1 000 MW火電機(jī)組高壓加熱器效率研究

陳增輝,劉 磊

(1.大唐東營發(fā)電有限公司,山東 東營 257000;2.大唐東北電力試驗(yàn)研究院,吉林 長春 130000)

0 引言

高壓加熱器是汽輪機(jī)附屬系統(tǒng)中的重要設(shè)備，利用從汽輪機(jī)中間級后抽出的蒸汽，加熱鍋爐給水，以實(shí)現(xiàn)提高機(jī)組熱效率的目的。因此，盡早發(fā)現(xiàn)并及時(shí)處理高壓加熱器的故障對提高火力發(fā)電廠的熱經(jīng)濟(jì)性意義很大[1]。當(dāng)前行業(yè)內(nèi)多用加熱器的端差大小來評價(jià)高壓加熱器的熱經(jīng)濟(jì)性。現(xiàn)在大型機(jī)組的高壓加熱器一般采用疏水冷卻段、凝結(jié)段和蒸汽冷卻段的三段式結(jié)構(gòu)。這樣可以盡可能地降低其上、下端溫差，提高機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性。

目前運(yùn)行的超超臨界機(jī)組高壓加熱器多設(shè)置內(nèi)置式蒸汽冷卻器(段)，但對于二次再熱機(jī)組，來自高壓缸的二段抽汽管道及來自中壓缸的四段抽汽管道過熱度分別達(dá)到260 ℃和325 ℃以上，對應(yīng)的回?zé)峒訜崞鲹Q熱溫差大，換熱引起的不可逆損失增大影響機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性。

傳統(tǒng)熱分析方法沒有考慮到能量的品質(zhì)，進(jìn)而對進(jìn)一步挖掘節(jié)能潛力工作帶來理論上的障礙。而參數(shù)兼顧了能量的數(shù)量和質(zhì)量上的統(tǒng)一，是衡量能量轉(zhuǎn)換設(shè)備的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，在文獻(xiàn)[2-3]中詳細(xì)介紹了參數(shù)的優(yōu)越性和在能量系統(tǒng)中的應(yīng)用方法。當(dāng)前，國內(nèi)外越來越多的學(xué)者利用參數(shù)對電站熱力系統(tǒng)、相關(guān)耗能系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能診斷工作，并收到了良好的效果[4-7]。為更全面的了解加熱器的性能表現(xiàn)，文章對利用參數(shù)對高壓加熱器系統(tǒng)進(jìn)行效率核算。并以1號高壓加熱器端差變工況作為算例的影響因子，對某1 000 MW高壓加熱器系統(tǒng)進(jìn)行了效率計(jì)算分析，給出高壓加熱器系統(tǒng)設(shè)備參數(shù)的變化特點(diǎn)，指導(dǎo)電站節(jié)能工作。

1 高壓加熱器指標(biāo)存在的問題

在電站節(jié)能統(tǒng)計(jì)或者進(jìn)行性能試驗(yàn)時(shí)，通常不考慮加熱器散熱損失，取換熱效率為100%，此方式為熱力試驗(yàn)計(jì)算給水流量規(guī)程推薦方法，同時(shí)通過大量的現(xiàn)場試驗(yàn)證明，計(jì)算得到的抽汽流量，以及基于抽汽流量得到的給水及汽輪機(jī)主蒸汽流量可得到滿意的精度，說明加熱器熱效率取100%是基本負(fù)荷加熱器，但由于運(yùn)行時(shí)的各種原因?qū)е碌募訜崞鳒厣赡懿贿_(dá)設(shè)計(jì)值的情況，只能通過端差體現(xiàn)。

根據(jù)加熱器熱平衡公式。可知通常在電廠熱力計(jì)算過程中認(rèn)為加熱器熱效率為一定值。即使在加熱器溫升出現(xiàn)變化時(shí)，加熱器的換熱效率仍是保持不變的。但加熱器的給水端差此時(shí)是變化的。但端差的變化不能夠直接反應(yīng)加熱器的性能變化。但加熱器的換熱性能下降與熱效率為100%的說法存在矛盾。這也主要是熱方法不區(qū)分能量品質(zhì)等級造成的。同時(shí)性能出現(xiàn)的惡化加熱器對系統(tǒng)中其他的加熱器性能影響也是體現(xiàn)不出來的。因此，文章給出一種基于參數(shù)的評價(jià)方法，加熱器溫升變化時(shí)，加熱器的效率能清晰反應(yīng)加熱器的性能的變化。同時(shí)文章給出了加熱器溫升變化對機(jī)組性能的影響情況。

2 高壓加熱器效率

e=h-h0-T0(s-s0)

(1)

式中e——水或水蒸氣的/kJ·kg-1；

h——水或水蒸氣焓/kg·kg-1；

h0——水在環(huán)境條件下的焓/kg·kg-1；

焓參數(shù)可以根據(jù)水和水蒸氣焓熵圖中壓力和溫度參數(shù)得到。

T0——環(huán)境開氏溫度/K；

s——水或水蒸氣的熵/kJ·(kg·K)-1；

s0——水環(huán)境條件下的熵/kJ·(kg·K)-1。熵參數(shù)可以根據(jù)水和水蒸氣焓熵圖中壓力和溫度參數(shù)得到。

(2)

