樊喜山

（遼寧大唐國際錦州熱電有限責(zé)任公司，遼寧 錦州121000）

0 引言

在電力行業(yè)中，發(fā)電機(jī)組以凝汽機(jī)為主，提高凝汽機(jī)組的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性及安全性是當(dāng)前節(jié)能工作的一項(xiàng)重要內(nèi)容。加熱器是重要的輔機(jī)之一，其運(yùn)行水平直接影響電廠的熱經(jīng)濟(jì)性。其中影響其經(jīng)濟(jì)型的主要因素有：加熱器運(yùn)行端差、抽汽壓損、散熱損失。抽汽壓損與加熱器安裝高度、管路阻力、閥門壓損有直接關(guān)系，而散熱損失對(duì)其經(jīng)濟(jì)性影響幾乎可以忽略不計(jì)。那么，換熱端差就是衡量加熱器性能優(yōu)劣的主要指標(biāo)，在換熱面積一定的情況下，換熱端差越小代表其換熱性能越好，反之則越差。

端差具體分為加熱器端差（TTD）和疏水端差（DCA），加熱器端差也叫給水端差或上端差，其定義為加熱器蒸汽入口壓力下的飽和溫度與給水出口溫度的差值；疏水端差也叫下端差，其定義為離開加熱器殼側(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。考慮到加熱器上端差對(duì)機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的影響遠(yuǎn)比下端差大，如果沒有明確的說明，一般文獻(xiàn)多指上端差。

根據(jù)經(jīng)濟(jì)性計(jì)算并考慮電廠熱力系統(tǒng)，燃料費(fèi)用和材質(zhì)，德國大電廠技術(shù)協(xié)會(huì)推薦的最佳端差見表1。（帶過熱蒸汽冷卻段的加熱器的端差可以是負(fù)值。）

表1 最佳端差推薦表

1 監(jiān)測(cè)加熱器端差的意義

制造廠提供的加熱器端差，實(shí)在額定工況下取得的設(shè)計(jì)端差，而在實(shí)際運(yùn)行中加熱器端差的應(yīng)達(dá)值一直是困擾工程技術(shù)人員的難題，是加熱器節(jié)能監(jiān)督中較為容易忽視的問題，也是造成對(duì)加熱器經(jīng)濟(jì)性、安全性評(píng)價(jià)失真的原因。當(dāng)加熱器運(yùn)行時(shí)，其加熱器端差的應(yīng)達(dá)值并不等于設(shè)計(jì)端差，其應(yīng)達(dá)值是隨著工況變化而變化的[1]，即使加熱器不在設(shè)計(jì)端差下運(yùn)行并不說明加熱器一定發(fā)生故障，而只要達(dá)到加熱器端差應(yīng)達(dá)值，加熱器的運(yùn)行狀況是正常的[2]。

1.1 加熱器端差對(duì)機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性的影響

加熱器端差對(duì)機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的影響主要表現(xiàn)在端差值過高和過低都會(huì)使機(jī)組的效率降低。這是由于端差的存在和變化增加了熱交換的不可逆性，產(chǎn)生了額外的冷源損失，降低了裝置的效率。在再熱機(jī)組中，高加的端差變化通常不但影響新蒸汽等效焓降，而且還會(huì)通過影響再熱器的吸熱量進(jìn)而影響循環(huán)吸熱量。而且定量分析機(jī)組加熱器端差對(duì)經(jīng)濟(jì)性的影響，還是是節(jié)能改造，完善運(yùn)行方式和操作管理的一項(xiàng)重要技術(shù)。

端差的應(yīng)達(dá)值就是對(duì)應(yīng)的機(jī)組的效率最大值。因此確定端差的應(yīng)達(dá)值就顯得尤為重要通過分析不難發(fā)現(xiàn)，在達(dá)到端差應(yīng)達(dá)值時(shí)，機(jī)組的效率有明顯的提高。

1.2 加熱器端差對(duì)機(jī)組的安全性的影響

本文主要是求解變工況下，加熱器端差應(yīng)達(dá)值。因而可以對(duì)汽輪機(jī)的效率進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)。

另外端差值的變化主要是受到以下情況的影響：

1）運(yùn)行參數(shù)偏離設(shè)計(jì)參數(shù)，如給水流量和給水溫度等。2）過熱段包殼與隔板有一定間隙部分蒸汽未經(jīng)過換熱管，短路流出疏水段。3）過熱段包殼與隔板的焊接及進(jìn)汽口套管與包殼板的焊接未完全焊好，有局部泄漏造成過熱蒸汽未經(jīng)過過熱段管子直接進(jìn)入凝結(jié)段。4）水室隔板螺栓未擰緊或焊縫開裂使入出口給水短路，溫升大大降低給水端差過大。5）高加給水入﹑出口的自動(dòng)旁路閥,即入口閥和出口止回閥的閥瓣密封不嚴(yán)造成給水泄漏，部分水未經(jīng)加熱器由進(jìn)口直接到出口。

