基于等效焓降法的高加疏水改造分析

吳　揚(yáng)，李彬芝，施佳成，謝海念

(華能南京金陵發(fā)電廠，南京　210034)

基于等效焓降法的高加疏水改造分析

吳揚(yáng)，李彬芝，施佳成，謝海念

(華能南京金陵發(fā)電廠，南京210034)

摘要：金陵電廠高加疏水系統(tǒng)采用逐級(jí)自流的方式，三號(hào)高加的正常疏水流至除氧器加熱凝水，旨在闡述三號(hào)高加正常疏水疏至除氧器出口直接加熱給水的系統(tǒng)改造分析。THA工況下通過熱平衡計(jì)算出三號(hào)高加減少的抽汽量及除氧器增加的抽汽量，由于兩股抽汽熱品質(zhì)不同，結(jié)合等效焓降法，計(jì)算出改造后汽輪機(jī)等效焓降的增加值，從而折算成標(biāo)準(zhǔn)煤耗下降值，得出改造后的經(jīng)濟(jì)收益。

關(guān)鍵詞：疏水改造；熱平衡；等效焓降；熱耗率；標(biāo)準(zhǔn)煤耗

金陵電廠汽輪機(jī)是上海汽輪機(jī)有限公司引進(jìn)德國(guó)西門子技術(shù)生產(chǎn)的1 030MW超超臨界汽輪發(fā)電機(jī)組，型號(hào)為N1030-26.25/600/600(TC4F)，回?zé)嵯到y(tǒng)采用3臺(tái)高壓加熱器、1臺(tái)除氧器、4臺(tái)低壓加熱器組成。高加疏水系統(tǒng)采用逐級(jí)自流的方式，三號(hào)高加正常疏水至除氧器，在除氧器內(nèi)與凝結(jié)水及加熱蒸汽混合加熱后進(jìn)入給水泵。根據(jù)高壓蒸汽少抽、低壓蒸汽多抽的基本原則，本文分析了將三號(hào)高加的正常疏水改接至除氧器出口，以減少三抽抽汽量、增加四抽抽汽量，達(dá)到提高機(jī)組效率的經(jīng)濟(jì)性及可行性。

汽輪機(jī)熱力計(jì)算通常采用熱平衡法，該方法對(duì)熱耗的計(jì)算準(zhǔn)確性高，但對(duì)熱力系統(tǒng)局部的改造計(jì)算，需要的數(shù)據(jù)太多，繁雜又不明了。等效焓降法適用于熱力系統(tǒng)的局部定量計(jì)算，該方法只研究與熱力系統(tǒng)有變化的部分，并且計(jì)算結(jié)果與熱平衡計(jì)算基本相同。本文試著用等效焓降法對(duì)三號(hào)高加疏水改造前后的熱力系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算分析，定量改造之后經(jīng)濟(jì)效益的提高。

1三號(hào)高加疏水改造前后的熱平衡計(jì)算

前提計(jì)算工況保證：保證除氧器出口溫度(考慮除氧效果)；保持三號(hào)高加進(jìn)口流量不變(給水流量不變)；三號(hào)高加出口溫度不變。

圖1所示為高加疏水改接至除氧器出口、給泵前置泵入口的原則性示意圖，由圖可知除氧器內(nèi)四抽加熱凝水并混合后再與三號(hào)高加疏水混合，最終的混合點(diǎn)在除氧器的出口管路上。

圖1　三號(hào)高加疏水改造示意圖

高加系統(tǒng)熱平衡計(jì)算的參數(shù)中的已知項(xiàng)由金陵電廠汽輪機(jī)THA工況下熱平衡圖中查得參數(shù)如下：T3(三號(hào)高加出口給水焓)942.30kJ/kg，T4(三號(hào)高加進(jìn)口給水焓)814.10kJ/kg，T(除氧器出口焓值)772.8kJ/kg，T5(五號(hào)低加出口給水焓)652.00kJ/kg，h3(三號(hào)高加抽汽焓值)3 386.60kJ/kg，h4(除氧器抽汽焓值)3 187.40kJ/kg，hj3(三號(hào)高加疏水焓值)824.20kJ/kg，Dgs(主給水流量)2 930.00t/h，P3(三抽壓力)2.21MPa，P4(除氧器壓力)1.09MPa，Pgs3(三號(hào)高加進(jìn)水壓力)32.63MPa，t給泵(給泵溫升)6℃，De1(1抽流量)142.27t/h，De2(2抽流量)311.4t/h，De3(3抽流量)121.76t/h，De4(4抽流量)99.25t/h。

