分段計算熱力系統(tǒng)工質(zhì)平衡的方法

徐祥慧

（上海電力股份有限公司 吳涇熱電廠，上海 200241）

消除熱力系統(tǒng)的泄漏是熱電廠挖潛增效、節(jié)能減排的重要手段，由于熱力系統(tǒng)的管道保溫十分周全，一般很難發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)泄漏點，尤其是內(nèi)漏點，加上無法設(shè)置大量的流量檢測表計，很難準(zhǔn)確計算熱力系統(tǒng)的工質(zhì)平衡。隨著計算機(jī)在線檢測技術(shù)的快速發(fā)展，熱力系統(tǒng)的大流量在線測量表計的不斷完善，為電廠熱力系統(tǒng)的分段計算工質(zhì)平衡創(chuàng)造了條件，并能準(zhǔn)確地確定熱力系統(tǒng)的泄露區(qū)間，從而為現(xiàn)場泄漏控制和狀態(tài)維修提供依據(jù)。然而到目前為止，分段計算熱力系統(tǒng)的工質(zhì)平衡這一方法還沒有充分利用，為此特寫此文進(jìn)行切磋與交流。

1 問題的提出

熱力系統(tǒng)由熱力機(jī)械設(shè)備和大量的管閥系統(tǒng)組成，也是電廠能量損失較大的系統(tǒng)。熱力系統(tǒng)一旦有泄漏，將嚴(yán)重影響到電廠的經(jīng)濟(jì)性，這是因為機(jī)組長期運行后，閥門容易被磨損和吹損，加上沙眼、裂縫、關(guān)閉不嚴(yán)等原因，向外泄漏工質(zhì)。因此，及時發(fā)現(xiàn)和消除熱力系統(tǒng)和閥門的泄漏，是電廠挖潛增效、節(jié)能減排的重要手段。為了提高熱效率，盡量減少熱力系統(tǒng)的熱損失和防止?fàn)C傷，對熱力系統(tǒng)及相關(guān)管閥采取了良好、完善的保溫措施，使得肉眼一時無法判斷系統(tǒng)閥門的泄漏點，加上目前缺少電子在線監(jiān)測手段，造成熱力系統(tǒng)及相關(guān)閥門長期隱性泄漏，機(jī)組熱效率下降。

電廠熱力系統(tǒng)的工質(zhì)平衡，即為輸入系統(tǒng)的汽水工質(zhì)等于輸出系統(tǒng)的汽水工質(zhì)，若不等，則有三種可能：一是系統(tǒng)有泄漏；二是計算有遺漏；三是表計有誤差或測點無代表性。

熱力系統(tǒng)工質(zhì)平衡的意義在于：一是發(fā)現(xiàn)泄漏，及早消缺，提高經(jīng)濟(jì)性，降低發(fā)電和供熱成本；二是及早消除熱污染和不必要的制水污染；三是有利于機(jī)組進(jìn)行狀態(tài)檢修，減少檢修費用和降低檢修成本。工質(zhì)平衡計算可從大系統(tǒng)到小系統(tǒng)，大系統(tǒng)平衡了小系統(tǒng)可省略計算。計算時為防止表計誤差，可用其他同性質(zhì)表計或通過計算流量來校驗，如給水流量有誤差，可能是表計有誤差；可能是給泵再循環(huán)門有泄漏；可能是軸封泄漏。對于外泄漏點，可以用水桶接水稱重解決，并用凝結(jié)水流量、除氧器加熱蒸汽計算流量、高壓加熱器回?zé)嵴羝嬎懔髁亢蛠硇ｒ灐?/p>

2 工質(zhì)平衡計算法

熱力系統(tǒng)循環(huán)示意圖如圖1所示。進(jìn)行工質(zhì)平衡計算時，系統(tǒng)劃分從大到小，大系統(tǒng)平衡，小系統(tǒng)就不需再分算。

圖1 熱力系統(tǒng)循環(huán)示意圖

2.1 工質(zhì)平衡方程計算式

1）鍋爐的一次工質(zhì)循環(huán)系統(tǒng) 由給水變?yōu)檫^熱蒸汽的循環(huán)系統(tǒng)，工質(zhì)平衡方程式為：

式中：Q給水為鍋爐的給水流量；Q減溫水為鍋爐的過熱器一、二級減溫水流量之和；Q爐藥水為鍋爐的水質(zhì)處理藥水；Q主蒸汽為鍋爐的主蒸汽流量；Q連續(xù)排污為鍋爐的連續(xù)排污流量和定期排污流量之和；Q爐取樣為鍋爐的化學(xué)取樣水流量之和。

系統(tǒng)中的吹灰蒸汽，一般用再熱蒸汽或?qū)ν獬槠什蛔鳒p除。

2）整臺供熱機(jī)組的工質(zhì)循環(huán)系統(tǒng) 在沒有其他需要放水的工況下進(jìn)行計算，其工質(zhì)平衡方程式為：

式中：Q補(bǔ)水為凝汽器的除鹽水補(bǔ)水流量；Q鼓泡為凝汽器鼓泡蒸汽流量；Q機(jī)藥水為機(jī)組的水質(zhì)處理藥水之和（Q爐藥水＋Q給水藥水）；Q抽汽為汽輪機(jī)供熱抽汽流量與輔汽抽汽流量之和；Q連續(xù)排污為鍋爐的連續(xù)排污流量；Q定期排污為鍋爐定期排污流量；Q機(jī)取樣為機(jī)組的取樣水流量之和。Q連續(xù)排污／3是指在超高壓機(jī)組中，連排擴(kuò)容器的工作壓力為0.8MPa，爐水循環(huán)的工作壓力為18MPa，根據(jù)二者的飽和溫度與工質(zhì)的汽化潛熱，通過解方程可得2／3的工質(zhì)通過連排擴(kuò)容器回收。

