韓志軍，溫 振，胡志剛，華興魯

(邯鄲熱電廠，河北 邯鄲 056004)

350 MW超臨界機(jī)組噴水減溫系統(tǒng)熱經(jīng)濟(jì)性分析

韓志軍，溫 振，胡志剛，華興魯

(邯鄲熱電廠，河北 邯鄲 056004)

以等效熱降為基礎(chǔ)，建立過熱器、再熱器噴水減溫對(duì)機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性影響的數(shù)學(xué)模型，以350 MW超臨界機(jī)組為例，分析計(jì)算額定工況、最大連續(xù)出力和高加解列3種工況下過熱器、再熱器噴水減溫對(duì)機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性的影響，結(jié)果表明3種工況下再熱器噴水減溫比過熱器噴水減溫對(duì)機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性的影響要大，額定工況下的再熱器噴水減溫對(duì)機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)的影響是最大的，并且減溫水量對(duì)機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性的影響中，再熱器噴水減溫比過熱器噴水減溫表現(xiàn)的更明顯些，提出機(jī)組運(yùn)行過程中應(yīng)盡量避免使用再熱器噴水減溫的建議。

超臨界機(jī)組；過熱器；再熱器；噴水減溫；熱經(jīng)濟(jì)性

1 概述

維持穩(wěn)定的汽溫是保證機(jī)組安全性的重要基礎(chǔ)，汽溫過高或過低都是不允許的，汽溫過高會(huì)使金屬的許用應(yīng)力降低，汽溫過低會(huì)使機(jī)組的循環(huán)熱效率降低[1]。因此，鍋爐中需有調(diào)溫手段對(duì)溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，以維持溫度的穩(wěn)定。噴水減溫具有調(diào)溫幅度大、見效快和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，在鍋爐機(jī)組中得到廣泛的應(yīng)用。噴水減溫系統(tǒng)作為電廠熱力系統(tǒng)中重要的組成部分，對(duì)機(jī)組的安全性和經(jīng)濟(jì)性均有一定的影響，因此，有必要對(duì)噴水減溫系統(tǒng)進(jìn)行定量分析和計(jì)算。

噴水減溫有4種方式，按作用對(duì)象分為過熱器和再熱器，按噴水出口方式分為最高加熱器出口和給水泵出口。不同的方式對(duì)機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性影響是不同的[2]，用等效熱降法建立4種噴水減溫對(duì)機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性影響的計(jì)算模型，并以350 MW超臨界機(jī)組為例進(jìn)行計(jì)算說明，分析比較過熱器和再熱器噴水減溫對(duì)機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性影響的不同是節(jié)能分析的一個(gè)重要方面，為指導(dǎo)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及改造提供參考。

2 基于等效熱降的理論基礎(chǔ)

對(duì)于電廠熱力系統(tǒng)來說，抽汽效率和裝置效率是計(jì)算其他參數(shù)的基礎(chǔ)[3-4]。對(duì)具有一次中間再熱，疏水逐級(jí)自流的凝汽式汽輪機(jī)，抽汽的等效熱降為：

(1)

式中：hj為加熱器j的抽汽焓，kJ/kg；hn為汽輪機(jī)排氣焓，kJ/kg；r為加熱器j之后更低加熱器抽汽口腳碼；qr為1 kg蒸汽在加熱器r中的放熱量，kJ/kg；τr為1 kg水在加熱器r中的焓升，kJ/kg；rr為1 kg疏水在加熱器r中的放熱量，kJ/kg。Ar取τr或 ，當(dāng)j加熱器為匯集式加熱器或匯集式加熱器之后的加熱器(不論是匯集式加熱器還是疏水放流式加熱器)，Ar取τr，當(dāng)j加熱器為疏水放流式加熱器時(shí)，從j加熱器到匯集式加熱器(包括)，Ar取rr。

抽汽效率為：

(2)

式中：qj為j加熱器1 kg抽汽放熱量。

用變熱量分析法推出新蒸汽的等效熱降為

(3)

式中：h0為新蒸汽初焓；τ為1 kg蒸汽在再熱器中的吸熱量，kJ/kg；∑∏為各種作功損失總和，kJ/kg。

(4)

(5)

過熱器噴水減溫系統(tǒng)(見圖1)的減溫水來源有2種，最高加熱器出口分流和給水泵出口分流，如圖1中的a、b方式。再熱器噴水減溫系統(tǒng)的減溫水一般也有2種，最高壓力加熱器出口分流和給水泵抽頭分流，如圖1中的c、d方式

圖1 噴水減溫系統(tǒng)

2.1 過熱器噴水減溫計(jì)算模型

給水泵出口分流不經(jīng)過高壓加熱器，降低了回?zé)嵝剩箼C(jī)組經(jīng)濟(jì)性降低；最高加熱器出口分流的噴水減溫，若忽略鍋爐內(nèi)部的微小變化，則對(duì)經(jīng)濟(jì)性無影響。

