康旭東，蔡天水

(1.湖北華電襄陽(yáng)發(fā)電有限公司，湖北 襄陽(yáng) 441141;2.華北電力大學(xué) 能源動(dòng)力與機(jī)械工程學(xué)院，河北 保定 071003)

0 引言

抽汽回?zé)嵯到y(tǒng)是指將汽輪機(jī)中做過(guò)功的蒸汽從汽輪機(jī)的某些中間級(jí)抽出，來(lái)加熱給水或凝結(jié)水。加熱器是該系統(tǒng)的重要組成部分，其類型主要有表面式和混合式兩種。混合式加熱器的熱經(jīng)濟(jì)性最高，但系統(tǒng)的熱力構(gòu)成較復(fù)雜，且須配套水泵組來(lái)滿足運(yùn)行需要，安全性較低。因此，常規(guī)火力發(fā)電機(jī)組的抽汽回?zé)嵯到y(tǒng)中，除了除氧器之外，其余的加熱器均采用表面式加熱器。表面式加熱器抽汽側(cè)的放熱過(guò)程由蒸汽冷卻段、蒸汽凝結(jié)段和疏水冷卻段組成。用作加熱的抽汽凝結(jié)時(shí)產(chǎn)生的疏水在表面式加熱器內(nèi)無(wú)法與給水或凝結(jié)水直接混合，應(yīng)及時(shí)排出以保證加熱器正常運(yùn)行。疏水的排出方式不僅決定抽汽回?zé)嵯到y(tǒng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度，還會(huì)影響機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性［1］。

近年來(lái)，隨著節(jié)能工作的深入開(kāi)展，提高熱經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)的要求給了電力設(shè)備制造廠商和各大發(fā)電企業(yè)極大的壓力，對(duì)熱力系統(tǒng)各方面的優(yōu)化性研究亦愈加重要。本文針對(duì)低壓加熱器(以下簡(jiǎn)稱低加)疏水系統(tǒng)的疏水方式展開(kāi)研究，對(duì)比不同種疏水方式的優(yōu)、缺點(diǎn)，以期為火力發(fā)電熱力系統(tǒng)的節(jié)能工作提供一些參考。

1 3 種疏水方式概述［2－4］

1.1 逐級(jí)自流疏水方式

如圖1所示，在相鄰加熱器的壓差作用下，疏水逐級(jí)自動(dòng)流入壓力較低的下一級(jí)的疏水方式稱為逐級(jí)自流疏水方式。此種方式勢(shì)必會(huì)排擠低一級(jí)加熱器的抽汽，導(dǎo)致冷源損失增加;同時(shí)，低加的疏水要直接排入凝汽器，這也就意味著冷源損失更大，機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性降低更多。

圖1 逐級(jí)自流疏水方式

1.2 加裝疏水泵疏水方式

如圖2所示，本級(jí)疏水不再自流入下一級(jí)，而是被加裝的疏水泵打入到本級(jí)加熱器出口的凝結(jié)水管路中，使疏水與凝結(jié)水混合并流入上一級(jí)，這種疏水方式稱為疏水泵疏水方式。打入上一級(jí)的疏水不僅可以在凝結(jié)水中放熱來(lái)提高凝結(jié)水水溫，而且還排擠了上一級(jí)加熱器的抽汽，進(jìn)而提高了整個(gè)機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性。

圖2 加裝疏水泵的疏水方式

1.3 加裝疏水冷卻器疏水方式

如圖3所示，凝結(jié)水管道上孔板造成的壓力差，會(huì)使部分凝結(jié)水進(jìn)入加裝的冷卻器內(nèi)吸收疏水在冷卻器中放出的熱量，使本級(jí)疏水自流入下一級(jí)之前放熱，這種疏水方式稱為疏水冷卻器疏水方式。常見(jiàn)的疏水冷卻器分為內(nèi)置式和外置式兩種。此種方法減少了排擠低壓抽汽引起的熱損失，故使機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性有所提高。

圖3 加裝疏水冷卻器的疏水方式

2 疏水方式對(duì)比分析［5－7］

為保證安全運(yùn)行，絕大多數(shù)火力發(fā)電機(jī)組低加疏水系統(tǒng)的疏水方式廣泛采用逐級(jí)自流式。為了提高機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性，機(jī)組停機(jī)技改期間，對(duì)于國(guó)產(chǎn)機(jī)組來(lái)說(shuō)，常在靠近凝汽器的第2個(gè)低加處加裝疏水泵，以達(dá)到疏水逐級(jí)自流和疏水泵聯(lián)合運(yùn)行的目的;而大部分國(guó)外引進(jìn)機(jī)組，常在靠近凝汽器的第2個(gè)低加處加裝疏水冷卻器，與逐級(jí)自流匹配組成低加疏水系統(tǒng)。相對(duì)于單純逐級(jí)自流方式，這2種聯(lián)合運(yùn)行方式的熱經(jīng)濟(jì)性較好。

作者應(yīng)用等效焓降法對(duì)這2種聯(lián)合運(yùn)行疏水方式進(jìn)行定量和定性的分析，以顯示2種疏水方式的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)。

