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        基于等效熱降法的火電廠低壓加熱器疏水系統(tǒng)熱經(jīng)濟(jì)性分析

        2022-12-03 09:51:00盛晶銘孟召軍王敬宇姜昊言王天琦
        關(guān)鍵詞:降法冷卻器加熱器

        盛晶銘,孟召軍,王敬宇,姜昊言,王天琦

        (沈陽工程學(xué)院 能源與動(dòng)力學(xué)院,遼寧 沈陽 110136)

        目前,國內(nèi)外600 MW 超超臨界機(jī)組的低壓加熱器疏水系統(tǒng)大多采用逐級自流的疏水方式將疏水直接送入凝汽器。這種逐級自流的方式簡單可靠,運(yùn)行成本較低,被火電廠大量采用[1]。但在使用該疏水方式時(shí),由于疏水在逐級自流的過程中會(huì)放出部分熱量,排擠了該加熱器的回?zé)岢槠估湓磽p失增大,降低了機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性[2]。當(dāng)采用安裝疏水泵與疏水冷卻器的疏水方式時(shí),由于疏水熱量在本級被利用,使本級抽汽得以減少,降低了機(jī)組的標(biāo)準(zhǔn)煤耗率,也使運(yùn)行變得相對安全。但安裝疏水泵會(huì)增加廠用電的損耗,且疏水泵設(shè)置的地點(diǎn)不一樣,相應(yīng)熱經(jīng)濟(jì)性的計(jì)算結(jié)果也大為不同;同時(shí),安裝疏水冷卻器也會(huì)增加系統(tǒng)的復(fù)雜性,增加額外投入。因此,在進(jìn)行低壓加熱器疏水系統(tǒng)節(jié)能改造時(shí),需要對不同的疏水方式的熱經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算。

        本文依據(jù)某600 MW 機(jī)組低壓加熱器回?zé)嵯到y(tǒng)現(xiàn)狀,提出了幾種在低壓加熱器疏水系統(tǒng)中安裝疏水泵和疏水冷卻器的改進(jìn)方案,并根據(jù)等效熱降法對上述幾種改進(jìn)方案的熱經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)進(jìn)行了計(jì)算,從而確定了最佳的改進(jìn)方案。

        1 低壓加熱器疏水系統(tǒng)熱經(jīng)濟(jì)性的計(jì)算模型

        1.1 采用疏水冷卻器的經(jīng)濟(jì)計(jì)算模型

        根據(jù)等效熱降法,在低壓加熱器中安裝疏水冷卻器的疏水改進(jìn)系統(tǒng)如圖1所示。

        圖1 安裝疏水冷卻器的加熱器系統(tǒng)

        設(shè)ηj和ηj+1為第j號和第j+1 號加熱器的抽汽效率,β為當(dāng)疏水流過疏水冷卻器的疏水份額,Δγj為1 kg疏水在冷卻器中的焓降。安裝疏水冷卻器后,疏水在該冷卻器中放出的熱量為βΔγj。未安裝疏水冷卻器時(shí),疏水放出的熱量在第j+1 號加熱器中的做功為βΔγjηj+1;安裝疏水冷卻器后,該熱量隨主凝結(jié)水一起回到第j號加熱器中,并在該加熱器中放熱,則額外獲得的做功為βΔγjηj[3]。綜上,第j號加熱器中新蒸汽等效焓降的增加值可表示為

        假若考慮第j號加熱器中蒸汽放熱量的變化,ΔH的準(zhǔn)確表達(dá)式可修正為

        式中,qj為第j號加熱器抽汽的放熱量;安裝疏水冷卻器時(shí),Δγj為正;未安裝疏水冷卻器時(shí),Δγj為負(fù)[4]。

        根據(jù)等效熱降法可知,采用疏水冷卻器的疏水系統(tǒng)的熱經(jīng)濟(jì)性增量模型為

        1.2 采用疏水泵的經(jīng)濟(jì)計(jì)算模型

        根據(jù)等效熱降法,在低壓加熱器安裝疏水泵的改進(jìn)系統(tǒng)如圖2所示。

        圖2 安裝疏水泵的加熱器系統(tǒng)

        在疏水系統(tǒng)安裝疏水泵后,疏水與主凝結(jié)水混合后增加的熱量αHΔτj將在j+1 號加熱器中做功,則系統(tǒng)做功增量為αHΔτj+1[5]若未安裝疏水泵,疏水先在冷凝器中放熱,然后進(jìn)入第j號加熱器,該過程吸收的熱量為(τj-Δτj)βj,做功損失為βj(τj-Δτj)ηj[6]。

        綜上所述,第j號加熱器中新蒸汽的焓降的增加值可表示為

        式中,αH為疏水混合后主凝結(jié)水的份額;Δτj為疏水混合后主凝結(jié)水提高的焓值;βj為疏水泵的疏水份額;ηj和ηj+1分別為第j號和第j+1 號加熱器的抽汽效率。

        在具體計(jì)算時(shí),還應(yīng)考慮第j號加熱器不使用疏水泵時(shí)相應(yīng)放熱量的變化。因此,將第j號加熱器的放熱量由qj調(diào)整為qj±Δqj。在使用疏水泵時(shí)Δqj為正值,在不使用疏水泵時(shí)Δqj為負(fù)值,即安裝疏水泵后第j號加熱器的新蒸汽等效熱降的變化值可修正為

        根據(jù)等效熱降法可知,采用疏水泵的疏水系統(tǒng)的熱經(jīng)濟(jì)性增量模型為

        2 計(jì)算模型的應(yīng)用

        2.1 各段抽汽等效熱降

        對某600 MW 機(jī)組的疏水系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)。機(jī)組型號為N600-16.7/538/538,熱力系統(tǒng)如圖1所示,具體數(shù)據(jù)及等效熱降計(jì)算結(jié)果如表1所示。

