劉 磊

(大唐東北電力試驗(yàn)研究院，吉林 長春 130000)

0 引言

管道效率是發(fā)電廠效率的組成部分，而在發(fā)電廠熱經(jīng)濟(jì)性評價(jià)中，管道熱效率常被忽略或認(rèn)為是某個(gè)固定值。文獻(xiàn)[1-2]介紹了發(fā)電廠管道熱效率的計(jì)算方法，闡述了發(fā)電廠管道熱力系的范圍、內(nèi)涵及其在挖掘節(jié)能潛力中的重要意義，并結(jié)合工程實(shí)例的計(jì)算，證明了發(fā)電廠管道熱效率有著豐富的內(nèi)涵，不是個(gè)固定值，更不能忽略。

文獻(xiàn)[3]利用熱量法計(jì)算了發(fā)電廠汽水管道熱力系統(tǒng)的損失。但熱量法僅體現(xiàn)了能量的數(shù)量，沒有考慮到能量的品質(zhì)，進(jìn)而對進(jìn)一步挖掘節(jié)能潛力工作帶來理論上的障礙。而參數(shù)兼顧了能量的數(shù)量和質(zhì)量上的統(tǒng)一，是衡量能量轉(zhuǎn)換設(shè)備的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，在文獻(xiàn)[4-5]中詳細(xì)介紹了參數(shù)的優(yōu)越性和在能量系統(tǒng)中的應(yīng)用方法。當(dāng)前，國內(nèi)外越來越多的學(xué)者利用參數(shù)對電站熱力系統(tǒng)、相關(guān)耗能系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能診斷工作，并收到了良好的效果[6-8]。而利用參數(shù)對發(fā)電廠管道系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能分析卻鮮有學(xué)者涉及。僅文獻(xiàn)[9]利用反平衡方法介紹了電廠管道效率，與熱量法管道效率相比有明顯優(yōu)勢。但對管道損失中的排污損失部分計(jì)算存在問題，經(jīng)檢驗(yàn)反平衡與正平衡計(jì)算結(jié)果不一致。

1 管道火用效率

(1)

(2)

式中E0——工質(zhì)傳遞給汽輪機(jī)組的/kW；

Eb——鍋爐傳遞給工質(zhì)的/kW；

ΔEp——管道損失/kW。

E0=D0e0+Dzyjezyj+Dfef+Dmaema-
Dgpegp-Dfwefw-∑Dcyjecyj

(3)

Eb=Db(eb-efw(b))+Dbl(ebl-efw(b))+
Drh(erho-erhi)

(4)

ΔEp=ΔEp1+ΔEp2+ΔEp3+ΔEp4

(5)

式中D0、Dzyj、Df、Dma、Dgp、Dfw、Dcyj——汽輪機(jī)主汽門前、汽輪機(jī)中壓缸進(jìn)口、排污回收飽和蒸汽、補(bǔ)充水、汽輪機(jī)高壓缸排汽、汽輪機(jī)側(cè)給水和各級廠用蒸汽流量/kg·s-1；

e0、ezyj、ef、ema、egp、efw、ecyj——各個(gè)流量的比/kJ·kg-1；

ΔEp1、ΔEp2、ΔEp3、ΔEp4——管道散熱引起的損失/kW、管道工質(zhì)泄漏損失/kW、廠用汽損失/kW、鍋爐排污損失/kW。

2 管道各項(xiàng)火用損失

2.1 管道散熱火用損失

管道散熱損失的表達(dá)式為

=D0(eb-e0)+Drhi(egp-erhi)

+Dzyj(ezyj-erho)+Dfw(b)(efw(b)-efw)

(6)

2.2 管道工質(zhì)泄漏火用損失

=Dzl(eb-ema)+[Drhll(egp-ema)

+Drhrl(erho-ema)]+Dgl(efw(b)-ema)

(7)

