基于等效焓降法的高加疏水改造分析

吳　揚，李彬芝，施佳成，謝海念

(華能南京金陵發電廠，南京　210034)

基于等效焓降法的高加疏水改造分析

吳揚，李彬芝，施佳成，謝海念

(華能南京金陵發電廠，南京210034)

摘要：金陵電廠高加疏水系統采用逐級自流的方式，三號高加的正常疏水流至除氧器加熱凝水，旨在闡述三號高加正常疏水疏至除氧器出口直接加熱給水的系統改造分析。THA工況下通過熱平衡計算出三號高加減少的抽汽量及除氧器增加的抽汽量，由于兩股抽汽熱品質不同，結合等效焓降法，計算出改造后汽輪機等效焓降的增加值，從而折算成標準煤耗下降值，得出改造后的經濟收益。

關鍵詞：疏水改造；熱平衡；等效焓降；熱耗率；標準煤耗

金陵電廠汽輪機是上海汽輪機有限公司引進德國西門子技術生產的1 030MW超超臨界汽輪發電機組，型號為N1030-26.25/600/600(TC4F)，回熱系統采用3臺高壓加熱器、1臺除氧器、4臺低壓加熱器組成。高加疏水系統采用逐級自流的方式，三號高加正常疏水至除氧器，在除氧器內與凝結水及加熱蒸汽混合加熱后進入給水泵。根據高壓蒸汽少抽、低壓蒸汽多抽的基本原則，本文分析了將三號高加的正常疏水改接至除氧器出口，以減少三抽抽汽量、增加四抽抽汽量，達到提高機組效率的經濟性及可行性。

汽輪機熱力計算通常采用熱平衡法，該方法對熱耗的計算準確性高，但對熱力系統局部的改造計算，需要的數據太多，繁雜又不明了。等效焓降法適用于熱力系統的局部定量計算，該方法只研究與熱力系統有變化的部分，并且計算結果與熱平衡計算基本相同。本文試著用等效焓降法對三號高加疏水改造前后的熱力系統進行計算分析，定量改造之后經濟效益的提高。

1三號高加疏水改造前后的熱平衡計算

前提計算工況保證：保證除氧器出口溫度(考慮除氧效果)；保持三號高加進口流量不變(給水流量不變)；三號高加出口溫度不變。

圖1所示為高加疏水改接至除氧器出口、給泵前置泵入口的原則性示意圖，由圖可知除氧器內四抽加熱凝水并混合后再與三號高加疏水混合，最終的混合點在除氧器的出口管路上。

圖1　三號高加疏水改造示意圖

高加系統熱平衡計算的參數中的已知項由金陵電廠汽輪機THA工況下熱平衡圖中查得參數如下：T3(三號高加出口給水焓)942.30kJ/kg，T4(三號高加進口給水焓)814.10kJ/kg，T(除氧器出口焓值)772.8kJ/kg，T5(五號低加出口給水焓)652.00kJ/kg，h3(三號高加抽汽焓值)3 386.60kJ/kg，h4(除氧器抽汽焓值)3 187.40kJ/kg，hj3(三號高加疏水焓值)824.20kJ/kg，Dgs(主給水流量)2 930.00t/h，P3(三抽壓力)2.21MPa，P4(除氧器壓力)1.09MPa，Pgs3(三號高加進水壓力)32.63MPa，t給泵(給泵溫升)6℃，De1(1抽流量)142.27t/h，De2(2抽流量)311.4t/h，De3(3抽流量)121.76t/h，De4(4抽流量)99.25t/h。

混合點的焓值：

混合點的壓力：

P混=P4+ΔH=1.19 MPa

由h混、P混查表得混合點處溫度：

t混=184.81℃

改造后三號高加進口水溫：

t3進口=t混+t給泵=190.81℃

由t3進口、Pgs3查表得：

改造后三抽流量：

×(hj2-hj3)]/(h3-hj3)=108.27 t/h

改造后四抽流量：

(T-T5)/(h4-T5)=113.7 t/h

(3)改造后三抽流量減少值ΔDe3、四抽流量增加值ΔDe4計算

三抽流量減少值：

四抽流量增加值：

2金陵電廠回熱加熱器等效焓降Hj及抽汽效率ηj計算

2.1等效焓降概念簡介

等效焓降法是基于熱力學的熱功轉換原理，考慮到設備質量、熱力系統結構和參數的特點，經過嚴密地理論推演，導出幾個熱力分析參量Hj及等ηj，用以研究熱功轉換及能量利用程度的一種方法。汽輪機回熱抽熱系統示意圖見圖2。

