600 MW超臨界機(jī)組回?zé)嵯到y(tǒng)疏水方式改進(jìn)

張瑞青，楊倩玉，張孜琪，王藹晨

(沈陽工程學(xué)院 能源與動力學(xué)院，遼寧 沈陽 110136)

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600 MW超臨界機(jī)組回?zé)嵯到y(tǒng)疏水方式改進(jìn)

張瑞青，楊倩玉，張孜琪，王藹晨

(沈陽工程學(xué)院 能源與動力學(xué)院，遼寧 沈陽 110136)

摘要：汽輪機(jī)組熱耗率是評價(jià)機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性高低的主要指標(biāo)。為降低機(jī)組熱耗率，提出將噴射泵應(yīng)用于汽輪機(jī)組回?zé)嵯到y(tǒng)疏水方式中，建立了其熱經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)的計(jì)算模型，并以哈爾濱汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的600 MW超臨界機(jī)組為例，計(jì)算該機(jī)組回?zé)嵯到y(tǒng)采用不同疏水方式的熱經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。計(jì)算結(jié)果表明，采用噴射泵疏水方式后，低壓加熱器的熱耗率降低了42.29 kJ/(kW·h)，高壓加熱器的熱耗率降低了54.81 kJ/(kW·h)，若年發(fā)電量為30億kW·h，則全年可節(jié)約煤量為6 210 t，并且為高壓加熱器疏水采用噴射泵疏水方式奠定了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：超臨界機(jī)組；回?zé)嵯到y(tǒng)；疏水方式；噴射泵；熱耗率

汽輪機(jī)組熱耗率是評價(jià)機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性高低的主要指標(biāo)。引起機(jī)組熱耗率高的原因很多，如汽輪機(jī)組運(yùn)行方式不合理、汽輪機(jī)回?zé)嵯到y(tǒng)方式偏離設(shè)計(jì)值、加熱器端差增加等。同時(shí)，隨著機(jī)組容量的增加，超(超)臨界機(jī)組即將成為我國主力機(jī)組，與以往的亞臨界及其以下機(jī)組相比，超(超)臨界機(jī)組熱耗率已降低了500～1 400 kJ/(kW·h)，但仍有很大的節(jié)能空間。汽輪機(jī)組回?zé)嵯到y(tǒng)疏水方式全部采用噴射泵的疏水方式時(shí)，熱耗率降低幅度很大，但系統(tǒng)改造費(fèi)用高[1]。因此，研究汽輪機(jī)組回?zé)嵯到y(tǒng)中部分加熱器疏水采用噴射泵疏水方式，并以哈爾濱汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的600 MW超臨界機(jī)組為例，計(jì)算回?zé)嵯到y(tǒng)高壓加熱器和低壓加熱器分別采用噴射泵疏水方式時(shí)機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，同時(shí)與機(jī)組采用逐級自流疏水方式的熱經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了比較。

1汽輪機(jī)組回?zé)嵯到y(tǒng)疏水方式

目前，凝汽式汽輪機(jī)組回?zé)嵯到y(tǒng)的疏水方式主要有2種：①疏水逐級自流；②末級(次末級)加熱器疏水采用疏水泵[2]。逐級自流疏水方式安全可靠性較好，結(jié)構(gòu)簡單；而采用疏水泵疏水方式的回?zé)嵯到y(tǒng)安全可靠性偏低，但其熱經(jīng)濟(jì)性稍高于逐級自流疏水方式。

逐級自流疏水方式如圖1所示。這種疏水方式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，安全可靠，不消耗廠用電，運(yùn)行維護(hù)方便，是目前應(yīng)用最普遍的一種疏水方式。但由于疏水進(jìn)入低一級加熱器中要釋放熱能，排擠部分低壓抽汽，使回?zé)岢槠谄啓C(jī)中的做功減少。為維持功率不變，需使進(jìn)入凝汽器的流量增加，提高了冷源損失，降低了機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性。

圖1　逐級自流疏水方式

疏水泵疏水方式是利用疏水泵將疏水直接送入該加熱器出口的主凝結(jié)水管道中。這種疏水方式將疏水和主凝結(jié)水混合，減少了該加熱器的出口端差，其熱經(jīng)濟(jì)性僅次于采用混合式加熱器系統(tǒng)。但這種疏水方式設(shè)有疏水泵，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，安全可靠性低，消耗廠用電。實(shí)際中，將疏水泵設(shè)置在疏水量比較大的末級或次末級，而其余加熱器疏水均采用逐級自流方式，如圖2所示。

圖2　末級加熱器采用疏水泵疏水方式的回?zé)嵯到y(tǒng)

2回?zé)嵯到y(tǒng)噴射泵疏水方式

2.1噴射泵的工作原理

噴射泵是利用具有一定壓力的工作流體引射另一種流體的設(shè)備，主要由工作噴嘴、吸入室、混合室和擴(kuò)壓室等幾部分組成[3]，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3　噴射泵結(jié)構(gòu)

