二次再熱機(jī)組回?zé)嵯到y(tǒng)設(shè)計研究

王亞軍，朱佳琪，李 林，陳仁杰

華東電力設(shè)計院有限公司，上海 200063）

二次再熱機(jī)組回?zé)嵯到y(tǒng)設(shè)計研究

王亞軍，朱佳琪，李 林，陳仁杰

華東電力設(shè)計院有限公司，上海 200063）

本文介紹二次再熱機(jī)組回?zé)嵯到y(tǒng)的配置方案研究，以及回?zé)嵯到y(tǒng)的基本參數(shù)對機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性的影響。

二次再熱；回?zé)嵯到y(tǒng)；配置。

1　概述

超超臨界發(fā)電技術(shù)經(jīng)過幾十年的發(fā)展，已是成熟的先進(jìn)技術(shù)。在國家“十五”和“十一五”計劃期間，中國超超臨界潔凈煤發(fā)電技術(shù)迅速成熟并擴(kuò)大了應(yīng)用范圍。自2006年首臺百萬等級超超臨界機(jī)組投產(chǎn)以來，至2015年8月底，國內(nèi)已經(jīng)投產(chǎn)的同等容量等級超超臨界機(jī)組分別超過120臺和82臺（主要采用8級或9級），為我國大幅降低平均發(fā)電煤耗起到了重要作用，并使我國超超臨界發(fā)電技術(shù)水平跨入國際先進(jìn)行列，回?zé)嵯到y(tǒng)的選擇直接影響機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性。

熱力發(fā)電廠最基本的蒸汽動力循環(huán)是朗肯循環(huán)。朗肯循環(huán)熱效率低的主要原因是蒸汽吸熱過程的平均溫度較低，致使煙氣與蒸汽之間的換熱溫差較大，相應(yīng)做功能力損失較大。如采用回?zé)嵫h(huán)，利用已在汽輪機(jī)中做過功的蒸汽來加熱給水，以提高回?zé)嵫h(huán)的吸熱平均溫度，使循環(huán)熱效率提高。因此，選擇合適的回?zé)嵯到y(tǒng)設(shè)計方案，對機(jī)組和全廠的熱經(jīng)濟(jì)性起著決定性作用。影響汽輪機(jī)回?zé)嵯到y(tǒng)效率的基本參數(shù)有回?zé)峒墧?shù)、給水溫度、回?zé)犰式捣峙?、加熱器類型、加熱器端差和疏水收集方式、抽汽過熱度利用方式和抽汽管道壓降，它們都將影響到回?zé)徇^程的火用損，因而最終將影響汽輪機(jī)的熱耗率。

本文主要研究1000MW二次再熱機(jī)組的汽輪機(jī)回?zé)嵯到y(tǒng)的配置方案。

2　國際上二次再熱機(jī)組回?zé)嵯到y(tǒng)的配置

據(jù)不完全統(tǒng)計，全世界至少有52臺二次再熱超超）臨界機(jī)組投入運(yùn)行。其中德國共投運(yùn)11臺二次再熱超超）臨界機(jī)組，其中1臺機(jī)組為燃油和天然氣鍋爐，8臺機(jī)組為燃煤鍋爐；美國共投運(yùn)23臺二次再熱超超）臨界機(jī)組，其中5臺機(jī)組為燃重油鍋爐，2臺機(jī)組為燃油和天然氣鍋爐，其它16臺為燃煤鍋爐；日本共投運(yùn)13臺二次再熱超超）臨界機(jī)組，其中11臺機(jī)組為燃重油鍋爐，2臺機(jī)組為天然氣鍋爐；另外丹麥分別有兩臺二次再熱超超臨界機(jī)組，分別為1臺燃煤機(jī)組和1臺天然氣機(jī)組。

近20年來，只有1989年東芝2臺31 MPa/566℃，以及1998年丹麥Nordjylland電廠2臺29 MPa/582℃機(jī)組，機(jī)組參數(shù)見表1。

表1　最近投運(yùn)的國外二次再熱機(jī)組參數(shù)

（1）丹麥Nordjylland電廠#3機(jī)組位于丹麥Aalborg附近，屬于丹麥Vattenfall公司。該電廠于1992年開始建設(shè)，1998年竣工，除了提供電力外，還為當(dāng)?shù)毓帷?/p>

