低壓加熱器疏水系統(tǒng)的熱經(jīng)濟(jì)性研究

康旭東，蔡天水

(1.湖北華電襄陽發(fā)電有限公司，湖北 襄陽 441141;2.華北電力大學(xué) 能源動力與機械工程學(xué)院，河北 保定 071003)

0 引言

抽汽回?zé)嵯到y(tǒng)是指將汽輪機中做過功的蒸汽從汽輪機的某些中間級抽出，來加熱給水或凝結(jié)水。加熱器是該系統(tǒng)的重要組成部分，其類型主要有表面式和混合式兩種。混合式加熱器的熱經(jīng)濟(jì)性最高，但系統(tǒng)的熱力構(gòu)成較復(fù)雜，且須配套水泵組來滿足運行需要，安全性較低。因此，常規(guī)火力發(fā)電機組的抽汽回?zé)嵯到y(tǒng)中，除了除氧器之外，其余的加熱器均采用表面式加熱器。表面式加熱器抽汽側(cè)的放熱過程由蒸汽冷卻段、蒸汽凝結(jié)段和疏水冷卻段組成。用作加熱的抽汽凝結(jié)時產(chǎn)生的疏水在表面式加熱器內(nèi)無法與給水或凝結(jié)水直接混合，應(yīng)及時排出以保證加熱器正常運行。疏水的排出方式不僅決定抽汽回?zé)嵯到y(tǒng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度，還會影響機組的熱經(jīng)濟(jì)性［1］。

近年來，隨著節(jié)能工作的深入開展，提高熱經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)的要求給了電力設(shè)備制造廠商和各大發(fā)電企業(yè)極大的壓力，對熱力系統(tǒng)各方面的優(yōu)化性研究亦愈加重要。本文針對低壓加熱器(以下簡稱低加)疏水系統(tǒng)的疏水方式展開研究，對比不同種疏水方式的優(yōu)、缺點，以期為火力發(fā)電熱力系統(tǒng)的節(jié)能工作提供一些參考。

1 3 種疏水方式概述［2－4］

1.1 逐級自流疏水方式

如圖1所示，在相鄰加熱器的壓差作用下，疏水逐級自動流入壓力較低的下一級的疏水方式稱為逐級自流疏水方式。此種方式勢必會排擠低一級加熱器的抽汽，導(dǎo)致冷源損失增加;同時，低加的疏水要直接排入凝汽器，這也就意味著冷源損失更大，機組的熱經(jīng)濟(jì)性降低更多。

圖1 逐級自流疏水方式

1.2 加裝疏水泵疏水方式

如圖2所示，本級疏水不再自流入下一級，而是被加裝的疏水泵打入到本級加熱器出口的凝結(jié)水管路中，使疏水與凝結(jié)水混合并流入上一級，這種疏水方式稱為疏水泵疏水方式。打入上一級的疏水不僅可以在凝結(jié)水中放熱來提高凝結(jié)水水溫，而且還排擠了上一級加熱器的抽汽，進(jìn)而提高了整個機組的熱經(jīng)濟(jì)性。

圖2 加裝疏水泵的疏水方式

1.3 加裝疏水冷卻器疏水方式

如圖3所示，凝結(jié)水管道上孔板造成的壓力差，會使部分凝結(jié)水進(jìn)入加裝的冷卻器內(nèi)吸收疏水在冷卻器中放出的熱量，使本級疏水自流入下一級之前放熱，這種疏水方式稱為疏水冷卻器疏水方式。常見的疏水冷卻器分為內(nèi)置式和外置式兩種。此種方法減少了排擠低壓抽汽引起的熱損失，故使機組的熱經(jīng)濟(jì)性有所提高。

圖3 加裝疏水冷卻器的疏水方式

2 疏水方式對比分析［5－7］

為保證安全運行，絕大多數(shù)火力發(fā)電機組低加疏水系統(tǒng)的疏水方式廣泛采用逐級自流式。為了提高機組的熱經(jīng)濟(jì)性，機組停機技改期間，對于國產(chǎn)機組來說，常在靠近凝汽器的第2個低加處加裝疏水泵，以達(dá)到疏水逐級自流和疏水泵聯(lián)合運行的目的;而大部分國外引進(jìn)機組，常在靠近凝汽器的第2個低加處加裝疏水冷卻器，與逐級自流匹配組成低加疏水系統(tǒng)。相對于單純逐級自流方式，這2種聯(lián)合運行方式的熱經(jīng)濟(jì)性較好。

