低壓加熱器疏水方式改進的經濟性分析

顧江其 王培紅

能源熱轉換及其過程測控教育部重點實驗室東南大學能源與環境學院

目前，火電機組為了提高新蒸汽的利用效率，大部分機組都采用回熱系統，從而提高循環系統的平均吸熱溫度。根據主給水管道中壓力的不同，回熱系統分為高壓加熱器和低壓加熱器。為了維持低壓加熱器運行的穩定性、安全性和經濟性，低壓加熱器的疏水系統一般需要作一定的改進。如今，大部分機組采用的疏水方式包括逐級自流、疏水泵以及通過疏水冷卻器等[1]。

本文通過等效焓降法對某1 030 MW機組進行經濟性分析。以疏水泵作為基本改進方式，確定了對疏水系統進行改進的最佳的加熱器位置，分析比較了在最佳位置分別采用疏水泵或疏水冷卻器，以及同時使用疏水泵和疏水冷卻器的三種改造方式的經濟性。

1 基礎工況計算

本文采用的設計系統是某超超臨界、一次中間再熱、單軸、四缸四排汽、雙背壓純凝式汽輪機。假設原疏水方式為逐級自流，其原則性熱力系統圖如圖1所示。

其主要參數如表1所示。

鍋爐效率采用0.98，管道效率采用0.98，鍋爐效率采用0.92，初步計算各項參數以及機組循環效率如表2所示。

其中效率參數如表3。

從計算結果可以看出，汽輪機裝置的循環效率為49.96%，下面改進措施將在此基礎上討論各個改造方案對效率的提升幅度。

表1 主系統各主要參數

表2 加熱器各部分吸熱，作功量和效率

表3 機組整體作功量和效率

圖2 加裝疏水泵后效果圖

2 基于疏水泵的最佳加熱器位置的確定

為了確定進行改進的加熱器的最佳位置，首先假定疏水泵為基本的疏水改進方式。

2.1 疏水泵的定量分析

為了討論安裝疏水泵的熱經濟性，以取消疏水泵讓疏水逐級自流的方式進行研究,此時經濟性降低的數值等于安裝疏水泵后經濟性增加的數值。首先取消疏水泵，讓疏水逐級自流，會使得j級加熱器出口水因疏水混合而提高的焓值Δτj利用能級發生變化，由原來的j-1級變成,j級，所以此時焓值降低為αH×Δτj（ηj-1-ηj）。

另一方面，疏水逐級自流，經j+1級加熱器和凝汽器熱井放熱后隨主凝結水流經加熱器j級，主凝結水將會吸熱βj(τj-Δτj),此時產生的做功損失βj(τj-Δ，所以取消疏水泵后將使新蒸汽的等效焓降降低，也就是采用疏水泵之后，新蒸汽的等效焓降增加，其增加的數值為：

由于加裝疏水泵，加熱器級會由表面式變成匯合式抽汽放熱量將會發生改變，因此考慮到對抽汽放熱量的修正，得到式（2）。

式中：αH——混合點后主凝結水出水份額；Δτj——混合前后，j級混合點的焓值差；β——經過疏水泵的份額；ηj-1、 ηj——j-1級，j級加熱器抽汽效率；qj——加裝之前的抽汽放熱量

當取消疏水泵，取負號；當增加疏水泵時，取正號。

所以，采用疏水泵汽輪機相對裝置效率相對提高為：

2.2 參數定量計算

由于#5號疏水的焓值比#5出水的焓值低，進行混合后，會降低#5出水的焓值，所以不考慮在#5號出口處加裝疏水泵。

1）#6號疏水加裝疏水泵，則：

其中Δτ6=517.4892－hw6=1.289 2 kJ/kg

式中517.489 2利用循環迭代的方法求得，具體方法見文獻[2]。

其中

2）#7號疏水加裝疏水泵，則：

其中Δτ7=354.4968－hw7=1.5968 kJ/kg,

式中354.496 8利用循環迭代的方法求得，具體方法見文獻[2]。

其中

3）#8號疏水加裝疏水泵，則：

其中Δτ8=124.2617－hw8=2.061 7 kJ/kg,

式中124.261 7利用循環迭代的方法求得，具體方法見文獻[2]。

其中Δqj=0 kJ/kg，這是因為#8號加熱器原來就是看成匯合式加熱器[3]，此時增加泵并不改變抽汽放熱量。

將計算后的結果統計于表4：

表4 各加熱器增設疏水泵后的做功以及效率變化量

由表4可知，當在#6號加熱器增設疏水泵之后，效率的增加量最高，且隨著抽汽壓力的降低，效率的提升量逐漸降低，并且#6號加熱器的效率提升量幾乎是#7，#8號的兩倍左右。顯然，選擇在#6號加熱器疏水位置增設疏水泵將取得最好的效率。

