超臨界供熱機組凝汽器補水霧化方案優(yōu)化研究

邢滿江 張輝 葛曉紅 付慶軍 馬宏民

摘 ?要：超臨界供熱機組將凝汽器的正常運行化學補水通過噴嘴霧化處理后以一定角度補入凝汽器中可以有效提高機組熱經(jīng)濟性。通過這種技術可以有效提高補水換熱效率，提高機組真空，大幅度降低凝結(jié)水過冷度，從而有效降低凝結(jié)水中溶氧量進一步提高低壓回熱系統(tǒng)熱經(jīng)濟性，優(yōu)化超臨界機組運行經(jīng)濟性指標，最終達到降低機組發(fā)電煤耗目的。

關鍵詞：凝汽器 ?補水霧化 ?噴嘴 ?流場數(shù)值模型

中圖分類號：TK264.1 ? 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2020）01（c）-0058-03

Abstract： The supercritical heating unit can effectively improve the thermal economy of the unit by feeding chemical water into the condenser at a certain Angle after atomizing the normal operation of the condenser through the nozzle.Through this technology， the efficiency of water replenishment and heat exchange can be effectively improved， the vacuum of the unit can be improved， the degree of supercooling of condensate can be greatly reduced， the dissolved oxygen in the condensate can be effectively reduced， the thermal economy of the low-pressure regenerative system can be further improved， the economic index of the operation of the supercritical unit can be optimized， and finally the coal consumption of the unit can be reduced.

Key Words： Condenser; Replenishment atomization; Nozzle; Numerical model of flow field

通過計算和經(jīng)驗分析可以得出凝汽器運行壓力、凝結(jié)水過冷度與機組熱經(jīng)濟性比例關系一般如下：凝汽器的壓力升高1kPa會使汽輪機的汽耗量增加1.5%～2.5%。凝結(jié)水的過冷度增加1℃，1℃的過冷度會造成凝結(jié)水溶氧量增加100μg/L，機組煤耗量將增加0.13%。降低主凝結(jié)水的過冷度和含氧量可以提高回熱系統(tǒng)熱經(jīng)濟性。

凝汽器補水霧化技術改造可以有效降低凝結(jié)水的過冷度，減少凝結(jié)水中溶氧量，有效提高低壓回熱系統(tǒng)熱經(jīng)濟性，該文以某350MW超臨界供熱機組凝汽器補水霧化技術改造作為研究對象。

1 ?研究背景

某熱電廠C350-24.2/0.343/566/566型超臨界供熱機組凝汽器型號為上汽N-23500型，單殼體，對分雙流程、表面式，冷卻面積23500m2，設計背壓4.9kPa，汽側(cè)設計壓力0.098MPa，水側(cè)設計壓力0.4MPa，冷卻水量45477.9m3/h。凝汽器補水系統(tǒng)設有啟動補水和運行補水二套控制調(diào)節(jié)管路，補水來自廠房內(nèi)除鹽水母管，啟動補水用于機組啟動過程，該部分水量約為鍋爐BMCR工況的25%。運行補水用于機組正常運行中，補充正常運行的汽水損失，該部分補水量較小（見圖1）。

機組運行正常補水量在37t/h左右。正常補水進水管道為φ133×5通過調(diào)節(jié)閥或旁路并入φ245管道接入凝汽器補水接口，在凝汽器內(nèi)采用φ245×10補水管上打了許多小孔，化學補水從小孔中以水柱的形狀噴出。此種補水方式無法使溫度較高的排汽與低溫補水在喉部實現(xiàn)有效換熱，或者說排汽的潛熱沒有足夠放熱給低溫的補水，低溫補水也無法吸收排汽的熱量而被加熱，導致機組熱經(jīng)濟性下降，從而導致凝結(jié)水過冷度和含氧量增加。

