投運低壓省煤器后汽輪機背壓變化分析

劉傳玲，柳明輝，陳振江，宋昂

（1.華電電力科學研究院有限公司，浙江省，杭州市 310030；2.華電龍口發電股份有限公司，山東省，煙臺市 265700）

0 引言

國內電站鍋爐普遍存在排煙溫度偏高的問題，針對這一問題，常加裝低壓省煤器來提高機組的運行經濟性[1-3]。機組加裝低壓省煤器后，鍋爐的煙氣余熱進入回熱系統，排擠回熱系統的抽汽，以達到節能的目的，同時排擠抽汽進入凝汽器，會引起汽輪機背壓的升高。有研究認為投運低壓省煤器對汽輪機背壓的影響可以忽略[4]，以往采用“等效焓降法”進行低壓省煤器節能[5-6]分析中，也忽略了這方面的影響。本文通過試驗與計算發現，該影響不能忽略；為準確計算投運低壓省煤器后汽輪機背壓的變化，及該變化對投運低壓省煤器節能效果的影響，文中建立了汽輪機背壓變化計算模型，并對模型進行了驗證。

1 汽輪機背壓變化的計算模型

汽輪機背壓的變化，主要由凝汽器排汽量的變化引起，因此在計算模型的建立過程中，首先要建立凝汽器排汽量的增量計算模型，然后通過凝汽器變工況計算，得出汽輪機背壓的變化量。

1.1 凝汽器排汽量的增量計算

機組投運低壓省煤器后，鍋爐的煙氣余熱進入回熱系統加熱凝結水，排擠回熱系統的抽汽返回低壓缸作功。機組在同負荷下，所需要的主蒸汽流量減少，排汽量也相應下降；同時由于排擠抽汽在低壓缸作功后，進入凝汽器，引起排汽量增加。因此凝汽器排汽量的增量需要計算上述兩方面的影響。

主蒸汽流量變化引起的凝汽器排汽的減少計算如下：

式中：ΔDn-0為主蒸汽流量變化引起的凝汽器排汽的減少量，t?h-1；ΔD0為投入低壓省煤器后主蒸汽流量的減少量，t·h-1；αn為凝汽器排汽量占主蒸汽流量的份額；D00為投入低壓省煤器后主蒸汽流量，t?h-1；δq為投入低壓省煤器后熱耗率的變化率，%。

圖1為典型的鍋爐低壓省煤器的熱力系統示意圖[7-9]。凝結水分別由i-1、i級低壓加熱器出口引出，混合后流經鍋爐低壓省煤器，吸收鍋爐煙氣余熱，由i+1級低壓加熱器出口處返回凝結水。

圖1 典型的鍋爐低壓省煤器熱力系統示意圖Fig. 1 Schematic diagram of typical boiler low pressure economizer thermal system

根據等效焓降理論[10-11]，按照圖1所示，低壓省煤器投運后，將排擠i級、i+1級、i+2級低壓加熱器抽汽量，從而引起凝汽器排汽量的增加：

式中：ΔDn-i為i級低加排擠抽汽引起的凝汽器排汽量的增量，t?h-1；ΔDn-(i+1)為 i+1 級低加排擠抽汽引起的凝汽器排汽量的增量，t?h-1；ΔDn-(i+2)為i+2級低加排擠抽汽引起的凝汽器排汽量的增量，t?h-1；Dds-i-1為i-1級低加出口進入低壓省煤器的凝結水流量，t?h-1；Dds為進入低壓省煤器總的凝結水流量，t?h-1；ho-ds為低壓省煤器出口凝結水焓值，kJ?kg-1；hi-(i+2)為i+2級低加入口凝結水焓值，kJ?kg-1；ti+1為i+1級低加凝結水焓升，kJ?kg-1；ti為 i 級低加凝結水焓升，kJ?kg-1；ti-1為i-1級低加凝結水焓升，kJ?kg-1；qi+1為i+1級低加抽汽放熱量，kJ?kg-1；qi為 i級低加抽汽放熱量，kJ?kg-1；qi-1為 i-1級低加抽汽放熱量，kJ?kg-1；γi+1為 i+1 級低加疏水放熱量，kJ?kg-1；γi為 i級低加疏水放熱量，kJ?kg-1。

