300MW机组热力局部系统结构优化分析研究

王微朋

【摘 要】给水回热系统是电厂热力系统的核心，它的连接布置方式和运行状况的优劣对机组热经济性起着至关重要的作用。但从经济角度而言，设备的效率以及系统的整体完善程度还有很多不足之处。因此，有必要结合国内外同类型机组的改造经验，对热力系统的参数、结构等方面进行优化，进一步完善机组的热力系统，对提高装置热经济性具有重要的现实意义。本文对回热系统低加疏水冷却的不同布置位置进行计算和比较，选择最优的布置位置，以提高机组热经济性。

【关键词】给水回热系统;低压加热器;疏水冷却器;热经济性

0 引言

凝结水流经回热系统被加热的程度与加热器的抽汽压力和温度、加热器的结构布置方式等因素有关。而低压加热器疏水的连接方式直接影响整个热力循环的状态，影响机组的热经济性。所以低压加热器有无疏水冷却器对整个机组的装置效率、汽耗率都有影响，所以本文进一步探讨不同级的低压加热器安装疏水冷却器后效率是否提高的一样。

目前基于热力学第一定律的热力系统性能分析方法有循环函数法、等效焓将法。基于热力学第二定律的性能分析方法有熵分析方法，热经济学分析方法等。本文采用等效焓将法对已选定的热力系统进行计算。等效热降法理论是以保持蒸汽流量不变，且已知新蒸汽参数、再热参数以及各抽汽参数等为前提，且不考虑汽轮机膨胀过程线的变化。其计算结果存在一定误差，但其优点在于不仅适用于整体热力系统的计算，而且适用于局部热力系统定量计算。

等效热降法是21世纪70年代发展起来的一门热工理论，是热力系统计算分析的一种有效工具。它在热系统局部变化的定量分析中，具有简捷、方便和准确的特点。目前，这一方法已经在电厂热力系统定量分析中获得了较广泛的应用。热力系统的热平衡计算，对于火电厂的设计、运行及技术改造而言都是极其重要的。常规热平衡法因计算工作量太大，难于满足这些日常计算的要求，因而需要一种简便、快速、准确的计算方法.等效热降法以其特有的优点被广泛采用。

1 低加疏水系统的定量计算模型

目前，国内机组回热系统均采用3台高压加热器、1台除氧器和4台低压加热器的8级回热系统。高压加热器疏水均采用逐级自流方式流入除氧器，低压加热器疏水回收方式主要有以下两种途径：一种是低加疏水采用逐级自流方式流入凝汽器，各低加设下端差为5.6℃的内置式疏水冷却段。另一种是采用疏水泵将疏水直接打入主凝结水管中。

本文引进型机组亚临界压力N300/16.65/537/537型汽轮机热系统采用的是3台双列运行高压加热器（高加疏水均采用逐级自流方式，且高压加热器内均装有内置式疏水冷却段）、1台除氧器和4台低压加热器（疏水均采用逐级自流方式，且无疏水冷却器）。

机组在设计工况下的热经济指标已知参数如下：蒸汽初参数：p0=16.65MPa，t0=537℃，△p0=0.31MPa，△t0=1.4℃;再热蒸汽参数：冷段压力p2=p=3.61MPa，冷段温度t=316.4℃，热段压力p=3.29MPa，热段温度t=537℃;排气压力pc=5.54kPa;p=20.81MPa，凝结水泵出口压力p=1.78MPa。机械效率、电机效率分别为ηjx=0.99、ηg=0.985。

2 低加疏水系统的结构优化

2.1 等效焓降法

等效焓降法出现在60年代后期，主要由俄国的库滋湟佐夫提出，由林万超教授改进然后引进到国内电厂热力系统分析当中的一种力系统局部定量分析方法，该方法简捷、方便、准确。

等效焓降，即在抽汽减少情况下表示1kg排挤抽汽做功的增加值;反之，在抽汽量增加的情况下，则表示做功的减少值。通过使用等效焓降法建立进行机组改造后机组等效焓降增量的数学模型，就可以在不进行全厂热力系统衡算的基础上，实现热力系统热经济性变动的计算，是一种简洁高效的计算方法。

