分段计算热力系统工质平衡的方法

徐祥慧

（上海电力股份有限公司 吴泾热电厂，上海 200241）

消除热力系统的泄漏是热电厂挖潜增效、节能减排的重要手段，由于热力系统的管道保温十分周全，一般很难发现系统泄漏点，尤其是内漏点，加上无法设置大量的流量检测表计，很难准确计算热力系统的工质平衡。随着计算机在线检测技术的快速发展，热力系统的大流量在线测量表计的不断完善，为电厂热力系统的分段计算工质平衡创造了条件，并能准确地确定热力系统的泄露区间，从而为现场泄漏控制和状态维修提供依据。然而到目前为止，分段计算热力系统的工质平衡这一方法还没有充分利用，为此特写此文进行切磋与交流。

1 问题的提出

热力系统由热力机械设备和大量的管阀系统组成，也是电厂能量损失较大的系统。热力系统一旦有泄漏，将严重影响到电厂的经济性，这是因为机组长期运行后，阀门容易被磨损和吹损，加上沙眼、裂缝、关闭不严等原因，向外泄漏工质。因此，及时发现和消除热力系统和阀门的泄漏，是电厂挖潜增效、节能减排的重要手段。为了提高热效率，尽量减少热力系统的热损失和防止烫伤，对热力系统及相关管阀采取了良好、完善的保温措施，使得肉眼一时无法判断系统阀门的泄漏点，加上目前缺少电子在线监测手段，造成热力系统及相关阀门长期隐性泄漏，机组热效率下降。

电厂热力系统的工质平衡，即为输入系统的汽水工质等于输出系统的汽水工质，若不等，则有三种可能：一是系统有泄漏；二是计算有遗漏；三是表计有误差或测点无代表性。

热力系统工质平衡的意义在于：一是发现泄漏，及早消缺，提高经济性，降低发电和供热成本；二是及早消除热污染和不必要的制水污染；三是有利于机组进行状态检修，减少检修费用和降低检修成本。工质平衡计算可从大系统到小系统，大系统平衡了小系统可省略计算。计算时为防止表计误差，可用其他同性质表计或通过计算流量来校验，如给水流量有误差，可能是表计有误差；可能是给泵再循环门有泄漏；可能是轴封泄漏。对于外泄漏点，可以用水桶接水称重解决，并用凝结水流量、除氧器加热蒸汽计算流量、高压加热器回热蒸汽计算流量和来校验。

2 工质平衡计算法

热力系统循环示意图如图1所示。进行工质平衡计算时，系统划分从大到小，大系统平衡，小系统就不需再分算。

图1 热力系统循环示意图

2.1 工质平衡方程计算式

1）锅炉的一次工质循环系统 由给水变为过热蒸汽的循环系统，工质平衡方程式为：

式中：Q给水为锅炉的给水流量；Q减温水为锅炉的过热器一、二级减温水流量之和；Q炉药水为锅炉的水质处理药水；Q主蒸汽为锅炉的主蒸汽流量；Q连续排污为锅炉的连续排污流量和定期排污流量之和；Q炉取样为锅炉的化学取样水流量之和。

系统中的吹灰蒸汽，一般用再热蒸汽或对外抽汽，故不作减除。

2）整台供热机组的工质循环系统 在没有其他需要放水的工况下进行计算，其工质平衡方程式为：

式中：Q补水为凝汽器的除盐水补水流量；Q鼓泡为凝汽器鼓泡蒸汽流量；Q机药水为机组的水质处理药水之和（Q炉药水＋Q给水药水）；Q抽汽为汽轮机供热抽汽流量与辅汽抽汽流量之和；Q连续排污为锅炉的连续排污流量；Q定期排污为锅炉定期排污流量；Q机取样为机组的取样水流量之和。Q连续排污／3是指在超高压机组中，连排扩容器的工作压力为0.8MPa，炉水循环的工作压力为18MPa，根据二者的饱和温度与工质的汽化潜热，通过解方程可得2／3的工质通过连排扩容器回收。

