用回热循环的发电厂，影响回热过程热经济性的主要因素有：多级回热给水总焓升（温升）在各加热器间的加热分配；锅炉最佳给水温度；回热加热级数。三者紧密联系，互相影响。
23、在锅炉最佳给水温度和回热加热级数已经确定的情况下，各级回热加热器给水焓升分配将直接影响汽轮机循环热效率。给水回热循环有许多组成部分，包括加热器、给水泵、疏水泵、疏水冷却器、抽汽冷却器等设备。这些设备的不同类型、不同位置、不同连接系统、不同的进出水温、甚至它们的温度端差和抽汽压力降的任何变化，都要改变回热过程或循环的不可逆损失的总和。因此，一定的回热系统有一定的最佳加热分配，使它的不可逆性为最小。就是说，最佳加热分配是具体的，不能脱离具体条件，随着条件的变化而变化。最佳加热分配方程式包括了加热分配变化的条件。美国和苏联根据“混合式”加热器系统的研究，简化了抽汽放热量的变化，得出了美国的“平均分配
24、”法则和苏联的“焓降分配”法则，并把它们用于所有的加热器系统，这种方法脱离实际情况，只能近似地解决了问题。大型再热式汽轮机的高压缸排汽的过热度与再热后第一级抽汽的过热度相比较，要低得多，使得高压缸排汽加热回热给水的不可逆性比使用再热后第一级抽汽的不可逆性要小得多，因此可以定性地判断使用高压缸排汽的那一级加热器的给水焓升或加热比再热以后各级加热应该大得多。但是定量计算结果只有求解了那一级加热的最佳分配方程式才能知道。而国外的有些研究汽轮机循环的工程师曾提出那一级加热应为再热以后各级加热平均值的某一定量的倍数。这当然不确切，因为它脱离了具体条件把问题僵化了，不符合实际情况。无论采用什么方法，解出的
25、加热数值应该反映出循环的具体条件，因为导出的最佳分配应该包括循环的各项变化因素。因此，在没有完全考虑循环的各种实际因素下所提出的各种分配方法都是存在一些问题的。在汽轮机热力系统设计过程中，加热器给水焓升的选择一直是设计和运行部门普遍重视的一个问题。目前，加热器给水焓升分配方法主要有平均分配、等焓降分配、几何级数分配、等效热降法及循环函数法等，这些方法由于各自的假定条件不同，所得到的结果也不相同。本章针对现有的各种加热器焓升分配方法进行分析，并指出其存在的问题。2.1对循环热效率求极值的方法2.1.1加热器焓升的一般表达式现有的几种比较成熟的加热器给水焓升分配方法1，均是在理想回热循环的基础上得
26、到的，即假定全部为混合式加热器、加热器端差为零、不计新蒸汽、抽汽压损和给水泵耗功、忽略加热器的散热损失。同时也不考虑中间再热及汽轮机轴封漏汽。则得到理想回热循环效率 （2-1）式中，。最佳回热分配时应使为最大，即按下列条件求极值。 ， （2-2）在给定循环的蒸汽初终参数条件下，、均为常数，则通过式（2-2）可得 （2-3）上述诸式中，。式（2-3）即为理想回热循环最佳回热分配的通式。通过对式（2-3）的不同简化，就得到了关于回热系统加热器给水焓升的不同分配方法。2.1.2几种典型的加热器焓升分配方法（1）焓降分配方法忽略随的变化，即假定各级回热抽汽在各个加热器中的放热量均为常数，但不要求相等。
27、则式（2-3）简化为 （2-4）可见，这种分配方法是，将每一级加热器的焓升取作等于前一级回热抽汽至本级回热抽汽的蒸汽在汽轮机中的焓降，简称为“焓降分配法”。（2）平均分配方法在式（2-4）假设的基础上，再进一步忽略各级回热抽汽在相应加热器中的放热量之间的差异，即，则由式（2-4）可得 （2-5）这种加热器焓升分配原则是每一级加热器中给水的焓升均相等，称为“平均分配法”或“等焓升分配法”。这种分配方法是假定各级回热抽汽在各个加热器中的放热量不仅均为常数，而且还要求相等。亦即平均分配法是焓降分配法的进一步简化。（3）等焓降分配方法将式（2-5）代入式（2-4），得 （2-6）这种分配方法是，将每一