式中Gs——加熱器水側(cè)流量/kg·s-1；

Gq——加熱器進(jìn)汽流量/kg·s-1；

e1——加熱器進(jìn)水/kJ·kg-1；

e2——加熱器出口/kJ·kg-1；

e3——加熱器進(jìn)汽/kJ·kg-1；

e4——加熱器疏水/kJ·kg-1。

1 000 MW二次再熱機(jī)組高壓加熱器通常配置4臺(tái)高壓加熱器，系統(tǒng)圖見圖1所示。

(3)

式中egs1——1號高壓加熱器給水出口/kJ·kg-1；

egs2——1號高壓加熱器給水入口/kJ·kg-1；

ejq1——加熱器進(jìn)汽/kJ·kg-1；

ess1——加熱器疏水/kJ·kg-1；

Ggs——給水流量/kg·s-1；

Gjq1——1號高壓加熱器進(jìn)汽流量/kg·s-1。

(4)

式中egs2——2號高壓加熱器給水出口/kJ·kg-1；

egs3——2號高壓加熱器給水入口/kJ·kg-1；

ejq2——2號高壓加熱器進(jìn)汽/kJ·kg-1；

ess2——2號高壓加熱器疏水/kJ·kg-1；

Gjq2——2號高壓加熱器進(jìn)汽流量/kg·s-1；

Gss1——1號高壓加熱器疏水流量/kg·s-1。

3 某電站高壓加熱器算例

某電站1 000 MW二次再熱機(jī)組配置4臺(tái)單列蛇形管高壓加熱器，其中二段抽汽和四段抽汽配置外置式過熱蒸汽冷卻器，高壓加熱器系統(tǒng)如圖1所示，加熱器設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。

表1 高壓加熱器性能規(guī)范

表2 高壓給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)

3.1 算例基本假設(shè)

工況假設(shè)條件：1號高壓加熱器性能出現(xiàn)惡化，給水端差下降導(dǎo)致1號高壓加熱器出口水溫降低；1號高壓加熱器變工況計(jì)算時(shí)，二段、四段抽汽外置蒸汽冷卻器按照性能試驗(yàn)中系統(tǒng)修正方法，依據(jù)下端差計(jì)算2號、4號加熱器進(jìn)汽溫度；不考慮加熱器散熱損失(熱效率100%)。

3.2 高壓加熱器效率計(jì)算

表3 高壓加熱器設(shè)計(jì)熱效率與效率對比

表3 高壓加熱器設(shè)計(jì)熱效率與效率對比

設(shè)備熱效率/%效率/%1號高壓加熱器10097.822號高壓加熱器10097.273號高壓加熱器10094.474號高壓加熱器10094.57

表4 高壓加熱器效率變工況計(jì)算結(jié)果

表4 高壓加熱器效率變工況計(jì)算結(jié)果

1號高壓加熱器端差/℃-1.7-0.70.31.31號高壓加熱器97.8297.7997.7797.752號高壓加熱器97.2797.2897.3097.323號高壓加熱器94.4794.4694.4594.434號高壓加熱器94.5794.5894.6094.61

圖2 1號高壓加熱器端差對高壓效率影響曲線

由計(jì)算結(jié)果可見，1號高壓加熱器端差增大時(shí)，1號高壓加熱器效率是明顯降低的，這與熱效率明顯不同，2號、4號高壓加熱器效率是提高的，究其原因是由于1號高壓加熱器由于端差升高，導(dǎo)致1號高壓加熱器出口水溫降低，2段、4段抽汽過熱蒸汽冷卻器抽汽出口汽溫降低，進(jìn)而導(dǎo)致2號、4號高壓加熱器進(jìn)汽溫度，在2號、4號加熱器換熱性能不變的前提下，加熱器進(jìn)汽溫度降低實(shí)際上降低了換熱溫差，從而降低了有溫差換熱的不可逆損失，所以2號、4號高壓加熱器的效率得以升高。這是由于外置式蒸汽冷卻器的出口蒸汽溫度降低引起的2、4號高壓加熱器換熱溫差帶來的不可逆損失。

對于外置蒸汽冷卻器來說，雖然二段抽汽、四段抽汽外置蒸汽冷卻器的進(jìn)汽流量相應(yīng)增加，但不能彌補(bǔ)1號高壓加熱器端差惡化引起的給水溫度降低，增加了鍋爐吸熱量和汽機(jī)熱耗率。

4 結(jié)論與展望

(2)當(dāng)高壓加熱器換熱性能下降時(shí)，熱效率不能夠體現(xiàn)加熱器性能。在加熱器端差惡化時(shí)，加熱器效率能夠體現(xiàn)加熱器性能變化。

(4)作為汽輪發(fā)電機(jī)機(jī)組的組成部分，某臺(tái)高壓加熱器性能的惡化可能會(huì)對影響高壓加熱器性能升高，但對于整個(gè)熱力系統(tǒng)來說，性能降低是必然的。