1 000 MW火電機(jī)組高壓加熱器效率研究

陳增輝,劉 磊

(1.大唐東營(yíng)發(fā)電有限公司,山東 東營(yíng) 257000;2.大唐東北電力試驗(yàn)研究院,吉林 長(zhǎng)春 130000)

0 引言

高壓加熱器是汽輪機(jī)附屬系統(tǒng)中的重要設(shè)備，利用從汽輪機(jī)中間級(jí)后抽出的蒸汽，加熱鍋爐給水，以實(shí)現(xiàn)提高機(jī)組熱效率的目的。因此，盡早發(fā)現(xiàn)并及時(shí)處理高壓加熱器的故障對(duì)提高火力發(fā)電廠的熱經(jīng)濟(jì)性意義很大[1]。當(dāng)前行業(yè)內(nèi)多用加熱器的端差大小來(lái)評(píng)價(jià)高壓加熱器的熱經(jīng)濟(jì)性?，F(xiàn)在大型機(jī)組的高壓加熱器一般采用疏水冷卻段、凝結(jié)段和蒸汽冷卻段的三段式結(jié)構(gòu)。這樣可以盡可能地降低其上、下端溫差，提高機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性。

目前運(yùn)行的超超臨界機(jī)組高壓加熱器多設(shè)置內(nèi)置式蒸汽冷卻器(段)，但對(duì)于二次再熱機(jī)組，來(lái)自高壓缸的二段抽汽管道及來(lái)自中壓缸的四段抽汽管道過(guò)熱度分別達(dá)到260 ℃和325 ℃以上，對(duì)應(yīng)的回?zé)峒訜崞鲹Q熱溫差大，換熱引起的不可逆損失增大影響機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性。

傳統(tǒng)熱分析方法沒(méi)有考慮到能量的品質(zhì)，進(jìn)而對(duì)進(jìn)一步挖掘節(jié)能潛力工作帶來(lái)理論上的障礙。而參數(shù)兼顧了能量的數(shù)量和質(zhì)量上的統(tǒng)一，是衡量能量轉(zhuǎn)換設(shè)備的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，在文獻(xiàn)[2-3]中詳細(xì)介紹了參數(shù)的優(yōu)越性和在能量系統(tǒng)中的應(yīng)用方法。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外越來(lái)越多的學(xué)者利用參數(shù)對(duì)電站熱力系統(tǒng)、相關(guān)耗能系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能診斷工作，并收到了良好的效果[4-7]。為更全面的了解加熱器的性能表現(xiàn)，文章對(duì)利用參數(shù)對(duì)高壓加熱器系統(tǒng)進(jìn)行效率核算。并以1號(hào)高壓加熱器端差變工況作為算例的影響因子，對(duì)某1 000 MW高壓加熱器系統(tǒng)進(jìn)行了效率計(jì)算分析，給出高壓加熱器系統(tǒng)設(shè)備參數(shù)的變化特點(diǎn)，指導(dǎo)電站節(jié)能工作。

1 高壓加熱器指標(biāo)存在的問(wèn)題

在電站節(jié)能統(tǒng)計(jì)或者進(jìn)行性能試驗(yàn)時(shí)，通常不考慮加熱器散熱損失，取換熱效率為100%，此方式為熱力試驗(yàn)計(jì)算給水流量規(guī)程推薦方法，同時(shí)通過(guò)大量的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)證明，計(jì)算得到的抽汽流量，以及基于抽汽流量得到的給水及汽輪機(jī)主蒸汽流量可得到滿(mǎn)意的精度，說(shuō)明加熱器熱效率取100%是基本負(fù)荷加熱器，但由于運(yùn)行時(shí)的各種原因?qū)е碌募訜崞鳒厣赡懿贿_(dá)設(shè)計(jì)值的情況，只能通過(guò)端差體現(xiàn)。

根據(jù)加熱器熱平衡公式?？芍ǔＴ陔姀S熱力計(jì)算過(guò)程中認(rèn)為加熱器熱效率為一定值。即使在加熱器溫升出現(xiàn)變化時(shí)，加熱器的換熱效率仍是保持不變的。但加熱器的給水端差此時(shí)是變化的。但端差的變化不能夠直接反應(yīng)加熱器的性能變化。但加熱器的換熱性能下降與熱效率為100%的說(shuō)法存在矛盾。這也主要是熱方法不區(qū)分能量品質(zhì)等級(jí)造成的。同時(shí)性能出現(xiàn)的惡化加熱器對(duì)系統(tǒng)中其他的加熱器性能影響也是體現(xiàn)不出來(lái)的。因此，文章給出一種基于參數(shù)的評(píng)價(jià)方法，加熱器溫升變化時(shí)，加熱器的效率能清晰反應(yīng)加熱器的性能的變化。同時(shí)文章給出了加熱器溫升變化對(duì)機(jī)組性能的影響情況。

2 高壓加熱器效率

e=h-h0-T0(s-s0)

(1)

式中e——水或水蒸氣的/kJ·kg-1；

h——水或水蒸氣焓/kg·kg-1；

h0——水在環(huán)境條件下的焓/kg·kg-1；

焓參數(shù)可以根據(jù)水和水蒸氣焓熵圖中壓力和溫度參數(shù)得到。

T0——環(huán)境開(kāi)氏溫度/K；

s——水或水蒸氣的熵/kJ·(kg·K)-1；

s0——水環(huán)境條件下的熵/kJ·(kg·K)-1。熵參數(shù)可以根據(jù)水和水蒸氣焓熵圖中壓力和溫度參數(shù)得到。

(2)