混合點(diǎn)的焓值：

混合點(diǎn)的壓力：

P混=P4+ΔH=1.19 MPa

由h混、P混查表得混合點(diǎn)處溫度：

t混=184.81℃

改造后三號(hào)高加進(jìn)口水溫：

t3進(jìn)口=t混+t給泵=190.81℃

由t3進(jìn)口、Pgs3查表得：

改造后三抽流量：

×(hj2-hj3)]/(h3-hj3)=108.27 t/h

改造后四抽流量：

(T-T5)/(h4-T5)=113.7 t/h

(3)改造后三抽流量減少值ΔDe3、四抽流量增加值ΔDe4計(jì)算

三抽流量減少值：

四抽流量增加值：

2金陵電廠回?zé)峒訜崞鞯刃ъ式礖j及抽汽效率ηj計(jì)算

2.1等效焓降概念簡(jiǎn)介

等效焓降法是基于熱力學(xué)的熱功轉(zhuǎn)換原理，考慮到設(shè)備質(zhì)量、熱力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和參數(shù)的特點(diǎn)，經(jīng)過嚴(yán)密地理論推演，導(dǎo)出幾個(gè)熱力分析參量Hj及等ηj，用以研究熱功轉(zhuǎn)換及能量利用程度的一種方法。汽輪機(jī)回?zé)岢闊嵯到y(tǒng)示意圖見圖2。

圖2　汽輪機(jī)回?zé)岢槠到y(tǒng)示意圖

對(duì)于回?zé)崾狡啓C(jī)，1kg新蒸汽作功：

H=(h0=hn)-α1×(h1-hn)-…αs×

式中yr——抽汽做功不足系數(shù)。

yr=(hr-hn)/(h0-hn)

(1)

2.2抽汽的等效焓降Hj及抽汽效率ηj的計(jì)算簡(jiǎn)介

抽汽的等效焓降Hj的計(jì)算公式為：

式中Ar——取γr或者Γr，視加熱器型式而定；

γ——加熱器j后更低壓力抽汽口腳碼；

γr——即此加熱器疏水放熱；

Γr——即此加熱器給水吸熱；

hj——即此加熱器的抽汽焓；

hn——低壓缸排汽焓；

qr——即此加熱器抽汽放熱。

如果j加熱器為匯集式加熱器，則Ar均以Γr代之，如果j為疏水式加熱器，則從j以下指導(dǎo)(包括)匯集式加熱器用γr代替Ar，而在匯集式加熱器以下，無論是匯集式加熱器或是疏水式放流式加熱器，則一律以Γr代替Ar。需要特別指出金陵電廠除了除氧器為匯集式加熱器以外，6號(hào)低加帶低加疏水泵也按匯集式加熱器處理。

各級(jí)抽汽等效焓降Hj算出后，按做功與加入熱量之比，可得到相應(yīng)的抽汽效率ηj=Hj/qj。

2.3金陵電廠抽汽的等效焓降Hj的計(jì)算

由公式可以計(jì)算出：

8號(hào)低加：H8=165.593 0kJ/kg；

7號(hào)低加：H7=291.504 1kJ/kg；

6號(hào)低加：H6=507.677 5kJ/kg；

5號(hào)低加：H5=652.493 7kJ/kg；

除氧器：H4=782.991 3kJ/kg；

三號(hào)高加：H3=930.0270kJ/kg。

3三號(hào)高加疏水改造后的發(fā)電煤耗及經(jīng)濟(jì)收益

3.1三號(hào)高加疏水改造后的發(fā)電煤耗變化

汽輪機(jī)等效焓降的增加值：

ΔH=ΔDe3×H3-ΔDe4×H4=513.7 kW

考慮到汽輪發(fā)電機(jī)的機(jī)電效率0.99，即對(duì)于THA工況下改造前發(fā)P=1 030 000kW的電量改造后可以多發(fā)ΔP=513.7×0.99=508.6kW的電量。

