超超臨界二次再熱機(jī)組熱力系統(tǒng)優(yōu)化分析

趙曉軍

【摘 要】對(duì)于大型超超臨界二次再熱系統(tǒng)回?zé)岢槠麥囟雀摺⑦^(guò)熱度大等情況，通過(guò)采用優(yōu)化后具備回?zé)崾叫∑啓C(jī)的超超臨界二次再熱熱力系統(tǒng)，利用EBSILON軟件對(duì)常規(guī)二次再熱系統(tǒng)和優(yōu)化后的熱力系統(tǒng)進(jìn)行仿真計(jì)算，最終優(yōu)化后系統(tǒng)的抽油過(guò)熱度大幅度下降。為對(duì)優(yōu)化后系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性做出進(jìn)一步驗(yàn)證分析，運(yùn)用?分析理論，對(duì)常規(guī)二次再熱熱力系統(tǒng)和經(jīng)過(guò)優(yōu)化的系統(tǒng)的抽汽回?zé)嵯到y(tǒng)的指標(biāo)進(jìn)行了全面的計(jì)算和對(duì)比分析。

【關(guān)鍵詞】超超臨界；二次再熱；抽汽過(guò)熱度；小汽輪機(jī)；分析

【中圖分類號(hào)】TM621 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2018）02-0095-02

0 引言

近年來(lái)，隨著我國(guó)能源形勢(shì)不斷緊張，火電機(jī)組逐步向著高參數(shù)大容量方向發(fā)展[1]。超超臨界二次再熱技術(shù)可以進(jìn)一步提高火電機(jī)組初參數(shù)，進(jìn)而提高機(jī)組經(jīng)濟(jì)性，是當(dāng)今火電機(jī)組研究的一個(gè)重要發(fā)展方向[2]。同時(shí)，經(jīng)過(guò)鍋爐兩次再熱器加熱也導(dǎo)致回?zé)嵯到y(tǒng)的抽汽參數(shù)升高，抽汽過(guò)熱度也會(huì)提高，增加了回?zé)峒訜崞鞯牟豢赡鎿p失。為了進(jìn)一步提高二次再熱機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性，需要優(yōu)化利用回?zé)岢槠^(guò)熱度[3]。

1 超超臨界常規(guī)二次再熱系統(tǒng)

超超臨界二次再熱機(jī)組，汽輪機(jī)包括五缸四排汽單軸，由高壓缸（HP）、第一再熱中壓缸（IP1）、第二再熱中壓缸（IP2）及2個(gè)低壓缸（LP1、LP2）共5個(gè)汽缸組成，效率分別為90%、91.5%、91.8%、92%，共10級(jí)抽汽回?zé)?，額定背壓取為4.5 kPa，一次再熱和二次再熱蒸汽壓損均為10%，鍋爐效率為94%，管道效率為99.1%，廠用電率為3.5%[4]。系統(tǒng)主要參數(shù)如下：發(fā)電功率為1 000 MW；主汽門前蒸汽壓力與溫度分別為31 MPa、600 ℃；主蒸汽進(jìn)汽量為2 629.5 t/h；一次再熱后蒸汽壓力與溫度分別為10.09 MPa、610 ℃；二次在熱后蒸汽壓力與溫度分別為3.084 MPa、610 ℃；給水溫度為315 ℃。

2 抽汽過(guò)熱度優(yōu)化的熱力學(xué)原理

加熱器內(nèi)蒸汽放熱與給水吸熱的熱力過(guò)程如圖1所示。Ten為環(huán)境溫度，c-d-e為蒸汽放熱過(guò)程，a-b為給水吸熱過(guò)程，換熱階段熵增是△S。抽汽溫度下降后，蒸汽放熱過(guò)程為f-g-e，能夠觀察到換熱溫差大幅度降低，換熱階段熵增減小量δS，為圖1陰影處，熵增降低，換熱期間不可逆損失降低，機(jī)組更具熱經(jīng)濟(jì)性。

3 二次再熱MC系統(tǒng)

在高壓缸排汽引入一個(gè)增設(shè)的獨(dú)立的抽汽背壓式小汽輪機(jī)，該小汽輪機(jī)用來(lái)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)和給水泵。汽輪機(jī)高壓缸內(nèi)部分排汽將直接進(jìn)入小汽輪機(jī)內(nèi)，機(jī)組汽輪機(jī)中壓缸取消回?zé)岢槠?，相?yīng)回?zé)岢槠麃?lái)源于其背壓式小汽輪機(jī)[5]。上述幾級(jí)回?zé)岢槠∪チ嗽贌徇^(guò)程，過(guò)熱度得到明顯降低，可有效解決常規(guī)二次再熱系統(tǒng)中壓缸抽汽過(guò)熱度過(guò)高、加熱器不可逆損失大的問題[6]。

4 結(jié)果分析

4.1 回?zé)岢槠^(guò)熱度優(yōu)化結(jié)果

本文利用EBSILON軟件對(duì)常規(guī)超超臨界二次再熱系統(tǒng)和經(jīng)過(guò)優(yōu)化的二次再熱MC系統(tǒng)進(jìn)行仿真計(jì)算，并基于?分析理論，全面對(duì)比和分析2種熱力系統(tǒng)的熱力學(xué)性能，結(jié)果見表1和表2。