Dzl、Drhll、Drhrl——主蒸汽管道、冷再熱管道和熱再熱管道的工質(zhì)泄漏量/kg·s-1。

2.3 廠用蒸汽火用損失

(8)

φ——廠用汽返回水率，廠用汽無回收時(shí)φ取零。

2.4 鍋爐排污火用損失

(1)排污擴(kuò)容器熱損失計(jì)算方法[10]

排污回收利用流量與排入地溝的流量分別為

(9)

(10)

ηf——排污擴(kuò)容器的保溫效率，其通常定義為

(11)

排污熱損為

(12)

Dma——補(bǔ)水流量/kg·s-1;

ηl——排污冷卻器的熱效率，其通常定義為

(13)

當(dāng)排污擴(kuò)容系統(tǒng)中不含排污冷卻器時(shí)，有

(14)

(15)

對于本例不含排污冷卻器的排污擴(kuò)容系統(tǒng)，式(15)變?yōu)?/p>

(16)

3 排污火用損失計(jì)算方法的改進(jìn)及驗(yàn)證

3.1 鍋爐排污火用損失計(jì)算方法改進(jìn)

(17)

(18)

(19)

對于不含排污冷卻器的排污擴(kuò)容系統(tǒng)，式(17)變?yōu)?/p>

(20)

對比式(15)和式(17)、式(16)和式(20)可以看出，現(xiàn)有文獻(xiàn)認(rèn)為擴(kuò)容器和排污冷卻器的效率與其相應(yīng)的熱效率相等的假設(shè)，顯然不滿足平衡方程。而改進(jìn)后的擴(kuò)容器和排污冷卻器的效率是以參數(shù)為基礎(chǔ)的，邏輯合理并滿足平衡方程。

表1某300 MW機(jī)組管道系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)表

項(xiàng)目數(shù)值 項(xiàng)目數(shù)值 項(xiàng)目數(shù)值鍋爐蒸發(fā)量Db/kg·s-1252.71鍋爐再熱器出口erho/kJ·kg-11 409.54鍋爐過熱器出口焓hrho/kJ·kg-13 395.95汽輪機(jī)總進(jìn)氣量D0/kg·s-1252.71汽機(jī)中壓缸進(jìn)汽erho/kJ·kg-11 401.59汽輪機(jī)主氣門前焓hrho/kJ·kg-13 394.46再熱蒸汽量Drh/kg·s-1207.52鍋爐連續(xù)排污水ebl/kJ·kg-1619.70汽輪機(jī)高壓缸排汽焓hgp/kJ·kg-13 025.11給水流量Dfw/kg·s-1255.24連續(xù)排污飽和水e′bI/kJ·kg-1132.53鍋爐再熱器進(jìn)口焓hrhi/kJ·kg-13 023.57鍋爐連續(xù)排污量Dbl/kg·s-12.53排污水?dāng)U容回收蒸汽ef/kJ·kg-1837.04鍋爐再熱器出口蒸汽焓hrho/kJ·kg-13 542.54擴(kuò)容器回收量Df/kg·s-11.23鍋爐側(cè)給水efw(b)/kJ·kg-1331.18汽輪機(jī)中壓缸進(jìn)汽焓hzyj/kJ·kg-13 536.16排入地溝流量D′bl/kg·s-11.29汽輪機(jī)側(cè)給水efw/kJ·kg-1332.26鍋爐連續(xù)排污水焓hbl/kJ·kg-11 737.97補(bǔ)水流量Dma/kg·s-11.29補(bǔ)充水ema/kJ·kg-10.30連續(xù)排污飽和水焓h′bI/kJ·kg-1744.71過熱器出口eb/kJ·kg-11 523.895段抽氣廠用汽e5cc/kJ·kg-1781.30排污水?dāng)U容回收蒸汽焓hf/kJ·kg-12 772.57主汽門前e0/kJ·kg-11 518.554段抽氣廠用汽e4cc/kJ·kg-1994.90鍋爐側(cè)給水焓hfw(b)/kJ·kg-11 198.27汽機(jī)高壓缸排汽egp/kJ·kg-11 119.90擴(kuò)容器熱效率ηf/[%]98.00汽輪機(jī)側(cè)給水焓hfw/kJ·kg-11 199.17再熱器進(jìn)口erhi/kJ·kg-11 112.99擴(kuò)容器效率ηef/[%]76.80補(bǔ)充水焓hma/kJ·kg-184.81