28、级加热器的给水焓升取作等于汽轮机各回热抽汽点之间的焓降。这种分配方法是综合焓降分配法和平均分配法得到的，其假定条件与平均分配法也完全相同。2.2采用热力学方法表示循环热效率并对效率求极值的方法与式（2-1）的假定条件相同，理想回热循环28,29 （2-7） （2-8）在每一级加热器中加热单位质量给水所需要的热量为 （2-9）式中，为加热器的序号，=1，2，且。则每级加热器中熵的减少量为 （2-10）各加热器中蒸汽熵的总减少量为 （2-11）将式（2-7）改写为 （2-12）当回热抽汽级数、给水温度及汽轮机初终参数一定时，最大的条件为，即，即由以上个方程式得到各级加热器出口温度之间的关系为 （2
29、-13）将式（2-9）代入式（2-13）得 （2-14）上述这种证明方法存在着下列问题。第一，由式（2-7）、式（2-8）和式（2-9）可以发现，上述证明过程中汽轮机排汽份额、各加热器回热抽汽份额和给水份额均取为1，这种假定对于实际汽轮机回热系统显然是不适用的，其仅适用于图2-1(b)所示的汽轮机及其回热系统。 （a） 循环过程图 （b） 汽轮机设备示意图图2-1 几何级数焓升分配法证明用图在图2-1(a)所示的汽轮机及其回热系统中，蒸汽在点2被全部抽出进入回热加热器H3中，加热给水后以点6的状态全部回到汽轮机并继续膨胀至点7的状态。然后，又全部被抽出汽轮机进入加热器H2中，放出热量后，又以点
30、8的状态全部返回汽轮机并继续膨胀至点9，同样全部被抽出汽轮机而进入加热器H1中，放出热量后，以点10的状态全部返回汽轮机并继续膨胀至点，然后进入凝汽器凝结成水后，进入加热器接受加热并送到锅炉，从而完成一次循环。这种回热循环中，全部蒸汽要从汽轮机中抽出、返回次，蒸汽的节流和散热损失是相当大的。因此，这种循环是无法达到的，也是没有实际意义的。第二，由式（2-9）还可以看出，证明中取给水的定压比热为定值。这也与汽轮机回热系统的实际情况有较大的差别。在实际的汽轮机回热系统中，凝结水或给水在流经高、低压加热器的过程中，其压力、温度均在发生变化，凝结水或给水的定压比热必然也要发生变化。第三，由式（2-10
31、）可见，证明中取蒸汽在各个加热器中进行等温放热。这种假定只适用于回热抽汽处于湿蒸汽区的情况。另外，由式（2-10）还可以发现，证明中取加热器出口温度等于蒸汽的放热温度，这种假定只适用于加热器出口端差为零的情况。2.3采用拉格朗日法求极值的方法与式（2-1）的假定相同，则循环热效率可以表示为31 （2-15）其中设 （2-16）式中，。当回热抽汽级数、给水温度及汽轮机初终参数一定时，的最大值取决于变量要为最大值。这样，求最佳焓升分配问题就转化为在给水总焓升 （2-17）为定值条件下，对函数求极值的问题。 将式（2-17）的约束条件变形为 （2-18）则相应的拉格朗日为 （2-19） 取对、的一次
32、偏导数，并令其等于零。同时，假定回热抽汽在各加热器中的放热量与相应加热器的出口水焓值成线性关系，亦即与成线性关系，即 （2-20）或 （2-21）其中，；为-直线关系的斜率，。 由和，同时根据由式（2-21）得到的，通过简单推导，得 （2-22）同样道理，由和，同时根据由式（2-21）得到的，通过简单推导，得 （2-23）依次类推，得 （2-24）由式（2-22）、式（2-23）、式（2-24）可得 （2-25）另外，由式（2-25），再利用与为线性关系可得最佳回热分配为几何级数关系，即 （2-26）一般。该方法存在的主要问题是与式（2-1）假定相同且假设回热抽汽在各加热器中的放热量与相应加热
33、器的出口水焓值成线性关系，亦即与成线性关系。这两方面的假设将直接导致最终结果与最优值有一定差距。2.4小结通过以上所述方法可以看出，之前所普遍使用的分配方法都是有缺陷的，都是在进行了若干假设之后推导出来的。首先，使用理想回热循环作为公式推导的源头本身就有很大问题。因为实际循环中有很多因素在影响着整个热力系统，例如机组再热与否、加热器类型的不同导致加热器端差的不同、是否轴封漏汽及各种外部热源或废汽是否得到利用、抽汽压损的大小、是否考虑疏水在凝汽器中的放热、添加蒸汽冷却器对回热循环的影响、添加疏水冷却器对回热循环的影响、是否考虑抽汽放热量随给水焓的变化、是否考虑泵功的影响、疏水方式的不同等等，以上
