熱力發電廠加熱器端差應達值初探

樊喜山

（遼寧大唐國際錦州熱電有限責任公司，遼寧 錦州121000）

0 引言

在電力行業中，發電機組以凝汽機為主，提高凝汽機組的運行經濟性及安全性是當前節能工作的一項重要內容。加熱器是重要的輔機之一，其運行水平直接影響電廠的熱經濟性。其中影響其經濟型的主要因素有：加熱器運行端差、抽汽壓損、散熱損失。抽汽壓損與加熱器安裝高度、管路阻力、閥門壓損有直接關系，而散熱損失對其經濟性影響幾乎可以忽略不計。那么，換熱端差就是衡量加熱器性能優劣的主要指標，在換熱面積一定的情況下，換熱端差越小代表其換熱性能越好，反之則越差。

端差具體分為加熱器端差（TTD）和疏水端差（DCA），加熱器端差也叫給水端差或上端差，其定義為加熱器蒸汽入口壓力下的飽和溫度與給水出口溫度的差值；疏水端差也叫下端差，其定義為離開加熱器殼側的疏水出口溫度和進入管側的給水進口溫度之差。考慮到加熱器上端差對機組經濟性的影響遠比下端差大，如果沒有明確的說明，一般文獻多指上端差。

根據經濟性計算并考慮電廠熱力系統，燃料費用和材質，德國大電廠技術協會推薦的最佳端差見表1。（帶過熱蒸汽冷卻段的加熱器的端差可以是負值。）

表1 最佳端差推薦表

1 監測加熱器端差的意義

制造廠提供的加熱器端差，實在額定工況下取得的設計端差，而在實際運行中加熱器端差的應達值一直是困擾工程技術人員的難題，是加熱器節能監督中較為容易忽視的問題，也是造成對加熱器經濟性、安全性評價失真的原因。當加熱器運行時，其加熱器端差的應達值并不等于設計端差，其應達值是隨著工況變化而變化的[1]，即使加熱器不在設計端差下運行并不說明加熱器一定發生故障，而只要達到加熱器端差應達值，加熱器的運行狀況是正常的[2]。

1.1 加熱器端差對機組的經濟性的影響

加熱器端差對機組經濟性的影響主要表現在端差值過高和過低都會使機組的效率降低。這是由于端差的存在和變化增加了熱交換的不可逆性，產生了額外的冷源損失，降低了裝置的效率。在再熱機組中，高加的端差變化通常不但影響新蒸汽等效焓降，而且還會通過影響再熱器的吸熱量進而影響循環吸熱量。而且定量分析機組加熱器端差對經濟性的影響，還是是節能改造，完善運行方式和操作管理的一項重要技術。

端差的應達值就是對應的機組的效率最大值。因此確定端差的應達值就顯得尤為重要通過分析不難發現，在達到端差應達值時，機組的效率有明顯的提高。

1.2 加熱器端差對機組的安全性的影響

本文主要是求解變工況下，加熱器端差應達值。因而可以對汽輪機的效率進行實時在線監測。

另外端差值的變化主要是受到以下情況的影響：

1）運行參數偏離設計參數，如給水流量和給水溫度等。2）過熱段包殼與隔板有一定間隙部分蒸汽未經過換熱管，短路流出疏水段。3）過熱段包殼與隔板的焊接及進汽口套管與包殼板的焊接未完全焊好，有局部泄漏造成過熱蒸汽未經過過熱段管子直接進入凝結段。4）水室隔板螺栓未擰緊或焊縫開裂使入出口給水短路，溫升大大降低給水端差過大。5）高加給水入﹑出口的自動旁路閥,即入口閥和出口止回閥的閥瓣密封不嚴造成給水泄漏，部分水未經加熱器由進口直接到出口。

綜上，如果在監測過程中，如果端差值與應達值相比，產生了較大的變動，我們也可以大致推測汽輪機出現了那些故障。這對汽輪機的安全運行是有很大的幫助的。

2 帶蒸汽冷卻段和疏水冷區段的加熱器端差應達值

本文以具有蒸汽冷卻器和疏水冷卻器的三段式、加熱器為例,對于凝結段,可以列出如下方程：

式中：Q為凝結段總換熱量,kJ/s；η為加熱器熱效率,一般取作常量0.98；Gd為加熱器蒸汽流量,kg/s；r為蒸汽的汽化潛熱,kJ/kg；tw2為凝結段給水入口溫度,即疏水冷卻段給水出口溫度,℃；tw3為凝結段給水出口溫度,即蒸汽冷卻段給水入口溫度,℃；Gw為加熱器給水流量,kg/s；cw為凝結段給水平均定壓比熱,kJ/kg；k為凝結段假設傳熱系數；A為凝結段傳熱面積，m2；△tm為對數平均溫差，K。

式中：ts為飽和蒸汽溫度,℃。

本文的計算是先假設凝結段的傳熱系數 k,則可計算得到tw2、tw3的方程組。之后按公式,計算以tw2、tw3為基準的傳熱系數k’,其中可以對加熱器實際運行管子數目和污垢系數進行設置,求解k/k’。若比值在100%±1%之內,則說明假設的k值符合要求,進而求解加熱器上、下端差;若比值在100%±1%之外,則重新選擇凝結段傳熱系數,反復地進行上述計算,直至比值在100%±1%之內。之后再進行上、下端差的計算。

可以求得

tf2為凝結段給水平均溫度，℃。

在疏水冷卻段中,根據熱平衡可以列出如下方程：

式中：hw1為疏水冷卻段入口焓值，kJ/kg；hw2為疏水冷卻段出口焓值，kJ/kg；hd1為飽和水焓值,kJ/kg;hd3為疏水出口焓值,kJ/kg。在已知tw2和給水壓力pw的條件下,可以查得hw2,進一步計算出h3,再次利用水與水蒸氣性質表查出疏水出口溫度t3,下端差可以表示成θ2＝t3-tw1。

同理,在蒸汽冷卻段中應用熱平衡方程可以得到

式中：hw4為加熱器給水出口焓值,kJ/kg；hw3為凝結段給水出口焓值，kJ/kg；h1為蒸汽進口焓值,kJ/kg；h2為蒸汽冷卻段蒸汽出口焓值 (由于蒸汽在離開蒸汽冷卻段時有一定的過熱度,取h2＝hs+80,此假設對計算的影響可以忽略,hs為飽和蒸汽焓值)，kJ/kg。在已知tw3，ps的條件下,可以查得hw3,代入式中,可以計算得到hw4,在已知ps的情況下,可以查得給水出口溫度tw4,上端差θ1可以表示成θ1＝ts-tw4。

3 結論

本文旨在初步探討加熱器端差的計算方法，文中所用方法還有諸多不足，僅作拋磚引玉。希望可以對加熱器節能監督中作為監督考核的目標值來最大限度提高機組運行的經濟性。

［1］劉繼平，李秀云，嚴俊杰，等.帶疏水冷卻器的回熱加熱器變工況特性研究[J].汽輪機技術，2002,42（6）：355-359.

［2］郭江龍.加熱器端差節能技術監督[J].河北電力技術，2009,28（3）：51.

［3］盧國棟，張春發，孫燕，等.帶蒸汽冷卻段加熱器端差基準值變工況特性研究[J].汽輪機技術，2008,50（2）：126-127.

［4］李慧君,高麗莎.火力發電廠加熱器端差應達值的確定[J].汽輪機技術,2012,54（2）：89-93.