凝汽器排汽凈增量計算：

1.2 汽輪機背壓的增量計算

機組投運低壓省煤器后，進入凝汽器的排汽量發生變化，改變了凝汽器的負荷，在凝汽器入口冷卻水溫和冷卻水量不變時，凝汽器的壓力將發生變化，通過凝汽器變工況[10]計算，得出汽輪機背壓的變化量。式中：tn為未投運低壓省煤器時的凝汽器溫度，℃；twi為循環水入口溫度，℃；Dn為未投運低壓省煤器時的凝汽器排汽量，t?h-1；tn0為投運低壓省煤器時的凝汽器溫度，℃；Dn0為投運低壓省煤器時的凝汽器排汽量，t?h-1；Pn0為未投運低壓省煤器時的汽輪機背壓，kPa；Pn為投運低壓省煤器時的汽輪機背壓，kPa；ΔPn為汽輪機背壓的增量，kPa。

2 汽輪機背壓變化的實例計算

某220MW機組在加裝低壓省煤器后，為測量低壓省煤器的節能效果，分別進行了投運與停運低壓省煤器的熱力性能試驗。試驗工況見表1。

表1 低壓省煤器節能效果試驗工況Tab. 1 Test conditions of Low pressure economizer energy savings effect

以該機組為例，根據上文中的計算模型，分別計算上述3個試驗工況下，投運低壓省煤器后凝汽凈增量，并由凝汽器變工況模型，計算未投運低壓省煤器時凝汽器壓力，最終得到投運低壓省煤器后汽輪機背壓的增量。計算結果如表2所示。

表2 投運省煤器后汽輪機背壓增量Tab. 2 Back pressure increment after the installation of economizer

由表2可以看出，由該文計算模型得出的機組未投運低省時的凝汽器壓力，與經過循環水入口溫度修正后的試驗測量值相比，3個工況相對偏差最大為 1.12%，驗證了該計算模型；投入低壓省煤器后，由于凝汽器排汽量的變化，汽輪機背壓有所上升，在220MW工況下，汽輪機背壓上升 0.29kPa，該變化對機組投運低省后的經濟性會產生部分抵消作用。

3 汽輪機背壓變化對低壓省煤器節能效果的影響

目前在分析低壓省煤器的熱經濟性時，存在的兩種主流方法，分別是汽輪機熱力性能試驗法和等效焓降法。在以往“等效焓降法”計算低壓省煤器節能量的過程中，未考慮背壓變化的影響，在上述推導的基礎上，對以往“等效焓降法”進行了背壓變化的修正。3種方法計算結果對比見表3。

由表3可以看出，“等效焓降法”計算出的節能量要高于“熱力試驗法”。這是因為在“熱力試驗法”中，投、停低壓省煤器時機組的熱耗率均進行了背壓修正；而“等效焓降法”只是計算了低壓省煤器吸收的鍋爐余熱返回熱力系統，排擠抽汽帶來的機組做功增加，未考慮到汽輪機背壓升高引起的機組作功下降。背壓變化修正后“等效焓降法”節能量，與“熱力試驗法”節能量更加接近。

表3 投運低壓省煤器后節能量Tab. 3 Energy saving after the installation of economizer

4 結論

根據等效焓降理論，建立了機組投運低壓省煤器后，汽輪機背壓變化的計算模型。在某220MW 機組投運低壓省煤器的實例分析中，模型計算與試驗測量的相對偏差最大值為 1.12%，驗證了該文建立的模型；機組投運低壓省煤器后，在220MW工況下，汽輪機背壓上升0.29kPa，影響機組熱耗率 0.19%，該變化對機組投運低壓省煤器后的經濟性會產生部分抵消作用。機組投運低壓省煤器后的節能效果分析中，在以往“等效焓降法”的基礎上，還需要考慮背壓變化對節能量的影響。