工作流體經(jīng)噴嘴形成高速射流噴入吸入室，壓力降低至吸入壓力，壓力能轉(zhuǎn)換為動能，在噴嘴出口形成流速較高的射流。由于射流質(zhì)點(diǎn)的橫向紊動和擴(kuò)散作用，與周圍的介質(zhì)進(jìn)行動量交換并將其帶走，使吸入室壓力降低，從而將被引射流體吸入?；旌鲜业淖饔檬鞘沽黧w充分地進(jìn)行動量交換，以使其出口外的液流速度盡可能趨于均勻。擴(kuò)壓室是一段擴(kuò)張的錐管，可使液流流速降低，壓力升高，將動能轉(zhuǎn)換為壓力能。

2.2回?zé)嵯到y(tǒng)疏水采用噴射泵方式

高壓加熱器疏水采用噴射泵疏水方式的回?zé)嵯到y(tǒng)，如圖4所示，低壓加熱器疏水仍采用逐級自流疏水方式。噴射泵引射j級加熱器疏水，工作流體為j級加熱器出口部分給水，經(jīng)噴射泵抽吸混合后進(jìn)入相鄰的高一級加熱器，H3#高壓加熱器的疏水經(jīng)疏水泵引入給水管道中。這種疏水方式使疏水進(jìn)入高一級加熱器，排擠了部分高壓抽汽，使高壓蒸汽在汽輪機(jī)中的做功增加，可提高機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性。

圖4　高壓加熱器采用噴射泵疏水方式的回?zé)嵯到y(tǒng)

低壓加熱器疏水采用噴射泵疏水方式的回?zé)嵯到y(tǒng)，如圖5所示，高壓加熱器疏水仍采用逐級自流疏水方式，H5#低壓加熱器的疏水經(jīng)疏水泵引入除氧器中。

圖5　低壓加熱器采用噴射泵疏水方式的回?zé)嵯到y(tǒng)

2.3采用噴射泵疏水方式機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)計(jì)算

參考圖4和圖5，以j級加熱器(采用噴射泵加熱器)為例，計(jì)算該級加熱器的抽汽流量。

抽吸第(j+1)級加熱器的疏水Ds(j+1)需工作流體的流量為

(1)

式(1)中，μj為噴射系數(shù)[4]。

進(jìn)入第j級加熱器的疏水流量為

Dd(j+1)=Dp(j+1)+Ds(j+1)

進(jìn)入第j級加熱器的給水流量為

Dwj=Dw(j+1)+Dp(j+1)

(2)

第j級加熱器的抽汽量為

(3)

式(3)中，τwj為給水在第j級加熱器中的焓升，γj為疏水在第j級加熱器的放熱量，qj為抽汽在第j級加熱器的放熱量。

第j級加熱器的抽汽份額為

(4)

式(4)中，D0為主蒸汽流量。

汽輪機(jī)組主要熱經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)考核值為熱耗率，它的高低可以直接反應(yīng)汽輪機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性的好壞。

凝汽式汽輪機(jī)組的電功率為

ΔHiηmηg/3 600

(5)

式(5)中，αsgi為蒸汽在汽輪機(jī)內(nèi)膨脹時(shí)第j段軸封及門桿漏汽份額；αrh為再熱蒸汽份額；Yj為蒸汽在汽輪機(jī)內(nèi)膨脹時(shí)第j段抽汽作功不足系數(shù)；Ysgi為蒸汽在汽輪機(jī)內(nèi)等熵膨脹時(shí)第j段軸封及門桿漏汽作功不足系數(shù)；ΔHi為汽輪機(jī)的有效焓降；z為加熱器的級數(shù)；z1為軸封漏汽段數(shù)。

汽輪機(jī)組熱耗率為

上式中，Dfw、Drh、Djw分別為給水流量、再熱蒸汽流量、再熱器減溫水流量；h0、hfw、hr、hjw為分別主蒸汽焓值、給水焓、再熱蒸汽焓值、減溫水焓值；qrh為蒸汽在再熱器里的吸熱量。

全廠熱效率為

(6)

煤耗率為

(7)

3實(shí)例計(jì)算

以哈爾濱汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的600 MW超臨界機(jī)組為例，對回?zé)嵯到y(tǒng)進(jìn)行抽汽份額和熱經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)的計(jì)算，計(jì)算過程中回?zé)嵯到y(tǒng)采用了4種不同的疏水方式，分別為：

方案1：回?zé)峒訜崞鞫疾捎檬杷鸺壸粤鳎?/p>

方案2：高壓加熱器采用逐級自流，低壓加熱器采用噴射泵；

方案3：高壓加熱器采用噴射泵，低壓加熱器采用疏水逐級自流；

方案4：各加熱器都采用噴射泵。

計(jì)算結(jié)果如表1、表2所示。

從表1可以看出，回?zé)嵯到y(tǒng)高壓加熱器疏水采用噴射泵疏水方式與采用逐級自流方式相比，抽汽份額減小，排擠高壓抽汽，機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性提高；低壓加熱器疏水采用噴射泵疏水方式與逐級自流疏水方式相比，抽汽份額基本都減小，只有最末級抽汽份額增加。

