煤電廠汽輪機回熱系統的優化

郭小龍

（山西西山熱電有限責任公司， 山西 太原 030022）

引言

回熱系統作為煤電廠的重要組成部分，其布置形式和熱損耗大小直接影響著整個發電廠的效益[1]。本文重點對煤電廠汽輪機回熱系統進行優化，在保證發電量的同時，解決環境污染和能耗較大的問題。

1 影響汽輪機回熱系統經濟性的主要因素及優化策略

本文重點研究內容為對煤電廠回熱系統的優化，需從多個層面對導致煤電廠汽輪機回熱系統能耗過大、資源利用低等問題的原因進行分析。例如：汽輪機回熱系統本身結構是否存在可優化的空間，對汽輪機回熱系統的生產工藝能否進行調整優化，使汽輪機回熱系統機組的效益最大化，最終達到節能的目的。

1.1 主要影響因素

結合實踐經驗和理論分析，綜合得出影響煤電廠汽輪機回熱系統經濟性的主要因素包括回熱抽氣級數、加熱器的給水焓升的分配以及給水溫度等[2]。

1.1.1 給水溫度

通常可通過采用回熱循環的手段提升汽輪機的給水溫度，提升回熱系統的機組效率。但是，在實際生產中，在給定抽氣級數一定的情況下，隨著給水溫度的增加，機組的效率并不是越來越大的。理論上存在一個最佳溫度，可保證在熱耗率最小的情況下使其絕對內效率達到最大。

1.1.2 回熱抽氣級數

理論上講，當汽輪機機組負荷不變的情況下，隨著回熱抽氣級數的增加，汽輪機組對通過低壓抽氣加熱方式給水的利用率增加。也就是說，隨著回熱抽氣級數的增加，汽輪機機組回熱系統對應的絕對內效率是增加的。但是，回熱抽氣級數的增加，對應設備的投入成本也會明顯增加[3]。因此，回熱抽氣級數參數的確定，需綜合考慮設備投入成本和絕對內效率。

1.1.3 給水焓升分配

在實際生產過程中，由于汽輪機涉及的各個加熱器的給水焓升分配不均勻，導致各個加熱器對應的抽水量不同，最終導致汽輪機機組的絕對內效率和經濟性發生變化。因此，在實際生產中需保證給水焓升的分配達到最優，即達到提升絕對內效率和節能的目的。一般可采用焓降分配法、平均分配法和幾何分配法對給水焓升進行最優化分配。

1.2 優化策略

綜合上述給水溫度、回熱抽氣級數以及給水焓升分配三類因素對汽輪機機組回熱系統經濟性的影響進行研究，并結合實踐生產經驗制定如下優化策略：

1）結合當前國內汽輪機機組的相關情況和經濟性要求，給水溫度可保持不變。

2）結合當前汽輪機回熱系統的最佳給水溫度、出水溫度以及加熱器進水溫度，可通過等溫升分配方式對汽輪機機組的回熱抽氣級數進行優化。同時，鑒于與汽輪機相匹配的加熱器的溫升屬于一個范圍值，對應的回熱抽氣級數也在一定范圍內浮動。值得注意的是，回熱抽氣級數一般為整數[4]。

3）在對回熱抽氣級數優化的基礎上，基于等焓升分配理論對給水焓升進行優化分配。

2 汽輪機回熱系統的優化

以660 MW 的汽輪機為例，開展對其回熱系統進行優化，所研究的汽輪機具體型號為N660-27/600/620。

本文所研究的汽輪機回熱系統包括3 個高壓加熱器、4 個低壓加熱器、除氧器、疏水冷卻器以及軸封的加熱器。根據提出的優化策略，分別對回熱抽氣級數和回熱給水焓升進行優化。

2.1 回熱抽氣級數的優化

結合優化策略，給水溫度不屬于本次優化的范疇，給水溫度依然采用原回熱系統的289.7 ℃，對應除氧器的出水溫度為186.5 ℃，低壓加熱器對應的進水溫度為34.5 ℃。根據等溫升分配原則得出對應的高壓回熱抽氣級數為3～4 級，低壓回熱抽氣級數為4～6 級。低壓回熱系統中包含了除氧器，即僅低壓回熱抽氣級數為3～5 級。綜上所述，本回熱系統的高低壓加熱器對應的抽氣級數為7～10 級。考慮到當抽氣級數為7 時對應的熱經濟性最差，因此，本回熱系統優化后的抽氣級數確定在8～10 級的范圍之內。

由于抽氣級數為整數，因此，具體對8 級、9 級、10級回熱系統的效果進行對比，對比結果如表1 所示。

表1 不同級數回熱系統優化效果對比

對回熱抽氣級數優化后，系統對應的氣耗量和熱耗量均降低，其中10 級回熱系統對應的氣耗量和熱耗量效果最明顯。但是，綜合優化后的收益率為9 級回熱系統所對應的效益最佳。因此，將優化后汽輪機回熱系統抽氣級數確定為9 級，具體的優化方式為增加一級低壓抽氣和一臺低壓加熱器。

2.2 給水焓升分配的優化

在對抽氣級數優化的基礎上，基于等溫分配原則對給水焓升進行優化分配。回熱抽氣級數優化后對應的各個加熱器和除氧器的給水焓升情況，如表2 所示。除氧器和各低壓加熱器的給水焓升變化不大，而高壓加熱器對應的給水焓升變化較大。因此，重點對高壓加熱器的給水焓升進行優化，使各個高壓加熱器的給水焓升相對均勻。

表2 優化后給水焓升量

高壓加熱系統給水焓升優化分配后，汽輪機回熱系統的經濟性對比如表3 所示。

表3 汽輪機回熱系統經濟性對比

對回熱抽氣級數和給水焓升優化分配后，汽輪機回熱系統的氣耗量、熱耗量以及標準煤量均減小，系統對應的絕對內效率明顯提升。

3 結語

本文重點對660 MW 汽輪機組回熱系統的回熱抽氣級數和給水焓升進行優化，以達到節能和提升設備效率的目的。通過研究，將優化后汽輪機回熱系統抽氣級數確定為9 級，具體的優化方式為增加一級低壓抽氣和一臺低壓加熱器。對高壓加熱系統給水焓升優化分配兩項措施，對回熱系統進行優化。優化后，回熱系統的絕對內效率明顯增加，對應的氣耗量、熱耗量以及標準煤耗量均降低。