崔傳濤,馬守祥,曾勝龍
(1.中電華創(chuàng)電力技術(shù)研究有限公司,江蘇 蘇州 215123;2.中電商丘熱電有限公司,河南 商丘 476000)
隨著國家節(jié)能減排工作的逐步實(shí)施,對(duì)燃煤機(jī)組能耗水平的要求不斷提高,國內(nèi)300 MW 等級(jí)亞臨界機(jī)組能耗指標(biāo)在新形勢(shì)下處于競(jìng)爭(zhēng)劣勢(shì),綜合考慮煤耗指標(biāo)、投資費(fèi)用、技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)及能耗指標(biāo)的競(jìng)爭(zhēng)性等因素,汽輪機(jī)通流改造是改善300 MW 亞臨界機(jī)組能耗指標(biāo)的重要技術(shù)措施[1-3]。通流改造對(duì)抽汽回?zé)嵯到y(tǒng)影響較大,需要考慮回?zé)嵯到y(tǒng)與通流部分設(shè)計(jì)的適應(yīng)性。
汽輪機(jī)通流改造對(duì)回?zé)嵯到y(tǒng)有較大影響,機(jī)組抽汽參數(shù)發(fā)生變化,產(chǎn)生的影響主要有以下幾方面:一是現(xiàn)有加熱器換熱面積若不足則需更換加熱器;二是抽汽回?zé)嵯到y(tǒng)換熱不充分,影響給水溫度;三是影響加熱器抽汽流量,汽輪機(jī)運(yùn)行熱耗率升高。當(dāng)前抽汽參數(shù)的選取是以汽輪機(jī)熱耗率最低為基準(zhǔn),并沒有考慮加熱器的換熱性能,抽汽回?zé)嵯到y(tǒng)對(duì)汽輪機(jī)熱耗率的影響在性能試驗(yàn)計(jì)算過程中被修正,對(duì)機(jī)組運(yùn)行煤耗產(chǎn)生不利影響[4]。
機(jī)組在投產(chǎn)設(shè)計(jì)階段,各段抽汽參數(shù)為加熱器的設(shè)計(jì)進(jìn)汽參數(shù),在保證汽輪機(jī)熱耗率的前提下兼顧加熱器的換熱效果。汽輪機(jī)通流改造后,各級(jí)抽汽參數(shù)發(fā)生相應(yīng)變化,若加熱器換熱性能與通流設(shè)計(jì)適應(yīng)性差,會(huì)出現(xiàn)部分加熱器原有換熱面積無法滿足需求,影響回?zé)嵯到y(tǒng)換熱效果,造成機(jī)組給水溫度偏低等問題[5-7]。
在熱力學(xué)第二定律、等效焓降等理論基礎(chǔ)上,建立了機(jī)組回?zé)岢槠到y(tǒng)計(jì)算程序,得到具體的抽汽參數(shù)對(duì)機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性的影響變化關(guān)系[8-9]。加熱器抽汽流量計(jì)算公式為
其中,F(xiàn)n為n 級(jí)抽汽量,kg/h;hn為n 級(jí)加熱器進(jìn)汽焓,kJ/kg;hdn為n 級(jí)加熱器疏水焓,kJ/kg;Fn-1為上級(jí)加熱器疏水量,kg/h;hn-1為上級(jí)加熱器疏水焓,kJ/kg;Fv為加熱器其他進(jìn)汽量,kg/h;hv為加熱器其他進(jìn)汽焓,kJ/kg;Ffw為加熱器進(jìn)出水流量,kg/h;hfn-1為加熱器出水焓,kJ/kg;hfn為加熱器進(jìn)水焓,kJ/kg。
以國內(nèi)某300 MW 機(jī)組為例,定量計(jì)算抽汽參數(shù)變化對(duì)回?zé)嵯到y(tǒng)的影響,該汽輪機(jī)型號(hào)為N300-16.7/537/537,共8 級(jí)抽汽回?zé)嵯到y(tǒng),配置3 臺(tái)高壓加熱器、1 臺(tái)除氧器和4 臺(tái)低壓加熱器。
該機(jī)組在進(jìn)行通流改造的同時(shí),將主蒸汽、再熱蒸汽溫度由537 ℃提高到566 ℃。為進(jìn)一步了解機(jī)組各級(jí)加熱器實(shí)際換熱效果,開展加熱器性能試驗(yàn),結(jié)合機(jī)組性能試驗(yàn)數(shù)據(jù),計(jì)算各級(jí)加熱器換熱能力,并與原設(shè)計(jì)換熱能力進(jìn)行對(duì)比分析。機(jī)組原設(shè)計(jì)參數(shù)及通流改造后抽汽系統(tǒng)參數(shù)如表1 所示。
表1 各加熱器參數(shù)對(duì)比