將二次再熱MC系統(tǒng)與常規(guī)二次再熱系統(tǒng)抽汽過(guò)熱度相比，因?yàn)槌Ｒ?guī)二次再熱機(jī)組第2～7級(jí)過(guò)熱度最高，且二次再熱MC系統(tǒng)因?yàn)楦邏焊撞糠峙牌苯舆M(jìn)入回?zé)崾叫∑啓C(jī)，第2～7級(jí)抽汽都來(lái)源于小汽輪機(jī)，因此相比于常規(guī)二次再熱系統(tǒng)，第2-7級(jí)抽汽過(guò)熱度大幅度降低。常規(guī)系統(tǒng)內(nèi)過(guò)熱度處在峰值的第2級(jí)、第4級(jí)抽汽過(guò)熱度有了明顯降低，即85.4 ℃、41.77 ℃，而第6級(jí)和第7級(jí)抽汽過(guò)熱度則降低至0 ℃。這表明二次MC系統(tǒng)避免了常規(guī)二次再熱系統(tǒng)出現(xiàn)的抽汽時(shí)溫度高、過(guò)熱度大等現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)了二次再熱機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的提升。

4.2 分析計(jì)算結(jié)果

2個(gè)系統(tǒng)的回?zé)嵯到y(tǒng)都為10級(jí)抽汽系統(tǒng)，通過(guò)運(yùn)用?分析理論計(jì)算其加熱器的指標(biāo)，表3為計(jì)算結(jié)果。

通過(guò)分析表3中的數(shù)據(jù)得出，2種熱力系統(tǒng)內(nèi)第1～5級(jí)加熱器?效率很高，都超過(guò)了90%；對(duì)第7～10級(jí)加熱器效率來(lái)說(shuō)，將隨著抽汽壓力溫度的降低而逐漸降低?？梢杂^察到2個(gè)系統(tǒng)內(nèi)第2～7級(jí)加熱器損差異很大，其中損差異最大的為第3級(jí)和第6級(jí)加熱器。而與常規(guī)系統(tǒng)相比，MC系統(tǒng)內(nèi)第3級(jí)和第6級(jí)加熱器損則分別降低2.19 MW與2.55 MW。

將2個(gè)系統(tǒng)同一級(jí)加熱器?效率相比，在第2～7級(jí)加熱器損效率方面，MC系統(tǒng)較常規(guī)系統(tǒng)均有顯著提升，尤其是其第6級(jí)、第7級(jí)加熱器效率高出8.73%與5.38%，其他級(jí)加熱器效率則差不多。2個(gè)系統(tǒng)加熱器之所以出現(xiàn)了損和效率差異，原因是MC系統(tǒng)內(nèi)有獨(dú)立的回?zé)崾叫∑啓C(jī)，以此取代常規(guī)系統(tǒng)內(nèi)的中壓缸抽汽，且這幾級(jí)抽汽沒有通過(guò)再熱器再熱，則抽汽時(shí)的溫度、過(guò)熱度等都會(huì)降低，加熱器換熱溫差也隨之下降，進(jìn)而使損減小和效率上升。

5 結(jié)論

通過(guò)EBSILON仿真計(jì)算得出經(jīng)過(guò)優(yōu)化的超超臨界二次再熱MC系統(tǒng)相對(duì)于常規(guī)超超臨界二次再熱系統(tǒng)，回?zé)嵯到y(tǒng)抽汽溫度出現(xiàn)了下降，達(dá)到了優(yōu)化抽汽過(guò)熱度的目的，減少了加熱器內(nèi)熱換的不可逆損失，同時(shí)也提高了機(jī)組的安全性?；?分析原理，計(jì)算得出二次再熱MC系統(tǒng)第2～7級(jí)加熱器?損?效率較常規(guī)系統(tǒng)有了很大的提升，表明二次再熱MC系統(tǒng)在降低抽汽過(guò)熱度的前提下保證了換熱器的經(jīng)濟(jì)性，進(jìn)一步提高了機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]毛健雄.中國(guó)火電技術(shù)的發(fā)展方向和世界超超臨界技術(shù)的最新發(fā)展[J].熱電技術(shù)，2011（4）：1-8.

[2]高昊天，范浩杰，董建聰，等.超超臨界二次再熱機(jī)組的發(fā)展[J].鍋爐技術(shù)，2014，45（4）：1-3.

[3]殷亞寧.二次再熱超超臨界機(jī)組應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展[J].電站系統(tǒng)工程，2013（2）：15.

[4]火電廠熱系統(tǒng)定量分析[M].西安：西安交通大學(xué)出版社，1985.

[5]楊世銘，陶文銓.傳熱學(xué)[M].第4版.北京：高等教育出版社，2006.

[6]張方煒，劉原一，譚厚章，等.超臨界火力發(fā)電機(jī)組二次再熱技術(shù)研究[J].電力勘測(cè)設(shè)計(jì)，2013（2）：34-39.