①機(jī)組熱效率

發(fā)電效率不供熱時）47%

供電效率不供熱時） 44.4%

熱電聯(lián)產(chǎn)效率 90%

②汽機(jī)主要參數(shù)

制造廠：GEC ALSTOM高壓缸、中壓缸為英國生產(chǎn)，低壓缸為法國生產(chǎn)）

型式：超超臨界兩次再熱，五缸四排汽：超高壓缸VHP）、高壓缸HP）/中壓0缸IP0）合缸，中壓1缸IP1）/中壓2缸IP2）合缸，2個低壓缸LP）

機(jī)組容量：340 / 411MW

機(jī)組供熱：420 / 0 MJ/s

主汽壓力：28.5 MPa

一次高溫再熱蒸汽壓力：7.4 MPa

二次高溫再熱蒸汽壓力：1.9MPa

主汽溫度：580℃

一次高溫再熱蒸汽溫度：580℃

二次高溫再熱蒸汽溫度：580℃

Nordjylland電廠#3機(jī)組原則性熱力系統(tǒng)圖見圖1。

圖1　Nordjylland電廠#3機(jī)組原則性熱力系統(tǒng)圖

③該工程二次再熱汽輪機(jī)回?zé)嵯到y(tǒng)特點

二次再熱，采用2高3中4低1除氧共10級回?zé)?，其?號高加采用1級外置式串聯(lián)蒸汽冷卻器；#7加熱器采用混合式，降低傳熱端差，提高機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性；低壓加熱器疏水設(shè)疏水泵；回收所有部件冷卻器的熱量。

（2）日本川越電廠1、2號機(jī)組是當(dāng)時作為世界上首臺大容量超超臨界壓力機(jī)組而設(shè)計、制造的。自1987年7月開工以來，經(jīng)過安裝和調(diào)整，于1988年11月鍋爐點火，1989年正式投入商業(yè)運(yùn)行。機(jī)組的主要設(shè)備參數(shù)見表2。

表2　日本川越電廠1、2號機(jī)組的主要設(shè)備參數(shù)

其中，汽輪機(jī)為超高壓缸（主蒸汽） 和高壓缸（一次再熱蒸汽） 部分合缸布置在同一缸內(nèi)，并采用1只雙流構(gòu)造的中壓缸（二次再熱蒸汽） 和2 只低壓缸。與現(xiàn)有的常規(guī)超超臨界、一次中間再熱機(jī)組一樣由4 缸組成，由于采用合缸技術(shù)，非常好地解決了當(dāng)時汽輪機(jī)軸系的長度限制問題。不過由于只有4缸，汽輪機(jī)抽汽數(shù)量有限，因此川越電廠汽輪機(jī)回?zé)嵯到y(tǒng)采用了常規(guī)的3高4低1除氧的配置。東芝公司的二次再熱汽輪機(jī)結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2　TOSHIBA東芝）700MW二次再熱汽輪機(jī)結(jié)構(gòu)圖

3　二次再熱回?zé)嵯到y(tǒng)配置

3.1回?zé)嵯到y(tǒng)的技術(shù)規(guī)范

影響汽輪機(jī)回?zé)嵯到y(tǒng)效率的基本參數(shù)有回?zé)峒墧?shù)、給水溫度、回?zé)犰式捣峙?、加熱器類型、加熱器端差和疏水收集方式、抽汽過熱度利用方式和抽汽管道壓降，它們都將影響到回?zé)徇^程的火用損，因而最終將影響汽輪機(jī)的熱耗率。

3.1.1回?zé)峒墧?shù)的確定原則

在采用回?zé)嵫h(huán)的發(fā)電廠，影響抽汽回?zé)嵯到y(tǒng)熱經(jīng)濟(jì)性的主要因素有：回?zé)峤o水總焓升溫升）在各加熱器間的加熱分配、鍋爐最佳給水溫度、回?zé)峒訜峒墧?shù)，三者之間緊密聯(lián)系，互有影響。圖3為機(jī)組熱效率增量、給水溫度與回?zé)峒墧?shù)的關(guān)系。