式中Gs——加熱器水側(cè)流量/kg·s-1；

Gq——加熱器進(jìn)汽流量/kg·s-1；

e1——加熱器進(jìn)水/kJ·kg-1；

e2——加熱器出口/kJ·kg-1；

e3——加熱器進(jìn)汽/kJ·kg-1；

e4——加熱器疏水/kJ·kg-1。

1 000 MW二次再熱機(jī)組高壓加熱器通常配置4臺(tái)高壓加熱器，系統(tǒng)圖見(jiàn)圖1所示。

(3)

式中egs1——1號(hào)高壓加熱器給水出口/kJ·kg-1；

egs2——1號(hào)高壓加熱器給水入口/kJ·kg-1；

ejq1——加熱器進(jìn)汽/kJ·kg-1；

ess1——加熱器疏水/kJ·kg-1；

Ggs——給水流量/kg·s-1；

Gjq1——1號(hào)高壓加熱器進(jìn)汽流量/kg·s-1。

(4)

式中egs2——2號(hào)高壓加熱器給水出口/kJ·kg-1；

egs3——2號(hào)高壓加熱器給水入口/kJ·kg-1；

ejq2——2號(hào)高壓加熱器進(jìn)汽/kJ·kg-1；

ess2——2號(hào)高壓加熱器疏水/kJ·kg-1；

Gjq2——2號(hào)高壓加熱器進(jìn)汽流量/kg·s-1；

Gss1——1號(hào)高壓加熱器疏水流量/kg·s-1。

3 某電站高壓加熱器算例

某電站1 000 MW二次再熱機(jī)組配置4臺(tái)單列蛇形管高壓加熱器，其中二段抽汽和四段抽汽配置外置式過(guò)熱蒸汽冷卻器，高壓加熱器系統(tǒng)如圖1所示，加熱器設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 高壓加熱器性能規(guī)范

表2 高壓給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)

3.1 算例基本假設(shè)

工況假設(shè)條件：1號(hào)高壓加熱器性能出現(xiàn)惡化，給水端差下降導(dǎo)致1號(hào)高壓加熱器出口水溫降低；1號(hào)高壓加熱器變工況計(jì)算時(shí)，二段、四段抽汽外置蒸汽冷卻器按照性能試驗(yàn)中系統(tǒng)修正方法，依據(jù)下端差計(jì)算2號(hào)、4號(hào)加熱器進(jìn)汽溫度；不考慮加熱器散熱損失(熱效率100%)。

3.2 高壓加熱器效率計(jì)算

表3 高壓加熱器設(shè)計(jì)熱效率與效率對(duì)比

表3 高壓加熱器設(shè)計(jì)熱效率與效率對(duì)比

設(shè)備熱效率/%效率/%1號(hào)高壓加熱器10097.822號(hào)高壓加熱器10097.273號(hào)高壓加熱器10094.474號(hào)高壓加熱器10094.57

表4 高壓加熱器效率變工況計(jì)算結(jié)果

表4 高壓加熱器效率變工況計(jì)算結(jié)果

1號(hào)高壓加熱器端差/℃-1.7-0.70.31.31號(hào)高壓加熱器97.8297.7997.7797.752號(hào)高壓加熱器97.2797.2897.3097.323號(hào)高壓加熱器94.4794.4694.4594.434號(hào)高壓加熱器94.5794.5894.6094.61

圖2 1號(hào)高壓加熱器端差對(duì)高壓效率影響曲線(xiàn)

由計(jì)算結(jié)果可見(jiàn)，1號(hào)高壓加熱器端差增大時(shí)，1號(hào)高壓加熱器效率是明顯降低的，這與熱效率明顯不同，2號(hào)、4號(hào)高壓加熱器效率是提高的，究其原因是由于1號(hào)高壓加熱器由于端差升高，導(dǎo)致1號(hào)高壓加熱器出口水溫降低，2段、4段抽汽過(guò)熱蒸汽冷卻器抽汽出口汽溫降低，進(jìn)而導(dǎo)致2號(hào)、4號(hào)高壓加熱器進(jìn)汽溫度，在2號(hào)、4號(hào)加熱器換熱性能不變的前提下，加熱器進(jìn)汽溫度降低實(shí)際上降低了換熱溫差，從而降低了有溫差換熱的不可逆損失，所以2號(hào)、4號(hào)高壓加熱器的效率得以升高。這是由于外置式蒸汽冷卻器的出口蒸汽溫度降低引起的2、4號(hào)高壓加熱器換熱溫差帶來(lái)的不可逆損失。

對(duì)于外置蒸汽冷卻器來(lái)說(shuō)，雖然二段抽汽、四段抽汽外置蒸汽冷卻器的進(jìn)汽流量相應(yīng)增加，但不能彌補(bǔ)1號(hào)高壓加熱器端差?lèi)夯鸬慕o水溫度降低，增加了鍋爐吸熱量和汽機(jī)熱耗率。

4 結(jié)論與展望

(2)當(dāng)高壓加熱器換熱性能下降時(shí)，熱效率不能夠體現(xiàn)加熱器性能。在加熱器端差?lèi)夯瘯r(shí)，加熱器效率能夠體現(xiàn)加熱器性能變化。

(4)作為汽輪發(fā)電機(jī)機(jī)組的組成部分，某臺(tái)高壓加熱器性能的惡化可能會(huì)對(duì)影響高壓加熱器性能升高，但對(duì)于整個(gè)熱力系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，性能降低是必然的。