國(guó)內(nèi)電廠熱力系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行的研究

喬偉

摘要：電力工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，在一個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略中占據(jù)著重點(diǎn)發(fā)展的地位。作為一種社會(huì)基礎(chǔ)行業(yè)和先進(jìn)生產(chǎn)力，電力工業(yè)在促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展、維護(hù)社會(huì)穩(wěn)定以及提高人民生活水平方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。

關(guān)鍵詞：電廠熱力系統(tǒng)；影響因素；優(yōu)化運(yùn)行

引言

近兩年來(lái)，我國(guó)頻繁出現(xiàn)大規(guī)模持續(xù)性霧霆天氣，包括北京在內(nèi)的多個(gè)地區(qū)都曾達(dá)到爆表的重度污染程度，嚴(yán)重影響了人民的身心健康。與此同時(shí)，國(guó)家對(duì)環(huán)境問題越來(lái)越重視。要完成節(jié)能減排的任務(wù)，離不開污染大戶火電廠熱力系統(tǒng)的優(yōu)化。

一、國(guó)內(nèi)電廠熱力系統(tǒng)影響因素分析

1、端差影響分析

加熱器的端差，也稱為上端差，指的是加熱器內(nèi)蒸汽的飽和溫度與加熱器水側(cè)出口水溫之差，實(shí)際運(yùn)行中，表現(xiàn)為加熱器汽測(cè)出口的疏水溫度與給水出口溫度之差。溫差主要與換熱管金屬壁熱阻以及布置方式有關(guān)系。熱阻越大，換熱器的熱經(jīng)濟(jì)性就越差。定性的分析，當(dāng)給水出口溫度不變時(shí)，端差增大，則疏水溫度就需要比原來(lái)高，則抽汽壓力也要升高一些，這樣引起抽汽做功比下降，熱經(jīng)濟(jì)性變差。也可從另一角度分析，如果抽汽壓力不變，則疏水水溫不變，溫差增大，意味著給水出口水溫降低。這樣的引起的后果是增加了下一級(jí)抽汽做功比，而下一級(jí)抽汽壓力比較大，這必然引起熱經(jīng)濟(jì)性的降低。所以在實(shí)際運(yùn)行中，應(yīng)該盡量降低端差。但是端差減小的代價(jià)是更多的金屬耗量和更高的投資。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在我國(guó)將端差下降1度，需要增加4平米的換熱面積，必須根據(jù)我國(guó)燃料比價(jià)和鋼材的國(guó)情，合理平衡端差與投資。所以要進(jìn)行端差影響分析，改進(jìn)端差影響最大的地方，以較小的投資獲取較好的效果。

2、抽汽壓損影響分析

抽汽管道壓損是指汽輪機(jī)抽汽口壓力與對(duì)應(yīng)的回?zé)峒訜崞鲀?nèi)側(cè)汽側(cè)壓力之間的差值。蒸汽在管道內(nèi)流動(dòng)，由于要克服管道的摩擦必然會(huì)產(chǎn)生壓力損失。與上節(jié)對(duì)加熱器端差產(chǎn)生的影響分析類似，若加熱器端差不變，當(dāng)抽汽壓力損失減小時(shí)，則回?zé)崞髌麄?cè)壓力增大，給水出口溫度相應(yīng)的增加，這樣產(chǎn)生的結(jié)果就是給水在下級(jí)加熱器內(nèi)溫升減小，壓力比較高的蒸汽抽的少，熱經(jīng)濟(jì)性提高。同理，壓差的減小是需要付出代價(jià)的，其與蒸汽的流速、閥門的類型、管道的附件數(shù)量等有關(guān)系，需要經(jīng)過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，來(lái)確定合理的壓損量。

分析可知，高壓部分的抽汽壓損對(duì)本級(jí)組元和整個(gè)機(jī)組的影響要大于低壓加熱器原因在于高壓加熱器的抽汽相對(duì)低壓加熱器的抽汽溫度高，壓力大，過(guò)熱度大，其壓損會(huì)使給水加熱不足更嚴(yán)重，產(chǎn)生了比較多的不可逆損失。所以實(shí)際運(yùn)行時(shí)，應(yīng)盡量減少高壓部分管道的壓損。