圖3　回?zé)峒墧?shù)、給水溫度與機(jī)組熱效率

由圖3可知，當(dāng)給水溫度一定時，隨著回?zé)峒墧?shù)的增加，回?zé)岢槠淖龉υ黾?，附加冷源熱損失減少，汽輪機(jī)絕對內(nèi)效率將增加。理論上，給水回?zé)岬募墧?shù)越多，汽輪機(jī)的熱循環(huán)過程就越接近卡諾循環(huán)，循環(huán)效率就越高，但加熱級數(shù)增加時，熱效率的增長逐漸放慢，相對得益不多，運(yùn)行也更加復(fù)雜。

因此，在選擇回?zé)峒訜峒墧?shù)時，需要考慮以下因素。

（1）取決于汽輪機(jī)本體結(jié)構(gòu)，要求本體結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)。

（2）按等焓溫升原則布置回?zé)岢槠?，同時考慮在合適的級別抽取回?zé)帷?/p>

（3）不同回?zé)峒墧?shù)的其給水溫度要求，存在一個最佳給水溫度，從而使得汽輪機(jī)內(nèi)效率提高到最高；綜合考慮鍋爐和汽輪機(jī)的設(shè)計，使全廠效益最大化，合理確定給水溫度。

（4）對于一定的給水溫度，存在一個最佳回?zé)峒墧?shù)，使得汽輪機(jī)汽輪機(jī)內(nèi)效率提高到最大值?？紤]到增加一級加熱器所增加設(shè)備投資費用，所增加的費用應(yīng)當(dāng)能從節(jié)約燃料的收益中得到補(bǔ)償，同時還要盡量避免發(fā)電廠的熱力系統(tǒng)過于復(fù)雜，以保證運(yùn)行的可靠性。

（5）在抽汽級數(shù)一定的情況下，高加個數(shù)和低加個數(shù)的分配對汽機(jī)熱耗影響很小，因此，高加和低加的個數(shù)，主要取決于除氧器抽汽口的位置，結(jié)合等焓溫升，綜合考慮。

3.1.2回?zé)峒墧?shù)選擇

目前，已投運(yùn)的1000MW級一次再熱超超臨界機(jī)組的回?zé)峒墧?shù)為8級，與超臨界機(jī)組相同，但與超臨界機(jī)組相比，給水溫度提高了10多度，加熱器傳熱溫差增加，在一定程度上犧牲了熱效率。隨著我國能源政策以及節(jié)能減排要求的日益推進(jìn)，國內(nèi)開展了超超臨界一次再熱機(jī)組9級回?zé)岢槠难芯坎⑷〉昧溯^大進(jìn)展，已經(jīng)在最近一些正在施工的機(jī)組上得到應(yīng)用。

與一次再熱機(jī)組相比，二次再熱的最高給水溫度提高了將近30℃，至少應(yīng)增加一級抽汽，而汽缸個數(shù)的增加也為增設(shè)回?zé)岢槠谔峁┝擞欣麠l件。經(jīng)過咨詢?nèi)髣恿S及國外主要制造商，按其1000MW級二次再熱機(jī)組的汽輪機(jī)結(jié)構(gòu)，結(jié)合依托示范工程的技術(shù)條件，二次再熱機(jī)組可選用9級，10級，11級回?zé)嵯到y(tǒng)。以下為二次再熱工程不同回?zé)峒墧?shù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)對比見表3。

表3　不同回?zé)峒墧?shù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)對比

從表3可以看出，每增加一級回?zé)岢槠玫降氖找骐S著回?zé)峒墧?shù)增加下降，收益增加值越小。從9級回?zé)岬?0級回?zé)幔瑹岷慕档洼^多，收益較大，其增量投資回收時間短，具有明顯效果。

而從10級增加到11級，則收益有所減小。如以10級為基準(zhǔn)，考慮11級增量的投資回收期，靜態(tài)為1840-400）/（433.5-293.25）=10.2年，動態(tài)投資回收期為13.9年，已經(jīng)很不經(jīng)濟(jì)。

且考慮到11級回?zé)岢槠柙谄麢C(jī)超高壓缸體開孔，缸體受力復(fù)雜，同時使得抽汽、疏水系統(tǒng)更加復(fù)雜，綜合比較投入與收益，設(shè)備本體的結(jié)構(gòu)等可以得出，對于二次再熱機(jī)組，回?zé)峒墧?shù)宜設(shè)置為10級。