3 疏水連接方式改進的方案對比分析

在以#6號加熱器為最佳位置的情況下，分析疏水冷卻器、疏水泵以及同時采用疏水冷卻器和疏水泵的三種改造方法。

3.1 疏水冷卻器的定量分析

圖3 加裝疏水冷卻器效果圖

由于增設疏水冷卻器，疏水冷卻放出的熱量βΔγj利用的場所和使用能級發生了變化。無疏水冷卻器時候，該熱量利用在加熱器j+1級中，獲得做功βΔγjηj+1；當存在疏水冷卻器的時候，該熱量不再用于加熱器j+1級中，而由主凝結水帶回到加熱器j級中，提高了使用能級，獲得βΔγjηj的做功，所以，采用疏水冷卻器后，新蒸汽等效焓降的變化是上述做功變化的代數和，其增加值為

考慮到加熱器蒸汽放熱量的變化，所以精準計算公式為

式中正負號選用方法是：當增加疏水冷卻器時，用正；當取消疏水冷卻器時，用負。

汽輪機組的效率提高為：

對于上文設計工況，考慮#6號疏水處增加疏水冷卻器，假設疏水焓變化量為

Δγ6=10 kJ/kg，則

3.2 疏水泵的定量分析

采用疏水泵進行改造的定量分析，在2.1節中已經詳述。

所以當在#6號加熱器加裝疏水泵后，其系統的經濟性提升為0.217 4%

3.3 同時采用疏水泵以及疏水冷卻器的定量分析

當存在疏水泵的情況下，加裝疏水冷卻器，其效果圖如下所示：

采用疏水冷卻器之后，會提高#6號加熱器的進水焓值，但同時會降低#6號加熱器的疏水溫度。為了計算方便，將疏水冷卻器、疏水泵看成一個整體，作為一個匯合式加熱器進行考慮，如圖中虛線所示。從圖中可知#7號加熱器出口水焓值不變，#5疏水焓值不變，只有#6號出口水的焓值發生變化。

假設Δγ6=10 kJ/kg，因此會較原來的數值小10kJ/kg，根據式（2）得

其中Δτ6=516.327 7－hw6=0.327 7 kJ/kg，式中516.327 72是根據循環迭代計算出來的。

將上述幾種計算結果匯總于表5。

表5 各工況做功變化及效率變化

分析上述結果可以看出[4]：

（1） 采用疏水冷卻器或者疏水泵對于效率都有不同程度的提高，且當采用疏水泵時，對于效率的提升明顯比使用疏水冷卻器提高的多。

（2） 當同時采用疏水冷卻器與疏水泵時，系統的效率明顯高于只采用疏水冷卻器的情況，但是確低于只采用疏水泵的情況。這是因為系統中由于疏水冷卻器的存在，會降低混合前疏水的焓值，甚至可能會出現低于加熱器出口水焓的情況。此時效率的提升主要是因為疏水向前匯合，降低了下游加熱器中主凝結水流量，從而使得下游抽氣量減少、做功增加，使得等效焓降上升、系統的效率增加。

圖4 加裝疏水泵和疏水冷卻器效果圖

4 結語

低加疏水方式改進時，選擇#6號加熱器進行改進具有較好的經濟性效果。通過對疏水逐級自流，疏水泵及疏水冷卻器幾種改進方式進行分析，加熱器增加疏水泵或者疏水冷卻器均可以使得疏水熱量的回收率增加，并且疏水泵對于經濟性的提高更加明顯。疏水冷卻器由于初投資低，運行可靠等特點，在進行疏水方式改進時也具有一定的選擇空間。同時使用疏水泵與疏水冷卻器進行疏水方式改進時，經濟性比疏水冷卻器好，但相對于疏水泵依舊較低，所以通過疏水泵或者疏水冷卻器進行疏水方式改進時，建議進行單獨使用。

[1]田松峰，李巖等. 低壓加熱器疏水方式熱經濟性分析 汽輪機技術2012,6:464-466

[2]林萬超.火電廠熱力系統節能理論[ M] .西安:西安交通大學出版社, 1994, 11.

[3]馬勇. 某超超臨界600MW機組增加低加疏水泵后等效熱降計算. 電站輔機, 2012,1:36-38

[4]牛衛東,劉長生. 低壓加熱器疏水方式節能討論.華東電力2007,11:122-124

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