從表2可以看出，加熱器疏水全部采用噴射泵疏水方式時(shí)熱經(jīng)濟(jì)性最高，而高壓加熱器疏水采用噴射泵疏水方式的機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性高于低壓加熱器疏水采用噴射泵疏水方式，疏水采用逐級自流方式的熱經(jīng)濟(jì)性最低。

同時(shí)，從表2中還可看出，低壓加熱器疏水采用噴射泵疏水方式與疏水采用逐級自流相比，熱耗率降低42.29 kJ/(kW·h)，節(jié)煤量為1.59 g/(kW·h)；高壓加熱器疏水采用噴射泵疏水方式時(shí)，熱耗率可降低54.81 kJ/(kW·h)，節(jié)煤量為2.07 g/(kW·h)，若年發(fā)電量為30億kW·h，則一年可節(jié)約煤量為6 210 t。

表1　某600 MW超臨界機(jī)組采用不同

與高壓加熱器采用噴射泵疏水方式相比，加熱器疏水全部采用噴射泵疏水方式時(shí)的熱耗率僅降低8.08 kJ/(kW·h)，每發(fā)一度電可節(jié)煤0.3 g，但由于系統(tǒng)復(fù)雜且造價(jià)高，所以不推薦采用。

4結(jié)論

1)汽輪機(jī)組熱耗率是評價(jià)機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性高低的主要指標(biāo)。為降低機(jī)組熱耗率，將噴射泵應(yīng)用于汽輪機(jī)組回?zé)嵯到y(tǒng)中的部分加熱器上，并以哈爾濱汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的600 MW超臨界機(jī)組為例，進(jìn)行了計(jì)算，對不同方案熱經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)進(jìn)行了比較。

表2　某600 MW超臨界機(jī)組采用不同疏水方式回?zé)嵯到y(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)

2)計(jì)算結(jié)果表明，回?zé)嵯到y(tǒng)加熱器疏水全部采用噴射泵疏水方式熱經(jīng)濟(jì)性最高，而高壓加熱器疏水采用噴射泵疏水方式的機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性位居第二，疏水采用逐級自流方式的熱經(jīng)濟(jì)性最低。

3)與加熱器疏水全部采用逐級自流相比，低壓加熱器疏水采用噴射泵疏水方式時(shí)的熱耗率降低42.29 kJ/(kW·h)，節(jié)煤量為1.59 g/(kW·h)；高壓加熱器疏水采用噴射泵疏水方式時(shí)，熱耗率可降低54.81 kJ/(kW·h)，節(jié)煤量為2.07 g/(kW·h)，若年發(fā)電量為30億kW·h，則一年可節(jié)約煤量為6 210 t。

4)與高壓加熱器疏水采用噴射泵疏水方式相比，回?zé)峒訜崞魇杷坎捎脟娚浔檬杷绞降臒岷穆蕛H降低8.08 kJ/(kW·h)，但由于系統(tǒng)復(fù)雜、改造費(fèi)用高，所以不推薦采用。

參考文獻(xiàn)

[1]張瑞青，王雷，王汝武.采用噴射泵疏水方式的回?zé)嵯到y(tǒng)熱經(jīng)濟(jì)性分析[J].汽輪機(jī)技術(shù)，2011，53(3)：179-182.

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[4]Е Я 索科洛夫，Н М 津格爾.噴射器[M].黃秋云，譯.北京：科學(xué)出版社，1977.

(責(zé)任編輯張凱校對佟金鍇)

Improvement on Regenerative System Hydrophobic Mode of 600 MW Ultra-supercritical Unit

ZHANG Rui-qing,YANG Qian-yu,ZHANG Zi-qi,WANG Ai-chen

(School of Energy and Power Engineering,Shenyang Institute of Engineering,Shenyang 110136,Liaoning province)

Abstract：Heat consumption rate of steam turbine unit is an index evaluating the heat economy of the power unit.A drain method using water jet pump was put forward for reducing heat consumption rate,and a calculation model of hot economic indicators about using a new drain method was built.Taking one 600MW turbine unit as an example,which was manufactured by Harbin steam turbine factory,the hot economic indicator was calculated under the different ways of hydrophobic.The results show that heat consumption rate of steam turbine unit with the drain method of water jet pump is lower than the drain method of flow automatically through each stage,and high pressure heater drain way with water jet pump is worth promoting.

Key words：Ultra-supercritical unit; regenerative system; drain way; water jet pump; heat consumption rate

中圖分類號：TM621

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1673-1603(2016)02-0113-05

DOI：10.13888/j.cnki.jsie(ns).2016.02.004

作者簡介：張瑞青(1975-),女，山西大同人，講師，碩士。

基金項(xiàng)目：沈陽工程學(xué)院大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目(201511632122)

收稿日期：2016-03-30