300MW機(jī)組熱力局部系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析研究

王微朋

【摘 要】給水回?zé)嵯到y(tǒng)是電廠熱力系統(tǒng)的核心，它的連接布置方式和運(yùn)行狀況的優(yōu)劣對(duì)機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性起著至關(guān)重要的作用。但從經(jīng)濟(jì)角度而言，設(shè)備的效率以及系統(tǒng)的整體完善程度還有很多不足之處。因此，有必要結(jié)合國(guó)內(nèi)外同類型機(jī)組的改造經(jīng)驗(yàn)，對(duì)熱力系統(tǒng)的參數(shù)、結(jié)構(gòu)等方面進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)一步完善機(jī)組的熱力系統(tǒng)，對(duì)提高裝置熱經(jīng)濟(jì)性具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文對(duì)回?zé)嵯到y(tǒng)低加疏水冷卻的不同布置位置進(jìn)行計(jì)算和比較，選擇最優(yōu)的布置位置，以提高機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性。

【關(guān)鍵詞】給水回?zé)嵯到y(tǒng);低壓加熱器;疏水冷卻器;熱經(jīng)濟(jì)性

0 引言

凝結(jié)水流經(jīng)回?zé)嵯到y(tǒng)被加熱的程度與加熱器的抽汽壓力和溫度、加熱器的結(jié)構(gòu)布置方式等因素有關(guān)。而低壓加熱器疏水的連接方式直接影響整個(gè)熱力循環(huán)的狀態(tài)，影響機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性。所以低壓加熱器有無(wú)疏水冷卻器對(duì)整個(gè)機(jī)組的裝置效率、汽耗率都有影響，所以本文進(jìn)一步探討不同級(jí)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(xué)第一定律的熱力系統(tǒng)性能分析方法有循環(huán)函數(shù)法、等效焓將法。基于熱力學(xué)第二定律的性能分析方法有熵分析方法，熱經(jīng)濟(jì)學(xué)分析方法等。本文采用等效焓將法對(duì)已選定的熱力系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)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(shù)、再熱參數(shù)以及各抽汽參數(shù)等為前提，且不考慮汽輪機(jī)膨脹過(guò)程線的變化。其計(jì)算結(jié)果存在一定誤差，但其優(yōu)點(diǎn)在于不僅適用于整體熱力系統(tǒng)的計(jì)算，而且適用于局部熱力系統(tǒng)定量計(jì)算。

等效熱降法是21世紀(jì)70年代發(fā)展起來(lái)的一門熱工理論，是熱力系統(tǒng)計(jì)算分析的一種有效工具。它在熱系統(tǒng)局部變化的定量分析中，具有簡(jiǎn)捷、方便和準(zhǔn)確的特點(diǎn)。目前，這一方法已經(jīng)在電廠熱力系統(tǒng)定量分析中獲得了較廣泛的應(yīng)用。熱力系統(tǒng)的熱平衡計(jì)算，對(duì)于火電廠的設(shè)計(jì)、運(yùn)行及技術(shù)改造而言都是極其重要的。常規(guī)熱平衡法因計(jì)算工作量太大，難于滿足這些日常計(jì)算的要求，因而需要一種簡(jiǎn)便、快速、準(zhǔn)確的計(jì)算方法.等效熱降法以其特有的優(yōu)點(diǎn)被廣泛采用。

1 低加疏水系統(tǒng)的定量計(jì)算模型

目前，國(guó)內(nèi)機(jī)組回?zé)嵯到y(tǒng)均采用3臺(tái)高壓加熱器、1臺(tái)除氧器和4臺(tái)低壓加熱器的8級(jí)回?zé)嵯到y(tǒng)。高壓加熱器疏水均采用逐級(jí)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(jí)自流方式流入凝汽器，各低加設(shè)下端差為5.6℃的內(nèi)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(jié)水管中。

本文引進(jìn)型機(jī)組亞臨界壓力N300/16.65/537/537型汽輪機(jī)熱系統(tǒng)采用的是3臺(tái)雙列運(yùn)行高壓加熱器（高加疏水均采用逐級(jí)自流方式，且高壓加熱器內(nèi)均裝有內(nèi)置式疏水冷卻段）、1臺(tái)除氧器和4臺(tái)低壓加熱器（疏水均采用逐級(jí)自流方式，且無(wú)疏水冷卻器）。

機(jī)組在設(shè)計(jì)工況下的熱經(jīng)濟(jì)指標(biāo)已知參數(shù)如下：蒸汽初參數(shù)：p0=16.65MPa，t0=537℃，△p0=0.31MPa，△t0=1.4℃;再熱蒸汽參數(shù)：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(jié)水泵出口壓力p=1.78MPa。機(jī)械效率、電機(jī)效率分別為ηjx=0.99、ηg=0.985。

2 低加疏水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化

2.1 等效焓降法

等效焓降法出現(xiàn)在60年代后期，主要由俄國(guó)的庫(kù)滋湟佐夫提出，由林萬(wàn)超教授改進(jìn)然后引進(jìn)到國(guó)內(nèi)電廠熱力系統(tǒng)分析當(dāng)中的一種力系統(tǒng)局部定量分析方法，該方法簡(jiǎn)捷、方便、準(zhǔn)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(guò)使用等效焓降法建立進(jìn)行機(jī)組改造后機(jī)組等效焓降增量的數(shù)學(xué)模型，就可以在不進(jìn)行全廠熱力系統(tǒng)衡算的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)熱力系統(tǒng)熱經(jīng)濟(jì)性變動(dòng)的計(jì)算，是一種簡(jiǎn)潔高效的計(jì)算方法。

