燒結余熱發電射水箱水溫控制方案優化

畢 瑤，鄧 丹，趙毛毛（西安陜鼓動力股份有限公司工程技術分公司，陜西 西安 710075）

0 前言

凝氣式汽輪機機組的安全運行與凝氣設備的真空度有著密切關系，影響凝氣設備真空度的原因主要有：冷卻水的進口溫度；循環冷卻水量；傳熱端差[1]。除了以上三種原因外，很容易被忽視的的一個因素就是射水抽氣器的水溫。射水抽氣系統是汽輪機抽真空系統，是由射水抽氣器、射水泵、射水箱和連接管組成。工作原理是：射水箱的工業水經射水泵升壓后進入射水抽氣器，抽氣器中噴嘴射出的高速水流在工作室內產生高真空以抽出凝汽器中的汽水混合物，這些汽水混合物經擴壓后以略大于大氣壓的壓力排入射水箱[2]。

若射水箱的工作水溫度升高，則工作水在噴嘴出口處會發生汽化現象從而降低射水抽氣器的抽真空能力，進而導致凝汽器內的真空度降低，汽輪機的排氣壓力升高，發電量下降[3]。因此控制射水箱水溫有利于提高汽輪機的發電效率，保證機組的安全運行。

1 射水箱水溫升高原因分析

1.1 射水抽氣系統的工藝設計不合理

目前余熱發電項目中射水抽氣系統無專門的設計標準，其設計、運行及維護均直接參照火力發電項目設計規范執行。火力發電項目采用手動調節補水大小，控制溢流的方式調節工作水溫，待其工況穩定后就無需調整，此方法雖簡單易操作，但前提是工作系統必須穩定。

而在燒結余熱回收發電項目中，熱源一般來自工廠的生產過程，生產線的工況變化會直接影響熱源參數，因此余熱發電項目的工況變化較大，若直接采取火力發電項目中的射水抽氣系統，射水箱的補水量和溢流量未根據工況及時調整，將導致水溫逐漸升高，而長期給射水箱投入較大的補水量又會導致水資源嚴重浪費。

1.2 射水箱結構設計不合理

射水箱一般為設計院自主設計，通常直接參考圖集（03R401-2開式水箱）[4]，如圖1所示。但此圖集僅對水箱的外形結構進行了規定，并未對內部結構提出要求。若內部結構設計不合理會使水箱內冷、熱水區域分配混亂，溫度分布不均勻，導致熱水沒有經過冷卻直接參與循環，而補充的冷水未經充分利用就經過溢流口排出，長期運行會使熱量逐漸積累，水箱內水溫逐漸升高，從而影響射水抽氣器的抽真空能力。

圖1 03R401-2開式水箱

2 射水箱優化方案

2.1 射水箱供水系統優化

射水箱供水模式一般采用開式供水系統，該系統可有效維持工作水溫，但水資源浪費嚴重。在保證射水箱水溫維持在設定值的前提下，合理用水、降本增效，因此提出了循環供水系統。循環供水系統是在開式供水系統的基礎上增加了射水箱冷卻水泵，其作用是將射水箱內的升溫水直接抽到循環水站進行冷卻，進而形成射水箱冷卻水再次進入射水箱對工作水進行冷卻。這樣一方面避免了溢流造成的工業水浪費，另一方面充分利用冷卻水站對循環水進行冷卻，合理利用水資源。

上述措施雖然避免了水資源的浪費，但是增加了水泵，提高了功耗，不符合節能增效的目的，因此對上述措施進行進一步的優化：利用射水抽氣器余速抽氣口對軸封冷卻器進行抽氣，以此來代替軸封風機工作，抵消射水箱冷卻水泵增加的功耗，見圖2。

圖2 供水系統優化方案

2.2 射水箱結構優化

射水抽氣系統中的射水箱為循環水箱，需要滿足以下兩個條件：冷熱水區域分配合理；升溫水有足夠的自然冷卻時間。為了滿足射水箱的使用要求，在射水箱的內部增加兩個阻流板，將射水箱分為三格，阻流板的高度位于溢流管口下20～25 cm處；同時將射水泵進水口與射水抽氣器排水口設置在不同的格內，見圖3。由圖3可以看到優化后的射水箱增強了冷、熱水的對流作用，延長了熱水在水箱內停留的時間，間接降低射水箱水溫。且射水泵吸入的工作水始終是補水管補充的低溫水，從而提高了射水抽氣器的工作效率。

圖3 射水箱結構優化示意圖

3 經濟效益分析

3.1 成本分析

由于射水箱優化方案中增設了射水箱冷卻水泵及相應的管道、附件，因此施工成本有所增加，成本總計增加約1萬元，具體情況見表1。

表1 某余熱利用項目施工成本

3.2 收益分析

（1）發電量增加：排氣壓力平均降低約1.5 kPa，發電量增加約1%，即15×0.01=0.15 MW/h，每度電按0.5元計算，則一年收益為60萬元/年。

（2）工業水節約：閉式循環供水系統相對于開式供水系統每小時可減少約1.28t的工業水消耗，每噸水按2.5元計算，則一年的收益約為3萬元。

綜合考慮射水箱優化后的凈利潤約60余萬元/年。由此可得本文中的射水箱優化方案創造的經濟效益非常可觀。

4 結語

鑒于對某余熱利用項目中的射水箱進行優化并取得良好的經濟效益與設計經驗，通過對射水箱供水系統和射水箱內部結構的優化改造，可顯著減少工業水的消耗，提高了汽輪機的發電效率，具有降本增效的意義。此余熱利用項目的實踐表明：

（1）將補水系統改為循環供水系統，同時在水箱結構內增加阻流板，可有效控制水箱水溫，并達到節水的目的。

（2）年發電量增加超1000MW，年節約用水數萬元，年收入增加數十萬元。