10級回?zé)岱桨赣?級高加1級除氧5級低加（簡稱415）、5級高加1級除氧4級低加（簡稱514）和3級高加3級中加3級低加1級除氧（簡稱3331）三個方案。第二個方案514設(shè)置5級高加時，每級高加間的溫升太小，才11℃左右，經(jīng)濟(jì)性不明顯；且抽汽口間距太近，對汽機(jī)本體結(jié)構(gòu)也有影響；第三個方案3331，案采用3級高加3級中加1級除氧3級低加時，雖然熱耗有所下降，但系統(tǒng)比較復(fù)雜，需要設(shè)置兩臺混合式加熱器，廠用電增加，與國內(nèi)通常的方案區(qū)別較大；第一個方案415，采用4級高加1級除氧5級低加時，溫升分配更均勻，熱耗收益適中，與國內(nèi)常規(guī)方案相似，更易推廣。

3.1.3回?zé)犰式捣峙?/p>

目前國內(nèi)三大動力廠汽輪機(jī)設(shè)計的均采用單軸五缸四排汽二次再熱汽輪機(jī)，汽輪機(jī)額定進(jìn)汽參數(shù)為31 MPa，同時主機(jī)模塊將采用現(xiàn)有成熟汽缸模塊，因此回?zé)犰式捣峙湟延善啓C(jī)本身結(jié)構(gòu)的特點根據(jù)汽輪機(jī)抽排）汽壓力基本確定。

目前，國內(nèi)三大主汽廠1000MW二次再熱機(jī)組回?zé)嵯到y(tǒng)推薦方案均為10級回?zé)嵯到y(tǒng)，且均采用4級高加1級除氧5級低加方案。

3.2加熱器類型對回?zé)峤?jīng)濟(jì)性的影響

加熱器類型有混合式和表面式兩類。就回?zé)峒訜崞鞅旧矶?，混合式加熱器由于汽水直接接觸傳熱，端差為零，能將水加熱到加熱蒸汽壓力所對應(yīng)的飽和溫度，熱經(jīng)濟(jì)性高于有端差的表面式加熱器。同時由于沒有金屬傳熱面，構(gòu)造簡單，在金屬耗量、制造、投資以及匯集各種汽、水流等方面都優(yōu)于表面式。

3.2.1混合式加熱器

在混合式加熱器由于加熱蒸汽與給水之間沒有傳遞端差，可以將給水加熱到加熱蒸汽壓力下的飽和溫度，因此，熱經(jīng)濟(jì)較好。同時由于沒有金屬傳熱面，構(gòu)造簡單，在金屬耗量、制造、投資以及匯集各種汽、水流等方面都優(yōu)于表面式。但混合式加熱器給水或凝結(jié)水與抽汽混合壓力受抽汽壓力制約，相應(yīng)混合式加熱器后要配置水泵對給水或凝結(jié)水進(jìn)行升壓，所組成的回?zé)嵯到y(tǒng)復(fù)雜。為保證系統(tǒng)的安全性，還要設(shè)置備用水泵和容積大且足夠高度的給水箱。

英國與前蘇聯(lián)兩國的某些800MW，1000MW大機(jī)組的低壓加熱器，部分或全部采用混合式。我國從前蘇聯(lián)引進(jìn)型機(jī)組如綏中電廠800MW）、田灣核電廠1000MW）等采用混合式低壓加熱器，能使熱效率提高0.03%～0.05%。綏中電廠凝結(jié)水原則性熱力系統(tǒng)圖見圖4。

對遼寧綏中電廠針對混合式低加的運(yùn)行可靠性做了專門的調(diào)研。根據(jù)調(diào)研結(jié)果，混合加熱器本體控制方面比表面式加熱器要簡單，沒有正常疏水調(diào)閥的控制，只需要監(jiān)視其水位、壓力、溫度就可以，同時沒有凝結(jié)水旁路，其運(yùn)行可靠性比表面式加熱器高。

同時，調(diào)研中了解到兩個混合式加熱器曾發(fā)生水位控制困難的問題，主要原因是該混合式加熱器為立式布置，因此水位波動比較大，不容易控制，后來運(yùn)行人員逐漸掌握其特性后才得以解決。

不過每個混合式加熱器后都必須配置泵，同時為保證泵的必需汽蝕余量以及負(fù)荷波動時要設(shè)一定儲量的水箱，這都將使回?zé)嵯到y(tǒng)和主廠房布置復(fù)雜化，投資和土建費用增加。

