超臨界機(jī)組增設(shè)外置加熱器變工況經(jīng)濟(jì)性分析

摘 要：某660 MW超臨界機(jī)組為高效利用三段抽汽的高過熱度，并提高低負(fù)荷下鍋爐給水溫度，增設(shè)了外置加熱器?，F(xiàn)通過對(duì)改造前后不同工況下的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，評(píng)估了外置蒸汽加熱器在不同負(fù)荷工況下的經(jīng)濟(jì)性。結(jié)果表明，增設(shè)外置加熱器能夠顯著降低汽輪機(jī)的熱耗率，提高鍋爐效率，減少煤耗，提升機(jī)組的整體經(jīng)濟(jì)性。

關(guān)鍵詞：超臨界機(jī)組；加熱器；連接方式；變工況

中圖分類號(hào)：TM621""" 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A""" 文章編號(hào)：1671-0797（2025）02-0020-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2025.02.005

1""" 現(xiàn)狀分析

某電廠的1號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)，型號(hào)為N660-24.2/566/

566，屬于先進(jìn)的超臨界、一次中間再熱、沖動(dòng)式、單軸、三缸四排汽、雙背壓、純凝汽式汽輪機(jī)。該機(jī)組的額定出力設(shè)計(jì)為660 MW，最大連續(xù)出力705.116 MW，額定主蒸汽流量為1 892.8 t/h。

該汽輪機(jī)采用了優(yōu)化的復(fù)合變壓運(yùn)行方式，并集成了八級(jí)非調(diào)整回?zé)岢槠到y(tǒng)，該系統(tǒng)由3臺(tái)高壓加熱器、1臺(tái)除氧器和4臺(tái)低壓加熱器組成。其中，高壓加熱系統(tǒng)配備了單列三級(jí)高壓加熱器，采用臥式管板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并通過逐級(jí)串聯(lián)的疏水方式，將最后一級(jí)的疏水有效引入至除氧器。此外，每臺(tái)高壓加熱器均設(shè)有緊急疏水管道，直接連接至凝汽器高壓疏水?dāng)U容器。

目前，該電廠汽輪機(jī)組額定負(fù)荷時(shí)第三段抽汽壓力為2.298 MPa，溫度473.7 ℃，飽和溫度219.6 ℃，過熱度254.2 ℃；75%額定負(fù)荷時(shí)，第三段抽汽過熱度270.2 ℃；50%額定負(fù)荷時(shí)，第三段抽汽過熱度289.5 ℃。為充分利用第三段抽汽的高過熱度，并提升低負(fù)荷時(shí)鍋爐的給水溫度，該電廠實(shí)施安裝外置蒸汽加熱器技術(shù)升級(jí)改造，提高了電廠整體熱效率，加強(qiáng)了系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性、可靠性。

2""" 改造方案

基于機(jī)組回?zé)嵯到y(tǒng)的技術(shù)特性及其改造范疇的差異，改造方案主要可以劃分為以下兩種：方案一，采取串聯(lián)方式增置部分容量外置加熱器；方案二，采用并聯(lián)方式增置部分容量外置加熱器[1-3]。

2.1""" 方案一：加熱給水的串聯(lián)連接方式

在充分考量蒸汽加熱器所處理的給水流量占整體給水流量的比例、蒸汽加熱器的制造技術(shù)、成本投入以及改造后的經(jīng)濟(jì)效益等多維度因素后，選擇采取部分流量串聯(lián)的方式，即外置蒸汽加熱器的設(shè)置，如圖1所示。在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，建議將給水流量占總流量的比例控制在20%～40%的范圍內(nèi)，以確保系統(tǒng)的容量設(shè)計(jì)合理。此串聯(lián)連接方式能夠有效提升系統(tǒng)的整體熱效率和穩(wěn)定性，是一種經(jīng)濟(jì)且實(shí)用的改造策略。

2.2""" 方案二：加熱給水的并聯(lián)連接方式

并聯(lián)增置蒸汽加熱器如圖2所示，將蒸汽加熱器放置于#2高壓加熱器之后，并與#1高加并聯(lián)，加熱部分#2高加出口給水。該布置方案在規(guī)劃時(shí)，充分考量了蒸汽加熱器的制造工藝要求、成本因素以及改造后的經(jīng)濟(jì)效益，旨在實(shí)現(xiàn)全面優(yōu)化與合理布局。