2 ?噴嘴霧化數(shù)值模型研究

2.1 噴嘴噴霧理論

噴嘴通過在內(nèi)部安裝能夠產(chǎn)生渦流的帶環(huán)形槽的墊片或車銑加工出旋轉(zhuǎn)流道使液體在離心力作用下，以呈一定大小的圓錐噴霧角從噴孔噴出，形成圓錐形霧化帶，理論覆蓋范圍可以根據(jù)噴霧角和噴嘴長度尺寸計算得出，計算公式如下：

在實際噴霧中，有效噴霧角度會因水的粘度、噴嘴流量、噴射壓力和噴射距離等因素變化。一般來說，與理論范圍相比實際噴霧的覆蓋范圍比要小，噴嘴噴霧覆蓋范圍應該有1/4～1/3的重疊區(qū)域，從而能夠使噴霧效果分布均勻。

2.2 噴嘴內(nèi)流動以及噴霧的數(shù)學模型

FLUENT提供兩種霧滴破碎模型：泰勒類比破碎（TAB）模型和波致破碎模型。對于泰勒類比破碎模型創(chuàng)建噴霧模型：選擇pressure-swirl-atomizer（壓力旋流霧化模型）。

假設條件為350MW級機組，汽輪機末級排汽量為D=D0（1-∑α-αs），喉部入口尺寸49.1m2，主蒸汽流量為D0，各級抽汽份額為∑α，工質(zhì)損失為αs，喉部入口蒸汽溫度34.5℃，排汽壓力5.39kPa，該壓力下蒸汽比容26.27m3/kg，干度0.93。凝汽器化學補水溫度22℃～25℃，補水流量19t/h時，數(shù)值計算表如表1所示。

3 ?凝汽器化學正常補水霧化技術方案

該案例采用雙排噴嘴布置方式，兩排之間間距1m。按補水量45t/h設計，單個噴嘴流量不變，需要布置的噴嘴個數(shù)為40個，分別在低壓加熱器兩側(cè)各布置兩排，單排噴嘴個數(shù)為10個，布置高度1.85m，間距1m，噴嘴采用順向45°角交叉布置方式，噴嘴采用直徑為φ6壓力式高壓旋轉(zhuǎn)霧化結(jié)構(gòu)噴嘴。4根φ57×5化學正常補水母管接自原機組φ133×5正常補水管道后，增加單獨流量孔板對流量進行測量;補水管道上安裝補水控制電磁閥和檢修隔離真空手動門，補水管道材質(zhì)采用304不銹鋼，管道上交叉45°開12個孔（預留2個）安裝霧化噴嘴。具體布置如圖2所示。

4 ?凝汽器補水霧化后經(jīng)濟性研究

補水在凝汽器中實現(xiàn)霧化的熱經(jīng)濟效益變化可以分為兩部分：一部分是因為提高真空可帶來的熱經(jīng)濟性收益，另一部分是因為過冷度變化和低加回熱系統(tǒng)提高熱交換率帶來的熱經(jīng)濟性收益。

4.1 真空變化的熱經(jīng)濟性收益

若暫不考慮提高真空對熱經(jīng)濟指標的影響，采用該技術后凝汽器真空提高、凝結(jié)水過冷度減小、凝結(jié)水溶氧量降低，低壓加熱器傳熱效果增強，提高除氧器除氧加熱效果減少高壓抽汽量等均可使機組熱經(jīng)濟性提高，一般可降低煤耗0.3g/kW·h以上，機組年利用小時數(shù)按5000h計算，1臺350MW機組年節(jié)省標煤450t，每噸標煤如按600元計算，則年節(jié)省燃料費用27萬元。

5 ?結(jié)語

凝汽器正常補水霧化可以使化學補水有效吸收汽輪機循環(huán)的汽化潛熱，降低冷源損失，提高機組真空和循環(huán)效率，降低凝結(jié)水中含氧量，進一步提高回熱系統(tǒng)低壓加熱器熱交換效率和除氧效果，有助于提高電廠熱經(jīng)濟性指標，降低一次能源消耗，最終提升電廠盈利能力。

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