綜上，如果在監(jiān)測(cè)過程中，如果端差值與應(yīng)達(dá)值相比，產(chǎn)生了較大的變動(dòng)，我們也可以大致推測(cè)汽輪機(jī)出現(xiàn)了那些故障。這對(duì)汽輪機(jī)的安全運(yùn)行是有很大的幫助的。

2 帶蒸汽冷卻段和疏水冷區(qū)段的加熱器端差應(yīng)達(dá)值

本文以具有蒸汽冷卻器和疏水冷卻器的三段式、加熱器為例,對(duì)于凝結(jié)段,可以列出如下方程：

式中：Q為凝結(jié)段總換熱量,kJ/s；η為加熱器熱效率,一般取作常量0.98；Gd為加熱器蒸汽流量,kg/s；r為蒸汽的汽化潛熱,kJ/kg；tw2為凝結(jié)段給水入口溫度,即疏水冷卻段給水出口溫度,℃；tw3為凝結(jié)段給水出口溫度,即蒸汽冷卻段給水入口溫度,℃；Gw為加熱器給水流量,kg/s；cw為凝結(jié)段給水平均定壓比熱,kJ/kg；k為凝結(jié)段假設(shè)傳熱系數(shù)；A為凝結(jié)段傳熱面積，m2；△tm為對(duì)數(shù)平均溫差，K。

式中：ts為飽和蒸汽溫度,℃。

本文的計(jì)算是先假設(shè)凝結(jié)段的傳熱系數(shù) k,則可計(jì)算得到tw2、tw3的方程組。之后按公式,計(jì)算以tw2、tw3為基準(zhǔn)的傳熱系數(shù)k’,其中可以對(duì)加熱器實(shí)際運(yùn)行管子數(shù)目和污垢系數(shù)進(jìn)行設(shè)置,求解k/k’。若比值在100%±1%之內(nèi),則說明假設(shè)的k值符合要求,進(jìn)而求解加熱器上、下端差;若比值在100%±1%之外,則重新選擇凝結(jié)段傳熱系數(shù),反復(fù)地進(jìn)行上述計(jì)算,直至比值在100%±1%之內(nèi)。之后再進(jìn)行上、下端差的計(jì)算。

可以求得

tf2為凝結(jié)段給水平均溫度，℃。

在疏水冷卻段中,根據(jù)熱平衡可以列出如下方程：

式中：hw1為疏水冷卻段入口焓值，kJ/kg；hw2為疏水冷卻段出口焓值，kJ/kg；hd1為飽和水焓值,kJ/kg;hd3為疏水出口焓值,kJ/kg。在已知tw2和給水壓力pw的條件下,可以查得hw2,進(jìn)一步計(jì)算出h3,再次利用水與水蒸氣性質(zhì)表查出疏水出口溫度t3,下端差可以表示成θ2＝t3-tw1。

同理,在蒸汽冷卻段中應(yīng)用熱平衡方程可以得到

式中：hw4為加熱器給水出口焓值,kJ/kg；hw3為凝結(jié)段給水出口焓值，kJ/kg；h1為蒸汽進(jìn)口焓值,kJ/kg；h2為蒸汽冷卻段蒸汽出口焓值 (由于蒸汽在離開蒸汽冷卻段時(shí)有一定的過熱度,取h2＝hs+80,此假設(shè)對(duì)計(jì)算的影響可以忽略,hs為飽和蒸汽焓值)，kJ/kg。在已知tw3，ps的條件下,可以查得hw3,代入式中,可以計(jì)算得到hw4,在已知ps的情況下,可以查得給水出口溫度tw4,上端差θ1可以表示成θ1＝ts-tw4。

3 結(jié)論

本文旨在初步探討加熱器端差的計(jì)算方法，文中所用方法還有諸多不足，僅作拋磚引玉。希望可以對(duì)加熱器節(jié)能監(jiān)督中作為監(jiān)督考核的目標(biāo)值來最大限度提高機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

［1］劉繼平，李秀云，嚴(yán)俊杰，等.帶疏水冷卻器的回?zé)峒訜崞髯児r特性研究[J].汽輪機(jī)技術(shù)，2002,42（6）：355-359.

［2］郭江龍.加熱器端差節(jié)能技術(shù)監(jiān)督[J].河北電力技術(shù)，2009,28（3）：51.

［3］盧國棟，張春發(fā)，孫燕，等.帶蒸汽冷卻段加熱器端差基準(zhǔn)值變工況特性研究[J].汽輪機(jī)技術(shù)，2008,50（2）：126-127.

［4］李慧君,高麗莎.火力發(fā)電廠加熱器端差應(yīng)達(dá)值的確定[J].汽輪機(jī)技術(shù),2012,54（2）：89-93.