火電廠主蒸汽和再熱蒸汽系統(tǒng)壓降分析研究

李延雷　劉靜茹

摘要：本文采用美國AFT流體分析計算軟件，對某1000MW機組的主蒸汽、再熱蒸汽系統(tǒng)管道的壓降進(jìn)行優(yōu)化，通過優(yōu)選管道規(guī)格、選用煨彎彎管、減少管道長度等措施，并經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，提出了最佳的管道選擇規(guī)格。

關(guān)鍵詞：火電廠；主蒸汽和再熱蒸汽系統(tǒng)；壓降

1概述

在火電廠設(shè)計中，主蒸汽及再熱蒸汽系統(tǒng)的壓降是一項重要的性能考核指標(biāo)。合理優(yōu)化主蒸汽及再熱蒸汽系統(tǒng)的壓降，對于機組的設(shè)計和運行都有極為重要的意義。

眾所周知，在其它邊界條件相同的條件下，提高汽機主汽門的進(jìn)汽壓力可以降低機組的熱耗率、提高機組的熱效率。因此，在主機招標(biāo)選型階段確定汽機的進(jìn)汽參數(shù)就顯得格外重要，特別是對超臨界機組及超超臨界機組：另一方面，在主機已確定的前提下，通過優(yōu)化四大管道、特別是主蒸汽管道和再熱蒸汽管道的規(guī)格及其附件形式，也可以再提高機組的熱效率。

根據(jù)山東電力工程咨詢院1000MW機組與主機廠配合的經(jīng)驗，主蒸汽壓力每提高1MPa可以降低熱耗0.2%左右。若鍋爐出力壓力不變，減少主蒸汽管道壓降，則汽機入口壓力將提高，汽機熱耗可降低。再熱系統(tǒng)壓降的大小對汽輪機熱耗的影響較為明顯，若再熱系統(tǒng)壓降由9%降低為7%，熱耗可降低約0.25%。

2降低壓降采取的措施及壓降計算

2.1降低壓降采取的措施

管道壓降是指管道流動阻力、動能變化、重力勢能變化之和，其中流動阻力包括沿程摩擦阻力和局部阻力。降低管道壓降可提高機組的熱經(jīng)濟(jì)性，多發(fā)電，進(jìn)而提高電廠的運行經(jīng)濟(jì)性。本文為了降低主蒸汽系統(tǒng)、再熱系統(tǒng)的壓降，采取了以下措施：

①合理地選擇主蒸汽及再熱蒸汽系統(tǒng)的管道規(guī)格。

在相同流量下，管道的內(nèi)徑越大，壓降越小。因此，適當(dāng)增大管道內(nèi)徑是降低壓降的最有效方法。但主蒸汽和再熱蒸汽管道均為合金鋼材料，價格高，增大管道內(nèi)徑必然增加初投資。因此，應(yīng)進(jìn)行多方面綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，合理選擇主蒸汽和再熱蒸汽管道規(guī)格。

②優(yōu)化主蒸汽、再熱熱段、再熱冷段管道長度。

管道的沿程阻力和管道的長度有直接的關(guān)系，因此，本工程經(jīng)過合理優(yōu)化主廠房設(shè)備管道布置，減小汽機房，除氧間，煤倉間和爐前通道尺寸，減少四大管道長度，既降低了管道阻力，又節(jié)省了初投資。

③采用內(nèi)徑管道，選擇合適的管道粗糙度。

在阻力計算中，管道的等值粗糙度對沿程阻力影響較大，而不同工藝生產(chǎn)的管道其等值粗糙度是不同的。本工程主蒸汽、再熱蒸汽管道選用進(jìn)口歐美的控制內(nèi)徑管，其等值粗糙度e=0.0457mm，和前蘇聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的e=0.2mm相比，使得管道的阻力大大降低。

