排擠抽汽原理研究及應(yīng)用

張燦勇，孫華杰

（1.山東省電力學(xué)校，山東 泰安 271000；2.華電青島發(fā)電有限公司，山東 青島 266031）

0 引言

采用給水回?zé)嵫h(huán)可以提高發(fā)電廠的熱經(jīng)濟(jì)性（提高循環(huán)熱效率和提高汽輪機(jī)相對(duì)內(nèi)效率），作為回?zé)嵫h(huán)核心設(shè)備的回?zé)峒訜崞魇抢闷啓C(jī)的回?zé)岢槠麃?lái)加熱給水或凝結(jié)水，以提高其溫度。當(dāng)某熱量利用于加熱器時(shí)，就會(huì)使該抽汽減少（排擠抽汽），削弱了機(jī)組的回?zé)嵝Ч瑤?lái)熱經(jīng)濟(jì)性的下降，可以利用這種影響來(lái)分析機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性的變化，這種節(jié)能分析方法稱之為排擠抽汽原理。

1 排擠抽汽原理

為闡述問(wèn)題方便，構(gòu)建如圖1所示三級(jí)回?zé)岬臒崃ο到y(tǒng)，并假設(shè)進(jìn)入汽輪機(jī)的新蒸汽為1 kg，這時(shí)各級(jí)抽汽分別為 α1、α2和 α3，給水的焓值為 h′g1kJ/kg。

h0為新蒸汽焓，kJ/kg；h1、h2、h3為各級(jí)抽汽焓，kJ/kg；hn為汽輪機(jī)排汽焓，kJ/kg；hs為疏水焓，kJ/kg；h′n為凝結(jié)水焓，kJ/kg。

假設(shè)一個(gè)純熱量q（即無(wú)工質(zhì)帶入系統(tǒng)）利用于3號(hào)加熱器，使3號(hào)加熱器的抽汽減少

圖1 三級(jí)回?zé)岬臒崃ο到y(tǒng)

假設(shè)一個(gè)純熱量q利用于1號(hào)加熱器，使1號(hào)加熱器的抽汽減少Δα1

Δα1蒸汽稱為排擠抽汽，如圖3所示。Δα1排擠抽汽中有一部分作功到汽輪機(jī)的排汽口，另一部分作功到后面各抽汽口再被抽出用以加熱給水。Δα1排擠抽汽隨后在各抽汽口上的分配，按照熱平衡思想［1］可分析計(jì)算如下。

圖2 純熱量q利用于3號(hào)加熱器

由于1號(hào)加熱器抽汽減少Δα1，在僅有熱量加入而無(wú)工質(zhì)加入時(shí)，其疏水也相應(yīng)減少Δα1，因而使疏水在 2 號(hào)加熱器中的放熱量減少了Δα1（hs1-h′g2），這個(gè)減少了的熱量應(yīng)由第二段抽汽來(lái)補(bǔ)償，其補(bǔ)償量

排擠抽汽繼續(xù)向后流動(dòng)的份額只有（Δα1-Δα2）了。這部分蒸汽膨脹作功后，產(chǎn)生相同數(shù)量的水返回3號(hào)加熱器。3號(hào)加熱器為了加熱這部分水，因而抽汽增加

汽輪機(jī)排汽增加

由于（h1-h′s1）≈（h3-h′s3）

圖3 純熱量q利用于1號(hào)加熱器

涉及機(jī)組回?zé)嵯到y(tǒng)的熱經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題，可以認(rèn)為就是熱量排擠回?zé)岢槠鸬臒峤?jīng)濟(jì)性問(wèn)題［1］（包括了冷源損失的變化）。該熱量歸納起來(lái)可分為兩大類：一類是純熱量變化或出入熱力系統(tǒng)，它只是熱量的變遷或進(jìn)出系統(tǒng)，沒(méi)有工質(zhì)伴隨，簡(jiǎn)稱“純熱量”，它的進(jìn)出不影響熱力系統(tǒng)的工質(zhì)平衡，分析起來(lái)相對(duì)簡(jiǎn)單明了一些。另一類是帶工質(zhì)的熱量變動(dòng)或出入熱力系統(tǒng)，它不僅有熱量變遷，而且還伴隨有工質(zhì)的變遷，簡(jiǎn)稱“帶工質(zhì)的熱量”，它的進(jìn)出對(duì)熱力系統(tǒng)的工質(zhì)平衡有一定影響，計(jì)算分析也相對(duì)就復(fù)雜一些。

2 應(yīng)用排擠抽汽原理分析加熱器疏水方式的熱經(jīng)濟(jì)性

加熱蒸汽在表面式加熱器中經(jīng)放熱凝結(jié)而成的凝結(jié)水稱為疏水。這些疏水在加熱器內(nèi)不與被加熱水（主凝結(jié)水和主給水）直接混合，需及時(shí)排出加熱器，其排出方式會(huì)影響回?zé)釞C(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性和系統(tǒng)的復(fù)雜程度。

2.1 完全疏水方式

完全疏水方式就是加熱器的疏水全部流出回?zé)嵯到y(tǒng)，如圖4所示。回?zé)嵯到y(tǒng)既沒(méi)有回收疏水，也沒(méi)有利用疏水的熱量，疏水對(duì)回?zé)岢槠麤](méi)有任何排擠，系統(tǒng)最簡(jiǎn)單。根據(jù)排擠抽汽原理一，疏水沒(méi)有削弱機(jī)組的回?zé)嵝Ч責(zé)釞C(jī)組的循環(huán)熱效率沒(méi)有下降。這種疏水方式雖然能保證循環(huán)熱效率不降低，但它既損失工質(zhì)（疏水）又損失熱量（疏水熱量是回?zé)嵯到y(tǒng)的內(nèi)部熱量），整個(gè)機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性不高，正常運(yùn)行情況下現(xiàn)場(chǎng)不采用這種疏水方式。