作者應(yīng)用等效焓降法對這2種聯(lián)合運行疏水方式進(jìn)行定量和定性的分析，以顯示2種疏水方式的優(yōu)勢和劣勢。

2.1 加裝疏水泵方式

如圖4所示，對于j低加來說，主路凝結(jié)水因疏水混入而提高的比焓為Δτj，這部分疏水的熱量即為αcxΔτj(αcx為混入的凝結(jié)水份額)。這部分熱量不再由j低加中轉(zhuǎn)移到j(luò)+1低加中來完成利用，故做功增加了 αcxΔτj(ηj+1－ ηj)(η 為低加的抽汽效率)。同時，原自流至j－1低加和凝汽器熱井變成凝結(jié)水的那部分疏水會獲得的熱量為βΔhd=β×(hdj－h(huán)w(j－1))(β 為疏水份額;Δhd為疏水比焓差;hdj為j低加疏水比焓;hw(j－1)為j－1低加出口凝結(jié)水比焓)也不再由j低加放出，而轉(zhuǎn)移到j(luò)－1低加和凝汽器中放出，其產(chǎn)生的做功增量為 βΔhd(ηj－ ηj－1)。綜上可知，裝疏水泵后新蒸汽等效焓降的增加值為

Δh1= αcxΔτj(ηj+1－ ηj)+ βΔhd(ηj－ ηj－1)，考慮到抽汽放熱量的變化，將上式修正為

式中:Qj為單位質(zhì)量的蒸汽在j加熱器中的放熱量。

2.2 加裝疏水冷卻器方式

如圖5所示，從j加熱器流入j－1加熱器中的這部分疏水的放熱量為βΔQj(ΔQj為疏水在j－1加熱器中的放熱量)，加裝疏水冷卻器后，該部分熱量將不再被j－1加熱器利用，而由主路凝結(jié)水帶回到j(luò)加熱器中。由此可知，采用裝有疏水冷卻器后的新蒸汽等效焓降變化為

圖4 加裝疏水泵方式分析圖

考慮到抽氣的放熱量變化，將上式修正為

圖5 加裝疏水冷卻器方式分析圖

2.3 工程實例計算

以國內(nèi)某300 MW火力發(fā)電機組汽輪機側(cè)抽汽回?zé)嵯到y(tǒng)的熱力系統(tǒng)為例，用疏水冷卻器取代疏水泵后局部熱力熱力系統(tǒng)如圖6所示。

圖6 局部熱力系統(tǒng)圖

依據(jù)前文所述公式，計算結(jié)果為:做功損失，0.235 kJ/kg;熱耗增加，1.58 kJ/(kW·h);煤耗增加，0.06 g/(kW·h)。

從以上計算結(jié)果可以看出，用疏水冷卻器取代疏水泵后，機組的熱經(jīng)濟(jì)性下降。對于加裝疏水泵的加熱器系統(tǒng)來說，一般每臺加熱器需2臺疏水泵(1運行1備用)與之配套。如果配套運行的疏水泵電機功率按130 kW計算，則標(biāo)準(zhǔn)煤耗為

式中:bs為標(biāo)準(zhǔn)煤耗量;Pe為發(fā)電機功率。

此時，疏水冷卻器取代疏水泵后的機組熱經(jīng)濟(jì)性反而明顯提高了。

另外，從安全性和投資角度出發(fā)，疏水冷卻器較疏水泵而言，相當(dāng)于減少了2臺轉(zhuǎn)機及其配電設(shè)備，泵體本身的運行危險因素也可以被排除，低加疏水系統(tǒng)的安全性更有保證;同時，單臺冷卻器比2臺疏水泵及其配電設(shè)備的投資費用小，占地面積也少。

3 結(jié)束語

本文針對低加疏水系統(tǒng)的不同種疏水方式展開研究，清晰地呈現(xiàn)了2種聯(lián)合運行方式的優(yōu)、缺點，發(fā)電企業(yè)可根據(jù)自身情況，從2種聯(lián)合運行方式中進(jìn)行選擇，保證機組安全、經(jīng)濟(jì)運行。

［1］西安熱工研究院.發(fā)電企業(yè)節(jié)能降耗技術(shù)［M］.北京:中國電力出版社，2010.

［2］鄭體寬.熱力發(fā)電廠［M］.北京:中國電力出版社，1995.

［3］林萬超.發(fā)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.

［4］陳素珍，陳志強.淺談300 MW等級機組不需設(shè)低加疏水泵［J］.熱機技術(shù)，2007(1):36－38.

［5］李青，公維平.火力發(fā)電廠節(jié)能和指標(biāo)管理技術(shù)［M］.北京:中國電力出版社，2006.

［6］李勤道，劉志真.熱力發(fā)電廠熱經(jīng)濟(jì)性計算分析［M］.北京:中國電力出版社，2008.

［7］劉強，孟穎超.疏水冷卻器的熱經(jīng)濟(jì)性分析［J］.深圳大學(xué)學(xué)報:理工版，2009，26(4):425 －430.