60 MW機組高壓加熱器泄漏對熱經濟性的影響

高 璨

(中國石化儀征化纖公司熱電部，江蘇儀征 211900)

某電廠現運行的60 MW汽輪機組屬于二十世紀八十年代國產小機組，由于使用壽命長、運行工況多變等方面因素，高加系統泄漏情況頻頻發生，極大地影響了機組的穩定運行和對外供熱需求。受控煤與供熱等多方面影響，若遇泄漏情況，高加系統是否需要立即解列進行堵漏檢修，或是在保證安全性的前提下帶病運行？如若選擇帶病運行，高加系統泄漏對電廠熱經濟性的影響如何？一般情況下，電力行業僅從高加系統投入率和鍋爐給水溫度進行考量，利用常規的熱平衡法，不僅計算繁雜，而且難以定量考慮對整個電廠系統熱經濟性的影響。本文通過等效焓降法，探討某電廠高加鋼管泄漏對熱經濟性的影響。

1 等效焓降法

等效焓降法是基于熱力學的熱功轉換理論，考慮設備質量、熱力系統結構和參數的特點，導出幾個熱力分析參量(如抽汽等效焓降Hj和抽汽效率ηj等)，用于研究熱功轉換及能量利用程度的一種方法[1]。其物理意義是：等效焓降H是1 kg抽汽從回熱系統Noj返回汽輪機的真實做功能力，標志汽輪機各抽汽口蒸汽的能級或能位高低。Hj越高，能級就越高，汽流的做功能力就越大。抽汽效率ηj是指任意熱量加到汽輪機的回熱系統Noj時，該熱量在汽輪機中轉變為功的程度和份額。新蒸汽部位的效率最大，等于裝置效率，而凝汽器的效率最低等于0，所以抽汽效率的數值處于裝置效率與零之間。以下基于這一理論進行探討。

2 高加系統泄漏熱效率損失計算

高加系統泄漏分為兩種類型(即內漏和外漏)：內漏指高壓加熱器內管束泄漏，回熱系統內循環加熱泄漏水源，造成熱量損失；外漏指高加系統外疏水泄漏，需要增加系統補水，同樣會造成熱量損失。兩種泄漏對熱經濟性的影響并不相同，由于某電廠機組頻繁出現高加鋼管泄漏事件，本文僅考慮內漏對熱經濟性的影響。

2.1 汽機型式和各項參數

該電廠共有三臺60 MW機組，1#機型號為C60-8.83/1.28-Ⅱ型，3#機型號為CC60-8.83/3.1/1.3型，4#機型號為CC60-8.83/4.12/1.47型，由于3#機進行過通流部件改造，抽汽溫度較另外兩臺機組要高，在此不進行分析。基于1#汽輪機與4#汽輪機使用時間與泄漏次數的比較，本文僅以1#汽輪機額定工況下的各項參數值作為依據進行討論。1#汽輪機是單缸、沖動、具有一級調整抽汽、冷凝式單排汽口汽輪機，主汽壓力P0為8.83 MPa，主汽溫度t0為535 ℃。

1#汽輪機額定工況下熱力特性參數見表1。

表1 1#汽輪機熱力特性表

1#機共有6級抽汽，各級參數及用途見表2。

表2 1#汽輪機各級抽汽情況

蒸汽熱力過程及其各抽汽點的參數模擬焓熵圖對應數據[3]及數據整理見表3。

表3 1#汽輪機回熱系統情況

1#汽輪機回熱系統簡圖如圖1所示。

圖1 1#汽輪機回熱系統圖

根據等效焓降法可知[3]：

1#低加抽汽等效焓降和抽汽效率為H1=h1-hcη1=H1/Q1

2#低加抽汽等效焓降和抽汽效率為H2=h2-h1+H1-△hw1η1η2=H2/Q2

3#低加抽汽等效焓降和抽汽效率為H3=h3-h2+H2-△hw2η2η3=H3/Q3

除氧器抽汽等效焓降和抽汽效率為H除=h除-h3+H3-△hw3η3η除=H除/Q除

4#高加抽汽等效焓降和抽汽效率為H4=h4-h除+H除-△hw除η除η4=H4/Q4

5#高加抽汽等效焓降和抽汽效率為H5=h5-h4+H4-△hw4η4η5=H5/Q5

新蒸汽等效焓降為H0=h0-h5+H5-△hw5η5

循環吸熱量為Q0=h0-hw5

系統循環熱效率為η0=H0/Q0

式中hi為加熱器對應抽汽焓，kJ/kg；△hwi為加熱器對應給水焓升，kJ/kg；Qi為加熱器對應抽汽放熱量，kJ/kg；h0為新蒸汽焓值，kJ/kg；hw5為5#高加出水焓，kJ/kg。

根據上述公式計算各臺加熱器的抽汽等效焓降和抽汽效率，數據見表4。

表4 回熱系統等效焓降參數(CC60-8.83/1.28-Ⅱ型)

2.2 高加鋼管泄漏的等效焓降法計算

若某電廠1#機4#、5#高加疏水正常，在5#高加鋼管有泄漏的情況下，假設泄漏點焓值為進、出水焓值的平均數h15=872.5 kJ/kg，泄漏量份額為α15，則泄漏部分給水在泄漏前5#高加鋼管內部的焓升為：