2.2 疏水冷卻器系統(tǒng)

本文中選取的機(jī)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(jí)自流，疏水逐級(jí)自流的缺點(diǎn)：排擠低壓抽汽，產(chǎn)生不可逆損失;排入凝汽器本體將產(chǎn)生直接的冷源損失。下面對(duì)疏水冷卻器系統(tǒng)進(jìn)行介紹。

疏水冷卻器是指i級(jí)加熱器疏水自流至下一級(jí)加熱器之前，先經(jīng)過(guò)一個(gè)換熱器（疏水冷卻器），用主凝結(jié)水或主給水將疏水進(jìn)一步冷卻，提高該部分疏水熱量的利用能級(jí)，然后再進(jìn)入下一級(jí)加熱器，設(shè)β為級(jí)i加熱器疏水份額，△γi為該部分疏水的冷卻度。假設(shè)i級(jí)加熱器增設(shè)疏水冷卻器，疏水所攜帶的β△γi這部分熱量的利用場(chǎng)所發(fā)生了變化。獲得做功β△γi（ηi-ηi+1）為提高計(jì)算的精確度，應(yīng)考慮i級(jí)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(jī)效率相對(duì)提高：

δηi=×100%

2.3 低加疏水系統(tǒng)優(yōu)化方案

引進(jìn)型N300/16.65/537/537機(jī)組為例，原設(shè)計(jì)方案設(shè)為方案一，即高壓加熱器疏水均采用逐級(jí)自流方式，且高壓加熱器內(nèi)均裝有內(nèi)置式疏水冷卻段。

方案二是在5號(hào)加熱器上安裝疏水冷卻器，該方案設(shè)備系統(tǒng)改造簡(jiǎn)單，不增加任何設(shè)備，5號(hào)低加的疏水焓比下一級(jí)加熱器的出口的主凝結(jié)水焓值高疏水41.1kJ/kg，（由加熱器內(nèi)蒸汽壓力對(duì)應(yīng)的飽和水焓值計(jì)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(shè)備不變給6號(hào)低壓加熱器安裝疏水冷卻器，使其疏水端差為10度，6號(hào)加熱器的疏水焓比下一級(jí)加熱器的出口主凝結(jié)水焓值高40.8kJ/kg，疏水冷卻度為40。1kJ/kg。

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

2.4 計(jì)算分析

利用等效焓降方法評(píng)價(jià)機(jī)組優(yōu)劣的指標(biāo)主要有抽汽效率，煤耗量，汽耗率。本文通過(guò)給定機(jī)組的數(shù)據(jù)分別計(jì)算出各個(gè)方案的抽汽效率、煤耗量，汽耗率。計(jì)算結(jié)果如表1。

表1 各優(yōu)化方案及機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

從表中可以看出，加上輸水冷卻器后裝置循環(huán)效率都提高了，但是方案四它比其他方案的熱經(jīng)濟(jì)性好的多，其熱耗率要比方案一降低了6.87kJ/kg，其每千瓦時(shí)的煤耗量比方案一減少了0.21克/千萬(wàn)時(shí);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(shí);三號(hào)方案的效率提高不太明顯。所以給7號(hào)機(jī)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(duì)整個(gè)熱力系統(tǒng)整個(gè)電廠節(jié)能量是可觀的。

由于本文中計(jì)算沒(méi)有考慮加熱器的散熱損失，均是以定熱量等效焓降法計(jì)算安裝疏水冷卻器的裝置效率，但在實(shí)際的改造中也應(yīng)該考慮技術(shù)成本。3 結(jié)束語(yǔ)

我國(guó)發(fā)電機(jī)組年均供電煤耗率相比國(guó)外先進(jìn)水平還是有很大差距。針對(duì)目前發(fā)電機(jī)組本身存在的設(shè)計(jì)不足，應(yīng)盡可能挖掘機(jī)組的節(jié)能潛力，進(jìn)一步降低機(jī)組的煤耗率，提高機(jī)組效率。

之前有許多研究者對(duì)機(jī)組的回?zé)嵯到y(tǒng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化進(jìn)行了許多研究。大多數(shù)是針對(duì)高壓加熱器和低壓加熱器的研究，如加熱器端差對(duì)機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)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(jí)加熱器有無(wú)疏水冷卻器等因素有關(guān)。

本文通過(guò)對(duì)各個(gè)低壓加熱器分別安裝疏水冷卻器對(duì)裝置循環(huán)效率的影響進(jìn)行分析計(jì)算比較發(fā)現(xiàn)給7號(hào)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(jì)算沒(méi)考慮其他散熱損失）。在年供電量相同的情況下，節(jié)能效果相當(dāng)顯著。

【參考文獻(xiàn)】

[1]鄭體寬熱力發(fā)電廠[M].北京：中國(guó)電力出版社，2008.

[2]林萬(wàn)超.火電廠熱系統(tǒng)定量分析[M].西安：西安交通大學(xué)出版社，1985.

[3]馬芳禮.電廠熱力系統(tǒng)節(jié)能分析原理[M].北京：水利電力出版社，1992.

[責(zé)任編輯：楊玉潔]