供電煤耗的收益：假設(shè)改造前的發(fā)電煤耗為B1=285g/kW·h，改造后的煤耗為：

B2=B1×P/(P+ΔP)=284.86 g/kW·h

則ΔB=B1-B2=0.14 g/kW·h

3.2三號(hào)高加疏水改造后經(jīng)濟(jì)收益

按機(jī)組年利用6 000h，標(biāo)煤煤價(jià)650元/噸計(jì)算，一臺(tái)機(jī)組年收益為：G=0.14×6 000×1 030×650/1 000=562 380元

4三號(hào)高加疏水改造至除氧器出口處的可行性分析

4.1三號(hào)高加疏水改造至給泵前置泵入口的可行性分析

改造前金陵電廠給泵前置泵的入口溫度在THA工況下時(shí)為182.2℃，查運(yùn)行規(guī)程可知此時(shí)給泵前置泵的有效汽蝕余量為8.6m，必須汽蝕余量為4.5m。

改造后混合點(diǎn)的溫度變?yōu)?84.81℃，此溫度對(duì)應(yīng)的飽和壓力為1.118 5MPa，比原來182.2℃對(duì)應(yīng)的飽和壓力1.054 4MPa高0.064 1MPa，即6.4m水柱的壓力，此時(shí)如果三號(hào)高加疏水回前置泵進(jìn)口，前置泵有效汽蝕余量將從8.6m降為2.2m，低于前置泵的必須汽蝕余量，前置泵存在汽蝕的可能。

4.2三號(hào)高加疏水改造至給泵前置泵出口的可行性分析

針對(duì)前述給泵前置泵容易發(fā)生汽蝕的情況，做出以下的改進(jìn)。一種方法是降低給泵前置泵的轉(zhuǎn)速，但此種方法需要改變小機(jī)變速箱內(nèi)的結(jié)構(gòu)，另外前置泵的出口壓力也會(huì)降低，從而影響到主泵的運(yùn)行，容易造成主泵的汽蝕。第二種方法是將三號(hào)高加的疏水改造至給泵前置泵的出口處，這種方法不會(huì)降低前置泵的出口壓力，由于主泵有效汽蝕大，也不會(huì)影響主泵的運(yùn)行，但由于前置泵出口壓力比三號(hào)高加疏水壓力略高，需要加上一臺(tái)水泵升壓后將疏水打入前置泵的出口管道中，與低加疏水泵相對(duì)應(yīng)稱此泵為高加疏水泵。下面就此種方法加以具體說明。

如圖3所示為三號(hào)高加疏水改接至給泵前置泵出口的示意圖，THA時(shí)給泵前置泵的出口壓力為1.985MPa。改接至前置泵出口處，及汽機(jī)房17m層，三號(hào)高加的疏水壓力為1.19MPa。考慮到疏水點(diǎn)比混合點(diǎn)高5m，泵的揚(yáng)程系數(shù)為1.2，則所選取的高加疏水泵的揚(yáng)程為:

H=1.2×(198.5-119-5)=89.4m。

圖3　三號(hào)高加疏水改接至給泵前置泵出口示意圖

金陵電廠高加系統(tǒng)雙列布置，改造中，單側(cè)高加疏水回收至相應(yīng)給泵前置泵的出口管路。改造后單列高加的疏水流量為292t/h，流量的裕度選用1.1，則單臺(tái)高加疏水泵的額定流量為

