火電廠節流現象及節流技術功計算分析

王興國，任連海 ，魏寶權，盧盛陽，韓國輝 ，張 營

(1.河北省電力研究院，石家莊 050021；2.河北興泰發電有限責任公司， 河北 邢臺 050400;3.河北省電力勘測設計研究院,石家莊 050031)

1 火電廠的節流現象

節流現象廣泛地存在于火電廠實際生產中，通常是在調節介質流量或測量介質流量過程中產生的。汽輪發電機組出力的運行調整方式之一為節流調節，即單閥運行，此時，4個調整門(或6個)作為單個閥門同時開啟和關閉，隨著調節閥關小，流量減小，閥后壓力降低，汽輪機等熵焓降減小，相應汽輪機的功率在流量和焓降減小的雙重影響下迅速降低。在低負荷時，閥門開度較小，節流損失較大；供熱機組抽汽量的調整是通過安裝于抽汽管道上的調整門來實現，其調整過程亦為節流過程；各類水泵或風機的流量調節方式中，節流調節最簡單，應用也最廣泛。為了完成流量測量，管道上需要安裝各類孔板或噴嘴，流體流經這些裝置時，依靠節流產生的差壓來測量流量。由于管道的變徑或一般閥門帶來的阻力，都會使流體產生節流。

有些節流現象是被用來達到調整或控制的目的，而有些是沒有任何有利作用，只是因為管道或設備在流體流動過程中對流體產生了阻力，不可避免地發生節流現象。即使是前者，也要盡量減少使用或者降低節流的程度，以最大限度地減少能量的損耗。例如，汽輪機進汽量的調整，通常在機組正常生產運行期間，均采用順序閥運行方式，即使是在試生產的半年期內，也盡可能采用單閥滑壓運行方式，以盡可能減少節流帶來的做功損失。通過加裝變頻調速設備或者改變電機極數，調整水泵或風機出力，以調速調節代替節流調節方式，可以大大降低節流帶來的能量損失，降低廠用電率和供電煤耗。

由于節流是不可逆的絕熱過程，所以工質熵必然會增加，由此推斷節流后工質的做功能力必將減小。

2 節流技術功計算方法原理

火電廠的節流大多發生在水蒸汽為對象的介質中，因此以水蒸汽為例進行分析和計算。水蒸汽的節流技術功變化過程利用h-s圖計算比較方便。如圖1所示，a為節流前的狀態點，從a點(ta，pa)作水平線與節流后壓力點pa′的定壓線相交于點a′，此為節流后狀態點,ha=ha′。因為水蒸汽的轉回溫度Ti(節流后溫度不變化的氣流溫度稱為轉回溫度)極高，遠高于工程上所用到的溫度，故節流后溫度是降低的，即節流后sa′大于節流前sa。由圖1可以看出，a′為節流后的狀態點，a和a′分別等熵膨脹到同樣的壓力點(b和b′)，所需要的技術功(焓降)明顯不同，節流前需要的技術功要大于節流后需要的技術功，顯而易見ha′-hb′

圖1 節流前后焓熵曲線

由此可以推斷，節流前水蒸汽所具有的做功能力必然要高于節流后，由熱力學第一定律用于開口熱力系統的能量守恒式q=Δh+Wt可知，絕熱過程的技術功為Wt=-Δh=ha-hb，該式表明，工質在絕熱過程中所做的技術功等于焓降。前式可以用來評估節流現象所產生的經濟性影響，節流前后的技術功(焓降)差值h=(ha-hb)-(ha′-hb′)，此即為節流帶來的做功能力的損失。

3 節流技術功計算實例

3.1 設備概況

河北省南部電網某發電廠安裝有2臺600 MW機組，鍋爐型號為SG-2028/17.5-M909，是亞臨界參數∏型汽包爐。為保持鍋爐本體受熱面和預熱器的清潔，產生良好的傳熱效果，每臺鍋爐裝有64臺長伸縮式吹灰器、90臺短桿吹灰器和4臺預熱器吹灰器。

鍋爐吹灰器汽源設計參數：蒸汽壓力2.94 MPa，蒸汽溫度：330 ℃。原設計是將分隔屏過熱器出口集箱及后屏過熱器出口集箱的一次蒸汽經過減溫減壓后作為吹灰器的汽源，一次蒸汽壓力/溫度為：18.2 MPa/441 ℃，焓為3 066.49kJ/kg、熵為5.945 kJ/(kg·℃)，減溫減壓后蒸汽壓力/溫度為：2.0～2.2 MPa/320 ℃，焓為3 065.11 kJ/kg、熵為6.796 8 kJ/(kg·℃)。

