王興國，任連海 ，魏寶權(quán)，盧盛陽，韓國輝 ，張 營

(1.河北省電力研究院，石家莊 050021；2.河北興泰發(fā)電有限責任公司， 河北 邢臺 050400;3.河北省電力勘測設(shè)計研究院,石家莊 050031)

1 火電廠的節(jié)流現(xiàn)象

節(jié)流現(xiàn)象廣泛地存在于火電廠實際生產(chǎn)中，通常是在調(diào)節(jié)介質(zhì)流量或測量介質(zhì)流量過程中產(chǎn)生的。汽輪發(fā)電機組出力的運行調(diào)整方式之一為節(jié)流調(diào)節(jié)，即單閥運行，此時，4個調(diào)整門(或6個)作為單個閥門同時開啟和關(guān)閉，隨著調(diào)節(jié)閥關(guān)小，流量減小，閥后壓力降低，汽輪機等熵焓降減小，相應(yīng)汽輪機的功率在流量和焓降減小的雙重影響下迅速降低。在低負荷時，閥門開度較小，節(jié)流損失較大；供熱機組抽汽量的調(diào)整是通過安裝于抽汽管道上的調(diào)整門來實現(xiàn)，其調(diào)整過程亦為節(jié)流過程；各類水泵或風機的流量調(diào)節(jié)方式中，節(jié)流調(diào)節(jié)最簡單，應(yīng)用也最廣泛。為了完成流量測量，管道上需要安裝各類孔板或噴嘴，流體流經(jīng)這些裝置時，依靠節(jié)流產(chǎn)生的差壓來測量流量。由于管道的變徑或一般閥門帶來的阻力，都會使流體產(chǎn)生節(jié)流。

有些節(jié)流現(xiàn)象是被用來達到調(diào)整或控制的目的，而有些是沒有任何有利作用，只是因為管道或設(shè)備在流體流動過程中對流體產(chǎn)生了阻力，不可避免地發(fā)生節(jié)流現(xiàn)象。即使是前者，也要盡量減少使用或者降低節(jié)流的程度，以最大限度地減少能量的損耗。例如，汽輪機進汽量的調(diào)整，通常在機組正常生產(chǎn)運行期間，均采用順序閥運行方式，即使是在試生產(chǎn)的半年期內(nèi)，也盡可能采用單閥滑壓運行方式，以盡可能減少節(jié)流帶來的做功損失。通過加裝變頻調(diào)速設(shè)備或者改變電機極數(shù)，調(diào)整水泵或風機出力，以調(diào)速調(diào)節(jié)代替節(jié)流調(diào)節(jié)方式，可以大大降低節(jié)流帶來的能量損失，降低廠用電率和供電煤耗。

由于節(jié)流是不可逆的絕熱過程，所以工質(zhì)熵必然會增加，由此推斷節(jié)流后工質(zhì)的做功能力必將減小。

2 節(jié)流技術(shù)功計算方法原理

火電廠的節(jié)流大多發(fā)生在水蒸汽為對象的介質(zhì)中，因此以水蒸汽為例進行分析和計算。水蒸汽的節(jié)流技術(shù)功變化過程利用h-s圖計算比較方便。如圖1所示，a為節(jié)流前的狀態(tài)點，從a點(ta，pa)作水平線與節(jié)流后壓力點pa′的定壓線相交于點a′，此為節(jié)流后狀態(tài)點,ha=ha′。因為水蒸汽的轉(zhuǎn)回溫度Ti(節(jié)流后溫度不變化的氣流溫度稱為轉(zhuǎn)回溫度)極高，遠高于工程上所用到的溫度，故節(jié)流后溫度是降低的，即節(jié)流后sa′大于節(jié)流前sa。由圖1可以看出，a′為節(jié)流后的狀態(tài)點，a和a′分別等熵膨脹到同樣的壓力點(b和b′)，所需要的技術(shù)功(焓降)明顯不同，節(jié)流前需要的技術(shù)功要大于節(jié)流后需要的技術(shù)功，顯而易見ha′-hb′

圖1 節(jié)流前后焓熵曲線

由此可以推斷，節(jié)流前水蒸汽所具有的做功能力必然要高于節(jié)流后，由熱力學(xué)第一定律用于開口熱力系統(tǒng)的能量守恒式q=Δh+Wt可知，絕熱過程的技術(shù)功為Wt=-Δh=ha-hb，該式表明，工質(zhì)在絕熱過程中所做的技術(shù)功等于焓降。前式可以用來評估節(jié)流現(xiàn)象所產(chǎn)生的經(jīng)濟性影響，節(jié)流前后的技術(shù)功(焓降)差值h=(ha-hb)-(ha′-hb′)，此即為節(jié)流帶來的做功能力的損失。

3 節(jié)流技術(shù)功計算實例

3.1 設(shè)備概況

河北省南部電網(wǎng)某發(fā)電廠安裝有2臺600 MW機組，鍋爐型號為SG-2028/17.5-M909，是亞臨界參數(shù)∏型汽包爐。為保持鍋爐本體受熱面和預(yù)熱器的清潔，產(chǎn)生良好的傳熱效果，每臺鍋爐裝有64臺長伸縮式吹灰器、90臺短桿吹灰器和4臺預(yù)熱器吹灰器。