        表1 原始數(shù)據(jù)及等效熱降計(jì)算結(jié)果

        2.2 低壓加熱器疏水系統(tǒng)方案設(shè)定

        雖然在疏水系統(tǒng)中安裝疏水泵可以降低標(biāo)準(zhǔn)煤耗率,但由于在運(yùn)行時(shí)疏水泵會(huì)增加廠用電的使用量,這就造成了電損耗的增加,且過多地安裝疏水泵會(huì)增加投入成本,增加運(yùn)行檢修人員的工作量[7]。綜上所述,在選擇改進(jìn)方案時(shí),要綜合分析安裝疏水泵的個(gè)數(shù)與機(jī)組經(jīng)濟(jì)性之間的關(guān)系。

        在疏水系統(tǒng)中安裝疏水冷卻器既可以降低標(biāo)準(zhǔn)煤耗率,又無需消耗廠用電,且運(yùn)行安全性良好。因此,在低壓加熱器疏水方式的選擇過程中應(yīng)多多考慮疏水冷卻器的使用次數(shù)。

        由于疏水泵與疏水冷卻器的安裝位置不同,對疏水系統(tǒng)熱經(jīng)濟(jì)性的影響也大為不同,所以提出以下8種疏水改進(jìn)方式:

        1)方式一:在4#低壓加熱器處安裝疏水冷卻器,疏水冷卻器的下端差為3 ℃;

        2)方式二:安裝疏水泵代替4#加熱器的疏水冷卻器;

        3)方式三:停用4#加熱器的疏水冷泵,在3#加熱器處安裝疏水冷卻器,疏水冷卻器的下端差為3 ℃;

        4)方式四:安裝疏水泵代替3#加熱器的疏水冷卻器;

        5)方式五:停用3#加熱器的疏水冷泵,在2#加熱器處安裝疏水冷卻器,疏水冷卻器的下端差為3 ℃;

        6)方式六:安裝疏水泵代替2#加熱器的疏水冷卻器;

        7)方式七:停用2#加熱器的疏水冷泵,在1#加熱器處安裝疏水冷卻器,疏水冷卻器的下端差為3 ℃;

        8)方式八:安裝疏水泵代替1#加熱器的疏水冷卻器。

        根據(jù)等效熱降法,對以上改進(jìn)方式的熱經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算,其結(jié)果如表2所示。

        表2 8種不同疏水方式的經(jīng)濟(jì)效益

        根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果可以看出:安裝疏水泵與疏水冷卻器均可以提高機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性,且安裝的位置不同所對應(yīng)的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)的計(jì)算結(jié)果也大為不同。因此,對低壓加熱器疏水系統(tǒng)的改進(jìn)可以考慮如下方案:

        方案一:1#~4#低壓加熱器均安裝疏水冷卻器,本應(yīng)流入下一級加熱器的疏水就會(huì)流入下一級的疏水冷卻器,這樣不僅可以使疏水的溫度降低,利用能級得到提高,還可以減小疏水與下一級主凝結(jié)水的溫差,如圖3所示。

        圖3 方案一

        方案二:安裝疏水泵代替2#低壓加熱器的疏水冷卻器,1#、3#和4#低壓加熱器均安裝疏水冷卻器,如圖4所示。

        圖4 方案二

        方案三:安裝疏水泵代替3#低壓加熱器的疏水冷卻器,其他加熱器均安裝疏水冷卻器,如圖5所示。

        圖5 方案三

        3種方案的計(jì)算結(jié)果如表3所示。

        表3 3種方案的計(jì)算結(jié)果

        根據(jù)以上方案匯總計(jì)算結(jié)果,如圖6所示。

        圖6 3種改進(jìn)方案的計(jì)算結(jié)果

        對以上計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析可知:

        1)與疏水逐級自流的原方案相比,在疏水系統(tǒng)中安裝疏水冷卻器的3 種改進(jìn)方案均可以提高機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性;

        2)方案二的熱經(jīng)濟(jì)性最好;

        3)對比方案一與方案二,在2#加熱器安裝疏水泵后,系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)煤耗率降低了0.015 g/(kW·h),熱耗率降低了0.689 2 kJ/(kW·h)。由此可見,安裝疏水泵的熱經(jīng)濟(jì)性要好于安裝疏水冷卻器。

        3 結(jié)論

        1)本文根據(jù)等效熱降法對某600 MW 機(jī)組低壓加熱器疏水系統(tǒng)中安裝疏水泵與疏水冷卻器的改進(jìn)方式的熱經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)進(jìn)行了計(jì)算,計(jì)算結(jié)果表明:在低壓加熱器疏水系統(tǒng)的改造過程中,安裝疏水泵或疏水冷卻器均可以提高機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性。

        2)雖然在低壓加熱器疏水系統(tǒng)中安裝疏水泵的熱經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)較好,但由于疏水泵會(huì)增加廠用電的消耗,這就增加了運(yùn)行成本;而疏水冷卻器因其自身結(jié)構(gòu)簡單,運(yùn)行維護(hù)方便,故電廠大多采用安裝疏水冷卻器的疏水方式。綜合以上優(yōu)缺點(diǎn),選擇在2#低壓加熱器安裝疏水泵,在1#、3#和4#加熱器安裝疏水冷卻器的改進(jìn)方案對火電廠低壓加熱器疏水系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)。與原方案相比,其標(biāo)準(zhǔn)煤耗率降低了0.135 g/(kW·h),熱耗率降低了4.895 6 kJ/(kW·h),循環(huán)熱效率提高了0.023%。

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