二、國(guó)內(nèi)電廠熱力系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行

1、漏氣回收系統(tǒng)改進(jìn)

由汽輪機(jī)汽缸的結(jié)構(gòu)可知，其一般由上下兩半組成，轉(zhuǎn)子由其縱向中心貫穿而過(guò)，汽缸上設(shè)有主汽閥、調(diào)節(jié)汽閥、噴嘴等配件。汽缸不是完全密封的，與外界之間存有一定間隙，這是因?yàn)槿矫娴脑颍皇前惭b工藝的需求，二是為了減少轉(zhuǎn)動(dòng)的部分與固定部分摩擦以及緩沖作用力，三是為了留有受熱膨脹的余量。正是由于這些縫隙的存在，會(huì)產(chǎn)生蒸汽泄露，這會(huì)使汽輪機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性降低，同時(shí)不利于運(yùn)行的安全性。

當(dāng)今火電廠主要從三方面來(lái)把漏氣影響減小到最低程度，提高汽輪機(jī)的效率，一是減少漏氣量，二是提高汽封的效果，三是合理回收這部分漏氣并再利用。第一方面，隨著工藝的提高，現(xiàn)在的汽缸中分面非常平直光潔，中分面法蘭上的螺孔與平面嚴(yán)格垂直。尤其對(duì)于高壓缸，上下兩半合攏后，自由狀態(tài)下任何區(qū)段的間隙不超過(guò)0.05 mm。閥門的工藝也不斷改進(jìn)。第二方面，汽封的作用是阻止蒸汽從高壓的區(qū)域不經(jīng)做功途徑流動(dòng)到壓力較低的區(qū)域，盡最大可能的減少能量損失。當(dāng)今很多先進(jìn)的火電廠開始采用迷宮汽封技術(shù)，迷宮汽封是在合金鋼環(huán)體上車制出一系列較薄的環(huán)狀扼流圈薄片，每一個(gè)扼流圈后設(shè)有一膨脹室。當(dāng)工質(zhì)流過(guò)扼流圈時(shí)，速度加快，在膨脹室內(nèi)工質(zhì)的動(dòng)能會(huì)轉(zhuǎn)變成熱能，壓力減小，比容提高，工質(zhì)流過(guò)下一個(gè)扼流圈時(shí)，比容又得到提高，壓力也再次減小。因此，工質(zhì)在流過(guò)一系列扼流圈后，單個(gè)扼流圈的前后壓力差變得微小，漏汽量大大減少。第三方面，設(shè)置了漏汽回收系統(tǒng)，門桿漏汽、軸封漏汽的回收是依據(jù)泄漏蒸汽的品質(zhì)引到各級(jí)加熱器或軸封加熱器，使其能量得到利用。一般電廠的處理方式是高壓門桿漏汽進(jìn)入再熱器，低壓的進(jìn)軸加或者高壓漏氣引入除氧器，低壓進(jìn)軸加。

2、鍋爐減溫水系統(tǒng)改進(jìn)