2.2 疏水冷却器系统

本文中选取的机组是高压加热器均采用了疏水冷却器，而低压缸未采用疏水逐级自流，疏水逐级自流的缺点：排挤低压抽汽，产生不可逆损失;排入凝汽器本体将产生直接的冷源损失。下面对疏水冷却器系统进行介绍。

疏水冷却器是指i级加热器疏水自流至下一级加热器之前，先经过一个换热器（疏水冷却器），用主凝结水或主给水将疏水进一步冷却，提高该部分疏水热量的利用能级，然后再进入下一级加热器，设β为级i加热器疏水份额，△γi为该部分疏水的冷却度。假设i级加热器增设疏水冷却器，疏水所携带的β△γi这部分热量的利用场所发生了变化。获得做功β△γi（ηi-ηi+1）为提高计算的精确度，应考虑i级加热器抽汽放热量变化。綜上所述，1kg新蒸汽等效焓降的增加值△H为：

△H=β△γi（ηi-ηi+1）

汽轮机效率相对提高：

δηi=×100%

2.3 低加疏水系统优化方案

引进型N300/16.65/537/537机组为例，原设计方案设为方案一，即高压加热器疏水均采用逐级自流方式，且高压加热器内均装有内置式疏水冷却段。

方案二是在5号加热器上安装疏水冷却器，该方案设备系统改造简单，不增加任何设备，5号低加的疏水焓比下一级加热器的出口的主凝结水焓值高疏水41.1kJ/kg，（由加热器内蒸汽压力对应的饱和水焓值计算而得），疏水冷却度为95.62kJ/kg。即疏水端差为10度。

案三是其他设备不变给6号低压加热器安装疏水冷却器，使其疏水端差为10度，6号加热器的疏水焓比下一级加热器的出口主凝结水焓值高40.8kJ/kg，疏水冷却度为40。1kJ/kg。

方案四是其他设备不变给7号低压加热器安装疏水冷却器，要求疏水端差为10度，7号加热器的疏水冷却度为71.4kJ/kg。

2.4 计算分析

利用等效焓降方法评价机组优劣的指标主要有抽汽效率，煤耗量，汽耗率。本文通过给定机组的数据分别计算出各个方案的抽汽效率、煤耗量，汽耗率。计算结果如表1。

表1 各优化方案及机组热经济指标

从表中可以看出，加上输水冷却器后装置循环效率都提高了，但是方案四它比其他方案的热经济性好的多，其热耗率要比方案一降低了6.87kJ/kg，其每千瓦时的煤耗量比方案一减少了0.21克/千万时;方案二也比方案一的汽耗率降低3.44kJ/kg煤耗减小0.04克/千瓦时;三号方案的效率提高不太明显。所以给7号机组安装疏水冷却器能收到更好的效益。虽然效率提高的不是很显著，但是对整个热力系统整个电厂节能量是可观的。

由于本文中计算沒有考虑加热器的散热损失，均是以定热量等效焓降法计算安装疏水冷却器的装置效率，但在实际的改造中也应该考虑技术成本。3 结束语

我国发电机组年均供电煤耗率相比国外先进水平还是有很大差距。针对目前发电机组本身存在的设计不足，应尽可能挖掘机组的节能潜力，进一步降低机组的煤耗率，提高机组效率。

之前有许多研究者对机组的回热系统的结构优化进行了许多研究。大多数是针对高压加热器和低压加热器的研究，如加热器端差对机组热经济性的影响程度与端差的大小、相邻加热器的抽汽效率之差和高一级加热器有无疏水冷却器等因素有关。

本文通过对各个低压加热器分别安装疏水冷却器对装置循环效率的影响进行分析计算比较发现给7号加热器安装疏水冷却器的效果更佳，其煤耗减少了11.55g（此计算没考虑其他散热损失）。在年供电量相同的情况下，节能效果相当显著。

【参考文献】

[1]郑体宽热力发电厂[M].北京：中国电力出版社，2008.

[2]林万超.火电厂热系统定量分析[M].西安：西安交通大学出版社，1985.

[3]马芳礼.电厂热力系统节能分析原理[M].北京：水利电力出版社，1992.

[责任编辑：杨玉洁]