基于等效熱降法的火電廠低壓加熱器疏水系統(tǒng)熱經濟性分析

盛晶銘，孟召軍，王敬宇，姜昊言，王天琦

（沈陽工程學院 能源與動力學院，遼寧 沈陽 110136）

目前，國內外600 MW 超超臨界機組的低壓加熱器疏水系統(tǒng)大多采用逐級自流的疏水方式將疏水直接送入凝汽器。這種逐級自流的方式簡單可靠，運行成本較低，被火電廠大量采用［1］。但在使用該疏水方式時，由于疏水在逐級自流的過程中會放出部分熱量，排擠了該加熱器的回熱抽汽，使冷源損失增大，降低了機組的熱經濟性［2］。當采用安裝疏水泵與疏水冷卻器的疏水方式時，由于疏水熱量在本級被利用，使本級抽汽得以減少，降低了機組的標準煤耗率，也使運行變得相對安全。但安裝疏水泵會增加廠用電的損耗，且疏水泵設置的地點不一樣，相應熱經濟性的計算結果也大為不同；同時，安裝疏水冷卻器也會增加系統(tǒng)的復雜性，增加額外投入。因此，在進行低壓加熱器疏水系統(tǒng)節(jié)能改造時，需要對不同的疏水方式的熱經濟性指標進行計算。

本文依據(jù)某600 MW 機組低壓加熱器回熱系統(tǒng)現(xiàn)狀，提出了幾種在低壓加熱器疏水系統(tǒng)中安裝疏水泵和疏水冷卻器的改進方案，并根據(jù)等效熱降法對上述幾種改進方案的熱經濟性指標進行了計算，從而確定了最佳的改進方案。

1 低壓加熱器疏水系統(tǒng)熱經濟性的計算模型

1.1 采用疏水冷卻器的經濟計算模型

根據(jù)等效熱降法，在低壓加熱器中安裝疏水冷卻器的疏水改進系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 安裝疏水冷卻器的加熱器系統(tǒng)

設ηj和ηj+1為第j號和第j+1 號加熱器的抽汽效率，β為當疏水流過疏水冷卻器的疏水份額，Δγj為1 kg疏水在冷卻器中的焓降。安裝疏水冷卻器后，疏水在該冷卻器中放出的熱量為βΔγj。未安裝疏水冷卻器時，疏水放出的熱量在第j+1 號加熱器中的做功為βΔγjηj+1；安裝疏水冷卻器后，該熱量隨主凝結水一起回到第j號加熱器中，并在該加熱器中放熱，則額外獲得的做功為βΔγjηj［3］。綜上，第j號加熱器中新蒸汽等效焓降的增加值可表示為

假若考慮第j號加熱器中蒸汽放熱量的變化，ΔH的準確表達式可修正為

式中，qj為第j號加熱器抽汽的放熱量；安裝疏水冷卻器時，Δγj為正；未安裝疏水冷卻器時，Δγj為負［4］。

根據(jù)等效熱降法可知，采用疏水冷卻器的疏水系統(tǒng)的熱經濟性增量模型為

1.2 采用疏水泵的經濟計算模型

根據(jù)等效熱降法，在低壓加熱器安裝疏水泵的改進系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 安裝疏水泵的加熱器系統(tǒng)

在疏水系統(tǒng)安裝疏水泵后，疏水與主凝結水混合后增加的熱量αHΔτj將在j+1 號加熱器中做功，則系統(tǒng)做功增量為αHΔτj+1［5］若未安裝疏水泵，疏水先在冷凝器中放熱，然后進入第j號加熱器，該過程吸收的熱量為(τj-Δτj)βj，做功損失為βj(τj-Δτj)ηj［6］。

綜上所述，第j號加熱器中新蒸汽的焓降的增加值可表示為

式中，αH為疏水混合后主凝結水的份額；Δτj為疏水混合后主凝結水提高的焓值；βj為疏水泵的疏水份額；ηj和ηj+1分別為第j號和第j+1 號加熱器的抽汽效率。

在具體計算時，還應考慮第j號加熱器不使用疏水泵時相應放熱量的變化。因此，將第j號加熱器的放熱量由qj調整為qj±Δqj。在使用疏水泵時Δqj為正值，在不使用疏水泵時Δqj為負值，即安裝疏水泵后第j號加熱器的新蒸汽等效熱降的變化值可修正為

根據(jù)等效熱降法可知，采用疏水泵的疏水系統(tǒng)的熱經濟性增量模型為

2 計算模型的應用

2.1 各段抽汽等效熱降

對某600 MW 機組的疏水系統(tǒng)進行改進設計。機組型號為N600-16.7/538/538，熱力系統(tǒng)如圖1所示，具體數(shù)據(jù)及等效熱降計算結果如表1所示。