按照給水流量占總流量的20%～40%進(jìn)行容量設(shè)計(jì)。并聯(lián)連接方式與串聯(lián)方式相似，但不同之處在于并聯(lián)方式加熱#2高壓加熱器出口部分給水，相當(dāng)于替代了部分#1高加的作用。相比串聯(lián)方式，并聯(lián)方式在主給水管路側(cè)的改造成本相對(duì)較高，但外置蒸汽加熱器本體的成本相對(duì)較低。但是并聯(lián)方式的改造需要考慮系統(tǒng)整體性，確保設(shè)備的協(xié)調(diào)運(yùn)行，以提高機(jī)組的效率和經(jīng)濟(jì)性。

3""" 經(jīng)濟(jì)性分析

本文選取額定負(fù)荷、75%額定負(fù)荷、50%額定負(fù)荷和40%額定負(fù)荷四種工況為基準(zhǔn)，分別對(duì)方案一和方案二的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行分析。

3.1"nbsp;" 方案一經(jīng)濟(jì)性分析

方案一采用串聯(lián)方式單獨(dú)設(shè)置外置蒸汽加熱器，按照給水流量占總流量的30%進(jìn)行計(jì)算。經(jīng)過改造后，方案一對(duì)機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性影響計(jì)算結(jié)果如表1所示。

由表1可以看出：

1）設(shè)置外置串聯(lián)連接蒸汽加熱器后，對(duì)比改造前后汽輪機(jī)性能數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，汽輪機(jī)的熱耗率均有顯著降低。具體而言，在額定負(fù)荷工況下，汽輪機(jī)的熱耗率下降了約13.96 kJ/（kW·h）；在75%額定負(fù)荷工況、50%額定負(fù)荷工況下，熱耗率均下降了約16.29 kJ/（kW·h）；而在40%額定負(fù)荷工況下，熱耗率降了約17.03 kJ/（kW·h）。這一數(shù)據(jù)充分表明，改造后的汽輪機(jī)在能效方面有了顯著提升。

2）在機(jī)組出力不變的情況下，設(shè)置外置串聯(lián)連接蒸汽加熱器后，在額定負(fù)荷、75%額定負(fù)荷、50%額定負(fù)荷和40%額定負(fù)荷工況下，機(jī)組主蒸汽流量較改造前分別增加10.30、8.91、5.62和4.05 t/h。而在額定負(fù)荷工況下，設(shè)置外置串聯(lián)連接蒸汽加熱器后，主蒸汽流量充足（10.30 t/h），因此，設(shè)置外置蒸汽加熱器不會(huì)影響機(jī)組的帶負(fù)荷能力。

3）在回?zé)嵯到y(tǒng)方面，額定負(fù)荷工況下，較改造前，改造后一段抽汽流量略有增加，增加1.82 t/h，二段抽汽流量增加10.69 t/h，三段抽汽流量增加5.35 t/h。

4）實(shí)施外置串聯(lián)連接蒸汽加熱器改造后，在多種工況條件下，鍋爐的運(yùn)行性能表現(xiàn)出如下具體變化：在額定負(fù)荷、75%額定負(fù)荷、50%額定負(fù)荷、40%額定負(fù)荷的運(yùn)行工況下，鍋爐給水溫度分別提升了3.73、4.26、4.26、4.16 ℃。同時(shí)，鍋爐的排煙溫度也相應(yīng)上升，分別為0.39、0.47、0.55、0.48 ℃。此外，脫硝系統(tǒng)入口的煙氣溫度也表現(xiàn)出類似的增長(zhǎng)趨勢(shì)，分別增長(zhǎng)了1.50、1.71、1.72、1.67 ℃。然而，這種設(shè)置對(duì)鍋爐效率產(chǎn)生了輕微影響，在對(duì)應(yīng)工況下，鍋爐效率分別下降了約0.01%、0.01%、0.02%和0.01%。