2.1 加裝疏水泵方式

如圖4所示，對(duì)于j低加來(lái)說(shuō)，主路凝結(jié)水因疏水混入而提高的比焓為Δτj，這部分疏水的熱量即為αcxΔτj(αcx為混入的凝結(jié)水份額)。這部分熱量不再由j低加中轉(zhuǎn)移到j(luò)+1低加中來(lái)完成利用，故做功增加了 αcxΔτj(ηj+1－ ηj)(η 為低加的抽汽效率)。同時(shí)，原自流至j－1低加和凝汽器熱井變成凝結(jié)水的那部分疏水會(huì)獲得的熱量為βΔhd=β×(hdj－h(huán)w(j－1))(β 為疏水份額;Δhd為疏水比焓差;hdj為j低加疏水比焓;hw(j－1)為j－1低加出口凝結(jié)水比焓)也不再由j低加放出，而轉(zhuǎn)移到j(luò)－1低加和凝汽器中放出，其產(chǎn)生的做功增量為 βΔhd(ηj－ ηj－1)。綜上可知，裝疏水泵后新蒸汽等效焓降的增加值為

Δh1= αcxΔτj(ηj+1－ ηj)+ βΔhd(ηj－ ηj－1)，考慮到抽汽放熱量的變化，將上式修正為

式中:Qj為單位質(zhì)量的蒸汽在j加熱器中的放熱量。

2.2 加裝疏水冷卻器方式

如圖5所示，從j加熱器流入j－1加熱器中的這部分疏水的放熱量為βΔQj(ΔQj為疏水在j－1加熱器中的放熱量)，加裝疏水冷卻器后，該部分熱量將不再被j－1加熱器利用，而由主路凝結(jié)水帶回到j(luò)加熱器中。由此可知，采用裝有疏水冷卻器后的新蒸汽等效焓降變化為

圖4 加裝疏水泵方式分析圖

考慮到抽氣的放熱量變化，將上式修正為

圖5 加裝疏水冷卻器方式分析圖

2.3 工程實(shí)例計(jì)算

以國(guó)內(nèi)某300 MW火力發(fā)電機(jī)組汽輪機(jī)側(cè)抽汽回?zé)嵯到y(tǒng)的熱力系統(tǒng)為例，用疏水冷卻器取代疏水泵后局部熱力熱力系統(tǒng)如圖6所示。

圖6 局部熱力系統(tǒng)圖

依據(jù)前文所述公式，計(jì)算結(jié)果為:做功損失，0.235 kJ/kg;熱耗增加，1.58 kJ/(kW·h);煤耗增加，0.06 g/(kW·h)。

從以上計(jì)算結(jié)果可以看出，用疏水冷卻器取代疏水泵后，機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性下降。對(duì)于加裝疏水泵的加熱器系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，一般每臺(tái)加熱器需2臺(tái)疏水泵(1運(yùn)行1備用)與之配套。如果配套運(yùn)行的疏水泵電機(jī)功率按130 kW計(jì)算，則標(biāo)準(zhǔn)煤耗為

式中:bs為標(biāo)準(zhǔn)煤耗量;Pe為發(fā)電機(jī)功率。

此時(shí)，疏水冷卻器取代疏水泵后的機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性反而明顯提高了。

另外，從安全性和投資角度出發(fā)，疏水冷卻器較疏水泵而言，相當(dāng)于減少了2臺(tái)轉(zhuǎn)機(jī)及其配電設(shè)備，泵體本身的運(yùn)行危險(xiǎn)因素也可以被排除，低加疏水系統(tǒng)的安全性更有保證;同時(shí)，單臺(tái)冷卻器比2臺(tái)疏水泵及其配電設(shè)備的投資費(fèi)用小，占地面積也少。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)低加疏水系統(tǒng)的不同種疏水方式展開(kāi)研究，清晰地呈現(xiàn)了2種聯(lián)合運(yùn)行方式的優(yōu)、缺點(diǎn)，發(fā)電企業(yè)可根據(jù)自身情況，從2種聯(lián)合運(yùn)行方式中進(jìn)行選擇，保證機(jī)組安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

［1］西安熱工研究院.發(fā)電企業(yè)節(jié)能降耗技術(shù)［M］.北京:中國(guó)電力出版社，2010.

［2］鄭體寬.熱力發(fā)電廠［M］.北京:中國(guó)電力出版社，1995.

［3］林萬(wàn)超.發(fā)電廠熱系統(tǒng)節(jié)能理論［M］.西安:西安交通大學(xué)出版社，1994.

［4］陳素珍，陳志強(qiáng).淺談300 MW等級(jí)機(jī)組不需設(shè)低加疏水泵［J］.熱機(jī)技術(shù)，2007(1):36－38.

［5］李青，公維平.火力發(fā)電廠節(jié)能和指標(biāo)管理技術(shù)［M］.北京:中國(guó)電力出版社，2006.

［6］李勤道，劉志真.熱力發(fā)電廠熱經(jīng)濟(jì)性計(jì)算分析［M］.北京:中國(guó)電力出版社，2008.

［7］劉強(qiáng)，孟穎超.疏水冷卻器的熱經(jīng)濟(jì)性分析［J］.深圳大學(xué)學(xué)報(bào):理工版，2009，26(4):425 －430.