淺談火電廠回?zé)峒訜崞鬟\(yùn)行方式存在的問(wèn)題

趙鑫

（上海申能電力科技有限公司，上海 200137）

0 引言

回?zé)嵫h(huán)在現(xiàn)代火力發(fā)電機(jī)組中廣泛使用。回?zé)嵫h(huán)系統(tǒng)的核心設(shè)備就是回?zé)峒訜崞?，回?zé)峒訜崞鞯亩瞬羁刂扑街苯佑绊懴到y(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。在汽輪機(jī)常規(guī)設(shè)計(jì)計(jì)算中經(jīng)常會(huì)在給水等焓升原則下對(duì)回?zé)嵯到y(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。此時(shí)根據(jù)加工制造水平確定的加熱器的端差將作為一項(xiàng)重要的技術(shù)參數(shù)，被用作系統(tǒng)設(shè)計(jì)輸入，用于汽輪機(jī)各抽汽參數(shù)的確定及優(yōu)化。在汽輪機(jī)各工況的設(shè)計(jì)中一般都是基于回?zé)峒訜崞鞫瞬畈蛔優(yōu)榍疤岬?，制造廠給出的汽輪機(jī)熱平衡圖中，往往也將回?zé)峒訜崞鞫瞬钭鳛槎ㄖ祦?lái)處理，因此熱力系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)都是基于回?zé)峒訜崞鞫瞬畈蛔兊那疤徇M(jìn)行設(shè)計(jì)的。運(yùn)行中如回?zé)峒訜崞髌x設(shè)計(jì)端差，將使系統(tǒng)整體運(yùn)行工況偏離設(shè)計(jì)工況，必然影響整個(gè)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性[1]。

1 影響回?zé)峒訜崞鞫瞬畹囊蛩胤治?/h2>

對(duì)于管式回?zé)峒訜崞鳎瑸榱藴p少換熱溫差，盡量減少?損失，在進(jìn)行回?zé)峒訜崞鹘Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，一般將加熱器分成蒸汽冷卻段、凝結(jié)換熱段和疏水過(guò)冷段三段流程。其中蒸汽冷卻段將抽汽進(jìn)口的過(guò)熱蒸汽冷卻至飽和蒸汽，充分利用進(jìn)口蒸汽的過(guò)熱度；蒸汽在蒸汽凝結(jié)段進(jìn)行相變凝結(jié)換熱，釋放凝結(jié)潛熱；疏水冷卻段將凝結(jié)換熱后的飽和水進(jìn)行冷卻，進(jìn)一步回收利用其高品位熱能。其簡(jiǎn)化模型如圖1所示：

為了簡(jiǎn)化分析計(jì)算過(guò)程，現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)做如下理想化假設(shè)：①忽略回?zé)釗Q熱器的換熱損失，認(rèn)為換熱器效率為100%；②抽汽系統(tǒng)包括換熱器內(nèi)部工質(zhì)流動(dòng)不存在流動(dòng)壓損，汽輪機(jī)門組在運(yùn)行中不存在節(jié)流損失；③汽輪機(jī)各機(jī)組可膨脹至臨界狀態(tài)，根據(jù)弗留格爾公式，主蒸汽流量與汽輪機(jī)負(fù)荷以及抽汽壓力成正比。機(jī)組變工況過(guò)程中減溫水比例維持不變，主蒸汽與給水流量比例固定；④將換熱器簡(jiǎn)化為單熱源換熱器，不考慮相鄰換熱器逐級(jí)自流疏水的換熱[2]。

分別對(duì)以上三段建立熱平衡方程，可得：

其中：K1、K2分別為蒸汽冷卻段及疏水冷卻段的換熱系數(shù)；A1、A2分別為及疏水冷卻段的換熱面積，與運(yùn)行水位控制有關(guān)；Gw、Gd分別為該加熱器水側(cè)及蒸汽側(cè)流量，與系統(tǒng)運(yùn)行工況有關(guān)；Cp為該加熱器的定壓比熱容；tw0至tw3為該加熱器水側(cè)流程各段給水溫度；h1至h4為該加熱器汽側(cè)流程各段焓值，在給定汽側(cè)進(jìn)汽壓力p1的工況下，其與t1-t4具有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系；△tm1、△tm2為蒸汽冷卻段和疏水冷卻段的自然對(duì)數(shù)溫差[3]。