④在主蒸汽管道上不裝設(shè)流量測量噴嘴，降低主蒸汽管道壓降。

⑤優(yōu)化選用Y型三通、彎管，以降低局部阻力。

根據(jù)布置，除了汽機進(jìn)口第一個彎頭處布置比較緊張，無法采用彎管外，主汽和熱段的其它彎頭均優(yōu)化為彎管。本工程優(yōu)化后的彎管規(guī)格數(shù)量詳見表1。

2.2壓降計算

在管道規(guī)格選型時，采取給定管徑，計算熱耗變化值（折算至年燃煤費用差值），同時，計算管道規(guī)格（折算管道初投資差值），綜合比選后，選擇經(jīng)濟(jì)最優(yōu)化的管徑。另外，比較了采用彎管技術(shù)后的收益情況。冷段管道比熱段管道費用低，故適當(dāng)提高冷段管道的管徑對增加投資影響不大，卻可以明顯降低再熱系統(tǒng)的阻力。本文根據(jù)工程實際情況，采用先進(jìn)的美國AFT流體計算軟件，計算以TMCR工況為例進(jìn)行壓降計算。

3壓降優(yōu)化后技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

3A主汽系統(tǒng)壓降技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

主蒸汽系統(tǒng)經(jīng)過管徑優(yōu)化、布置優(yōu)化、彎管替代彎頭優(yōu)化后，管道阻力大為降低。從表2中可以看出，主蒸汽管道優(yōu)化后的阻力為0.553MPa，占汽機主汽門的額定壓力的1.98%。這樣保持汽機主汽門的額定壓力不變，可以降低鍋爐過熱器出口壓力，降低給水泵的出口壓力，能夠節(jié)省給水泵的能耗。

表2是主汽管道的阻力計算結(jié)果，我們進(jìn)行了大量的必選，最終選擇了ID356x100規(guī)格的主汽管道，并采用彎管技術(shù)。

3.2再熱蒸汽系統(tǒng)壓降技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

再熱系統(tǒng)經(jīng)過管徑優(yōu)化、布置優(yōu)化、彎管替代彎頭優(yōu)化后，管道阻力大為降低。從表3中可以看出，再熱系統(tǒng)壓降降低比較明顯，整個系統(tǒng)壓降為0.149MPa，占高壓排汽口壓力的2.45%。

熱段管道也采用彎管技術(shù)，冷段管道增大了管徑，最終選取規(guī)格為：熱段管道ID711×57，冷段管道φ1219×45。整個再熱系統(tǒng)的壓降優(yōu)化為5.95%，與常規(guī)電廠的8%的壓降比較有較好的經(jīng)濟(jì)效益，見表3。

4結(jié)論

通過以上的論述和比較可知：

①按照推薦規(guī)格以及采取的壓降優(yōu)化措施，在TMCR工況下，主蒸汽管道的壓降為0.553MPa，為汽輪機額定進(jìn)汽壓力（28MPa（a））的1.98%：再熱系統(tǒng)的壓降為0.149MPa，為汽輪機高壓缸排汽壓力（6.079MPa（a））的5.95%，均滿足《大中型火力發(fā)電廠設(shè)計技術(shù)規(guī)范》的要求。

②推薦主蒸汽管道、再熱熱段管道采用煨彎彎管的方案，既能能降低機組運行費用，提高電廠機組效率，達(dá)到節(jié)能的目的，同時也有利于管道的安全運行。

③本工程經(jīng)優(yōu)化后推薦的主蒸汽管道，再熱熱段管道，再熱冷段管道的規(guī)格，不但壓降能滿足要求，而且經(jīng)濟(jì)性最好。主蒸汽管道壓損優(yōu)化至1.98%，汽機熱耗可降低約13.5kJ（kW·h），節(jié)省標(biāo)煤耗約0.491g/（kW·h），20年總收益約3022.6萬元：整個再熱系統(tǒng)的總壓降優(yōu)化至5.95%后，汽機熱耗可降低約9kJ/（kW·h），節(jié)省標(biāo)煤耗約0.33g/（kW·h），20年總收益約1738.8萬元。endprint