大容量機(jī)組不同補(bǔ)水方式的熱經(jīng)濟(jì)性分析

范 偉，趙小剛

(1.華北電力大學(xué)，保定 071003;2.唐山開灤東方發(fā)電有限責(zé)任公司，唐山 063103)

0 引言

火電廠是電能生產(chǎn)的重要組成部分，其工作介質(zhì)是水和水蒸汽。在實際生產(chǎn)過程中由于鍋爐排污、蒸汽吹灰、重油加熱、汽封用汽，各種汽動設(shè)備用汽和設(shè)備檢修時的排放水以及熱力設(shè)備、管道的滲漏等因素，不可避免的出現(xiàn)數(shù)量不等的汽、水工質(zhì)損失［1］，同時伴隨有熱量損失。因此，必須經(jīng)常向熱力系統(tǒng)補(bǔ)水，以保證機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運行［2］。

目前，大多數(shù)電廠的補(bǔ)水采用化學(xué)深度除鹽水［3］，化學(xué)補(bǔ)水進(jìn)入熱力系統(tǒng)的方式通常有兩種:一種是將化學(xué)補(bǔ)水直接補(bǔ)充入除氧器，另一種是從凝汽器補(bǔ)入。補(bǔ)充水在進(jìn)入鍋爐前應(yīng)被加熱到給水溫度，因此不同的補(bǔ)水方式對機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性有著不同的影響，采用補(bǔ)充水補(bǔ)入凝汽器的方式可以具有較好的經(jīng)濟(jì)性，而補(bǔ)充水由除氧器補(bǔ)入，其經(jīng)濟(jì)性較差，同時還可能存在給水含氧量超標(biāo)的問題。針對不同補(bǔ)水方式的經(jīng)濟(jì)性差異這一問題，本文基于等效焓降法進(jìn)行定量分析及實例計算，對補(bǔ)充水補(bǔ)入凝汽器的方式的特點進(jìn)行分析，并結(jié)合工程實際著重討論了補(bǔ)充水由凝汽器補(bǔ)入所需要注意的關(guān)鍵問題，為電廠的節(jié)能技術(shù)改造工作提供了參考。

1 不同補(bǔ)水方式的定量分析

兩種補(bǔ)水方式的系統(tǒng)簡圖，如圖1所示。圖中虛線代表的是補(bǔ)水補(bǔ)入除氧器，實線代表的是補(bǔ)水補(bǔ)入凝汽器。根據(jù)等效焓降法，當(dāng)化學(xué)補(bǔ)水從除氧器補(bǔ)入系統(tǒng)時，引起新蒸汽的做功變化為［4］

圖1 兩種補(bǔ)水方式的系統(tǒng)簡圖

當(dāng)補(bǔ)水從凝汽器補(bǔ)入系統(tǒng)時，如果不計凝汽器的真空變化，由補(bǔ)水引起新蒸汽的做功變化為

由于凝汽器沒有抽汽，所以抽汽效率ηn=0，則

由(3)式可以得出，化學(xué)補(bǔ)水進(jìn)入凝汽器，在不計真空變化時，不論其補(bǔ)水溫度如何，均不會產(chǎn)生做功增益，但也不會產(chǎn)生做功損失。

將(3)式減去(1)式，即可得到補(bǔ)水從除氧器改由從凝汽器補(bǔ)入時，兩種補(bǔ)水方式引起做功變化的差值:

顯然，從熱經(jīng)濟(jì)性的角度來看，補(bǔ)水補(bǔ)入凝汽器好于補(bǔ)入除氧器，通過推導(dǎo)可以得出機(jī)組各項熱經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)的變化。

裝置熱經(jīng)濟(jì)性相對提高為:

2 實例計算與分析

通過定量分析得到的計算模型，以國產(chǎn)N600－16.7/537/537機(jī)組為例進(jìn)行計算。如圖2所示，該機(jī)組具有八級不調(diào)整抽汽，回?zé)嵯到y(tǒng)為“三高四低一除氧”，疏水方式采用疏水逐級自流。化學(xué)補(bǔ)水補(bǔ)入凝汽器，其補(bǔ)水份額αbs=0.03，=84 kJ/kg。

