丁常富，關(guān)鑫源，郭江龍

（1.華北電力大學(xué)，河北 保定 071003；2.河北省電力研究院，河北 石家莊 050021）

1 概 述

加熱器是汽輪機(jī)回?zé)嵯到y(tǒng)重要設(shè)備之一，其給水加熱性能可用給水端差和疏水端差來表示。給水端差是指加熱器進(jìn)汽壓力對(duì)應(yīng)的飽和溫度和給水出口溫度之差；疏水端差是指離開加熱器殼側(cè)的疏水出口溫度和進(jìn)入管側(cè)的給水進(jìn)口溫度之差［1］。運(yùn)行機(jī)組加熱器端差應(yīng)達(dá)值的確定是困擾技術(shù)人員的一個(gè)問題。制造廠提供的端差是額定工況下的設(shè)計(jì)端差，隨著工況不斷變化，加熱器端差應(yīng)達(dá)值也在不斷地變化，理論上端差可通過變工況計(jì)算得到。

對(duì)于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)一定的加熱器，影響運(yùn)行給水端差的主要參數(shù)是加熱器殼側(cè)和管側(cè)進(jìn)口參數(shù)。應(yīng)用加熱器校核計(jì)算方法，可得到此類加熱器變工況時(shí)端差的變化情況，但由于詳細(xì)校核計(jì)算方法所需的結(jié)構(gòu)參數(shù)眾多，在工程中不易獲得，因而使此方法在工程應(yīng)用中受到了一定的限制?，F(xiàn)通過計(jì)算加熱器各運(yùn)行參數(shù)對(duì)端差的影響，建立了一種新的只考慮運(yùn)行參數(shù)的加熱器端差計(jì)算模型。

2 給水出口溫度的確定

圖1中：Gw為給水流量，kg／h；Gd為進(jìn)汽流量，kg／h；Gs為上級(jí)疏水流量，kg／h；tw1為給水進(jìn)口溫度，℃；tw2為凝結(jié)段進(jìn)口水溫度，℃；tw3為凝結(jié)段出口水溫度，℃；tw4為給水出口溫度，℃；hw1～hw4為tw1～tw4對(duì)應(yīng)的焓值，kJ／kg；ho為上級(jí)疏水焓值，kJ／kg；h2為凝結(jié)段進(jìn)汽焓值，kJ／kg；h3為疏水焓值，kJ／kg；hd為疏水段疏水入口焓值，kJ／kg；ts為過熱蒸汽冷卻段進(jìn)汽溫度，℃；t0為上級(jí)疏水溫度，℃；th為疏水段疏水入口溫度，℃；tod為疏水溫度，℃。

圖1 三段式加熱器示意圖

求解加熱器給水端差，實(shí)際上是計(jì)算加熱器給水出口溫度。在具有過熱蒸汽冷卻段和疏水冷卻段的三段式加熱器中，對(duì)于凝結(jié)段和疏水冷卻段有如下方程：

對(duì)于過熱蒸汽冷卻段有：

式中：cp為給水定壓比熱容，kJ／（kg·℃）；K 為過熱蒸汽冷卻段傳熱系數(shù)，W／（m·℃）；F1為過熱蒸汽冷卻段面積，m2；t2為凝結(jié)段進(jìn)汽溫度，℃。

本文的計(jì)算是在已知汽側(cè)、水側(cè)入口運(yùn)行參數(shù)和加熱器結(jié)構(gòu)參數(shù)的情況下，通過熱平衡計(jì)算求出tw3，假設(shè)一個(gè)出口水溫tw4，計(jì)算（2）式是否成立，若不成立重新取值。計(jì)算時(shí)的流程框圖，見圖2所示。

圖2 給水出口溫度和修正系數(shù)的計(jì)算框圖

3 給水端差簡(jiǎn)易模型和出口水溫修正系數(shù)的確定

3.1 簡(jiǎn)易給水端差計(jì)算模型

對(duì)于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)一定的加熱器，在實(shí)際運(yùn)行過程中，隨著機(jī)組負(fù)荷的不斷變化，影響端差的主要參數(shù)是汽側(cè)和水側(cè)入口參數(shù)。入口參數(shù)的變化共同影響端差的大小，為此可建立一種基于求解小擾動(dòng)條件下加熱器給水進(jìn)口水溫和流量、進(jìn)汽溫度和流量、上級(jí)疏水溫度和流量分別對(duì)出口水溫的影響系數(shù)的計(jì)算模型，進(jìn)而求得相應(yīng)的端差。在已知加熱器額定工況下的進(jìn)口參數(shù)基礎(chǔ)上可建立（4）式的出口水溫計(jì)算模型。

式中：βw—給水流量修正系數(shù)；βd—加熱器進(jìn)汽流量修正系數(shù)；βs—上級(jí)疏水流量修正系數(shù)；βtw1—加熱器給水進(jìn)口溫度修正系數(shù)；βnt—凝結(jié)段進(jìn)汽溫度修正系數(shù)；βst—上級(jí)疏水溫度修正系數(shù)；tw4o—為額定工況下設(shè)計(jì)出口水溫。