份額為d的減溫水未經(jīng)過高壓加熱器加熱，減少高壓加熱器的抽汽份額，增加了新蒸汽在汽輪機(jī)中的做功量，1 kg新蒸汽在汽輪機(jī)中做功量增加為，

ΔH=α[τ7η7+(τ6-τb)η6]

(6)

1 kg新蒸汽在鍋爐中的循環(huán)吸熱量增加為,

ΔQ=α[τ7+(τ6-τb)]

(7)

據(jù)此，減溫水來自給水泵出口分流的過熱器噴水減溫系統(tǒng)使裝置經(jīng)濟(jì)性降低為：

(8)

2.2 再熱器噴水減溫計(jì)算模型

最高壓力加熱器出口分流和給水泵抽頭分流的2種再熱器噴水減溫系統(tǒng)均會(huì)引起裝置經(jīng)濟(jì)性的降低，具體算法如下。

2.2.1 噴水來自給水泵抽頭分流

噴水來自給水泵抽頭分流的再熱器噴水減溫系統(tǒng)如圖1中的d方式所示，設(shè)來自給水泵抽頭分流的減溫水份額為 ，該部分減溫水不經(jīng)過高壓加熱器加熱，減少了抽汽量，增加了1 kg新蒸汽在汽輪機(jī)中的做功量，并且其產(chǎn)生的氣流不經(jīng)過高壓缸做功，考慮兩者因素，減溫水在汽輪機(jī)少做功為

(9)

式中：hzl為再熱器冷端蒸汽焓；τj為1 kg水在j級(jí)加熱器中的焓升。

減溫水未經(jīng)過熱器加熱從而引起過熱器吸熱量減少，減溫水未經(jīng)高壓加熱器加熱，引起循環(huán)吸熱量的增加，同時(shí)，高壓加熱器抽汽量的減少會(huì)引起再熱器的吸熱量增加。綜合三者因素，再熱器減溫系統(tǒng)循環(huán)吸熱量下降為

(10)

式中：Δαj為能級(jí)j排擠1kg抽汽經(jīng)過再熱器的份額； ΔQzr-j為能級(jí)j排擠1kg抽汽引起的再熱器吸熱量的變化。

噴水來自給水泵抽頭分流的再熱器噴水減溫系統(tǒng)使裝置經(jīng)濟(jì)性降低為,

(11)

2.2.2 噴水來自最高壓力加熱器出口分流

最高壓加熱器出口分流的減溫水未經(jīng)過高壓缸做功，其做功減少，ΔH=α(h0-hzl)

(12)

吸熱量降低 ΔQ=α(h0-hzl)

(13)

(14)

3 噴水減溫系統(tǒng)熱經(jīng)濟(jì)性實(shí)例分析

3.1 應(yīng)用實(shí)例

以邯鄲東郊熱電廠2號(hào)汽輪機(jī)為例，邯鄲東郊熱電廠2號(hào)汽輪機(jī)為超臨界一次中間再熱、單軸、雙缸雙排汽、抽汽凝汽式汽輪機(jī)。機(jī)組型號(hào)為NC350-24.2/0.4/566/566，額定功率為350 MW。該機(jī)組有8段回?zé)岢槠?，分別給3個(gè)高壓加熱器、1個(gè)除氧器和3個(gè)低壓加熱器供熱。該機(jī)組的原則性熱力系統(tǒng)如圖2所示。

3.2 機(jī)組原始數(shù)據(jù)

圖2 原則性熱力系統(tǒng)

表1 各工況機(jī)組原始數(shù)據(jù)及加熱器抽汽參數(shù)

加熱器編號(hào)τ/(kJ·kg-1)q/(kJ·kg-1)γ/(kJ·kg-1)H/(kJ·kg-1)η/%TRLTMCRTHOTRLTMCRTHOTRLTMCRTHOTRLTMCRTHOTRLTMCRTHO1138.5138.32045.22044.6934.11012.445.749.52180.7180.82123.42123.1188.2188.3904.2990.442.646.63131.6131.12573.72571.1136.6136.1756847.429.4334201.3202.32052572.32571.12580214.3215.4589.4688.969422.926.826.9572.873.473.62398.523982405378.4479.648215.82020674.777.777.82370.62372.52377757876.4284.5388.93901216.416.47122.2205.82052382.12463.92463121.1204.8201.5184.2300.5301912.212.2

已知機(jī)組機(jī)械效率ηm=0.988，發(fā)電機(jī)效率ηg=0.995，計(jì)算出3種工況下1 kg新蒸汽在汽輪機(jī)做功P、循環(huán)吸熱量Q及裝置效率ηi、汽輪機(jī)熱耗率q，機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性如表2所示。

表2 3種工況下機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性

工況P/(kJ·kg-1)Q/(kJ·kg-1)η/%q/(kJ·kWh-1)TRL1131.72605.843.48437.9TMCR1204.92605.546.27919.6THO1389.23125.844.48247.8