過(guò)熱器是在鍋爐運(yùn)行中溫度很高的部位，其功能是把飽和蒸汽繼續(xù)加熱，使其變?yōu)槟芰扛叩倪^(guò)熱蒸汽。從整個(gè)系統(tǒng)熱力循環(huán)看，新蒸汽的溫度與壓力提高，則循環(huán)熱效率提高。隨著鍋爐容量和新蒸汽參數(shù)的提高，過(guò)熱器的作用愈加明顯，很大程度上決定著機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性與可靠性。因?yàn)檎羝麎毫ψ兇髸r(shí)，必須同步提高蒸汽溫度，不然在汽輪機(jī)尾部的蒸汽濕度會(huì)過(guò)高，威肋、汽輪機(jī)的安全。然而過(guò)熱汽溫又受到金屬材料的制約，當(dāng)前，絕大部分亞臨界鍋爐的過(guò)熱汽溫穩(wěn)定在540-555度范圍內(nèi)，過(guò)熱器高溫段普遍采用采用12Cr2MoWVB。當(dāng)利用更耐高溫的金屬材料時(shí)，過(guò)熱蒸汽可以達(dá)到560-660度以上，由于耐高溫材料費(fèi)用昂貴，所以現(xiàn)在的溫度還保持在540度上下。為了避免采用更高級(jí)別的合金鋼，選用的管子材料，運(yùn)行時(shí)大部分都逼近其耐溫的極限值，這時(shí)如果蒸汽發(fā)生10-20度的超溫都會(huì)使金屬許用應(yīng)力大幅下降，而且高溫金屬在有壓力狀態(tài)下，還有一個(gè)特性：雖然金屬所承受的應(yīng)力遠(yuǎn)低于它的強(qiáng)度極限，但在應(yīng)力和高溫這兩種條件的長(zhǎng)期作用下，金屬會(huì)不斷地發(fā)生微小的變形，即蠕變現(xiàn)象。另外假如溫度過(guò)高還會(huì)加重高溫積灰、腐蝕，乃至發(fā)生爆管現(xiàn)象。所以必須使用過(guò)熱器減溫水來(lái)調(diào)節(jié)，大多火電廠現(xiàn)在采用噴水減溫的辦法。

過(guò)熱器減溫水來(lái)源主要有兩種方式，一是從高壓加熱器前即給水泵出口處引出，二是引自最高壓加熱器之后。兩種方式各有優(yōu)缺點(diǎn)，由于過(guò)熱減溫器內(nèi)壓力比較高，減溫水要有足夠大的壓力差才可能噴入。從高加前引出減溫水優(yōu)點(diǎn)是因?yàn)榻o水泵出口處是整個(gè)系統(tǒng)壓力最大處，完全滿足壓力要求，提高運(yùn)行的可靠性；缺點(diǎn)是當(dāng)減溫水取自高加前，使這部分給水不再通過(guò)高壓加熱器的加熱，直接進(jìn)入鍋爐，等于減小了高加的利用率，使回?zé)嶙饔媒档?，不利于機(jī)組熱效率。

近年來(lái)不少機(jī)組嘗試采用另一種方式，從第一級(jí)加熱器出口引出過(guò)熱器減溫水，這使進(jìn)入鍋爐的給水都通過(guò)高加，必然提高了機(jī)組熱效率。

當(dāng)前，解決機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)減溫水壓力達(dá)不到要求的普遍辦法是，在采用調(diào)速給水泵的同時(shí)仍裝有調(diào)節(jié)閥。當(dāng)負(fù)荷較低，減溫水壓力不足時(shí)，通過(guò)關(guān)小調(diào)節(jié)閥增加給水流動(dòng)阻力的方法來(lái)調(diào)節(jié)。這時(shí)泵揚(yáng)程增加，減溫水壓力也隨之增加。通常情況下，調(diào)節(jié)閥的節(jié)流壓損在0.8至1.5Mpa之間，即使閥門全開時(shí)也有近0.5Mpa的壓損，這些節(jié)流損失，必然會(huì)降低整個(gè)系統(tǒng)的熱效率，減弱調(diào)速泵的節(jié)能效果。當(dāng)然，機(jī)組不光要考慮經(jīng)濟(jì)性，更要兼顧運(yùn)行的安全性?，F(xiàn)代鍋爐大部分裝備有對(duì)流與輻射結(jié)合式過(guò)熱器，超過(guò)75%負(fù)荷時(shí)表現(xiàn)輻射換熱特性，低于75%負(fù)荷時(shí)表現(xiàn)對(duì)流特性。以最大負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，過(guò)熱器的噴水率在68%左右。在一定的范圍內(nèi)（75%以上），負(fù)荷降低，減溫水量需要增加。

結(jié)語(yǔ)

本文利用熱經(jīng)濟(jì)學(xué)，將熱力學(xué)分析與經(jīng)濟(jì)學(xué)分析相結(jié)合，將系統(tǒng)的熱力性能和經(jīng)濟(jì)性以及環(huán)境因素考慮在內(nèi)，對(duì)電廠熱力系統(tǒng)進(jìn)行綜合全面的分析，并在此基礎(chǔ)上編程對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。

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