求得給水出口溫度后，加熱器給水端差為：

以某公司生產(chǎn)的660MW超臨界機(jī)組三段臥式3號(hào)高壓加熱器結(jié)構(gòu)參數(shù)和額定工況下的設(shè)計(jì)參數(shù)為基礎(chǔ)，通過校核計(jì)算得出各參數(shù)的修正系數(shù)。表1為3號(hào)高壓加熱器部分結(jié)構(gòu)參數(shù)和額定工況下的設(shè)計(jì)參數(shù)。

表1 3號(hào)高壓加熱器部分結(jié)構(gòu)參數(shù)和額定工況下的設(shè)計(jì)參數(shù)

3.2 修正系數(shù)的確定

以額定工況下加熱器入口參數(shù)為基準(zhǔn)，分別求出進(jìn)口水溫、給水流量、進(jìn)汽溫度及流量、上級(jí)疏水溫度和流量在小擾動(dòng)條件下的出口水溫和額定工況出口水溫設(shè)計(jì)值的比值即可得出相應(yīng)的修正系數(shù)。在求解各修正系數(shù)時(shí)，除所修正的參數(shù)值外，其余各參數(shù)應(yīng)保持不變［2］。

其中βi為各參數(shù)在小擾動(dòng)下的修正系數(shù)；θi為各參數(shù)的擾動(dòng)值；θo為額定工況下的設(shè)計(jì)值。

以給水流量和入口水溫為例，求解給水流量修正系數(shù)和入口水溫修正系數(shù)。設(shè)定給水流量一個(gè)擾動(dòng)值，保持其余各運(yùn)行參數(shù)不變，按照上文提出的計(jì)算流程圖求出相應(yīng)的給水出口溫度，利用公式（6），求出對(duì)應(yīng)的流量修正系數(shù)，如此重復(fù)可得出一組修正系數(shù)，通過數(shù)值擬合即可得到關(guān)于給水流量修正系數(shù)的計(jì)算公式。進(jìn)汽流量和上級(jí)疏水流量修正系數(shù)的求法與給水流量修正系數(shù)求法類似。

求解給水入口溫度修正系數(shù)時(shí)，應(yīng)先計(jì)算出入口水溫?cái)_動(dòng)時(shí)過熱蒸汽冷卻段傳熱系數(shù)的變化，再按框圖中的方法，求得對(duì)應(yīng)修正系數(shù)計(jì)算公式。表2和表3為小擾動(dòng)條件下，對(duì)給水流量和給水進(jìn)口溫度修正系數(shù)的計(jì)算結(jié)果。

表2 小擾動(dòng)條件下給水流量修正系數(shù)

表3 小擾動(dòng)條件下給水進(jìn)口溫度修正系數(shù)

對(duì)計(jì)算得出的各組修正系數(shù)進(jìn)行數(shù)值擬合，可得所建模型中各修正系數(shù)計(jì)算公式，如式（7）～（12）所示。

4 實(shí)例驗(yàn)證

利用所建立計(jì)算模型，對(duì)NZK660－24.2／566／566型和 C300／246－16.7／0.35／537／53型汽輪機(jī)的3臺(tái)臥式加熱器端差值的計(jì)算結(jié)果見表4和表5。從表4和表5可以看出，機(jī)組變 工況運(yùn)行中，各加熱器的端差隨著負(fù)荷的降低而減小。在額定工況下，所建計(jì)算模型與設(shè)計(jì)廠家給出的端差值基本一致，在負(fù)荷變化較大時(shí)，端差變化明顯，與設(shè)計(jì)值相差不斷增大。

表4 NZK660－24.2／566／566型汽輪機(jī)的加熱器端差值

表5 C300／246－16.7／0.35／537／537型汽輪機(jī)的加熱器端差值

5 結(jié) 語

通過計(jì)算加熱器各運(yùn)行參數(shù)對(duì)給水端差的影響，建立了一種新的只考慮運(yùn)行參數(shù)的加熱器給水端差計(jì)算模型。詳細(xì)求解了各入口參數(shù)對(duì)給水端差的影響大小，得出了給水端差的計(jì)算模型及各修正系數(shù)的擬合計(jì)算公式。利用660MW和300MW機(jī)組臥式加熱器運(yùn)行參數(shù)對(duì)模型進(jìn)行了驗(yàn)證，計(jì)算結(jié)果表明該模型精確度高，計(jì)算簡(jiǎn)單，可快速計(jì)算出加熱器給水端差。

［1］蔡錫琮.高壓給水加熱器［M］.北京：水利水電出版社，1995.130－146.

［2］王慶，王培紅，蘭立君.對(duì)凝汽器傳熱系數(shù)公式修正的研究［J］.華東電力，2008，36（12）：96－99.

［3］楊世銘，陶文銓.傳熱學(xué)［M］.北京：高等教育出版社，1998.332－338.