電廠的過熱器噴水減溫系統(tǒng)的減溫水來自給水泵出口分流，再熱器噴水減溫系統(tǒng)的減溫水來自給水泵抽頭分流。已知3種工況下再熱冷段焓值hzl，給水泵焓升τb，計(jì)算出3種工況中過熱器噴水減溫及再熱器噴水減溫系統(tǒng)在5%的減溫水份額下，新蒸汽等效熱降的變化、循環(huán)吸熱量的變化及裝置效率變化、汽輪機(jī)熱耗率變化。不同工況下噴水減溫對(duì)機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性影響如表3所示。

通過表3可以看出，在過熱器和再熱器減溫水份額同為5%的情況下，過熱器噴水減溫在額定工況下對(duì)汽機(jī)熱耗率的影響是4.22 kJ/kWh，最大連續(xù)出力工況下對(duì)汽機(jī)熱耗率的影響是2.53 kJ/kWh，

表3 不同工況下噴水減溫對(duì)機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性影響

工況P/(kJ·kg-1)Q/(kJ·kg-1)η/%q/(kJ·kWh-1)過熱器噴水減溫TRL8.4620.850.0504.22TMCR9.2920.950.0322.53THO再熱器噴水減溫TRL24.23-15.962.813237.36TMCR15.41-11.461.741137.88THO17.7517.750.72059.38

高壓加熱器解列工況下對(duì)汽輪機(jī)熱耗無影響。再熱器噴水減溫在額定工況下對(duì)汽機(jī)熱耗率的影響是237.36 kJ/kWh，最大連續(xù)出力工況下對(duì)汽機(jī)熱耗率影響是137.88 kJ/kWh，高壓加熱器解列工況下對(duì)汽機(jī)熱耗率的影響是59.38 kJ/kWh。由此可以看出，額定工況下的再熱器噴水減溫對(duì)機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性的影響是過熱器的56倍，最大連續(xù)出力工況下是55倍，高加解列工況下的再熱器噴水減溫對(duì)機(jī)組經(jīng)熱濟(jì)性影響很大，而過熱器噴水減溫對(duì)機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性無影響。

4 結(jié)論及建議

利用等效熱降理論推導(dǎo)出4種噴水減溫方式的數(shù)學(xué)模型，可應(yīng)用于各種不同類型的機(jī)組。以350 MW超臨界機(jī)組為列，計(jì)算過熱器和再熱器噴水減溫對(duì)機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性的影響。結(jié)果表明，在額定工況、最大連續(xù)出力和高加解列3種工況下，同份額減溫水的再熱器噴水減溫對(duì)機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性的影響均比過熱器噴水減溫大的多。其中，額定工況下的再熱器噴水減溫對(duì)機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性的影響是最大的，高加解列工況下的過熱器噴水減溫對(duì)機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性的影響是最小的。對(duì)于350 MW超臨界機(jī)組來說，噴水減溫在過熱器中可廣泛應(yīng)用，但要盡量減少再熱器噴水減溫，建議其僅作為輔助性細(xì)調(diào)或事故噴水即可。

[1] 田松峰，李 巖，劉 哲.超超臨界機(jī)組噴水減溫系統(tǒng)的熱經(jīng)濟(jì)性分析[J].汽輪機(jī)技術(shù)，2011,53(2)：136-138.

[2] 殷 捷，王培紅.不同噴水減溫方式對(duì)機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性的影響[J].華東電力，2009(10)：82-84.

[3] 田松峰，李 巖，劉 哲.1 000 MW機(jī)組噴水減溫系統(tǒng)的熱經(jīng)濟(jì)性[J].東北電力技術(shù)，2010，(6)：13-16.

[4] 谷俊杰，楊 智，任晏伶，等.再熱器噴水減溫對(duì)機(jī)組煤耗率的影響研究[J].華北電力大學(xué)學(xué)報(bào)，2011,38(1)：103-106.

Thermal Economic Analysis on Spray De-superheating System for 350 MW Supercritical Unit

Han Zhijum,Wen Zhen,Hu Zhigang,Hua Xinglu

(Handan Cogeneration Power Plant,Handan 056004，China)

Based on equivalent heat drop,this paper establishes the mathematical model of super heater, reheater de-superheating spray on the economic impact of unit.Taking the 350 MW supecritical unit as an example, analyzes and calculaes the economic impact of unit under three conditions, the rated condition, the maximum output condition and high pressure heater shutdown condition. The result showes that the reheater de-superheating spray bigger has impact than thermal spry de-superheating of thermal economy of unit. The impact of thermal economy of unit is biggest to the reheater de-superheating spray under the rated condition,amount the de-superheating water on the thermal economy of unit,reheater de-superheating spray showes significantly more than the thermal spry de-superheating, we should avoid using re-heater de-superheating spray on the operation of the unit.

supercritical unit;super heater; reheater; de-superheating spray; thermal economy

2017-07-05

韓志軍(1972-)，男，工程師，主要從事電力生產(chǎn)運(yùn)行管理工作。

TM621

B

1001-9898(2017)06-0042-03

本文責(zé)任編輯：王洪娟