5）設(shè)置外置串聯(lián)連接蒸汽加熱器后，不同負(fù)荷的工況條件下，發(fā)電煤耗實(shí)現(xiàn)了顯著下降，具體表現(xiàn)為在額定負(fù)荷下降低了約0.45 g/（kW·h），在75%額定負(fù)荷下降低了約0.48 g/（kW·h），在50%額定負(fù)荷下則降低了約0.51 g/（kW·h），在40%額定負(fù)荷下則降低了約0.54 g/（kW·h）。經(jīng)過算術(shù)平均計(jì)算，整體發(fā)電煤耗的下降值為0.495 g/（kW·h）。

3.2""" 方案二經(jīng)濟(jì)性分析

方案二采用并聯(lián)方式單獨(dú)設(shè)置外置蒸汽加熱器，按照給水流量占總給水流量的20%進(jìn)行計(jì)算。改造后，方案二在不同工況下對(duì)機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性影響計(jì)算結(jié)果如表2所示。

由表2可以看出：

1）在引入外置蒸汽加熱器后，汽輪機(jī)在額定負(fù)荷、75%額定負(fù)荷、50%額定負(fù)荷、40%額定負(fù)荷的多種工況條件下，均實(shí)現(xiàn)了熱耗率的顯著下降，具體數(shù)值為約8.31、8.33、8.54、9.54 kJ/（kW·h），相較改造前有著明顯改善。

2）在確保機(jī)組出力維持恒定的前提下，通過增設(shè)外置并聯(lián)連接的蒸汽加熱器，觀察到額定負(fù)荷、75%額定負(fù)荷、50%額定負(fù)荷、40%額定負(fù)荷工況下主蒸汽流量均發(fā)生了相應(yīng)的變化，分別降低0.20、0.25、1.11、1.47 t/h，相較于改造前有所下降。

3）在回?zé)嵯到y(tǒng)方面，設(shè)置外置并聯(lián)連接蒸汽加熱器帶來了蒸汽分配的優(yōu)化。具體而言，在額定負(fù)荷工況下，一段抽汽流量減少了19.17 t/h，而二段和三段抽汽流量則分別增加了11.78、10.45 t/h。

4）在額定負(fù)荷、75%額定負(fù)荷、50%額定負(fù)荷和40%額定負(fù)荷工況下，設(shè)置外置并聯(lián)連接蒸汽加熱器后，鍋爐給水溫度分別升高了0.88、1.07、1.28、1.33 ℃；鍋爐排煙溫度分別升高了0.09、0.11、0.07、0.07 ℃；脫硝系統(tǒng)入口煙氣溫度分別升高了0.36、0.43、0.52、0.54 ℃；然而，鍋爐效率略有下降，具體數(shù)值為約0.005%、0.01%、0.003%和0.004%。

5）經(jīng)過數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析，設(shè)置了外置并聯(lián)連接的蒸汽加熱器后，在額定負(fù)荷、75%額定負(fù)荷、50%額定負(fù)荷、40%額定負(fù)荷的工作狀態(tài)下，發(fā)電煤耗分別下降了約0.29、0.29、0.30、0.34 g/（kW·h），經(jīng)過算術(shù)平均計(jì)算，整體發(fā)電煤耗的下降值為0.305 g/（kW·h）。

4""" 結(jié)論

計(jì)算結(jié)果顯示，方案一的節(jié)能效果更為顯著，特別是在降低汽輪機(jī)熱耗率和發(fā)電煤耗方面優(yōu)勢(shì)明顯。方案一采用串聯(lián)方式，改造后在各種工況下發(fā)電煤耗均有不同程度的下降；方案二采用并聯(lián)方式，改造后也有一定的節(jié)能效果。通過對(duì)各種工況下的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行綜合比較分析，可以明顯看出方案一在多種工況下都表現(xiàn)出更好的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，為提高機(jī)組運(yùn)行效率和降低成本提供了重要的參考依據(jù)。

[參考文獻(xiàn)]

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[3] 王克.600 MW機(jī)組外置式蒸汽冷卻器改造方案研究[J].冶金能源，2023，42（1）：56-60.

收稿日期：2024-09-24

作者簡(jiǎn)介：包從元（1976—），男，貴州盤州人，工程師，主要從事火電廠生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理工作。