供熱機(jī)組給水回?zé)嵯到y(tǒng)優(yōu)化及收益分析

高秀志， 謝林貴， 楊浩

（東方汽輪機(jī)有限公司，四川 德陽，618000）

0　引言

給水回?zé)嵯到y(tǒng)是火力發(fā)電廠熱力系統(tǒng)的重要組成部分[1]，它利用汽輪機(jī)級間抽汽來加熱鍋爐給水，通過提高抽汽熱量利用率（蒸汽顯熱+相變熱+疏水顯熱），逐步將鍋爐給水加熱到最佳給水溫度，減小了鍋爐中燃料的消耗量，從而大大提高了電廠熱力系統(tǒng)的循環(huán)效率。

最近幾年，在熱力循環(huán)冷端熱量再利用、減小電廠廢熱排放和進(jìn)一步提高電廠熱力系統(tǒng)循環(huán)效率的要求下，能兼顧發(fā)電與供熱的供熱機(jī)組逐漸取代了純凝發(fā)電機(jī)組[2]，成為300 MW等級機(jī)組的主力機(jī)型。這類新增供熱機(jī)組通常都是從中壓缸排汽抽汽作為供熱抽汽，并且額定供熱抽汽量都很大，導(dǎo)致了供熱期間5號低加后面各級低壓加熱器的抽汽壓力遠(yuǎn)低于純凝發(fā)電工況THA下的抽汽壓力；給水溫升遠(yuǎn)低于純凝發(fā)電工況THA下的給水溫升、6～8號低壓加熱器之間也不能實現(xiàn)疏水逐級自流，只能通過事故疏水將大量飽和疏水排到凝汽器中；5號低壓加熱器的抽汽量成倍增加，而加熱器的設(shè)計換熱面積不足，不能充分利用給水回?zé)嵯到y(tǒng)提升熱力系統(tǒng)的循環(huán)效率[3]。

本文打破常規(guī)機(jī)組給水回?zé)嵯到y(tǒng)熱力設(shè)計的固有模式，針對供熱機(jī)組的給水回?zé)嵯到y(tǒng)，首次創(chuàng)造性提出不同級給水加熱器可以采用不同熱力工況作為設(shè)計工況、某些給水加熱器采用跨級疏水方式以及適當(dāng)調(diào)整某些給水加熱器的布置標(biāo)高[4]。作者希望通過本文引起業(yè)界對該技術(shù)問題的關(guān)注，真正將電廠減排增效落實。

1　總體技術(shù)方案

總體技術(shù)方案見圖1。

圖1　總體技術(shù)方案

以某典型350 MW供熱機(jī)組為例，從技術(shù)協(xié)議要求的低壓加熱器設(shè)計工況TMCR出發(fā)，先計算出各級低壓加熱器所需換熱面積；接著用定面積法校核額定供熱工況各級低壓加熱器的上/下端差，完成原始供熱工況熱力系統(tǒng)圖；再接著將5號低壓加熱器的設(shè)計工況改為額定供熱工況，完成機(jī)組初步優(yōu)化后供熱工況熱力系統(tǒng)圖，并重新計算5號低壓加熱器所需換熱面積；然后將6號低壓加熱器采用跨級疏水到8號低壓加熱器，同時也將6號低壓加熱器的設(shè)計工況改為額定供熱工況，再次完成深度優(yōu)化后供熱工況熱力系統(tǒng)圖，并重新計算6號低壓加熱器所需換熱面積；最后考慮到6號低壓加熱器疏水能通暢流到8號低壓加熱器，調(diào)整了6號低壓加熱器的布置標(biāo)高。

2　不同級給水加熱器采用不同熱力工況作為設(shè)計工況

給水加熱器的設(shè)計工況就是用于確定所需換熱面積的給定熱力工況[5-6]，如機(jī)組VWO/TMCR工況，給定給水流量、給水進(jìn)/出口溫度、抽汽壓力、抽汽溫度、給水端差和疏水端差等參數(shù)，利用傳熱學(xué)公式計算出所需換熱面積和流動阻力[7-8]。在加熱器的換熱面積與具體結(jié)構(gòu)確定情況下，可以進(jìn)行加熱器的變工況計算[9]，核算出變工況下加熱器的給水出口溫度、抽汽量、給水端差和疏水端差等數(shù)據(jù)。

