減溫水引出位置對(duì)機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性的影響分析

許 寧,李軍爍,趙 虎,陸義海,李永華

(華北電力大學(xué),河北 保定 071003)

減溫水引出位置對(duì)機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性的影響分析

許 寧,李軍爍,趙 虎,陸義海,李永華

(華北電力大學(xué),河北 保定 071003)

針對(duì)噴水減溫系統(tǒng)影響機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性的現(xiàn)狀,對(duì)噴水減溫系統(tǒng)原理及等效熱降法進(jìn)行分析。以某600 MW機(jī)組為例,采用等效熱降法對(duì)過熱器和再熱器進(jìn)行計(jì)算,對(duì)比不同噴水減溫方式對(duì)機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性的影響,結(jié)果表明2種引出方式各具優(yōu)缺點(diǎn),為噴水減溫系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行及改造提供參考。

噴水減溫;等效熱降法;過熱器;再熱器;熱經(jīng)濟(jì)性

為保證機(jī)組的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行,必須維持汽溫的穩(wěn)定[1]。蒸汽溫度過高會(huì)影響金屬熱應(yīng)力,影響機(jī)組的安全運(yùn)行,蒸汽溫度的降低則會(huì)影響機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性[2-3]。研究表明如果過熱器長(zhǎng)期處于過熱工況下(超溫10～20℃以上),其使用年限將會(huì)減少一半以上,然而蒸汽溫度每降低10℃,循環(huán)熱效率則會(huì)降低0.5%[4]。因此,需要鍋爐設(shè)置相應(yīng)的噴水減溫系統(tǒng)。噴水減溫系統(tǒng)具有設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,調(diào)溫幅度大和惰性小的特點(diǎn),在現(xiàn)代鍋爐機(jī)組中被大范圍應(yīng)用[5]。

1 噴水減溫系統(tǒng)原理

噴水減溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖1。

工質(zhì)在過熱器的出口已經(jīng)達(dá)到很高的溫度,所以過熱器的很多部分,尤其是它們的末端位置需要采用更高價(jià)格的合金鋼。為使過熱器安全運(yùn)行,必須注意保持汽溫穩(wěn)定,波動(dòng)不應(yīng)超過-10～5℃。在鍋爐負(fù)荷變化的實(shí)際運(yùn)行中,燃料品質(zhì)、給水溫度、受熱表面結(jié)渣以及爐膛內(nèi)過量空氣系數(shù)等因素的變化,都會(huì)對(duì)過熱蒸汽溫產(chǎn)生影響[6]。對(duì)燃煤鍋爐而言,控制燃料的量是比較粗糙的,迫使在采用燃水比(B/G)作為一種粗調(diào)的調(diào)節(jié)手段之外,還必須在蒸汽管道上配備噴水減溫器來作為細(xì)調(diào)的調(diào)節(jié)手段[7]。

圖1 噴水減溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

再熱器位于高壓缸與低壓缸之間,因此再熱器噴水減溫是噴入減溫水加熱蒸發(fā)到中壓缸成為中壓蒸汽,致使中壓缸和低壓缸中的蒸汽流量增

大,即中、低壓缸的輸出功率得到了增加。如果電站機(jī)組總功率保持不變,則必須要降低高壓缸的功率。因?yàn)橹袎赫羝龉Φ臒嵝什桓?從而導(dǎo)致整個(gè)機(jī)組的循環(huán)熱效率降低[8]。因此再熱蒸汽汽溫調(diào)節(jié)方法是應(yīng)用分隔煙道或擺動(dòng)燃燒器的方式也就是應(yīng)用煙氣側(cè)調(diào)節(jié)。其主要目的是保護(hù)再熱器在事故狀態(tài)下不被燒壞,在再熱器設(shè)置事故噴水減溫器,當(dāng)再熱蒸汽溫度無法應(yīng)用煙氣側(cè)調(diào)節(jié)時(shí),則要用事故噴水來確保再熱器管壁不超溫,從而保護(hù)再熱器[9]。