圖4 完全疏水方式

2.2 逐級(jí)自流的疏水方式

逐級(jí)自流的疏水方式，如圖5所示。由于壓力較高加熱器的疏水流入較低壓力的加熱器，疏水會(huì)在壓力較低加熱器的汽側(cè)空間要放出熱量，從而總是排擠較低壓力的回?zé)岢槠８鶕?jù)排擠抽汽原理二（在系統(tǒng)已經(jīng)存在排擠抽汽的情況下，單純從保證循環(huán)熱效率的角度看，排擠高壓抽汽比排擠低壓抽汽要經(jīng)濟(jì)），從保證循環(huán)熱效率的角度來(lái)考慮，總不希望排擠低壓抽汽。另外，這種疏水方式的機(jī)組，在保持汽輪機(jī)輸出功率一定的條件下，還會(huì)造成抽汽作功減少，凝汽作功增加，冷源損失增大。因此，疏水逐級(jí)自流方式構(gòu)成的回?zé)嵯到y(tǒng)雖然簡(jiǎn)單可靠，但機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性也不高。

圖5 逐級(jí)自流的疏水方式

2.3 加裝疏水泵的疏水方式

加裝疏水泵的疏水方式有兩種。一種是將疏水送入本級(jí)加熱器的入口，如圖6（a）所示；另一種是將疏水送入本級(jí)加熱器的出口，如圖6（b）所示。圖6（a）所示的入口方式把回收的疏水熱量利用于本級(jí)加熱器，排擠了本級(jí)抽汽；圖6（b）所示的出口方式把回收的疏水熱量利用于高一級(jí)加熱器，排擠了高一級(jí)抽汽。根據(jù)排擠抽汽原理二，出口方式要比入口方式的熱經(jīng)濟(jì)性高，現(xiàn)場(chǎng)一般采用出口方式。加裝疏水泵的疏水方式一般就是指圖6（b）所示的將疏水送入加熱器的出口。

將疏水用疏水泵送入被加熱水管道中，提高了高一級(jí)加熱器的入口水溫，相當(dāng)于該疏水的熱量利用于高一級(jí)加熱器，對(duì)高一級(jí)加熱器的抽汽產(chǎn)生了排擠，機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性比采用完全疏水方式和采用逐級(jí)自流方式的要高。但在這種系統(tǒng)中，對(duì)應(yīng)每臺(tái)加熱器，必須裝設(shè)兩臺(tái)疏水泵（其中一臺(tái)備用），增加了投資；另外，疏水泵是轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備，增大了廠用電耗，降低了運(yùn)行可靠性。

圖6 加裝疏水泵的疏水方式

2.4 加裝疏水冷卻器的疏水方式

加裝疏水冷卻器的疏水方式，如圖7所示。在疏水自流入低一級(jí)加熱器之前，先流過(guò)疏水冷卻器（或加熱器的疏水冷卻段），用主凝結(jié)水（或給水）將疏水適當(dāng)降低溫度后再流入下一級(jí)加熱器。這種疏水方式，降低了流出疏水冷卻器的疏水溫度，疏水的部分“純熱量”利用于本級(jí)加熱器，疏水再流入低一級(jí)加熱器，減輕了疏水自流入低一級(jí)加熱器時(shí)對(duì)抽汽的排擠。根據(jù)排擠抽汽抽汽原理，其熱經(jīng)濟(jì)性優(yōu)于疏水逐級(jí)自流方式，但比加裝疏水泵的熱經(jīng)濟(jì)性要低。

圖7 加裝疏水冷卻器的疏水方式

用疏水冷卻器代替疏水泵，雖然會(huì)使機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性略有降低，但帶來(lái)的好處卻很明顯：無(wú)轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備，消除了疏水泵發(fā)生汽蝕的隱患，疏水系統(tǒng)簡(jiǎn)單，安全性高；省去了運(yùn)行與備用疏水泵（包括電動(dòng)機(jī)），降低了投資，節(jié)省了廠用電。

3 結(jié)語(yǔ)

回?zé)嵯到y(tǒng)是火力發(fā)電機(jī)組最核心的熱力系統(tǒng)之一，排擠抽汽原理是分析機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性最重要、最基本的節(jié)能原理。排擠抽汽原理主要包含兩點(diǎn)：?jiǎn)渭儚奶岣哐h(huán)熱效率的角度看，總不希望存在對(duì)回?zé)岢槠呐艛D，因?yàn)槿魏闻艛D抽汽都會(huì)削弱回?zé)嵝Ч箼C(jī)組的循環(huán)熱效率下降；在系統(tǒng)已經(jīng)存在排擠抽汽的情況下，單純從保證循環(huán)熱效率的角度看，排擠高壓抽汽比排擠低壓抽汽要經(jīng)濟(jì)。

各種疏水方式都有其優(yōu)、缺點(diǎn)，應(yīng)用排擠抽汽原理可以清晰地分析疏水方式對(duì)機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性的影響。

表示機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性的指標(biāo)有很多，影響其熱經(jīng)濟(jì)性的因素也很復(fù)雜，在一定影響范圍內(nèi)，這些因素主要是帶來(lái)循環(huán)熱效率的變化。