在上述熱平衡方程中，將tw3、tw2、tw1、t4(h4)、Gd作為未知變量，其余物理量作為已知量，則上述方程組假設(shè)的未知量一定可解出由剩余物理量h1、h2、h3、p1、tw0、Gw、Cp、K1、K2、A1、A2構(gòu)成的解。令t4求得的解為：

其中，K1、K2在加熱器給定后，其蒸汽冷卻段及疏水冷卻段換熱器系數(shù)近似為常數(shù)；A1、A2只與運(yùn)行中水位調(diào)整有關(guān)，在水位固定的情況下，其為常數(shù)；h1與加熱器進(jìn)汽壓力p1及進(jìn)汽溫度t1存在函數(shù)關(guān)系；h2、h3分別為抽汽壓力下飽和蒸汽和飽和水的焓值，僅與加熱器進(jìn)汽壓力p1有關(guān)；Gw為水側(cè)給水流量，其與加熱器進(jìn)汽壓力p1成比例關(guān)系；Cp為水側(cè)定壓比熱，由于不考慮流動(dòng)壓損，因此水側(cè)壓力與加熱器進(jìn)汽壓力成比例關(guān)系，即Cp與回?zé)峒訜崞鞒槠麎毫1存在一一對(duì)應(yīng)關(guān)系；則令t4求得的解可簡(jiǎn)化為：

由上式可知回?zé)峒訜崞鞯南露瞬钆c回?zé)峒訜崞鬟M(jìn)汽壓力、進(jìn)汽溫度、沾污系數(shù)以及換熱器蒸汽冷卻段及疏水冷卻段的換熱面積（即運(yùn)行水位）有關(guān)。運(yùn)行中的加熱器如忽略加熱器的沾污變化，則式（7）可以簡(jiǎn)化為：

對(duì)于最靠近凝汽器的末級(jí)回?zé)峒訜崞?，如忽略軸封加熱器溫升，則tw0取決于機(jī)組真空，可以認(rèn)為是定值，則式（8）進(jìn)一步簡(jiǎn)化為：

該溫度為沿給水方向高一級(jí)換熱器去的給水入口溫度。因此對(duì)于第i級(jí)加熱器有：

由公式（11）至公式（13）可知，對(duì)于帶有回?zé)嵯到y(tǒng)的汽輪發(fā)電機(jī)組，各級(jí)加熱器的端差值與各級(jí)抽汽壓力、抽汽溫度、機(jī)組排汽壓力以及各級(jí)換熱器的蒸汽冷卻段及疏水冷卻段的換熱面積有關(guān)。在給定的機(jī)組運(yùn)行工況下，以上影響因素均為定值，對(duì)應(yīng)的各換熱器端差均為設(shè)計(jì)值。當(dāng)機(jī)組運(yùn)行條件發(fā)生變化導(dǎo)致同一負(fù)荷下機(jī)組背壓、主蒸汽溫度發(fā)生變化，或者機(jī)組變負(fù)荷運(yùn)行、各回?zé)峒訜崞魉辉O(shè)定值改變時(shí)，各回?zé)峒訜崞鞯倪\(yùn)行端差必然會(huì)發(fā)生改變。對(duì)于有上級(jí)加熱器疏水逐級(jí)自流的系統(tǒng)，由于增加了一路加熱熱源情況將變得復(fù)雜，需要從最高壓力等級(jí)的回?zé)峒訜崞鬟M(jìn)行熱平衡方程聯(lián)列，但最終影響因素與簡(jiǎn)化模型仍相同，本文中不做詳細(xì)分析[4]。