圖2　汽輪機回熱抽汽系統示意圖

對于回熱式汽輪機，1kg新蒸汽作功：

H=(h0=hn)-α1×(h1-hn)-…αs×

式中yr——抽汽做功不足系數。

yr=(hr-hn)/(h0-hn)

(1)

2.2抽汽的等效焓降Hj及抽汽效率ηj的計算簡介

抽汽的等效焓降Hj的計算公式為：

式中Ar——取γr或者Γr，視加熱器型式而定；

γ——加熱器j后更低壓力抽汽口腳碼；

γr——即此加熱器疏水放熱；

Γr——即此加熱器給水吸熱；

hj——即此加熱器的抽汽焓；

hn——低壓缸排汽焓；

qr——即此加熱器抽汽放熱。

如果j加熱器為匯集式加熱器，則Ar均以Γr代之，如果j為疏水式加熱器，則從j以下指導(包括)匯集式加熱器用γr代替Ar，而在匯集式加熱器以下，無論是匯集式加熱器或是疏水式放流式加熱器，則一律以Γr代替Ar。需要特別指出金陵電廠除了除氧器為匯集式加熱器以外，6號低加帶低加疏水泵也按匯集式加熱器處理。

各級抽汽等效焓降Hj算出后，按做功與加入熱量之比，可得到相應的抽汽效率ηj=Hj/qj。

2.3金陵電廠抽汽的等效焓降Hj的計算

由公式可以計算出：

8號低加：H8=165.593 0kJ/kg；

7號低加：H7=291.504 1kJ/kg；

6號低加：H6=507.677 5kJ/kg；

5號低加：H5=652.493 7kJ/kg；

除氧器：H4=782.991 3kJ/kg；

三號高加：H3=930.0270kJ/kg。

3三號高加疏水改造后的發電煤耗及經濟收益

3.1三號高加疏水改造后的發電煤耗變化

汽輪機等效焓降的增加值：

ΔH=ΔDe3×H3-ΔDe4×H4=513.7 kW

考慮到汽輪發電機的機電效率0.99，即對于THA工況下改造前發P=1 030 000kW的電量改造后可以多發ΔP=513.7×0.99=508.6kW的電量。

供電煤耗的收益：假設改造前的發電煤耗為B1=285g/kW·h，改造后的煤耗為：

B2=B1×P/(P+ΔP)=284.86 g/kW·h

則ΔB=B1-B2=0.14 g/kW·h

3.2三號高加疏水改造后經濟收益

按機組年利用6 000h，標煤煤價650元/噸計算，一臺機組年收益為：G=0.14×6 000×1 030×650/1 000=562 380元

4三號高加疏水改造至除氧器出口處的可行性分析

4.1三號高加疏水改造至給泵前置泵入口的可行性分析

改造前金陵電廠給泵前置泵的入口溫度在THA工況下時為182.2℃，查運行規程可知此時給泵前置泵的有效汽蝕余量為8.6m，必須汽蝕余量為4.5m。

改造后混合點的溫度變為184.81℃，此溫度對應的飽和壓力為1.118 5MPa，比原來182.2℃對應的飽和壓力1.054 4MPa高0.064 1MPa，即6.4m水柱的壓力，此時如果三號高加疏水回前置泵進口，前置泵有效汽蝕余量將從8.6m降為2.2m，低于前置泵的必須汽蝕余量，前置泵存在汽蝕的可能。

4.2三號高加疏水改造至給泵前置泵出口的可行性分析

針對前述給泵前置泵容易發生汽蝕的情況，做出以下的改進。一種方法是降低給泵前置泵的轉速，但此種方法需要改變小機變速箱內的結構，另外前置泵的出口壓力也會降低，從而影響到主泵的運行，容易造成主泵的汽蝕。第二種方法是將三號高加的疏水改造至給泵前置泵的出口處，這種方法不會降低前置泵的出口壓力，由于主泵有效汽蝕大，也不會影響主泵的運行，但由于前置泵出口壓力比三號高加疏水壓力略高，需要加上一臺水泵升壓后將疏水打入前置泵的出口管道中，與低加疏水泵相對應稱此泵為高加疏水泵。下面就此種方法加以具體說明。