通常供熱機(jī)組的技術(shù)協(xié)議都只規(guī)定了一個熱力工況作為給水加熱器的設(shè)計工況，如TMCR/VWO工況，其余熱力工況作為變工況進(jìn)行校核。本文作者認(rèn)為這種設(shè)計方法只適合于純凝發(fā)電機(jī)組，而不適合于供熱機(jī)組，對于供熱機(jī)組的給水加熱器，部分級給水加熱器應(yīng)以純凝發(fā)電工況作為設(shè)計工況，其它級給水加熱器應(yīng)以供熱工況作為設(shè)計工況。

以某350 MW供熱機(jī)組為例，技術(shù)協(xié)議要求所有級低壓加熱器均以純凝發(fā)電TMCR工況（見圖2）作為設(shè)計工況，調(diào)用低壓加熱器換熱面積計算程序，輸入TMCR工況下各項給定參數(shù)，得到各級低壓加熱器所需換熱面積（見表1）。根據(jù)機(jī)組額定供熱抽汽要求，調(diào)用低壓加熱器變工況計算程序和總體熱力計算程序，得到機(jī)組原始供熱工況熱力系統(tǒng)圖（見圖3）和各級低壓加熱器的給水端差和疏水端差（見表2）。對圖3中低壓加熱器的疏水流向作如下說明，5號和6號低加通常布置在6.5 m中間層，7號和8號合體低加通常布置在凝汽器喉部（約9.5 m），綜合考慮加熱器級間壓差和加熱器布置位差，供熱期間6號低加和7號低加不滿足疏水逐級自流條件，只能通過事故疏水管線。

圖2　純凝發(fā)電TMCR工況熱力系統(tǒng)圖（僅示給水回?zé)嵯到y(tǒng)低加部分）

圖3　原始供熱工況熱力系統(tǒng)圖（僅示回?zé)嵯到y(tǒng)低加部分）

圖4　初步優(yōu)化后供熱工況熱力系統(tǒng)圖（僅示回?zé)嵯到y(tǒng)低加部分）

表1　低壓加熱器所需換熱面積（以TM CR工況作為設(shè)計工況）

表2　原始供熱工況下低壓加熱器端差

從表2可以看出：供熱期間5號低壓加熱器即使投運(yùn)了疏水冷卻段，其給水端差（8.8℃）與疏水端差（28.6℃）仍然遠(yuǎn)遠(yuǎn)偏離最佳值，導(dǎo)致5號低加給水出口溫度較低，加大了下一級給水加熱器的抽汽量，因而不是最佳的給水焓升方案[10]。考慮將5號低加的設(shè)計工況改為額定供熱工況，其給水端差定為2.8℃，疏水端差定為5.6℃，其余低壓加熱器換熱面積不變，調(diào)用低壓加熱器面積計算程序和總體熱力計算程序，得到機(jī)組初步優(yōu)化后供熱工況熱力系統(tǒng)圖（見圖4），5號低加所需的換熱面積為840 m2（凝結(jié)段）+114 m2（疏冷段），5號低加需要增加的換熱面積為359 m2；初步優(yōu)化后機(jī)組增加出力649 kW。

3　給水加熱器疏水管線優(yōu)化及疏水熱量回收

以往給水加熱器都只設(shè)計了兩條疏水管線，即，一條正常疏水管線和一條事故疏水管線。正常疏水管線用于加熱器級間逐級自流，在低負(fù)荷或級間壓差不足的條件下，給水加熱器殼側(cè)的飽和水直接通過事故疏水管線排到凝汽器或者除氧器，不流過疏水冷卻段。從前面初步優(yōu)化后供工況熱平衡圖（見圖4）可以看出：6號和7號低加不滿足疏水逐級自流的條件，尤其是6號低加有大量高溫飽和疏水直接排到凝汽器，造成不小的熱量損失，供熱期越長，損失也越大。因此對于供熱機(jī)組，需對低壓加熱器正常疏水管線進(jìn)行改動，以實現(xiàn)供熱期間低加疏水熱量的回收利用。