由于國內(nèi)電網(wǎng)調(diào)度的原因，新建超超臨界機(jī)組業(yè)主對于廠用電率指標(biāo)很重視，配置多級凝泵使得廠用電率增加，這是不利因素。因此對于采用多個加熱器組成的熱力系統(tǒng)來說，表面式除因有端差熱經(jīng)濟(jì)性低而外，在系統(tǒng)簡單性、運(yùn)行安全可靠性以及系統(tǒng)投資等方面要優(yōu)于混合式。因此自我國引進(jìn)美國、歐洲等西方大容量高參數(shù)機(jī)組時也跟隨了其流派，高低加采用表面式加熱器。

圖4　引進(jìn)前蘇聯(lián)技術(shù)的綏中電廠800MW機(jī)組#7、#8混合式低壓加熱器

3.2.2表面式加熱器

表面式加熱器通過金屬壁面加熱給水，因此存在傳熱端差，經(jīng)濟(jì)性較混合式加熱器略低。但是，表面式加熱器所組成的回?zé)嵯到y(tǒng)簡單，運(yùn)行安全可靠，所需要設(shè)置的水泵少，節(jié)省廠用電。因此自我國引進(jìn)美國、歐洲等西方大容量高參數(shù)機(jī)組時也按其技術(shù)流派，高、低加采用表面式加熱器。

綜上所述，考慮表面式和混合式加熱器的優(yōu)缺點，二次再熱工程推薦采用表面式加熱器。

3.3加熱器端差和抽汽管道壓降

加熱器端差越小，機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性越高，但設(shè)計時端差的減小，是以增大換熱面積和投資為代價的。大容量機(jī)組端差減小的效益大，一般選較小值。經(jīng)與汽機(jī)廠和高加廠交流，推薦二次再熱工程加熱器端差取值見表4。

表4　加熱器端差取值

抽汽管道壓降使該級抽汽利用時產(chǎn)生能量的貶值，增大上一級抽汽量而使回?zé)峤?jīng)濟(jì)性下降，對抽汽管道壓降影響最大的是抽汽管的介質(zhì)流速和局部阻力。抽汽管道的管徑通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較確定，抽汽管道壓降取值如下：

高壓抽汽管道壓降不大于抽汽壓力3%

低壓抽汽管道壓降不大于抽汽壓力5%

3.4疏水收集方式

對于表面式加熱器，疏水收集方式有兩種：一是利用相鄰加熱器汽側(cè)壓差，使疏水逐級自流的方式，高壓加熱器疏水逐級自流，最后進(jìn)入除氧器而匯于給水；低壓加熱器疏水逐級自流，最后進(jìn)入凝汽器熱井而匯于主凝結(jié)水。二是采用疏水泵，將疏水打入該加熱器出口處，由于這個匯入點的混合溫差最小，因此混合產(chǎn)生的附加冷源熱損失也最小。

因此在所有疏水收集方式中，疏水逐級自流的熱經(jīng)濟(jì)性最差，但可通過加裝外置式疏水冷卻器來加以改善，采用疏水泵方式熱經(jīng)濟(jì)性僅次于沒有疏水的混合式加熱器。不同疏水收集方式的熱經(jīng)濟(jì)變化為0.5%～0.15%，雖然疏水逐級自流方式的熱經(jīng)濟(jì)性最差，但由于系統(tǒng)簡單可靠、投資小、維護(hù)工作量小而被廣泛采用。二次再熱機(jī)組由于采用10級回?zé)?，低壓加熱器級?shù)比常規(guī)多，因此考慮為提升機(jī)組經(jīng)濟(jì)性和平衡系統(tǒng)可靠性，高壓加熱器疏水采用疏水逐級自流方式，低壓加熱器為減少大量疏水直接流入凝汽器增加冷源熱損失，采用疏水泵與疏水冷卻器組合的方式。