3）给泵至锅炉系统 即高压回热加热器给水系统，其工质平衡方程式为：

式中：Q给泵为给水泵流量之和；Q给水加药为给水加药流量；Q减温水为过热减温和再热减温之和；Q给水为锅炉的给水流量。

2.2 工质平衡简化计算式

在实际发电与供热运行中，在额定工况下，由于化学取样Q机取样和加药流量Q机药水相对工质汽水量来说很小，包括Q炉取样，Q炉药水，类似凝泵、给泵等的密封冷却水都可以忽略不计；由于工质流量测量表计本身允许正负偏差，使化学产生的取样和加药流量、引起的工质量变化更是微不足道，也可以忽略不计，由此得出以下工质平衡简化方程式。

1）锅炉一次循环

3）给水系统

另外，可以避开定期排污、吹灰和油枪用汽等时段，取机组无其他人员操作损失的正常运行时段计算工质平衡，则可进一步简工质平衡化算式。

2.3 分段工质平衡计算式

当然，简化后的3个等式只是最基本的分段工质平衡计算式，对汽轮机的分段工质平衡计算还未谈到，但由于汽轮机的分段工质平衡计算比较繁琐，故在此只作介绍，不例计算式。目前，大多数机组无主蒸汽（只设流量表）、再热蒸汽、给水泵汽动蒸汽、回热加热器（高加、低加、除氧器的加热蒸汽）的流量表，故平衡计算比较困难。现向大家推荐回热加热器的疏水量计算，使用额定负荷和绝热状态下的理论计算流量，包括除氧器加热蒸汽流量（不会影响凝结水系统的分段工质平衡计算和各回热加热器的疏水平衡计算）。

3 分段工质平衡实例计算

3.1 消除泄漏

吴泾热电厂发电机组的各类疏水和排污不允许排向大气，采取排向凝汽器回收、排向无压母管到机组排水槽、排向定排扩容器到机组排水槽三种方式，而且管道与阀门保温很完善，很难检查阀门内漏。

为了加强对各类疏水和排污门的运行监督与维修，降低机组能耗，2011年4月27日对机组进行了分段工质平衡计算，结果为整台机组工质不平衡为26t／h；给泵至锅炉系统（即高压回热加热器给水系统）工质不平衡为12t／h；锅炉的一次工质循环系统（即锅炉由给水变为过热蒸汽的循环系统）工质不平衡为11t／h；抽汽表计误差为2～3t／h。

计算结果表明，给水系统有多处疏水门泄漏，锅炉一次工质循环系统疏水门和连排直通定排扩容器调整门有泄漏，尤其是连排直通定排扩容器阀门，因为试关连排直通定排扩容器隔绝门，锅炉一次工质循环不平衡下降至1t／h。通过解体检查给水管道疏水门和连排直通定排扩容器调整门，发现连排直通定排扩容器调整门、锅炉下水包放水门泄露和给水管道疏水门有多处严重泄漏，证实了分段工质平衡计算结果可信。通过消缺，机组于2011年6月21日启动，发电煤耗由修前312.20g／kWh下降至305.68g／kWh。

3.2 节能增效

1）消除连排直通定排扩容器调整门泄露①每小时节约标煤355.15kg，若按年运行300天计算，可节约标煤2 557.08t；若按每吨标煤1 100元计算，则折合人民币281.28万元。②每小时节约工质水7.34t，若按年运行300天计算，可节约除盐水52 815.09t；若按每吨除盐水3元计算，则折合人民币15.84万元。两项合计每年可节约297.12万元。

2）消除给水系疏放水门内漏 ①每小时节约标煤291.36kg，若按年运行300天计算，可节约标煤2 097.79t，若按每吨标煤1 100元计算，则折合人民币230.76万元。②每小时节约工质水12t，若按年运行300天计算，可节约除盐水86 400t；若按每吨除盐水3元计算，则折合人民币25.92万元。两项合计每年可节约553.80万元。