Q=292×1.1=321.2t/h

假設(shè)泵的效率為0.9，則選用的高加疏水泵的功率為：

P=HQg/(3.6×0.9)=86.8kW

選用的電動(dòng)機(jī)的功率儲(chǔ)備系數(shù)設(shè)為1.2，應(yīng)選用功率為104kW的電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)的開關(guān)可以設(shè)在汽機(jī)PC段上。

依然假設(shè)機(jī)組年利用小時(shí)數(shù)為6 000h，當(dāng)2臺(tái)高加疏水泵同時(shí)滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，其功率消耗為2×86.8=173.6kW。高加疏水改造機(jī)組多做的508.6kW的功其中有173.6kW用于高加疏水泵的能耗上，即在發(fā)1 030額定負(fù)荷時(shí)多發(fā)了335kW的電，煤耗降低值修正為ΔB2=285-285×1 030/(1 030+0.335)=0.093g/kW·h，經(jīng)濟(jì)效益修正為0.093×6 000×1 030×650/1 000=373 581元/(臺(tái)·年)。

假設(shè)設(shè)備采購(gòu)及系統(tǒng)改造的一次性投資為140萬元，加上運(yùn)行維護(hù)的成本，預(yù)計(jì)4年的時(shí)間能收回成本。

5結(jié)語

綜上所述，將高加的疏水改接至除氧器的出口，可以減少三抽抽汽量，增加四抽的抽汽量，使汽輪機(jī)的等效焓降增加，可以降低發(fā)電機(jī)的供電煤耗0.14g/kW·h，每年產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益562 380元。但是將高加疏水自流入給泵前置泵的入口會(huì)造成前置泵的汽蝕，影響安全。而將高加疏水通過高加疏水泵打入前置泵的出口管路中不會(huì)影響汽泵及其前置泵的運(yùn)行，但需要增加高加疏水泵，每年可產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益將為373 581元/(臺(tái)·年)，考慮到設(shè)備改造及新加的疏水泵與閥門等成本，需要4年的時(shí)間收回成本。

由上述的計(jì)算分析可以看出，采用等效焓降的方法在對(duì)局部改造進(jìn)行計(jì)算時(shí)，計(jì)算簡(jiǎn)單明了，對(duì)機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的分析也有一定的準(zhǔn)確性。但由于計(jì)算的過程中假設(shè)了除氧器出口溫度、三號(hào)高加進(jìn)口流量以及三號(hào)高加出口溫度的條件不變，最終的結(jié)果與實(shí)際值存在誤差，不過誤差不大，可以接受?？傊?，對(duì)高加疏水的改造在降低機(jī)組煤耗上是存在積極意義的。

(本文編輯：嚴(yán)加)

High Hydrophobic Modification Analysis Based on the Equivalent Enthalpy Drop Method

WU Yang, Li Bin-zhi, SHI Jia-cheng, XIE Hai-nian

(HuanengNanjingJinlingElectricPowerPlant,Nanjing210034,China)

Abstract:The gravity flow method is applied to the high hydrophobic system in Jinling Power Plant. The No. 3 normal high hydrophobic flows to the deaerator heating condensate. This research aims to analyze the system modification for directly heating supply water with the No. 3 normal high hydrophobic flowing to deaerator outlet. Under THA working condition, the rerduced extraction flow of No. 3 high hydrophobic and the increased extraction flow of the deaerator are calculated through heat balance. Due to the different extraction flow heat quality, the equivalent enthalpy drop method is combined to calculate the added value of modified turbine equivalent enthalpy drop, so as to be converted into the standard coal consumption decreased value, and obtain the economic benefits after transformation.

Key words:hydrophobic modification; heat balance; equivalent enthalpy drop; heat loss rate; standard coal consumption

DOI：10.11973/dlyny201603025

作者簡(jiǎn)介：吳揚(yáng)(1963)，男，高級(jí)工程師，總經(jīng)理，從事電廠技術(shù)管理工作。

中圖分類號(hào)：TM621

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：2095-1256(2016)03-0367-04

收稿日期：2016-02-23