減溫水引出位置對機組熱經濟性的影響分析

許 寧,李軍爍,趙 虎,陸義海,李永華

(華北電力大學,河北 保定 071003)

減溫水引出位置對機組熱經濟性的影響分析

許 寧,李軍爍,趙 虎,陸義海,李永華

(華北電力大學,河北 保定 071003)

針對噴水減溫系統影響機組熱經濟性的現狀,對噴水減溫系統原理及等效熱降法進行分析。以某600 MW機組為例,采用等效熱降法對過熱器和再熱器進行計算,對比不同噴水減溫方式對機組熱經濟性的影響,結果表明2種引出方式各具優缺點,為噴水減溫系統的合理設計、經濟運行及改造提供參考。

噴水減溫;等效熱降法;過熱器;再熱器;熱經濟性

為保證機組的安全、經濟運行,必須維持汽溫的穩定[1]。蒸汽溫度過高會影響金屬熱應力,影響機組的安全運行,蒸汽溫度的降低則會影響機組的經濟性[2-3]。研究表明如果過熱器長期處于過熱工況下(超溫10～20℃以上),其使用年限將會減少一半以上,然而蒸汽溫度每降低10℃,循環熱效率則會降低0.5%[4]。因此,需要鍋爐設置相應的噴水減溫系統。噴水減溫系統具有設計結構簡單,調溫幅度大和惰性小的特點,在現代鍋爐機組中被大范圍應用[5]。

1 噴水減溫系統原理

噴水減溫系統結構見圖1。

工質在過熱器的出口已經達到很高的溫度,所以過熱器的很多部分,尤其是它們的末端位置需要采用更高價格的合金鋼。為使過熱器安全運行,必須注意保持汽溫穩定,波動不應超過-10～5℃。在鍋爐負荷變化的實際運行中,燃料品質、給水溫度、受熱表面結渣以及爐膛內過量空氣系數等因素的變化,都會對過熱蒸汽溫產生影響[6]。對燃煤鍋爐而言,控制燃料的量是比較粗糙的,迫使在采用燃水比(B/G)作為一種粗調的調節手段之外,還必須在蒸汽管道上配備噴水減溫器來作為細調的調節手段[7]。

圖1 噴水減溫系統結構

再熱器位于高壓缸與低壓缸之間,因此再熱器噴水減溫是噴入減溫水加熱蒸發到中壓缸成為中壓蒸汽,致使中壓缸和低壓缸中的蒸汽流量增

大,即中、低壓缸的輸出功率得到了增加。如果電站機組總功率保持不變,則必須要降低高壓缸的功率。因為中壓蒸汽做功的熱效率不高,從而導致整個機組的循環熱效率降低[8]。因此再熱蒸汽汽溫調節方法是應用分隔煙道或擺動燃燒器的方式也就是應用煙氣側調節。其主要目的是保護再熱器在事故狀態下不被燒壞,在再熱器設置事故噴水減溫器,當再熱蒸汽溫度無法應用煙氣側調節時,則要用事故噴水來確保再熱器管壁不超溫,從而保護再熱器[9]。

再熱蒸汽壓力比過熱蒸汽壓力低,通常為過熱蒸汽壓力的1/5～1/4。因為蒸汽壓力低,與再熱蒸汽的定壓比熱相比再熱蒸汽的定壓比熱相對較小,對于一定量的蒸汽并改變等同的吸熱量的前提下,再熱汽溫的改變就相對敏感,且變化幅度比過熱蒸汽大。反之,在調節再熱汽溫時,調節幅度也比過熱汽溫大[10]。

2 等效熱降法介紹

20世紀70年代,林萬超教授引進完善了由前蘇聯學者庫茲湟佐夫首先提出的等效熱降法并在國內廣泛使用。以熱力學當中的熱功轉換原理為基礎,根據熱力系統結構、設備的質量和參數等特點,經過周密的理論推演,最后導出了熱力分析參量Hj和ηj等,成為了用以研究熱工轉換及能量利用程度的一種方法。在不一樣的實際熱系統中,系統和參數一旦確定,這些參量是相對應的,可通過確定的公式計算得出后成為相應的一次性參數。熱力系統進行分析,就是用這些參數直接分析計算。等效熱降法不但可在熱力系統整體計算時應用,也可用于局部定量分析熱力系統。

在純凝汽式汽輪機中,每單位新蒸汽的做功大小與其熱降的大小是相等的,即

式中:h0為蒸汽進入汽輪機的初焓kJ/kg;hn為汽輪機排汽焓kJ/kg;

在有回熱抽汽的汽輪機中,每單位新蒸汽做功計算公式為:

3 計算模型

由于單機容量的不斷增大、中間再熱系統的普遍應用,隨著機組參數的不斷提高,汽輪機的熱力系統越來越復雜,其目的是提高機組的安全性、可靠性和熱經濟性。所有的熱力系統都將對機組熱經濟性產生影響,對熱力系統進行定量分析,確定其數量的大小。從而為熱力系統的正確運行提供了根據,正確、合理的熱系統能夠使系統的作用和效果得以有效發揮并激活其潛在利用價值。