3.2 改進(jìn)后鍋爐排污火用損失計(jì)算方法驗(yàn)證

為了便于說明本文所提出算法的合理性，以某300 MW機(jī)組鍋爐單級連續(xù)排污系統(tǒng)為例進(jìn)行計(jì)算分析。同時(shí)，也為了便于與文獻(xiàn)[9]結(jié)果進(jìn)行對比，取排污擴(kuò)容器的熱效率為0.98，由式(9)和(10)得到鍋爐排污回收量和排入地溝流量，將其帶入式(20)，得到在鍋爐排污量、回收量以及相應(yīng)參數(shù)相同條件下的排污擴(kuò)容器的效率，并以此對管道效率進(jìn)行了正、反平衡計(jì)算。將采用文獻(xiàn)[9]方法的計(jì)算結(jié)果也列于表2加以對比。

表2擴(kuò)容器火用效率不同造成的計(jì)算誤差

項(xiàng)目現(xiàn)有文獻(xiàn)本文計(jì)算擴(kuò)容器損失帶入的效率值0.980.768擴(kuò)容器損失/kW202.398533.257管道反平衡效率/[%]98.567 898.476 9管道正平衡效率/[%]98.476 998.476 9正、反平衡管道效率誤差/[%]0.090 90

4 管道火用損失與熱損失和兩種效率結(jié)果差異

以上述計(jì)算方法為基礎(chǔ)，以某凝汽300 MW機(jī)組為例，運(yùn)行參數(shù)見表1。機(jī)組在工質(zhì)無泄露、無廠用蒸汽、鍋爐正常連續(xù)排污工況下，計(jì)算出管道損失的分布情況，并與傳統(tǒng)熱量法得出結(jié)果相對比，以顯示管道損失與熱損失的分布差異，詳見表3。

表3熱量法與火用方法的反平衡管道損失計(jì)算結(jié)果差異

項(xiàng)目熱損失/kW所占比例損失/kW所占比例主蒸汽管道407.2220.1271 347.6940.258再熱冷段管道317.7540.0991 424.9000.273再熱熱段管道1 308.0540.4081 641.9550.315給水管道227.5530.071272.6570.052排污擴(kuò)容器943.8800.295533.2570.102管道總損失3 204.46315 220.4631管道熱/效率0.992 9640.984 769

ΔEp1-2=D1-2(e1-e2)

=D1-2[(h1-h2)-T0(s1-s2)]

(21)

上式也可寫成

ΔEp=ΔQ+T0ΔS

(22)

式中 ΔEp1-2——某段管道的散熱損失/kW；

D1-2——管道流量/kg·s-1；

e1、e2——管道入口和出口的比/kJ·kg-1；

h1、h2——管道入口和出口的比焓/kJ·kg-1；

s1、s2——管道入口和出口的比熵/kJ·(kg·K)-1；

ΔQ——某一段管道的散熱損失/kW；

T0——環(huán)境溫度/K；

ΔS——由于管道輸運(yùn)工質(zhì)的不可逆因素導(dǎo)致的熵增/kJ·(K·s)-1,故管道損失數(shù)值上大于熱損失。

對于排污擴(kuò)容器來說，由于熱量法不區(qū)分能量品質(zhì)高低，造成過分地核算了排污損失的比重，故其在管道損失中的比例小于其相應(yīng)的熱損失中的比例。

5 結(jié)論及展望