3.2 節流的影響

高溫高壓一次蒸汽的減溫減壓過程主要是一個節流過程。電廠實踐表明，該過程不僅帶來了能量損失，即高品質蒸汽通過節流減溫減壓以后，熵增加，蒸汽做功能力降低，同時還引起設備維護費用增加。發生此問題的主要原因是蒸汽減壓幅度較大，減壓前后壓差達16 MPa，高壓差對調整閥的閥籠、閥芯等部件沖刷損壞嚴重，且由于吹灰過程中不斷投停吹灰器，調整閥動作頻繁，動作頻率達2～3 次/min。統計表明，機組投產2年內調整閥維護費用已高達8萬元。為此，電廠決定更改汽源，將高溫高壓蒸汽改為與吹灰器設計參數基本相同的再熱冷段蒸汽。改造前，對由于節流造成的損失，即經濟性進行分析評價，以評估改造帶來的效益。

3.3 技術功的計算

首先根據減溫減壓前后蒸汽參數，利用前述計算方法，得到每噸蒸汽做功能力損失，從h-s圖(圖1)上可以清楚地看出：根據節流前的狀態(ta，pa)確定出點a，從點a作水平線與節流后壓力pa′的定壓線相交于點a′，此即節流后狀態點a′，ha′=ha，此時溫度ta低于ta′，同樣膨脹壓力為pb時，技術功的差值h=(ha-hb)-(ha′-hb′)，假定絕熱膨脹到壓力為1 MPa(焓值分別為2 487.19 kJ/kg、2 877.24 kJ/kg)時，節流前技術功(焓降)為ha-hb=3 066.49 kJ/kg-2 487.19 kJ/kg=579.3 kJ/kg，節流后技術功(焓降)為(ha′-hb′)=3 065.11 kJ/kg-2 877.24 kJ/kg=187.87 kJ/kg，技術功差值h為(ha-hb)-(ha′-hb′)=579.3 kJ/kg-187.87 kJ/kg =391.43 kJ/kg，損失能量(發電功率)Wa=h×i，i為蒸汽流量，經過折算為3.744 kg/s，從而得W1=391.43 kJ/kg×3.744 kg/s =1 465.54 kW。

按照現場運行統計，所有吹灰器按一天運行13.6 h計算，每天損失的電量為1 465.54 kW×13.6 h=19 931.34 kWh，售電價以0.31元/kWh計算，每天損失費用=0.31元/kWh ×19 931.34 kWh =6 178.72元，一年以運行200 天計算，損失6 178.72元/天×200 天=123.574萬元。

通過以上計算過程可以看出，如果將吹灰汽源由高溫高壓過熱蒸汽改為再熱冷段蒸汽，將省去蒸汽的減溫減壓過程，避免了節流現象的產生，既節省能量又節省費用，也驗證了技術功計算方法可以計算和分析火電廠由于節流對電廠經濟性的影響。

4 建議

以上所述技術功的計算方法是從減少節流后介質做功能力方面進行闡述的，分析計算對象是節流過程本身，方法簡單實用，便于理解。該方法的弊端是沒有考慮對整個熱力循環的影響，例如，高壓缸調整門的運行方式，如果采用節流調節，其所產生的影響，可以通過汽輪機內效率的對比計算得到，泵與風機等的節流調節可以通過電動機的功率變化來評價其對經濟性的影響。由于減溫減壓過程不僅存在著節流損失，且存在其它損失，技術功的計算只是多種分析評價途徑的一種，例如還可以直接對比2種汽源(過熱蒸汽和再熱冷段蒸汽)在整個熱力循環中對汽輪機熱效率的影響。

5 結束語

在發電廠生產過程各個環節中，節流現象是造成能源浪費的原因之一，從汽輪機高壓調整門運行方式到各類水泵、風機的流量調節，以及抽汽的減溫減壓過程和各類流量的測量過程等都存在節流現象。分析和評價節流現象造成的能量損失，科學地評估改造帶來的經濟效益和社會效益，可以指導實際生產過程的節能改造。技術功的計算是一種針對節流過程本身進行分析評價的方法。在無法對改造前后進行對比，尤其是在初期只是對節流本身的影響進行評估的情況下，技術功的計算不失為一種簡潔的計算方法。