300MW機組熱力局部系統結構優化分析研究

王微朋

【摘 要】給水回熱系統是電廠熱力系統的核心，它的連接布置方式和運行狀況的優劣對機組熱經濟性起著至關重要的作用。但從經濟角度而言，設備的效率以及系統的整體完善程度還有很多不足之處。因此，有必要結合國內外同類型機組的改造經驗，對熱力系統的參數、結構等方面進行優化，進一步完善機組的熱力系統，對提高裝置熱經濟性具有重要的現實意義。本文對回熱系統低加疏水冷卻的不同布置位置進行計算和比較，選擇最優的布置位置，以提高機組熱經濟性。

【關鍵詞】給水回熱系統;低壓加熱器;疏水冷卻器;熱經濟性

0 引言

凝結水流經回熱系統被加熱的程度與加熱器的抽汽壓力和溫度、加熱器的結構布置方式等因素有關。而低壓加熱器疏水的連接方式直接影響整個熱力循環的狀態，影響機組的熱經濟性。所以低壓加熱器有無疏水冷卻器對整個機組的裝置效率、汽耗率都有影響，所以本文進一步探討不同級的低壓加熱器安裝疏水冷卻器后效率是否提高的一樣。

目前基于熱力學第一定律的熱力系統性能分析方法有循環函數法、等效焓將法。基于熱力學第二定律的性能分析方法有熵分析方法，熱經濟學分析方法等。本文采用等效焓將法對已選定的熱力系統進行計算。等效熱降法理論是以保持蒸汽流量不變，且已知新蒸汽參數、再熱參數以及各抽汽參數等為前提，且不考慮汽輪機膨脹過程線的變化。其計算結果存在一定誤差，但其優點在于不僅適用于整體熱力系統的計算，而且適用于局部熱力系統定量計算。

等效熱降法是21世紀70年代發展起來的一門熱工理論，是熱力系統計算分析的一種有效工具。它在熱系統局部變化的定量分析中，具有簡捷、方便和準確的特點。目前，這一方法已經在電廠熱力系統定量分析中獲得了較廣泛的應用。熱力系統的熱平衡計算，對于火電廠的設計、運行及技術改造而言都是極其重要的。常規熱平衡法因計算工作量太大，難于滿足這些日常計算的要求，因而需要一種簡便、快速、準確的計算方法.等效熱降法以其特有的優點被廣泛采用。

1 低加疏水系統的定量計算模型

目前，國內機組回熱系統均采用3臺高壓加熱器、1臺除氧器和4臺低壓加熱器的8級回熱系統。高壓加熱器疏水均采用逐級自流方式流入除氧器，低壓加熱器疏水回收方式主要有以下兩種途徑：一種是低加疏水采用逐級自流方式流入凝汽器，各低加設下端差為5.6℃的內置式疏水冷卻段。另一種是采用疏水泵將疏水直接打入主凝結水管中。

本文引進型機組亞臨界壓力N300/16.65/537/537型汽輪機熱系統采用的是3臺雙列運行高壓加熱器（高加疏水均采用逐級自流方式，且高壓加熱器內均裝有內置式疏水冷卻段）、1臺除氧器和4臺低壓加熱器（疏水均采用逐級自流方式，且無疏水冷卻器）。

機組在設計工況下的熱經濟指標已知參數如下：蒸汽初參數：p0=16.65MPa，t0=537℃，△p0=0.31MPa，△t0=1.4℃;再熱蒸汽參數：冷段壓力p2=p=3.61MPa，冷段溫度t=316.4℃，熱段壓力p=3.29MPa，熱段溫度t=537℃;排氣壓力pc=5.54kPa;p=20.81MPa，凝結水泵出口壓力p=1.78MPa。機械效率、電機效率分別為ηjx=0.99、ηg=0.985。

2 低加疏水系統的結構優化

2.1 等效焓降法

等效焓降法出現在60年代后期，主要由俄國的庫滋湟佐夫提出，由林萬超教授改進然后引進到國內電廠熱力系統分析當中的一種力系統局部定量分析方法，該方法簡捷、方便、準確。

等效焓降，即在抽汽減少情況下表示1kg排擠抽汽做功的增加值;反之，在抽汽量增加的情況下，則表示做功的減少值。通過使用等效焓降法建立進行機組改造后機組等效焓降增量的數學模型，就可以在不進行全廠熱力系統衡算的基礎上，實現熱力系統熱經濟性變動的計算，是一種簡潔高效的計算方法。