Δh15=h15-h14=872.5-796=76.5 kJ/kg

式中h14為4#高加出口給水焓值。

α15部分泄漏給水隨5#高加疏水進入4#高加的放熱量為：

qα5=h15-hs4=872.5-794=78.5 kJ/kg

式中hs4為4#高加疏水焓。

一方面，5#高加鋼管泄漏，導致4#高加疏水量增加，排擠抽汽，使新蒸汽等效焓降增加。

式中η4為4#高加抽汽效率。

另一方面，泄漏水源在4#、5#內形成閉式循環，對兩臺高加而言，在泄漏點與除氧器之間，增加了α15份額的給水，而加熱這部分給水需要增加抽汽量，從而使新蒸汽等效焓降減少。

式中:Δhw5表示5#高加給水焓升，kJ/kg；η5為5#高加抽汽效率，%；Δhw4表示4#高加給水焓升，kJ/kg；η4為4#高加抽汽效率，%。

綜上所述，新蒸汽的等效焓降實際減少：

Δhα5=Δh″α5-Δh′α5=61.68α15kJ/kg

此臺機組無再熱系統，機組總的循環吸熱量q0由主給水流量、主給水焓和過熱蒸汽焓所決定，與高加鋼管泄漏無關。

那么，在5#高加鋼管泄漏的情況下，汽輪機組系統的循環熱效率相對降低[4]。

式中h0表示新蒸汽等效焓降。

2.3 高加解列的等效焓降法計算

若高加鋼管泄漏立即解列處理，對應的高加抽汽將全部返回汽輪機做功，會使新蒸汽等效焓降增加。

Δh0h=Δhw5η5+Δhw4η4=153×0.34+113×0.28=83.66 kJ/kg

式中Δhw5表示5#高加給水焓升，kJ/kg；η5為5#高加抽汽效率，%；Δhw4表示4#高加給水焓升，kJ/kg；η4為4#高加抽汽效率，%。

系統總的循環吸熱量增加：

Δq0h=Δhw5+Δhw4=153 +113=266 kJ/kg

則系統循環熱效率相對下降為[4]：

=1.86%

式中h0表示新蒸汽等效焓降，kJ/kg；η0表示系統循環熱效率，%。

2.4 確定臨界參數

當高加鋼管泄漏與高加解列所造成的系統循環熱效率下降值相等時，即δηα15=δηh，可以得出允許高加鋼管泄漏的臨界份額α15=0.29。

假設機組運行中負荷基本維持不變，且高加泄漏點與泄漏份額不變，已知高加停運檢修時間Th為3天，可確定高加系統的臨界泄漏時間為：

=10.52

式中δηh為高加系統解列后系統循環熱效率相對下降值，%；h0為新蒸汽等效焓降，kJ/kg；Δha5為高加鋼管泄漏后新蒸汽等效焓降的減少值，kJ/kg；α15取高加鋼管臨界份額0.29。

通過上述計算可知，某電廠60 MW機組高加鋼管泄漏后允許帶病運行時間為10.52天，超過后將導致高加泄漏所致能量損失大于高加解列造成的能量損失。

2.5 煤耗計算

已知系統循環熱效率降低，必然導致機組煤耗量增加，由上述結論，可計算高加泄漏和解列期間增加的煤耗量，以便直觀了解高加鋼管泄漏對熱經濟性的影響。

按照某電廠1#汽輪機運行現狀，取發電煤耗為354 g/(kW·h)，發電量為130萬kW·h。高加鋼管泄漏初時并不明顯，由于泄漏管周圍管束受高壓給水沖擊致使泄漏管束擴大、泄漏量增加、高加水位上升，由現場實際經驗可知帶病運行至高加水位Ⅱ值報警需要15～20天的時間，在此取運行時間為17天，α15取為臨界份額0.29，解列后還需要3天時間進行查漏堵焊，則20天內增加煤耗量為[6]：

Δb=354÷1 000×1.85%×17×130×10 000+354÷1 000×1.86%×3×130×10 000=170 412.06 kg≈170.41 t。

由此可知，單臺汽輪機高加系統泄漏后仍帶病運行至高加解列會導致發電煤耗上升6.55 g/(kW·h)，煤耗率增加1.85%，若及早確定高加泄漏并及時解列，會減少因泄漏損失造成的煤耗。

3 結 論

對于單臺汽輪機無備用高加系統時，高加系統泄漏會使電廠系統熱能品位降低，對熱經濟性造成不可挽回的損失，而出于生產需要，生產者時常選擇帶病運行，通過計算可知某電廠60 MW機組高加鋼管泄漏后，允許帶病運行時間為10.52天，長期帶病運行并不劃算。

建議日常操作中避免對高加鋼管反復沖刷，機組加減負荷時應盡可能減少對高加的熱沖擊力，工作人員還應加強監視高加水位，必要時打開危急疏水閥，維持正常水位值，若水位上升明顯，且給水泵的出力異常增大時，則表明加熱器鋼管已存在泄漏，應及早解列，避免更大程度浪費。