將各項汽、水參數(shù)整理計算，計算結(jié)果如表1和表2所示。

圖2 600 MW機(jī)組回?zé)嵩瓌t性熱力系統(tǒng)圖

表1 各級加熱器熱力參數(shù)計算結(jié)果

表2 等效焓降和抽汽效率計算結(jié)果

計算新蒸汽等效熱降:

考慮熱力系統(tǒng)輔助成分引起的做功損失，各項損失之和:

新蒸汽凈等效熱降:

計算汽輪機(jī)裝置效率:

在求出新蒸汽的等效焓降、各級抽汽等效焓降及抽汽效率后，即可簡捷而又準(zhǔn)確地計算出不同補(bǔ)水方式對電廠經(jīng)濟(jì)性的影響。

補(bǔ)水方式變化引起新蒸汽等效熱降增加:

裝置效率相對提高:

熱耗率降低:

Δq=qδηi=13.14 kJ/kW·h

標(biāo)準(zhǔn)煤耗率降低:

Δbb=bbδηi=0.492 g/(kW·h)

機(jī)組按額定負(fù)荷發(fā)電，年運行7000小時計算，全年可以節(jié)省標(biāo)準(zhǔn)煤:

ΔBb(n)=Bb(n)δηi=2 066.229 ×103kg

通過對不同補(bǔ)水方式的定量分析以及對實例計算結(jié)果的分析可以得出，補(bǔ)水補(bǔ)入凝汽器的熱經(jīng)濟(jì)性好于補(bǔ)入除氧器。這是因為補(bǔ)充水在凝汽器中吸收了汽輪機(jī)排汽的部分汽化潛熱，減少了冷源損失，并強(qiáng)化了換熱效果，有利于排汽充分凝結(jié)，提高凝汽器真空。補(bǔ)充水補(bǔ)入凝汽器的另一優(yōu)勢是能夠提高回?zé)峤?jīng)濟(jì)性。補(bǔ)充水進(jìn)入凝汽器利用排氣余熱加熱升溫，通過凝結(jié)水泵升壓，經(jīng)軸封加熱器、低壓加熱器加熱后進(jìn)入除氧器。這與補(bǔ)充水直接補(bǔ)入除氧器后額外消耗高品位抽汽加熱相比，補(bǔ)充水利用了低品位能量加熱，增加了低品位抽汽量，減少了高品位抽汽量。同時，還降低了補(bǔ)充水在加熱過程因換熱溫差產(chǎn)生的不可逆損失，通過對排氣余熱和低品位抽汽的合理利用，提高了回?zé)嵝Ч?］。對于在夏季工況排氣溫度過高導(dǎo)致背壓偏高的凝汽式機(jī)組，如果采用補(bǔ)充水補(bǔ)入凝汽器的方式，其熱經(jīng)濟(jì)性會明顯提高。