再熱蒸汽壓力比過熱蒸汽壓力低,通常為過熱蒸汽壓力的1/5～1/4。因?yàn)檎羝麎毫Φ?與再熱蒸汽的定壓比熱相比再熱蒸汽的定壓比熱相對(duì)較小,對(duì)于一定量的蒸汽并改變等同的吸熱量的前提下,再熱汽溫的改變就相對(duì)敏感,且變化幅度比過熱蒸汽大。反之,在調(diào)節(jié)再熱汽溫時(shí),調(diào)節(jié)幅度也比過熱汽溫大[10]。

2 等效熱降法介紹

20世紀(jì)70年代,林萬超教授引進(jìn)完善了由前蘇聯(lián)學(xué)者庫茲湟佐夫首先提出的等效熱降法并在國內(nèi)廣泛使用。以熱力學(xué)當(dāng)中的熱功轉(zhuǎn)換原理為基礎(chǔ),根據(jù)熱力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、設(shè)備的質(zhì)量和參數(shù)等特點(diǎn),經(jīng)過周密的理論推演,最后導(dǎo)出了熱力分析參量Hj和ηj等,成為了用以研究熱工轉(zhuǎn)換及能量利用程度的一種方法。在不一樣的實(shí)際熱系統(tǒng)中,系統(tǒng)和參數(shù)一旦確定,這些參量是相對(duì)應(yīng)的,可通過確定的公式計(jì)算得出后成為相應(yīng)的一次性參數(shù)。熱力系統(tǒng)進(jìn)行分析,就是用這些參數(shù)直接分析計(jì)算。等效熱降法不但可在熱力系統(tǒng)整體計(jì)算時(shí)應(yīng)用,也可用于局部定量分析熱力系統(tǒng)。

在純凝汽式汽輪機(jī)中,每單位新蒸汽的做功大小與其熱降的大小是相等的,即

式中:h0為蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)的初焓kJ/kg;hn為汽輪機(jī)排汽焓kJ/kg;

在有回?zé)岢槠钠啓C(jī)中,每單位新蒸汽做功計(jì)算公式為:

3 計(jì)算模型

由于單機(jī)容量的不斷增大、中間再熱系統(tǒng)的普遍應(yīng)用,隨著機(jī)組參數(shù)的不斷提高,汽輪機(jī)的熱力系統(tǒng)越來越復(fù)雜,其目的是提高機(jī)組的安全性、可靠性和熱經(jīng)濟(jì)性。所有的熱力系統(tǒng)都將對(duì)機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)生影響,對(duì)熱力系統(tǒng)進(jìn)行定量分析,確定其數(shù)量的大小。從而為熱力系統(tǒng)的正確運(yùn)行提供了根據(jù),正確、合理的熱系統(tǒng)能夠使系統(tǒng)的作用和效果得以有效發(fā)揮并激活其潛在利用價(jià)值。

過熱器減溫水按其來源不同可分為2種系統(tǒng):自1號(hào)高壓加熱器出口引出和自給水泵出口引出。當(dāng)給水從1號(hào)高壓加熱器引出,對(duì)熱力循環(huán)系統(tǒng)沒有影響,此時(shí)若忽略鍋爐機(jī)組換熱過程的不可逆損失,則認(rèn)為熱經(jīng)濟(jì)性沒有發(fā)生變化。

當(dāng)減溫水從給水泵出口引出時(shí),熱經(jīng)濟(jì)性降低。這是因?yàn)闇p溫水不再從所有高壓加熱器中流過,回?zé)岢槠拷档鸵簿蜏p少了回?zé)岢潭?。由于減溫水沒有經(jīng)過各級(jí)高壓加熱器,減少了1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)高壓加熱器的回?zé)岢槠?做功增加:

循環(huán)吸熱量增加:

裝置熱經(jīng)濟(jì)性相對(duì)降低:

與過熱器噴水減溫系統(tǒng)類似,再熱器減溫水也根據(jù)來源不同分為2種系統(tǒng):自1號(hào)高壓加熱器出口引出和自給水泵中間抽頭引出。

當(dāng)再熱器減溫水引自1號(hào)高加出口,對(duì)回?zé)岢槠麤]有影響,但由于減溫水產(chǎn)生的汽流沒有經(jīng)過汽輪機(jī)的高壓缸而少做功:

循環(huán)吸熱量下降:

裝置熱經(jīng)濟(jì)性的相對(duì)降低:

當(dāng)再熱器減溫水從給水泵出口引出時(shí),由于該

部分減溫水不流經(jīng)高壓加熱器,并且這部分減溫水產(chǎn)生的蒸汽也沒有流經(jīng)高壓缸,因此其做功減少:

循環(huán)的吸熱量下降:

式中:(h0-hzl)為1kg噴水由給水焓加熱到再熱冷段蒸汽焓hzl所減少的吸熱量為噴水份額不流經(jīng)高壓加熱器而使循環(huán)吸熱增加的部分為高壓加熱器回?zé)岢槠麥p少使再熱器流量加大而增加的再熱器吸熱量部分。

再熱器噴水減溫引起裝置熱經(jīng)濟(jì)性的相對(duì)降低:

當(dāng)引入減溫水后使機(jī)組熱耗率增加:

標(biāo)準(zhǔn)煤耗率增加:

4 計(jì)算實(shí)例

以某電廠600MW機(jī)組為例,分析計(jì)算減溫水從不同位置引出對(duì)機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性的影響。該引進(jìn)型一次中間再熱、亞臨界、單軸、四缸、四排汽、凝汽式汽輪機(jī)(型號(hào)N600-16.7/537/537)是由上海汽輪機(jī)有限公司生產(chǎn)的,其熱耗率為7925.7 kJ/kWh,設(shè)備性能參數(shù)見表1,機(jī)組熱力系統(tǒng)見圖2。

表1 設(shè)備性能參數(shù)表

圖2 機(jī)組熱力系統(tǒng)

以噴水份額占主蒸汽流量的5%為例,計(jì)算結(jié)果如表2所示。

表2 噴水減溫對(duì)經(jīng)濟(jì)性的影響比較

5 結(jié)論

a.從計(jì)算結(jié)果可以看出,忽略鍋爐換熱的不可逆損失,當(dāng)過熱器減溫水從高加出口引出,對(duì)機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性沒有影響,比從給水泵出口引出減溫水的經(jīng)濟(jì)性高。因此在設(shè)計(jì)機(jī)組或者是進(jìn)行機(jī)組改造時(shí),應(yīng)選擇從高壓加熱器出口引出過熱器減溫水。

b.再熱器減溫水導(dǎo)致整個(gè)回?zé)嵫h(huán)系統(tǒng)發(fā)生變化,造成熱經(jīng)濟(jì)性的降低。同時(shí)出于安全性的考慮,應(yīng)加強(qiáng)再熱器減溫水的維護(hù)與管理,不能將再熱器減溫水作為主要的調(diào)溫手段。運(yùn)行時(shí)應(yīng)盡量減少或避免再熱器噴水減溫調(diào)節(jié),建議僅作為輔助或者事故噴水。

c.改造不合理的調(diào)溫方式及熱力系統(tǒng),能夠收到的節(jié)能效果會(huì)更顯著。

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本文責(zé)任編輯:楊秀敏

Influence Analysis on Unit Heat Economy by Desuper Heat Conveyor

Xu Ning,Li Junshuo,Zhao Hu,Lu Yihai,Li Yonghua
(North China Electric Power University,Baoding 071003,China)

In view of the current situation of the water spray system affecting the thermal economy of the unit,the principle of spray desuperheating system and the equivalent heat drop method are analyzed.In a 600MW unit as an example,using the equivalent heat drop method to calculate superheater and reheater.Comparing the effects of different water spray on the superheater and reheater,the results show two kinds of extraction methods have their own advantages and disadvantages,which indicate the direction for the reasonable design,economic operation and reconstruction of spray desuperheating system.

spray desuperheating;equivalent heat drop method;superheater;reheater;heat economy

TM621.2

B

1001-9898(2016)04-0038-03

2016-03-15

許 寧(1992-),男,在讀碩士,研究方向?yàn)榛痣姍C(jī)組節(jié)能理論及節(jié)能技術(shù)。