對于常規(guī)百萬超超臨界機(jī)組來說，國內(nèi)三大汽輪機(jī)廠由于引進(jìn)技術(shù)方的流派不同疏水收集方式也不盡相同，其中哈爾濱和東方分別引進(jìn)日本東芝和日立技術(shù)，其技術(shù)來源為美國西屋和GE技術(shù)，疏水方式采用疏水逐級自流的方式。而上海汽輪機(jī)廠引進(jìn)德國西門子技術(shù)，其疏水方式采用高加疏水逐級自流，低加采用疏水泵與外置疏水冷卻器組合的方式，相比雖增加了設(shè)備投資和運(yùn)行復(fù)雜度，但減少了大量疏水直接流入凝汽器增加冷源熱損失，提高了機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性。從國內(nèi)已投產(chǎn)的百萬上海汽輪機(jī)機(jī)組運(yùn)行情況來看，玉環(huán)、金陵、北侖等工程低加疏水泵和外置式疏水冷卻器的運(yùn)行均非?？煽?，同時通過疏水泵變頻運(yùn)行在部分負(fù)荷下可獲得一定的節(jié)能效益。

3.5抽汽過熱度利用方式

由于二次再熱提高了高壓缸和中壓缸第一級抽汽的過熱度，當(dāng)與之對應(yīng)的加熱器出口水溫不變時，該加熱器的換熱溫差加大，不可逆損失就會增加。因此需裝設(shè)蒸汽冷卻器，其他抽汽溫度都低于450℃，過熱度不高，與給水溫差小，對給水溫度提升有限，系統(tǒng)更加復(fù)雜，因此，其他抽汽不建議設(shè)置外置式蒸汽冷卻器。

3.5.1蒸汽冷卻器形式和連接方式

蒸汽冷卻器可分為內(nèi)置式和外置式兩種，分別見圖5、圖6。

圖5　內(nèi)置式蒸汽冷卻器

圖6　外置式蒸汽冷卻器

外置式蒸汽冷卻器由于在連入熱力系統(tǒng)的方式上較靈活、多樣，且可直接提高給水溫度，經(jīng)濟(jì)效果比內(nèi)置式的要好，但是系統(tǒng)相對復(fù)雜，并增加投資。綜合考慮，過熱度較大的抽汽高加宜采用外置式蒸汽冷卻器。

外置式蒸汽冷卻器主要有串聯(lián)和并聯(lián)兩種方式，由于連接方式不同，其熱經(jīng)濟(jì)效果也不相同，且有較大差異。一般來說，外置式串聯(lián)蒸汽冷卻器的熱經(jīng)濟(jì)性比并聯(lián)高，原因在于外置式串聯(lián)蒸汽冷卻器的進(jìn)水溫度比較高，傳熱過程平均溫差較小，火用損失小，抽汽過熱度利用充分，效果顯著，但是給水系統(tǒng)阻力有所增加。并聯(lián)方式能相對減少給水系統(tǒng)阻力，但是蒸汽冷卻器進(jìn)水溫度較串聯(lián)時低，傳熱溫差大，同時給水分流后進(jìn)入下一級加熱器的主給水流量減少，相應(yīng)的回?zé)岢槠坑兴鶞p少，熱經(jīng)濟(jì)相對較低。因此，推薦采用外置式蒸汽冷卻器串聯(lián)連接方式。

3.5.2外置式蒸汽冷卻器的容量選擇

根據(jù)汽輪機(jī)廠提供的熱平衡圖參數(shù)，我們與高加廠進(jìn)行了咨詢配合，由于換熱量相對較小，前置蒸汽冷卻器換熱面積小，既要考慮汽側(cè)蒸汽合理的流速，又要考慮高加結(jié)構(gòu)合理的長徑比，前置蒸汽冷卻器為部分容量。經(jīng)高加技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，二次再熱機(jī)組針對2#、4#高加設(shè)置的外置式蒸汽冷卻器在給水側(cè)按并聯(lián)考慮，單臺前置流量按不小于給水流量25%容量考慮，外置式蒸汽冷卻器局部熱力系統(tǒng)圖見圖7。

圖7　外置式蒸汽冷卻器局部熱力系統(tǒng)圖

3.5.3給水溫升優(yōu)化

外置式蒸汽冷卻器可最終提高進(jìn)入鍋爐的給水溫度以提高工質(zhì)在鍋爐內(nèi)吸熱過程的平均溫度，從而提高機(jī)組的熱效率。但是由于給水加熱溫度提高，回?zé)岢槠吭黾?，對于相同的發(fā)電量來說，需要增加進(jìn)入汽輪機(jī)中的新蒸汽量，當(dāng)給水加熱溫度超過某一數(shù)值時，將使熱耗率增大，從而使循環(huán)熱效率降低。因此對于一定的進(jìn)汽壓力，都存在相應(yīng)的最佳給水溫度，使熱效率達(dá)最大值。