3 補(bǔ)水補(bǔ)入方式的關(guān)鍵問題

根據(jù)實例計算及對兩種補(bǔ)水方式的熱經(jīng)濟(jì)性分析可以得出，補(bǔ)充水補(bǔ)入凝汽器的方式具有較好的經(jīng)濟(jì)性，能夠達(dá)到節(jié)能的目的。通常大、中型凝汽機(jī)組的補(bǔ)充水均補(bǔ)入凝汽器。補(bǔ)充水補(bǔ)入凝汽器的方式還需注意兩個問題。其一是補(bǔ)水量，由于主抽汽器、低壓加熱器、凝結(jié)水泵的通流能力限制以及凝汽器除氧能力的限制，若補(bǔ)水量過大時，凝結(jié)水泵不能及時將凝汽器中的水抽走，將會導(dǎo)致凝汽器水位過高甚至滿水，威脅機(jī)組的安全運行。同時若補(bǔ)充水量超過限額，將會導(dǎo)致凝結(jié)水含氧量超標(biāo)而腐蝕設(shè)備的問題。其二是補(bǔ)水進(jìn)入凝汽器的問題，即讓補(bǔ)充水合理利用排汽余熱，充分吸收排汽熱量，減少冷源損失。因此，補(bǔ)充水應(yīng)從凝汽器喉部進(jìn)入，在凝汽器喉部均勻布置霧化程度較高的噴嘴，補(bǔ)充水以霧化狀態(tài)噴入凝汽器的喉部，均勻的充滿凝汽器的空間。這樣能夠使補(bǔ)充水與排汽迅速混合，補(bǔ)充水經(jīng)霧化后其液滴的表面積與體積之比增大，強(qiáng)化了補(bǔ)充水與排汽之間的換熱效果，大量吸收排汽的余熱，冷卻排汽提高凝汽器真空，同時，補(bǔ)充水能夠快速達(dá)到飽和狀態(tài)，為不凝結(jié)氣體從水滴中逸出，擴(kuò)散出來創(chuàng)造了有利條件，還可消除因除氧器除氧能力不足導(dǎo)致的給水含氧量超標(biāo)現(xiàn)象，從而減輕設(shè)備腐蝕。

因此，補(bǔ)充水的霧化程度及分布對補(bǔ)充水補(bǔ)入凝汽器的經(jīng)濟(jì)性有很大的影響。補(bǔ)充水霧化后的理想效果是形成一個均勻分布的霧化帶，能夠使不凝結(jié)氣體逸出，補(bǔ)充水不會沿凝汽器內(nèi)壁流動，充分與排汽接觸，使經(jīng)濟(jì)性達(dá)到最佳。針對這一特點，在工程實際中，通常會在凝汽器喉部增設(shè)一套“補(bǔ)水裝置”，根據(jù)凝汽器喉部的尺寸，科學(xué)合理的選擇位置安裝，以期實現(xiàn)最佳效果。由于我國已有諸多專利產(chǎn)品及相關(guān)文獻(xiàn)介紹“補(bǔ)水裝置”，故其工作原理及結(jié)構(gòu)特點本文不再贅述。

4 結(jié)束語

綜上所述，補(bǔ)水地點由除氧器改為凝汽器的喉部可以達(dá)到節(jié)能的目的。通過等效焓降法對不同補(bǔ)水方式的定量分析可以得出，補(bǔ)充水補(bǔ)入凝汽器的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)于補(bǔ)入除氧器。對某臺國產(chǎn)600MW機(jī)組進(jìn)行實例計算，采用補(bǔ)充水從凝汽器補(bǔ)入的方式，該機(jī)組的標(biāo)準(zhǔn)煤耗率可下降0.492 g/(kW·h)。在工程實際中，補(bǔ)充水補(bǔ)入凝汽器需要注意補(bǔ)水量和補(bǔ)水進(jìn)入方式的問題，通過分析得出，補(bǔ)充水應(yīng)以霧化狀態(tài)從凝汽器的喉部噴入，這樣補(bǔ)充水能夠合理的利用排氣余熱，降低冷源損失，提高凝汽器的真空，并利用低品位抽汽加熱，減少高品位抽汽量，提高了回?zé)峤?jīng)濟(jì)性，同時可以加快氣體的逸出，為除氧創(chuàng)造有利條件。為電廠補(bǔ)水系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能技術(shù)改造提供了參考。

［1］葉濤.熱力發(fā)電廠［M］.北京:中國電力出版社，2006.

［2］劉志申，李慧君.火電廠補(bǔ)水系統(tǒng)優(yōu)化分析［J］.華北水利水電學(xué)院學(xué)報，2000，21(2):38－40.

［3］楊海婭，谷俊杰.火電廠補(bǔ)水方式的選擇探討［J］.電力科學(xué)與工程，2010，26(11):44 －46.

［4］林萬超.火電廠熱系統(tǒng)節(jié)能理論［M］.西安:西安交通大學(xué)出版社，1994.

［5］陳國慧，林萬超，邢秦安，等.改變補(bǔ)水方式的節(jié)能效益解析［J］.熱能與動力工程，2000，15(1):69－70.