鍋爐吹灰器汽源設(shè)計參數(shù)：蒸汽壓力2.94 MPa，蒸汽溫度：330 ℃。原設(shè)計是將分隔屏過熱器出口集箱及后屏過熱器出口集箱的一次蒸汽經(jīng)過減溫減壓后作為吹灰器的汽源，一次蒸汽壓力/溫度為：18.2 MPa/441 ℃，焓為3 066.49kJ/kg、熵為5.945 kJ/(kg·℃)，減溫減壓后蒸汽壓力/溫度為：2.0～2.2 MPa/320 ℃，焓為3 065.11 kJ/kg、熵為6.796 8 kJ/(kg·℃)。

3.2 節(jié)流的影響

高溫高壓一次蒸汽的減溫減壓過程主要是一個節(jié)流過程。電廠實踐表明，該過程不僅帶來了能量損失，即高品質(zhì)蒸汽通過節(jié)流減溫減壓以后，熵增加，蒸汽做功能力降低，同時還引起設(shè)備維護費用增加。發(fā)生此問題的主要原因是蒸汽減壓幅度較大，減壓前后壓差達16 MPa，高壓差對調(diào)整閥的閥籠、閥芯等部件沖刷損壞嚴重，且由于吹灰過程中不斷投停吹灰器，調(diào)整閥動作頻繁，動作頻率達2～3 次/min。統(tǒng)計表明，機組投產(chǎn)2年內(nèi)調(diào)整閥維護費用已高達8萬元。為此，電廠決定更改汽源，將高溫高壓蒸汽改為與吹灰器設(shè)計參數(shù)基本相同的再熱冷段蒸汽。改造前，對由于節(jié)流造成的損失，即經(jīng)濟性進行分析評價，以評估改造帶來的效益。

3.3 技術(shù)功的計算

首先根據(jù)減溫減壓前后蒸汽參數(shù)，利用前述計算方法，得到每噸蒸汽做功能力損失，從h-s圖(圖1)上可以清楚地看出：根據(jù)節(jié)流前的狀態(tài)(ta，pa)確定出點a，從點a作水平線與節(jié)流后壓力pa′的定壓線相交于點a′，此即節(jié)流后狀態(tài)點a′，ha′=ha，此時溫度ta低于ta′，同樣膨脹壓力為pb時，技術(shù)功的差值h=(ha-hb)-(ha′-hb′)，假定絕熱膨脹到壓力為1 MPa(焓值分別為2 487.19 kJ/kg、2 877.24 kJ/kg)時，節(jié)流前技術(shù)功(焓降)為ha-hb=3 066.49 kJ/kg-2 487.19 kJ/kg=579.3 kJ/kg，節(jié)流后技術(shù)功(焓降)為(ha′-hb′)=3 065.11 kJ/kg-2 877.24 kJ/kg=187.87 kJ/kg，技術(shù)功差值h為(ha-hb)-(ha′-hb′)=579.3 kJ/kg-187.87 kJ/kg =391.43 kJ/kg，損失能量(發(fā)電功率)Wa=h×i，i為蒸汽流量，經(jīng)過折算為3.744 kg/s，從而得W1=391.43 kJ/kg×3.744 kg/s =1 465.54 kW。

按照現(xiàn)場運行統(tǒng)計，所有吹灰器按一天運行13.6 h計算，每天損失的電量為1 465.54 kW×13.6 h=19 931.34 kWh，售電價以0.31元/kWh計算，每天損失費用=0.31元/kWh ×19 931.34 kWh =6 178.72元，一年以運行200 天計算，損失6 178.72元/天×200 天=123.574萬元。

通過以上計算過程可以看出，如果將吹灰汽源由高溫高壓過熱蒸汽改為再熱冷段蒸汽，將省去蒸汽的減溫減壓過程，避免了節(jié)流現(xiàn)象的產(chǎn)生，既節(jié)省能量又節(jié)省費用，也驗證了技術(shù)功計算方法可以計算和分析火電廠由于節(jié)流對電廠經(jīng)濟性的影響。

4 建議

以上所述技術(shù)功的計算方法是從減少節(jié)流后介質(zhì)做功能力方面進行闡述的，分析計算對象是節(jié)流過程本身，方法簡單實用，便于理解。該方法的弊端是沒有考慮對整個熱力循環(huán)的影響，例如，高壓缸調(diào)整門的運行方式，如果采用節(jié)流調(diào)節(jié)，其所產(chǎn)生的影響，可以通過汽輪機內(nèi)效率的對比計算得到，泵與風機等的節(jié)流調(diào)節(jié)可以通過電動機的功率變化來評價其對經(jīng)濟性的影響。由于減溫減壓過程不僅存在著節(jié)流損失，且存在其它損失，技術(shù)功的計算只是多種分析評價途徑的一種，例如還可以直接對比2種汽源(過熱蒸汽和再熱冷段蒸汽)在整個熱力循環(huán)中對汽輪機熱效率的影響。

5 結(jié)束語

在發(fā)電廠生產(chǎn)過程各個環(huán)節(jié)中，節(jié)流現(xiàn)象是造成能源浪費的原因之一，從汽輪機高壓調(diào)整門運行方式到各類水泵、風機的流量調(diào)節(jié)，以及抽汽的減溫減壓過程和各類流量的測量過程等都存在節(jié)流現(xiàn)象。分析和評價節(jié)流現(xiàn)象造成的能量損失，科學(xué)地評估改造帶來的經(jīng)濟效益和社會效益，可以指導(dǎo)實際生產(chǎn)過程的節(jié)能改造。技術(shù)功的計算是一種針對節(jié)流過程本身進行分析評價的方法。在無法對改造前后進行對比，尤其是在初期只是對節(jié)流本身的影響進行評估的情況下，技術(shù)功的計算不失為一種簡潔的計算方法。