國內(nèi)電廠熱力系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行的研究

喬偉

摘要：電力工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，在一個國家經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略中占據(jù)著重點(diǎn)發(fā)展的地位。作為一種社會基礎(chǔ)行業(yè)和先進(jìn)生產(chǎn)力，電力工業(yè)在促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展、維護(hù)社會穩(wěn)定以及提高人民生活水平方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。

關(guān)鍵詞：電廠熱力系統(tǒng)；影響因素；優(yōu)化運(yùn)行

引言

近兩年來，我國頻繁出現(xiàn)大規(guī)模持續(xù)性霧霆天氣，包括北京在內(nèi)的多個地區(qū)都曾達(dá)到爆表的重度污染程度，嚴(yán)重影響了人民的身心健康。與此同時，國家對環(huán)境問題越來越重視。要完成節(jié)能減排的任務(wù)，離不開污染大戶火電廠熱力系統(tǒng)的優(yōu)化。

一、國內(nèi)電廠熱力系統(tǒng)影響因素分析

1、端差影響分析

加熱器的端差，也稱為上端差，指的是加熱器內(nèi)蒸汽的飽和溫度與加熱器水側(cè)出口水溫之差，實(shí)際運(yùn)行中，表現(xiàn)為加熱器汽測出口的疏水溫度與給水出口溫度之差。溫差主要與換熱管金屬壁熱阻以及布置方式有關(guān)系。熱阻越大，換熱器的熱經(jīng)濟(jì)性就越差。定性的分析，當(dāng)給水出口溫度不變時，端差增大，則疏水溫度就需要比原來高，則抽汽壓力也要升高一些，這樣引起抽汽做功比下降，熱經(jīng)濟(jì)性變差。也可從另一角度分析，如果抽汽壓力不變，則疏水水溫不變，溫差增大，意味著給水出口水溫降低。這樣的引起的后果是增加了下一級抽汽做功比，而下一級抽汽壓力比較大，這必然引起熱經(jīng)濟(jì)性的降低。所以在實(shí)際運(yùn)行中，應(yīng)該盡量降低端差。但是端差減小的代價是更多的金屬耗量和更高的投資。據(jù)統(tǒng)計，在我國將端差下降1度，需要增加4平米的換熱面積，必須根據(jù)我國燃料比價和鋼材的國情，合理平衡端差與投資。所以要進(jìn)行端差影響分析，改進(jìn)端差影響最大的地方，以較小的投資獲取較好的效果。

2、抽汽壓損影響分析

抽汽管道壓損是指汽輪機(jī)抽汽口壓力與對應(yīng)的回?zé)峒訜崞鲀?nèi)側(cè)汽側(cè)壓力之間的差值。蒸汽在管道內(nèi)流動，由于要克服管道的摩擦必然會產(chǎn)生壓力損失。與上節(jié)對加熱器端差產(chǎn)生的影響分析類似，若加熱器端差不變，當(dāng)抽汽壓力損失減小時，則回?zé)崞髌麄?cè)壓力增大，給水出口溫度相應(yīng)的增加，這樣產(chǎn)生的結(jié)果就是給水在下級加熱器內(nèi)溫升減小，壓力比較高的蒸汽抽的少，熱經(jīng)濟(jì)性提高。同理，壓差的減小是需要付出代價的，其與蒸汽的流速、閥門的類型、管道的附件數(shù)量等有關(guān)系，需要經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，來確定合理的壓損量。

分析可知，高壓部分的抽汽壓損對本級組元和整個機(jī)組的影響要大于低壓加熱器原因在于高壓加熱器的抽汽相對低壓加熱器的抽汽溫度高，壓力大，過熱度大，其壓損會使給水加熱不足更嚴(yán)重，產(chǎn)生了比較多的不可逆損失。所以實(shí)際運(yùn)行時，應(yīng)盡量減少高壓部分管道的壓損。

二、國內(nèi)電廠熱力系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行

1、漏氣回收系統(tǒng)改進(jìn)

由汽輪機(jī)汽缸的結(jié)構(gòu)可知，其一般由上下兩半組成，轉(zhuǎn)子由其縱向中心貫穿而過，汽缸上設(shè)有主汽閥、調(diào)節(jié)汽閥、噴嘴等配件。汽缸不是完全密封的，與外界之間存有一定間隙，這是因為三方面的原因，一是安裝工藝的需求，二是為了減少轉(zhuǎn)動的部分與固定部分摩擦以及緩沖作用力，三是為了留有受熱膨脹的余量。正是由于這些縫隙的存在，會產(chǎn)生蒸汽泄露，這會使汽輪機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性降低，同時不利于運(yùn)行的安全性。

當(dāng)今火電廠主要從三方面來把漏氣影響減小到最低程度，提高汽輪機(jī)的效率，一是減少漏氣量，二是提高汽封的效果，三是合理回收這部分漏氣并再利用。第一方面，隨著工藝的提高，現(xiàn)在的汽缸中分面非常平直光潔，中分面法蘭上的螺孔與平面嚴(yán)格垂直。尤其對于高壓缸，上下兩半合攏后，自由狀態(tài)下任何區(qū)段的間隙不超過0.05 mm。閥門的工藝也不斷改進(jìn)。第二方面，汽封的作用是阻止蒸汽從高壓的區(qū)域不經(jīng)做功途徑流動到壓力較低的區(qū)域，盡最大可能的減少能量損失。當(dāng)今很多先進(jìn)的火電廠開始采用迷宮汽封技術(shù)，迷宮汽封是在合金鋼環(huán)體上車制出一系列較薄的環(huán)狀扼流圈薄片，每一個扼流圈后設(shè)有一膨脹室。當(dāng)工質(zhì)流過扼流圈時，速度加快，在膨脹室內(nèi)工質(zhì)的動能會轉(zhuǎn)變成熱能，壓力減小，比容提高，工質(zhì)流過下一個扼流圈時，比容又得到提高，壓力也再次減小。因此，工質(zhì)在流過一系列扼流圈后，單個扼流圈的前后壓力差變得微小，漏汽量大大減少。第三方面，設(shè)置了漏汽回收系統(tǒng)，門桿漏汽、軸封漏汽的回收是依據(jù)泄漏蒸汽的品質(zhì)引到各級加熱器或軸封加熱器，使其能量得到利用。一般電廠的處理方式是高壓門桿漏汽進(jìn)入再熱器，低壓的進(jìn)軸加或者高壓漏氣引入除氧器，低壓進(jìn)軸加。