表1 原始數(shù)據(jù)及等效熱降計算結果

2.2 低壓加熱器疏水系統(tǒng)方案設定

雖然在疏水系統(tǒng)中安裝疏水泵可以降低標準煤耗率，但由于在運行時疏水泵會增加廠用電的使用量，這就造成了電損耗的增加，且過多地安裝疏水泵會增加投入成本，增加運行檢修人員的工作量［7］。綜上所述，在選擇改進方案時，要綜合分析安裝疏水泵的個數(shù)與機組經濟性之間的關系。

在疏水系統(tǒng)中安裝疏水冷卻器既可以降低標準煤耗率，又無需消耗廠用電，且運行安全性良好。因此，在低壓加熱器疏水方式的選擇過程中應多多考慮疏水冷卻器的使用次數(shù)。

由于疏水泵與疏水冷卻器的安裝位置不同，對疏水系統(tǒng)熱經濟性的影響也大為不同，所以提出以下8種疏水改進方式：

1）方式一：在4#低壓加熱器處安裝疏水冷卻器，疏水冷卻器的下端差為3 ℃；

2）方式二：安裝疏水泵代替4#加熱器的疏水冷卻器；

3）方式三：停用4#加熱器的疏水冷泵，在3#加熱器處安裝疏水冷卻器，疏水冷卻器的下端差為3 ℃；

4）方式四：安裝疏水泵代替3#加熱器的疏水冷卻器；

5）方式五：停用3#加熱器的疏水冷泵，在2#加熱器處安裝疏水冷卻器，疏水冷卻器的下端差為3 ℃；

6）方式六：安裝疏水泵代替2#加熱器的疏水冷卻器；

7）方式七：停用2#加熱器的疏水冷泵，在1#加熱器處安裝疏水冷卻器，疏水冷卻器的下端差為3 ℃；

8）方式八：安裝疏水泵代替1#加熱器的疏水冷卻器。

根據(jù)等效熱降法，對以上改進方式的熱經濟性指標進行計算，其結果如表2所示。

表2 8種不同疏水方式的經濟效益

根據(jù)以上計算結果可以看出：安裝疏水泵與疏水冷卻器均可以提高機組的熱經濟性，且安裝的位置不同所對應的經濟性指標的計算結果也大為不同。因此，對低壓加熱器疏水系統(tǒng)的改進可以考慮如下方案：

方案一：1#～4#低壓加熱器均安裝疏水冷卻器，本應流入下一級加熱器的疏水就會流入下一級的疏水冷卻器，這樣不僅可以使疏水的溫度降低，利用能級得到提高，還可以減小疏水與下一級主凝結水的溫差，如圖3所示。

圖3 方案一

方案二：安裝疏水泵代替2#低壓加熱器的疏水冷卻器，1#、3#和4#低壓加熱器均安裝疏水冷卻器，如圖4所示。

圖4 方案二

方案三：安裝疏水泵代替3#低壓加熱器的疏水冷卻器，其他加熱器均安裝疏水冷卻器，如圖5所示。

圖5 方案三

3種方案的計算結果如表3所示。

表3 3種方案的計算結果

根據(jù)以上方案匯總計算結果，如圖6所示。

圖6 3種改進方案的計算結果

對以上計算結果進行分析可知：

1）與疏水逐級自流的原方案相比，在疏水系統(tǒng)中安裝疏水冷卻器的3 種改進方案均可以提高機組的熱經濟性；

2）方案二的熱經濟性最好；

3）對比方案一與方案二，在2#加熱器安裝疏水泵后，系統(tǒng)的標準煤耗率降低了0.015 g/(kW·h)，熱耗率降低了0.689 2 kJ/(kW·h)。由此可見，安裝疏水泵的熱經濟性要好于安裝疏水冷卻器。

3 結論

1）本文根據(jù)等效熱降法對某600 MW 機組低壓加熱器疏水系統(tǒng)中安裝疏水泵與疏水冷卻器的改進方式的熱經濟性指標進行了計算，計算結果表明：在低壓加熱器疏水系統(tǒng)的改造過程中，安裝疏水泵或疏水冷卻器均可以提高機組的熱經濟性。

2）雖然在低壓加熱器疏水系統(tǒng)中安裝疏水泵的熱經濟性指標較好，但由于疏水泵會增加廠用電的消耗，這就增加了運行成本；而疏水冷卻器因其自身結構簡單，運行維護方便，故電廠大多采用安裝疏水冷卻器的疏水方式。綜合以上優(yōu)缺點，選擇在2#低壓加熱器安裝疏水泵，在1#、3#和4#加熱器安裝疏水冷卻器的改進方案對火電廠低壓加熱器疏水系統(tǒng)進行改進。與原方案相比，其標準煤耗率降低了0.135 g/(kW·h)，熱耗率降低了4.895 6 kJ/(kW·h)，循環(huán)熱效率提高了0.023%。