如圖3所示為三號高加疏水改接至給泵前置泵出口的示意圖，THA時給泵前置泵的出口壓力為1.985MPa。改接至前置泵出口處，及汽機房17m層，三號高加的疏水壓力為1.19MPa。考慮到疏水點比混合點高5m，泵的揚程系數為1.2，則所選取的高加疏水泵的揚程為:

H=1.2×(198.5-119-5)=89.4m。

圖3　三號高加疏水改接至給泵前置泵出口示意圖

金陵電廠高加系統雙列布置，改造中，單側高加疏水回收至相應給泵前置泵的出口管路。改造后單列高加的疏水流量為292t/h，流量的裕度選用1.1，則單臺高加疏水泵的額定流量為

Q=292×1.1=321.2t/h

假設泵的效率為0.9，則選用的高加疏水泵的功率為：

P=HQg/(3.6×0.9)=86.8kW

選用的電動機的功率儲備系數設為1.2，應選用功率為104kW的電動機，電動機的開關可以設在汽機PC段上。

依然假設機組年利用小時數為6 000h，當2臺高加疏水泵同時滿負荷運行時，其功率消耗為2×86.8=173.6kW。高加疏水改造機組多做的508.6kW的功其中有173.6kW用于高加疏水泵的能耗上，即在發1 030額定負荷時多發了335kW的電，煤耗降低值修正為ΔB2=285-285×1 030/(1 030+0.335)=0.093g/kW·h，經濟效益修正為0.093×6 000×1 030×650/1 000=373 581元/(臺·年)。

假設設備采購及系統改造的一次性投資為140萬元，加上運行維護的成本，預計4年的時間能收回成本。

5結語

綜上所述，將高加的疏水改接至除氧器的出口，可以減少三抽抽汽量，增加四抽的抽汽量，使汽輪機的等效焓降增加，可以降低發電機的供電煤耗0.14g/kW·h，每年產生經濟效益562 380元。但是將高加疏水自流入給泵前置泵的入口會造成前置泵的汽蝕，影響安全。而將高加疏水通過高加疏水泵打入前置泵的出口管路中不會影響汽泵及其前置泵的運行，但需要增加高加疏水泵，每年可產生經濟效益將為373 581元/(臺·年)，考慮到設備改造及新加的疏水泵與閥門等成本，需要4年的時間收回成本。

由上述的計算分析可以看出，采用等效焓降的方法在對局部改造進行計算時，計算簡單明了，對機組經濟性的分析也有一定的準確性。但由于計算的過程中假設了除氧器出口溫度、三號高加進口流量以及三號高加出口溫度的條件不變，最終的結果與實際值存在誤差，不過誤差不大，可以接受。總之，對高加疏水的改造在降低機組煤耗上是存在積極意義的。

(本文編輯：嚴加)

High Hydrophobic Modification Analysis Based on the Equivalent Enthalpy Drop Method

WU Yang, Li Bin-zhi, SHI Jia-cheng, XIE Hai-nian

(HuanengNanjingJinlingElectricPowerPlant,Nanjing210034,China)

Abstract:The gravity flow method is applied to the high hydrophobic system in Jinling Power Plant. The No. 3 normal high hydrophobic flows to the deaerator heating condensate. This research aims to analyze the system modification for directly heating supply water with the No. 3 normal high hydrophobic flowing to deaerator outlet. Under THA working condition, the rerduced extraction flow of No. 3 high hydrophobic and the increased extraction flow of the deaerator are calculated through heat balance. Due to the different extraction flow heat quality, the equivalent enthalpy drop method is combined to calculate the added value of modified turbine equivalent enthalpy drop, so as to be converted into the standard coal consumption decreased value, and obtain the economic benefits after transformation.

Key words:hydrophobic modification; heat balance; equivalent enthalpy drop; heat loss rate; standard coal consumption

DOI：10.11973/dlyny201603025

作者簡介：吳揚(1963)，男，高級工程師，總經理，從事電廠技術管理工作。

中圖分類號：TM621

文獻標志碼：B

文章編號：2095-1256(2016)03-0367-04

收稿日期：2016-02-23