大機組給水泵汽輪機排汽引入冷卻裝置熱經濟性分析

高江玲，王 瑋，孫會亮

(1.華北電力大學 能源動力與機械工程學院，河北 保定 071003;2.華北電力科學研究院有限責任公司，北京 100045)

0 引言

大機組給水泵汽輪機排汽無一例外地引入主機凝汽器，主機和小機的排汽壓力相差1～2 kPa。因此，小機排汽引入主凝汽器會形成較大的能量損失。本文給出了在給水泵汽輪機排汽管道末端加裝冷卻裝置的方法，以600 MW機組為例采用等效熱降法[1]進行了熱經濟性對比分析。

1 600MW機組的主要參數及熱經濟性

1.1 600MW機組的主要參數

主蒸汽流量 1 760.676 t/h，主汽壓力16.7 MPa，主汽溫度537℃，主汽焓值3 394.7 kJ/kg，大機排汽焓值2 362.2 kJ/kg，再熱器焓升524.7 kJ/kg，凝汽器壓力為5.4 kPa，給水泵焓升26 kJ/kg，高加給水份額0.761，再熱蒸汽份額0.857，其他基本數據如表1、表2所示，系統如圖1所示。

表1 熱經濟性計算基本數據Tab.1 Basic data of thermal efficiency calculation

表2 輔助蒸汽數據Tab.2 Data of auxiliary steam

圖1600 MW機組回熱系統Fig.1 Heat regenerative system of 600 MW unite

1.2 600 MW機組的熱經濟性計算

新蒸汽毛等效熱降HM:

新蒸汽凈等效熱降H:

循環吸熱量:

汽輪機裝置效率:

2 給水泵汽輪機末端加裝冷卻裝置經濟性分析

在給水泵汽輪機的排汽管道末端加裝冷卻裝置[2，3]，凝結水作為冷卻水在冷卻裝置中冷卻小機排汽，由于小機排汽不能在凝汽器內完全凝結，所以小機部分排汽進入冷卻裝置，如圖2所示，冷卻裝置后加裝新的水泵。

圖2 加裝后機組熱力系統局部示意圖Fig.2 Local schematic diagram of thermal system

小機排汽加裝冷卻裝置后的優點:減少了凝汽器的負荷Dq1，提高了真空;使得1號低加的進口水溫升高，1號低加的部分抽汽ΔDj將返回汽輪機做功;最后，給水泵汽輪機排汽壓力也相應降低，給水泵汽輪機的進汽量減少ΔDj。缺點是新加裝的水泵會增加電耗。

由上可知，凝汽器蒸汽量的改變如式 (1)

式中:αq1為給水泵汽輪機排汽排入冷卻裝置的份額;Δα1為1號低壓加熱器抽汽份額的改變;Δαj為給水泵汽輪機進汽份額的改變。

2.1 給水泵汽輪機排汽排入冷卻裝置的份額

根據冷卻裝置的熱平衡可得出排入冷卻裝置的流量為:

式中:αq1為給水泵汽輪機排汽排入冷卻裝置的份額;αn為主凝結水份額;為冷卻裝置出口焓值;為加裝冷卻裝置后凝汽器出口焓值;為加裝冷卻裝置后給水泵汽輪機排汽焓值。

2.2 1號低壓加熱器抽汽量的改變

八段抽汽對應的1號低壓加熱器的入口水溫升高，八段抽汽減少。1號加熱器的疏水自流最后返回系統，將其看成一個匯集式加熱器 (如圖3)。

根據熱平衡列方程:

式中:t1為1號低壓加熱器給水出口焓;α1為1號低壓加熱器的抽汽份額;Δα1為1號低壓加熱器的抽汽減少額;ts2為2號低壓加熱器疏水出口焓;α2，α3，α4為2，3，4號低壓加熱器的抽汽份額。

圖3 熱系統局部圖Fig.3 Local schematic diagram of thermal system

2.3 給水泵汽輪機進汽份額的改變量

給水泵汽輪機的排汽部分進入凝汽器，凝汽器壓力的變化也會引起給水泵汽輪機排汽壓力的改變。主凝汽器壓力的變化與給水泵汽輪機排汽壓力一致，在給水泵汽輪機的輸出功保持恒定的情況下，需要調整給水泵汽輪機的進汽量來滿足背壓變化對其做功的影響。

式中:Δαj為給水泵汽輪機進汽份額的變化量;αj為加裝前給水泵汽輪機進汽份額;hqn為前給水泵汽輪機排汽焓值;hq為加裝前給水泵汽輪機進汽焓值;為加裝后給水泵汽輪機排汽焓值。αq1，Δα1，Δαj及 ΔDc相互影響，故對確定 ΔDc的過程選擇迭代方法進行計算，迭代過程如圖4所示，迭代結果如下:

圖4 迭代流程圖Fig.4 Iterative flow diagram

根據式 (1)可得ΔDc=2.067 t/h。

通過對凝汽器特性進行計算[4]，擬合得出Pc和Dc的關系式為:

2.4 小機排汽加裝冷卻裝置等效熱降分析

2.4.1 排汽焓的改變影響機組的有效焓降

機組排汽壓力降低時，機組排汽焓變化Δhc=hc－h'c，這是αc蒸汽在汽輪機內的有效作功焓降[5]，所以導致新蒸汽作功增加:

式中:αc為大機排汽份額;hc為加裝前大機排汽焓值;h'c為加裝后大機排汽焓值。

2.4.2 凝結水溫度的升高對機組有效焓降的影響凝結水溫度的升高，引起1號低加的抽汽量發生變化，由于已假設1號低加的出口水溫不發生改變，其加熱器的焓升變化為，由等效焓降理論，純熱量進入加熱器中，引起的有效焓降為[6]:

式中:η'1為加裝后的1號低加的加熱器效率。

2.4.3 給水泵汽輪機排汽壓力的改變對機組有效焓降的影響

給水泵汽輪機排汽壓力降低，在保持給水泵汽輪機的輸出功恒定的前提下，給水泵汽輪機的進汽份額會減少，由于給水泵汽輪機進汽來自4段抽汽，因此減少的份額，返回汽輪機作功，增加的有效焓降為[7]:

綜上所述，背壓變化引起的新蒸汽等效熱降變化為:

裝置效率的相對提高:

2.5 冷卻裝置后加水泵對供電量的影響

冷卻裝置后加水泵的耗電量:

發電機輸出功率提高:

機組供電量增加:

3 結論

600 MW機組給水泵汽輪機排汽后加裝冷卻裝置，運用等效熱降法計算，結果顯示，加裝后的凝汽器負荷減少2.067 t/h，八段抽汽減少3.237 t/h，凝汽器壓力為5.349 kPa，真空提高0.051 kPa，裝置效率提高0.64%，機組供電量提高262.372 kW。