3）給泵至鍋爐系統(tǒng) 即高壓回?zé)峒訜崞鹘o水系統(tǒng)，其工質(zhì)平衡方程式為：

式中：Q給泵為給水泵流量之和；Q給水加藥為給水加藥流量；Q減溫水為過熱減溫和再熱減溫之和；Q給水為鍋爐的給水流量。

2.2 工質(zhì)平衡簡化計算式

在實際發(fā)電與供熱運行中，在額定工況下，由于化學(xué)取樣Q機(jī)取樣和加藥流量Q機(jī)藥水相對工質(zhì)汽水量來說很小，包括Q爐取樣，Q爐藥水，類似凝泵、給泵等的密封冷卻水都可以忽略不計；由于工質(zhì)流量測量表計本身允許正負(fù)偏差，使化學(xué)產(chǎn)生的取樣和加藥流量、引起的工質(zhì)量變化更是微不足道，也可以忽略不計，由此得出以下工質(zhì)平衡簡化方程式。

1）鍋爐一次循環(huán)

3）給水系統(tǒng)

另外，可以避開定期排污、吹灰和油槍用汽等時段，取機(jī)組無其他人員操作損失的正常運行時段計算工質(zhì)平衡，則可進(jìn)一步簡工質(zhì)平衡化算式。

2.3 分段工質(zhì)平衡計算式

當(dāng)然，簡化后的3個等式只是最基本的分段工質(zhì)平衡計算式，對汽輪機(jī)的分段工質(zhì)平衡計算還未談到，但由于汽輪機(jī)的分段工質(zhì)平衡計算比較繁瑣，故在此只作介紹，不例計算式。目前，大多數(shù)機(jī)組無主蒸汽（只設(shè)流量表）、再熱蒸汽、給水泵汽動蒸汽、回?zé)峒訜崞鳎ǜ呒印⒌图?、除氧器的加熱蒸汽）的流量表，故平衡計算比較困難?，F(xiàn)向大家推薦回?zé)峒訜崞鞯氖杷坑嬎悖褂妙~定負(fù)荷和絕熱狀態(tài)下的理論計算流量，包括除氧器加熱蒸汽流量（不會影響凝結(jié)水系統(tǒng)的分段工質(zhì)平衡計算和各回?zé)峒訜崞鞯氖杷胶庥嬎悖?/p>

3 分段工質(zhì)平衡實例計算

3.1 消除泄漏

吳涇熱電廠發(fā)電機(jī)組的各類疏水和排污不允許排向大氣，采取排向凝汽器回收、排向無壓母管到機(jī)組排水槽、排向定排擴(kuò)容器到機(jī)組排水槽三種方式，而且管道與閥門保溫很完善，很難檢查閥門內(nèi)漏。

為了加強(qiáng)對各類疏水和排污門的運行監(jiān)督與維修，降低機(jī)組能耗，2011年4月27日對機(jī)組進(jìn)行了分段工質(zhì)平衡計算，結(jié)果為整臺機(jī)組工質(zhì)不平衡為26t／h；給泵至鍋爐系統(tǒng)（即高壓回?zé)峒訜崞鹘o水系統(tǒng)）工質(zhì)不平衡為12t／h；鍋爐的一次工質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)（即鍋爐由給水變?yōu)檫^熱蒸汽的循環(huán)系統(tǒng)）工質(zhì)不平衡為11t／h；抽汽表計誤差為2～3t／h。

計算結(jié)果表明，給水系統(tǒng)有多處疏水門泄漏，鍋爐一次工質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)疏水門和連排直通定排擴(kuò)容器調(diào)整門有泄漏，尤其是連排直通定排擴(kuò)容器閥門，因為試關(guān)連排直通定排擴(kuò)容器隔絕門，鍋爐一次工質(zhì)循環(huán)不平衡下降至1t／h。通過解體檢查給水管道疏水門和連排直通定排擴(kuò)容器調(diào)整門，發(fā)現(xiàn)連排直通定排擴(kuò)容器調(diào)整門、鍋爐下水包放水門泄露和給水管道疏水門有多處嚴(yán)重泄漏，證實了分段工質(zhì)平衡計算結(jié)果可信。通過消缺，機(jī)組于2011年6月21日啟動，發(fā)電煤耗由修前312.20g／kWh下降至305.68g／kWh。

3.2 節(jié)能增效

1）消除連排直通定排擴(kuò)容器調(diào)整門泄露①每小時節(jié)約標(biāo)煤355.15kg，若按年運行300天計算，可節(jié)約標(biāo)煤2 557.08t；若按每噸標(biāo)煤1 100元計算，則折合人民幣281.28萬元。②每小時節(jié)約工質(zhì)水7.34t，若按年運行300天計算，可節(jié)約除鹽水52 815.09t；若按每噸除鹽水3元計算，則折合人民幣15.84萬元。兩項合計每年可節(jié)約297.12萬元。

2）消除給水系疏放水門內(nèi)漏 ①每小時節(jié)約標(biāo)煤291.36kg，若按年運行300天計算，可節(jié)約標(biāo)煤2 097.79t，若按每噸標(biāo)煤1 100元計算，則折合人民幣230.76萬元。②每小時節(jié)約工質(zhì)水12t，若按年運行300天計算，可節(jié)約除鹽水86 400t；若按每噸除鹽水3元計算，則折合人民幣25.92萬元。兩項合計每年可節(jié)約553.80萬元。