2.2 疏水冷卻器系統

本文中選取的機組是高壓加熱器均采用了疏水冷卻器，而低壓缸未采用疏水逐級自流，疏水逐級自流的缺點：排擠低壓抽汽，產生不可逆損失;排入凝汽器本體將產生直接的冷源損失。下面對疏水冷卻器系統進行介紹。

疏水冷卻器是指i級加熱器疏水自流至下一級加熱器之前，先經過一個換熱器（疏水冷卻器），用主凝結水或主給水將疏水進一步冷卻，提高該部分疏水熱量的利用能級，然后再進入下一級加熱器，設β為級i加熱器疏水份額，△γi為該部分疏水的冷卻度。假設i級加熱器增設疏水冷卻器，疏水所攜帶的β△γi這部分熱量的利用場所發生了變化。獲得做功β△γi（ηi-ηi+1）為提高計算的精確度，應考慮i級加熱器抽汽放熱量變化。綜上所述，1kg新蒸汽等效焓降的增加值△H為：

△H=β△γi（ηi-ηi+1）

汽輪機效率相對提高：

δηi=×100%

2.3 低加疏水系統優化方案

引進型N300/16.65/537/537機組為例，原設計方案設為方案一，即高壓加熱器疏水均采用逐級自流方式，且高壓加熱器內均裝有內置式疏水冷卻段。

方案二是在5號加熱器上安裝疏水冷卻器，該方案設備系統改造簡單，不增加任何設備，5號低加的疏水焓比下一級加熱器的出口的主凝結水焓值高疏水41.1kJ/kg，（由加熱器內蒸汽壓力對應的飽和水焓值計算而得），疏水冷卻度為95.62kJ/kg。即疏水端差為10度。

案三是其他設備不變給6號低壓加熱器安裝疏水冷卻器，使其疏水端差為10度，6號加熱器的疏水焓比下一級加熱器的出口主凝結水焓值高40.8kJ/kg，疏水冷卻度為40。1kJ/kg。

方案四是其他設備不變給7號低壓加熱器安裝疏水冷卻器，要求疏水端差為10度，7號加熱器的疏水冷卻度為71.4kJ/kg。

2.4 計算分析

利用等效焓降方法評價機組優劣的指標主要有抽汽效率，煤耗量，汽耗率。本文通過給定機組的數據分別計算出各個方案的抽汽效率、煤耗量，汽耗率。計算結果如表1。

表1 各優化方案及機組熱經濟指標

從表中可以看出，加上輸水冷卻器后裝置循環效率都提高了，但是方案四它比其他方案的熱經濟性好的多，其熱耗率要比方案一降低了6.87kJ/kg，其每千瓦時的煤耗量比方案一減少了0.21克/千萬時;方案二也比方案一的汽耗率降低3.44kJ/kg煤耗減小0.04克/千瓦時;三號方案的效率提高不太明顯。所以給7號機組安裝疏水冷卻器能收到更好的效益。雖然效率提高的不是很顯著，但是對整個熱力系統整個電廠節能量是可觀的。

由于本文中計算沒有考慮加熱器的散熱損失，均是以定熱量等效焓降法計算安裝疏水冷卻器的裝置效率，但在實際的改造中也應該考慮技術成本。3 結束語

我國發電機組年均供電煤耗率相比國外先進水平還是有很大差距。針對目前發電機組本身存在的設計不足，應盡可能挖掘機組的節能潛力，進一步降低機組的煤耗率，提高機組效率。

之前有許多研究者對機組的回熱系統的結構優化進行了許多研究。大多數是針對高壓加熱器和低壓加熱器的研究，如加熱器端差對機組熱經濟性的影響程度與端差的大小、相鄰加熱器的抽汽效率之差和高一級加熱器有無疏水冷卻器等因素有關。

本文通過對各個低壓加熱器分別安裝疏水冷卻器對裝置循環效率的影響進行分析計算比較發現給7號加熱器安裝疏水冷卻器的效果更佳，其煤耗減少了11.55g（此計算沒考慮其他散熱損失）。在年供電量相同的情況下，節能效果相當顯著。

【參考文獻】

[1]鄭體寬熱力發電廠[M].北京：中國電力出版社，2008.

[2]林萬超.火電廠熱系統定量分析[M].西安：西安交通大學出版社，1985.

[3]馬芳禮.電廠熱力系統節能分析原理[M].北京：水利電力出版社，1992.

[責任編輯：楊玉潔]