2、鍋爐減溫水系統(tǒng)改進(jìn)

過熱器是在鍋爐運(yùn)行中溫度很高的部位，其功能是把飽和蒸汽繼續(xù)加熱，使其變?yōu)槟芰扛叩倪^熱蒸汽。從整個系統(tǒng)熱力循環(huán)看，新蒸汽的溫度與壓力提高，則循環(huán)熱效率提高。隨著鍋爐容量和新蒸汽參數(shù)的提高，過熱器的作用愈加明顯，很大程度上決定著機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性與可靠性。因為蒸汽壓力變大時，必須同步提高蒸汽溫度，不然在汽輪機(jī)尾部的蒸汽濕度會過高，威肋、汽輪機(jī)的安全。然而過熱汽溫又受到金屬材料的制約，當(dāng)前，絕大部分亞臨界鍋爐的過熱汽溫穩(wěn)定在540-555度范圍內(nèi)，過熱器高溫段普遍采用采用12Cr2MoWVB。當(dāng)利用更耐高溫的金屬材料時，過熱蒸汽可以達(dá)到560-660度以上，由于耐高溫材料費(fèi)用昂貴，所以現(xiàn)在的溫度還保持在540度上下。為了避免采用更高級別的合金鋼，選用的管子材料，運(yùn)行時大部分都逼近其耐溫的極限值，這時如果蒸汽發(fā)生10-20度的超溫都會使金屬許用應(yīng)力大幅下降，而且高溫金屬在有壓力狀態(tài)下，還有一個特性：雖然金屬所承受的應(yīng)力遠(yuǎn)低于它的強(qiáng)度極限，但在應(yīng)力和高溫這兩種條件的長期作用下，金屬會不斷地發(fā)生微小的變形，即蠕變現(xiàn)象。另外假如溫度過高還會加重高溫積灰、腐蝕，乃至發(fā)生爆管現(xiàn)象。所以必須使用過熱器減溫水來調(diào)節(jié)，大多火電廠現(xiàn)在采用噴水減溫的辦法。

過熱器減溫水來源主要有兩種方式，一是從高壓加熱器前即給水泵出口處引出，二是引自最高壓加熱器之后。兩種方式各有優(yōu)缺點(diǎn)，由于過熱減溫器內(nèi)壓力比較高，減溫水要有足夠大的壓力差才可能噴入。從高加前引出減溫水優(yōu)點(diǎn)是因為給水泵出口處是整個系統(tǒng)壓力最大處，完全滿足壓力要求，提高運(yùn)行的可靠性；缺點(diǎn)是當(dāng)減溫水取自高加前，使這部分給水不再通過高壓加熱器的加熱，直接進(jìn)入鍋爐，等于減小了高加的利用率，使回?zé)嶙饔媒档停焕跈C(jī)組熱效率。

近年來不少機(jī)組嘗試采用另一種方式，從第一級加熱器出口引出過熱器減溫水，這使進(jìn)入鍋爐的給水都通過高加，必然提高了機(jī)組熱效率。

當(dāng)前，解決機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行時減溫水壓力達(dá)不到要求的普遍辦法是，在采用調(diào)速給水泵的同時仍裝有調(diào)節(jié)閥。當(dāng)負(fù)荷較低，減溫水壓力不足時，通過關(guān)小調(diào)節(jié)閥增加給水流動阻力的方法來調(diào)節(jié)。這時泵揚(yáng)程增加，減溫水壓力也隨之增加。通常情況下，調(diào)節(jié)閥的節(jié)流壓損在0.8至1.5Mpa之間，即使閥門全開時也有近0.5Mpa的壓損，這些節(jié)流損失，必然會降低整個系統(tǒng)的熱效率，減弱調(diào)速泵的節(jié)能效果。當(dāng)然，機(jī)組不光要考慮經(jīng)濟(jì)性，更要兼顧運(yùn)行的安全性。現(xiàn)代鍋爐大部分裝備有對流與輻射結(jié)合式過熱器，超過75%負(fù)荷時表現(xiàn)輻射換熱特性，低于75%負(fù)荷時表現(xiàn)對流特性。以最大負(fù)荷運(yùn)行時，過熱器的噴水率在68%左右。在一定的范圍內(nèi)（75%以上），負(fù)荷降低，減溫水量需要增加。

結(jié)語

本文利用熱經(jīng)濟(jì)學(xué)，將熱力學(xué)分析與經(jīng)濟(jì)學(xué)分析相結(jié)合，將系統(tǒng)的熱力性能和經(jīng)濟(jì)性以及環(huán)境因素考慮在內(nèi)，對電廠熱力系統(tǒng)進(jìn)行綜合全面的分析，并在此基礎(chǔ)上編程對系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。

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