本文作者提出，供熱期間將6號低加正常疏水引到8號低加，即采用跨級疏水方式，同時將6號低加的設(shè)計工況也修改為額定供熱工況，其給水端差定為2.8℃，疏水端差定為5.6℃，其余低壓加熱器換熱面積不變，調(diào)用低壓加熱器面積計算程序和總體熱力計算程序，得到機(jī)組深度優(yōu)化后供熱工況熱力系統(tǒng)圖（見圖5），6號低加所需換熱面積為554 m2（凝結(jié)段）+88 m2（疏冷段），6號低加需要增加的換熱面積為45 m2；深度優(yōu)化后機(jī)組再增加出力722 kW。

圖5　深度優(yōu)化后供熱工況熱力系統(tǒng)圖（僅示回?zé)嵯到y(tǒng)低加部分）

4　給水加熱器布置標(biāo)高調(diào)整

從深度優(yōu)化后額定供熱工況熱平衡圖（見圖5）可以看出：6號低加與8號低加之間的級間壓差仍不足以克服級間疏水流動總阻力（6號低加殼程阻力+疏水管線流動阻力+疏水調(diào)節(jié)閥所需壓降+低加級間負(fù)位差），若能將6號低加布置到汽輪機(jī)運(yùn)行層(13.5 m)，則6號低加與8號低加之間的級間壓差，再加上6號低加與8號低加之間的正位差就足以克服級間疏水流動阻力，保證疏水暢通。

5　供熱機(jī)組給水回?zé)嵯到y(tǒng)優(yōu)化的投入與收益分析

供熱機(jī)組給水回?zé)嵯到y(tǒng)優(yōu)化的投入與收益分析見表3。

表3　供熱機(jī)組給水回?zé)嵯到y(tǒng)投入與收益分析

6　結(jié)語

本文通過一典型供熱機(jī)組案例分析，闡明供熱機(jī)組的給水回?zé)嵯到y(tǒng)不能簡單套用純凝發(fā)電機(jī)組的模式，而是應(yīng)該按照以下幾點(diǎn)：

（1）部分給水加熱器以供熱工況作為設(shè)計工況，其余以純凝發(fā)電工況作為設(shè)計工況；

（2）供熱期間因不滿足疏水逐級自流條件，某些級給水加熱器采用跨級疏水方式，最大限度利用疏水熱量；

（3）為保證給水加熱器疏水暢通，適當(dāng)調(diào)整了某些給水加熱器的布置標(biāo)高。

本文同時對優(yōu)化投入與收益進(jìn)行了分析，得出優(yōu)化后的給水回?zé)嵯到y(tǒng)既能提高電廠熱力系統(tǒng)循環(huán)效率，增加電廠的收益，又能減小凝汽器的廢熱排放。

[1]中國動力工程學(xué)會.火力發(fā)電設(shè)備技術(shù)手冊[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1998.

[2]武學(xué)素.熱電聯(lián)產(chǎn)[M].西安:西安交通大學(xué)出版社,1998,63-103.

[3]徐基豫.汽輪機(jī)組給水回?zé)嵯到y(tǒng)優(yōu)化的研究[J].中國電機(jī)工程學(xué)報,1988,8(1):55-61.

[4]劉志祥.給水加熱器布置型式研究[J].電站輔機(jī),2008,4(3):1-4.

[5]美國熱交換器學(xué)會.HEI閉式給水加熱器標(biāo)準(zhǔn)[S].

[6]中國機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會.汽輪機(jī)低壓給水加熱器技術(shù)條件:JB/T 8184[S].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2015.

[7]尾花英朗.熱交換器設(shè)計手冊[M].北京:烴加工出版社,1987.

[8]EU施林德爾.換熱器設(shè)計手冊[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1989.

[9]高秀志,謝果.低壓給水加熱器變工況優(yōu)化熱力計算方法[J].東方汽輪機(jī),2014,(4):6-11.

[10]王運(yùn)民.汽輪機(jī)回?zé)嵯到y(tǒng)給水焓升的最優(yōu)分配[J].汽輪機(jī)技術(shù),2003,45(4):217-218.