由表1 可以看出,各級(jí)加熱器實(shí)際運(yùn)行情況與原有設(shè)計(jì)水平存在一定的偏差,分別為原有設(shè)計(jì)值的90.33%~111.98%。其中,2 號(hào)高壓加熱器及7、8號(hào)低壓加熱器換熱效果低于原有設(shè)計(jì)水平,1、3 號(hào)高壓加熱器及5、6 號(hào)低壓加熱器換熱效果高于原有設(shè)計(jì)水平。
將汽輪機(jī)回?zé)嵯到y(tǒng)原設(shè)計(jì)值、實(shí)際運(yùn)行值、通流改造設(shè)計(jì)參數(shù)分別進(jìn)行計(jì)算,為便于對(duì)比分析,將加熱器原有設(shè)計(jì)值定義為100%,加熱器實(shí)際運(yùn)行水平、通流改造設(shè)計(jì)值分別進(jìn)行計(jì)算,各級(jí)加熱器換熱量結(jié)果如圖1 所示。
圖1 各加熱器換熱量對(duì)比
按照通流設(shè)計(jì)抽汽參數(shù)進(jìn)行計(jì)算,計(jì)算結(jié)果表明:第一,3 號(hào)高壓加熱器和6 號(hào)低壓加熱器需求換熱量超過原設(shè)計(jì)換熱能力,其他加熱器實(shí)際換熱量低于原設(shè)計(jì)換熱能力;第二,汽輪機(jī)通流改造設(shè)計(jì)后,2 號(hào)高壓加熱器和3 號(hào)高壓加熱器需求換熱量超過加熱器實(shí)際運(yùn)行水平,其他加熱器換熱量低于實(shí)際運(yùn)行水平;第三,為滿足汽輪機(jī)通流改造后加熱器換熱性能要求,需要更換2 號(hào)高壓加熱器和3 號(hào)高壓加熱器。
通過上述分析可以看出,通流改造設(shè)計(jì)抽汽參數(shù)與各級(jí)加熱器實(shí)際換熱水平適應(yīng)性不佳。其中,2號(hào)高壓加熱器和3 號(hào)高壓加熱器實(shí)際換熱效果不能滿足通流改造需求,需要更換加熱器。2 臺(tái)高壓加熱器更換投資費(fèi)用較高,為降低項(xiàng)目投資費(fèi)用,結(jié)合各級(jí)加熱器實(shí)際換熱效果,通過抽汽參數(shù)優(yōu)化調(diào)整的方式,改善抽汽參數(shù)與加熱器性能適應(yīng)性不佳的狀況,從而達(dá)到避免或減少加熱器更換的效果。
抽汽參數(shù)調(diào)整以不影響機(jī)組給水溫度為原則,充分發(fā)揮各級(jí)加熱器實(shí)際換熱能力,并兼顧加熱器原有設(shè)計(jì)換熱能力,以此為基礎(chǔ)進(jìn)行抽汽參數(shù)調(diào)整。結(jié)合上述分析數(shù)據(jù),制定抽汽參數(shù)調(diào)整原則,適當(dāng)增加1、5、7、8 段抽汽流量,適當(dāng)減少3、6 段抽汽流量。抽汽參數(shù)調(diào)整后,各級(jí)加熱器換熱情況如圖2 所示。
圖2 參數(shù)調(diào)整后各加熱器換熱量變化
調(diào)整抽汽參數(shù)后,通流改造設(shè)計(jì)回?zé)嵯到y(tǒng)進(jìn)汽參數(shù)與加熱器實(shí)際換熱效果曲線基本吻合,二者適應(yīng)性良好。
2 號(hào)高壓加熱器及7、8 號(hào)低壓加熱器實(shí)際換熱能力為原有設(shè)計(jì)值的90%、91%和90%,存在檢修提效空間,機(jī)組檢修期間通過加熱器換熱管清洗、堵漏等措施使其換熱能力達(dá)到原有設(shè)計(jì)值96%、95%和95%,與通流改造設(shè)計(jì)加熱器換熱能力相匹配。
針對(duì)汽輪機(jī)通流改造對(duì)回?zé)嵯到y(tǒng)的影響,提出抽汽參數(shù)與加熱器實(shí)際性能相適應(yīng)理論,結(jié)合具體案例對(duì)加熱器換熱能力進(jìn)行分析計(jì)算,分析了抽汽參數(shù)與加熱器換熱能力適應(yīng)性不佳的原因,并提出了解決措施。
在不影響機(jī)組給水溫度的情況下,通過調(diào)整汽輪機(jī)抽汽參數(shù),使抽汽參數(shù)與加熱器實(shí)際換熱能力相適應(yīng),避免了2 臺(tái)高壓加熱器更換,降低項(xiàng)目投資400 余萬元,經(jīng)濟(jì)效益顯著,具有重要的工程實(shí)踐意義。