34、这些因素都将导致理想回热循环与真实的回热循环有较大偏差。其次，由于推导过程的源头就出现了较大偏差，以至于以后推导出的循环热效率表达式并不是真实效率的体现，致使最终推导出的焓升分配结果不合理或者说没有达到最优。加之上述各种方法在此基础上又各自做了相应的假设，因此使得这些分配方法在一定程度上都有其不合理之处，分配出来的结果自然会偏离最佳焓升分配，导致机组经济性降低。因此，目前急需找到一种综合考虑了各种实际因素、没有对回热系统进行任何假设的焓升分配方法，可以反映出机组真实的效率，并推导和求出机组真实的最优分配。- 13 -第3章非中间再热机组最优焓升分配表达式推导第3章非中间再热机组最优焓升分配表达
35、式推导回热抽汽系统的作用是用来加热进入锅炉的给水（主凝结水）。回热抽汽系统性能的优化，对整个汽轮机组热循环效率的提高起着重大的作用。回热抽汽系统抽汽的级数、参数（温度、压力、流量），加热器（换热器）的形式、性能、抽汽凝结水的导向，以及系统内管道、阀门的性能，都应予以仔细地分析、选择，才能组成性能良好的抽汽回热系统。理论上回热抽汽的级数越多，汽轮机的热循环过程就越接近卡诺循环，其热循环效率就越高。但回热抽汽的级数受投资和场地的制约，不可能设置得很多，一般以七级或八级为主。在抽汽级数相同的情况下，抽汽参数对系统热循环效率有明显的影响。抽汽参数的安排应当是：高品位（高焓、低熵）处的蒸汽少抽，而低品位
36、（低焓、高熵）处的蒸汽则尽可能多抽。对回热抽汽系统中加热器的性能要求，可归结为尽可能地缩小蒸汽与给水（主凝结水）之间的温差。为了实现这一目的，目前主要通过两种途径：一种是采用混合式加热器，从汽轮机抽来的蒸汽在加热器内和进入加热器的给水（主凝结水）直接混合，蒸汽凝结成水，其汽化潜热释放到给水中，两者成为统一体，压力、温度相同，。采用这种方式的每一台加热器，都必须相应地配置一台水泵来调整给水的压力，使其与相应段的压力一致，须知水泵也是要耗功的。因此，必须进行详细比较之后予以取舍。目前，除氧器是采用这种方式。有的制造厂（如俄罗斯），在最后两个低压加热器上采用混合式加热器，这是一种有益的尝试。另一种途
37、径是仍然采用表面式加热器（换热器），但针对汽水特点，在结构上采取必要的措施，尽量提高加热器的加热效果。本章将先从全混合式加热器的热力系统出发，推导出非再热机组理想循环的最佳给水焓升分配，再进而推导出带综合式加热器循环的最佳给水焓升分配，并进行对比分析，找出采用混合式加热器与采用表面式加热器对最佳给水焓升分配的影响有何不同。3.1混合式加热器循环的最佳加热分配混合式加热器循环或系统由级混合式加热器串联组成，如图3-1所示。由于每一混合式加热器必须有它自己的水泵，所以混合式加热器循环有水泵串联，调节复杂，运行困难。可是，混合式加热器循环没有出口水的温度端差和放流疏水等不可逆损失，它的不可逆性小于实
38、际的既有混合式加热器又有表面式加热器的综合式循环，因此，混合式循环在运行上虽不切合实际难以实现，但在不可逆损失和循环效率上，可以作为实际的综合式循环的理想和极限，所以先研究混合式循环的最佳加热分配。图3-1 全混合式加热器热力系统示意图 之前已有学者通过循环函数法对这一问题进行了公式推导2，最终得出循环内效率应为 （3-1）这就是混合式循环(内)效率表示为，的函数式。求对、的偏导数，并令它等于零，可有 （3-2）联解以上几个方程式，求出最佳的、或最佳的、的数值，即求得了最佳给水的焓和相应的最佳加热分配，可以得到的最大值。在推导过程中可以发现，各加热器焓升表达式有其相似的规律，相应的各加热器焓升