目前國內(nèi)投運(yùn)的超臨界機(jī)組的最高給水溫度約為285～290℃，超超臨界機(jī)組的最高給水溫度約為300℃。對于二次再熱機(jī)組，VWO工況的主蒸汽壓力提高至31.9 MPa（a），給水溫度應(yīng)隨著提高至約330℃。另外，對于二次再熱機(jī)組，一抽汽源來自于高壓缸排汽，即一次再熱冷段，其壓力又受到最佳再熱壓力的限制。因此，經(jīng)過綜合經(jīng)濟(jì)性計算和比較，推薦最終給水溫度為330℃，其中#1加熱器出口水溫～320℃，兩級外置蒸汽冷卻器提升給水溫度～10℃。

3.5.4高加運(yùn)行控制分析

由圖7可知，2號高加前置蒸汽冷卻器和4號高加前置蒸汽冷卻器和給水管道并聯(lián)后，與高加串聯(lián)，且布置在最后一級高加后。

外置式蒸汽冷卻器由于在連入熱力系統(tǒng)的方式上較靈活、多樣，且可直接提高給水溫度，經(jīng)濟(jì)效果比內(nèi)置式的要好，但是系統(tǒng)相對復(fù)雜，投資也相對較高。外置式蒸汽冷卻器主要有串聯(lián)和并聯(lián)兩種方式。由于連接方式不同，其熱經(jīng)濟(jì)效果也不相同，且有較大差異。一般來說，外置式串聯(lián)蒸汽冷卻器的熱經(jīng)濟(jì)性比并聯(lián)高，原因在于外置式串聯(lián)蒸汽冷卻器的進(jìn)水溫度比較高，傳熱過程平均溫差較小，抽汽過熱度利用充分，效果顯著，但是給水系統(tǒng)阻力較大。并聯(lián)方式能相對減少給水系統(tǒng)阻力，但是蒸汽冷卻器進(jìn)水溫度較串聯(lián)時低，傳熱溫差大，同時給水分流后進(jìn)入下一級加熱器的主給水流量減少，相應(yīng)的回?zé)岢槠坑兴鶞p少，熱經(jīng)濟(jì)相對較低。

針對二次再熱機(jī)組高、中壓缸第1級抽汽2抽和4抽）過熱度高的特點，因此二次再熱回?zé)嵯到y(tǒng)采用2臺外置式蒸汽冷卻器與主給水串聯(lián)的方式，布置在1號高加出口，提高給水溫度10℃，從而進(jìn)一步提高機(jī)組熱效率。

4　總結(jié)

結(jié)合以上描述，并根據(jù)依托國電泰州二期實施情況，推薦二次再熱回?zé)嵯到y(tǒng)采用四級高壓加熱器、一個除氧器和五級低加組成，同時根據(jù)二次再熱汽輪機(jī)的特點，為進(jìn)一步提高機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性，增加了兩只外置式蒸汽冷卻器。該回?zé)嵯到y(tǒng)配置是在常規(guī)成熟的汽輪機(jī)八級回?zé)岬幕A(chǔ)上發(fā)展而來，技術(shù)延續(xù)性好，成熟度高。因此，推薦二次再熱機(jī)組采用10級抽汽回?zé)峒?級外置式蒸汽冷卻器的汽輪機(jī)回?zé)嵯到y(tǒng)。

［1］ GB 50660-2011，大中型火力發(fā)電廠設(shè)計規(guī)范［S］.

［2］ GB151-1999，管殼式換熱器［S］.

［3］ GB50764-2012，電廠動力管道設(shè)計規(guī)范［S］.

Design on Regenerative System of Double Reheat Unit

WANG Ya-jun， ZHU Jia-qi， LI Lin， CHENG Ren-jie
（East China Electric Power Design Institute Co.， Ltd.， Shanghai 200063， China）

The article introduces the research on the configuration scheme of the regenerative system of double reheat unit and the influence of the basic parameters on the thermal efficiency of units.

double reheat； heat regenerative system； configuration.

TM621

A

1671-9913（2016）03-0016-09

2016-02-17

王亞軍（1974- ），男，安徽舒城人，高級工程師，從事電站熱機(jī)專業(yè)的設(shè)計。