2 目前運(yùn)行方式存在的問(wèn)題

發(fā)電機(jī)組運(yùn)行調(diào)試期間，在各級(jí)回?zé)峒訜崞魇状瓮度脒\(yùn)行后，會(huì)對(duì)回?zé)峒訜崞鬟M(jìn)行水位調(diào)試。常規(guī)的調(diào)試方法為：以加熱器出廠標(biāo)定的設(shè)計(jì)液位鋼標(biāo)為基礎(chǔ)，在機(jī)組滿負(fù)荷（或者某一固定負(fù)荷）下，以加熱器的下端差為跟蹤對(duì)象，兼顧上端差，調(diào)整運(yùn)行水位，直至上下端差值達(dá)到設(shè)計(jì)值后，認(rèn)為目前水位即達(dá)到回?zé)峒訜崞餍阅鼙ＷC值的運(yùn)行水位。以此為基礎(chǔ)，由熱工人員進(jìn)行基準(zhǔn)水位遷移，將該水位遷移做水位調(diào)整的基準(zhǔn)，在機(jī)組運(yùn)行控制策略中，回?zé)峒訜崞饕栽撍粸榭刂颇繕?biāo)，保持定水位運(yùn)行。

在傳統(tǒng)的調(diào)試方法下，由于維持了定水位運(yùn)行，相當(dāng)于在運(yùn)行中人為控制了各加熱器蒸汽冷卻段和疏水冷卻段的換熱器面積A1、A2固定不變。根據(jù)公式（9）（10），在機(jī)組定負(fù)荷工況汽壓或者汽溫發(fā)生變化、同負(fù)荷下機(jī)組真空發(fā)生差異或者在機(jī)組調(diào)峰變負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，各級(jí)抽汽壓力及溫度會(huì)發(fā)生變化，換熱器端差必然發(fā)生變化，使其偏離設(shè)計(jì)工況，從而影響系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性。

3 回?zé)峒訜崞骺刂撇呗越ㄗh

為了最大限度挖掘回?zé)嵯到y(tǒng)經(jīng)濟(jì)性，維持換熱器端差不變，在運(yùn)行中就必需改變換熱面積A1、A2，用以糾正因?yàn)檫M(jìn)汽壓力和進(jìn)汽溫度的變化對(duì)換熱器端差帶來(lái)的影響。換熱器將采用變水位控制的運(yùn)行方式，此時(shí)原回?zé)峒訜崞髯詣?dòng)控制策略不再適用。此時(shí)在回?zé)峒訜崞鬟\(yùn)行水位控制過(guò)程中，可將換熱器下端差為自動(dòng)控制跟蹤目標(biāo)，變工況過(guò)程中通過(guò)改變水位來(lái)維持加熱器端差不變，以達(dá)到更好的經(jīng)濟(jì)性。考慮到運(yùn)行過(guò)程中端差值需要經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理計(jì)算得到，當(dāng)進(jìn)汽壓力、水側(cè)進(jìn)出口溫度、疏水溫度中任一因素發(fā)生變化，端差計(jì)算值將失真，自動(dòng)可靠性將降低，因此可對(duì)上述控制策略做適當(dāng)簡(jiǎn)化：在換熱器水位調(diào)試時(shí)進(jìn)行多工況點(diǎn)的加熱器液位控制值摸索，盡可能多地摸索出不同負(fù)荷下維持換熱器端差不變對(duì)應(yīng)的最優(yōu)水位控制值，得到一條不同負(fù)荷下的液位控制曲線。自動(dòng)控制策略仍將換熱器水位作為控制目標(biāo)，跟蹤目標(biāo)由定值變更為上述最優(yōu)液位目標(biāo)值曲線，使各加熱器在變工況運(yùn)行時(shí)運(yùn)行值更加接近設(shè)計(jì)工況，最大限度挖掘回?zé)嵯到y(tǒng)節(jié)能潛力[5]。

4 結(jié)語(yǔ)

在目前回?zé)峒訜嵯到y(tǒng)控制方式下，在加熱器調(diào)試投運(yùn)后，僅能保證調(diào)試工況下加熱器端差達(dá)到設(shè)計(jì)值。當(dāng)回?zé)峒訜崞鬟\(yùn)行工況偏離調(diào)試工況后，其端差必然偏離設(shè)計(jì)值，因此目前基于定水位運(yùn)行的加熱器控制方式存在優(yōu)化空間，有必要通過(guò)改變現(xiàn)有的回?zé)峒訜崞鞫ㄋ豢刂撇呗裕瑢Q熱器端差值作為運(yùn)行控制跟蹤目標(biāo)，從而進(jìn)一步改善系統(tǒng)運(yùn)行工況，提高運(yùn)行效率，挖掘節(jié)能空間。