39、分配表达式如下 （3-3）式（3-3）即为混合式加热器循环最佳加热分配的通用式。3.2综合式加热器循环热效率通用表达式的推导实际应用的汽轮机回热循环是综合式加热器循环，兼有放流疏水的表面式加热器和混合式或带疏水泵的加热器。对于实际的综合式循环，美国和前苏联不论回热循环的具体情况，一律采用混合式循环的平均分配法则或雷日金分配法则。前面已经指出，这种做法是不正确的。那么，对实际综合式循环的加热分配进行定量地数学分析推导它的最佳加热分配方程式以前，先定性分析比较综合式循环与混合式循环的不可逆性，以便研究综合式循环的各级加热分配和给水温度与混合式循环相比是增大了还是减少了。为此，研究先从没有混合式或带
40、疏水泵加热器的完全是疏水逐级放流的回热单元或循环开始。与混合式或带疏水泵加热器的回热循环相比，逐级放流疏水的回热循环的每一级加热器的疏水逐级放流到较低压力各级加热器和凝汽器的流动过程是不可逆的节流过程，将给汽轮机循环带来额外的做功能力损失或不可逆损失，这项不可逆损失也可看作是本级加热器的疏水与下一级加热器饱和给水间的有温差的不可逆热交换过程带来的做功能力损失。这项不可逆做功能力损失的大小，随着各级放流疏水加热器放流的疏水量和各级抽汽间的压力差的多少而变化。为了减少疏水放流的不可逆损失，可以考虑减少放流疏水加热器的各级加热（这是假定各放流疏水加热器采用相应的混合式加热器的最佳加热，为减少疏水放流
41、的不可逆损失而要减少它们的）。因为减少了放流疏水各级加热器的，既可以减少各级加热器放流疏水的流量和热量，又可以减少放流疏水的热交换温差或节流的压降。另一方面，减少放流疏水加热器的各级加热后，必然要降低给水温度，将增加给水从给水温度加热到新汽饱和温度的这一加热过程的不可逆性，给这一过程带来额外的做功能力损失。因此，不能无限制地减少放流疏水的各级加热，而应适当地减小各级加热得到一个适当的给水温度，使上述两项额外做功能力损失的总和为最小，得到逐级放流疏水循环的最佳给水温度和相应的最佳各级加热分配。根据类似的理由，各级放流疏水的加热应自高压到低压逐级增加减小的数量，这是因为较低压力级放流疏水总量多于较
42、高压力级放流疏水量，较低压力级加热多减少一些，较高压力级加热少减少一些，可以减少各加热器做功能力损失的总和。若将逐级放流循环的最低压力级加热器改为混合式加热器，或改为带疏水泵的加热器，显然在减少放流疏水各级加热以减少放流疏水的不可逆损失时，混合式加热器或带疏水泵加热器这一级的加热没有减少的必要。相反，在给水温度没有改变的情况下，混合式或带疏水泵加热器的加热将增加，因而增加了这一级热交换的不可逆损失，因此不能无限制地一面减小放流疏水的，一面增加混合式的，而要适当地“减少”和“增加”，达到新的最佳加热分配，使得这种回热循环的内部不可逆损失为最小。可以看出，为使这种回热循环的内外部不可逆损失为最小，
43、这种回热循环的最佳给水温度可以略高于完全放流疏水循环的给水温度；但与混合式循环比较，除最低一级外，这种回热循环的各级加热器仍有疏水放流损失，因此这种回热循环的最佳给水温度应低于混合式循环的给水温度。也就是说，这种回热循环的最佳给水温度应低于混合式循环和高于逐级放流疏水的循环。若不是逐级放流循环的最低一级而是任何其它一级改为混合式加热器或带疏水泵的加热器，结果仍相同。图3-2 非中间再热汽轮机热力系统示意图针对图3-2所示热力系统进行分析，首先对7个回热加热器分别列热平衡方程，并且定义 （3-4）其中， j=1,2,4,6 （3-5）其中， （3-6）其中， （3-7）其中， j=2,3,6,7 （3-8） （3-9）列热平衡方程可得 （3-10） （3-11） （3-12） （3-13） （3-14） （3-15） （3-16） （3-17） （3-18） （3-19）式中3.3综合式加热器循环给水焓升最佳分配通用表达式的推导既然已经找到了汽轮机循环热效率在形式上普遍适用的函数式，那么利用多元函数求偏导数，就不难找到回热加热器最佳焓升分配表达式。为了使达到最大，按下列条件对求极值： （3-20）其中，j=1,2