過熱器減溫水按其來源不同可分為2種系統:自1號高壓加熱器出口引出和自給水泵出口引出。當給水從1號高壓加熱器引出,對熱力循環系統沒有影響,此時若忽略鍋爐機組換熱過程的不可逆損失,則認為熱經濟性沒有發生變化。

當減溫水從給水泵出口引出時,熱經濟性降低。這是因為減溫水不再從所有高壓加熱器中流過,回熱抽汽量降低也就減少了回熱程度。由于減溫水沒有經過各級高壓加熱器,減少了1號、2號、3號高壓加熱器的回熱抽汽,做功增加:

循環吸熱量增加:

裝置熱經濟性相對降低:

與過熱器噴水減溫系統類似,再熱器減溫水也根據來源不同分為2種系統:自1號高壓加熱器出口引出和自給水泵中間抽頭引出。

當再熱器減溫水引自1號高加出口,對回熱抽汽沒有影響,但由于減溫水產生的汽流沒有經過汽輪機的高壓缸而少做功:

循環吸熱量下降:

裝置熱經濟性的相對降低:

當再熱器減溫水從給水泵出口引出時,由于該

部分減溫水不流經高壓加熱器,并且這部分減溫水產生的蒸汽也沒有流經高壓缸,因此其做功減少:

循環的吸熱量下降:

式中:(h0-hzl)為1kg噴水由給水焓加熱到再熱冷段蒸汽焓hzl所減少的吸熱量為噴水份額不流經高壓加熱器而使循環吸熱增加的部分為高壓加熱器回熱抽汽減少使再熱器流量加大而增加的再熱器吸熱量部分。

再熱器噴水減溫引起裝置熱經濟性的相對降低:

當引入減溫水后使機組熱耗率增加:

標準煤耗率增加:

4 計算實例

以某電廠600MW機組為例,分析計算減溫水從不同位置引出對機組熱經濟性的影響。該引進型一次中間再熱、亞臨界、單軸、四缸、四排汽、凝汽式汽輪機(型號N600-16.7/537/537)是由上海汽輪機有限公司生產的,其熱耗率為7925.7 kJ/kWh,設備性能參數見表1,機組熱力系統見圖2。

表1 設備性能參數表

圖2 機組熱力系統

以噴水份額占主蒸汽流量的5%為例,計算結果如表2所示。

表2 噴水減溫對經濟性的影響比較

5 結論

a.從計算結果可以看出,忽略鍋爐換熱的不可逆損失,當過熱器減溫水從高加出口引出,對機組的熱經濟性沒有影響,比從給水泵出口引出減溫水的經濟性高。因此在設計機組或者是進行機組改造時,應選擇從高壓加熱器出口引出過熱器減溫水。

b.再熱器減溫水導致整個回熱循環系統發生變化,造成熱經濟性的降低。同時出于安全性的考慮,應加強再熱器減溫水的維護與管理,不能將再熱器減溫水作為主要的調溫手段。運行時應盡量減少或避免再熱器噴水減溫調節,建議僅作為輔助或者事故噴水。

c.改造不合理的調溫方式及熱力系統,能夠收到的節能效果會更顯著。

[1] 黃新元.電站鍋爐運行與燃燒調整[M].北京:中國電力出版社,2003.

[2] 郭立君.泵與風機[M].北京:中國電力出版社,1996.

[3] 林萬超.火電廠熱系統節能理論[M].西安:西安交通大學出版社,1994.

[4] 丁 力.噴水減溫系統的熱經濟性分析[J].四川電力技術, 1997(6):49-51.

[5] 方彥軍,王振宇.超超臨界機組直流鍋爐噴水減溫器的建模研究[J].熱力發電,2012,41(12):39-42.

[6] 徐春榮.300MW鍋爐過熱器噴水減溫系統的改進[J].熱能動力工程,1998,13(74):139-142.

[7] 張瑞春,楊旭昊,王 雷.不同抽汽工況下供熱機組熱經濟性分析[J].熱力透平,2011,40(1):70-72.

[8] 王艷軍,張春發,吳彥坤,等.電站鍋爐噴水減溫系統熱經濟性反洗[J].電力科學與工程,2007,23(1):66-68.

[9] 牛衛東.過熱汽溫噴水調節的熱力學分析[J].長沙電力學院學報,2000,15(2):58-59.

[10] 李勤道.用等效熱降法分析噴水減溫對電廠熱經濟性的影響[J].發電設備,1997(2):16-18.

本文責任編輯:楊秀敏

Influence Analysis on Unit Heat Economy by Desuper Heat Conveyor

Xu Ning,Li Junshuo,Zhao Hu,Lu Yihai,Li Yonghua
(North China Electric Power University,Baoding 071003,China)

In view of the current situation of the water spray system affecting the thermal economy of the unit,the principle of spray desuperheating system and the equivalent heat drop method are analyzed.In a 600MW unit as an example,using the equivalent heat drop method to calculate superheater and reheater.Comparing the effects of different water spray on the superheater and reheater,the results show two kinds of extraction methods have their own advantages and disadvantages,which indicate the direction for the reasonable design,economic operation and reconstruction of spray desuperheating system.

spray desuperheating;equivalent heat drop method;superheater;reheater;heat economy

TM621.2

B

1001-9898(2016)04-0038-03

2016-03-15

許 寧(1992-),男,在讀碩士,研究方向為火電機組節能理論及節能技術。