大机组给水泵汽轮机排汽引入冷却装置热经济性分析

高江玲，王 玮，孙会亮

(1.华北电力大学 能源动力与机械工程学院，河北 保定 071003;2.华北电力科学研究院有限责任公司，北京 100045)

0 引言

大机组给水泵汽轮机排汽无一例外地引入主机凝汽器，主机和小机的排汽压力相差1～2 kPa。因此，小机排汽引入主凝汽器会形成较大的能量损失。本文给出了在给水泵汽轮机排汽管道末端加装冷却装置的方法，以600 MW机组为例采用等效热降法[1]进行了热经济性对比分析。

1 600MW机组的主要参数及热经济性

1.1 600MW机组的主要参数

主蒸汽流量 1 760.676 t/h，主汽压力16.7 MPa，主汽温度537℃，主汽焓值3 394.7 kJ/kg，大机排汽焓值2 362.2 kJ/kg，再热器焓升524.7 kJ/kg，凝汽器压力为5.4 kPa，给水泵焓升26 kJ/kg，高加给水份额0.761，再热蒸汽份额0.857，其他基本数据如表1、表2所示，系统如图1所示。

表1 热经济性计算基本数据Tab.1 Basic data of thermal efficiency calculation

表2 辅助蒸汽数据Tab.2 Data of auxiliary steam

图1600 MW机组回热系统Fig.1 Heat regenerative system of 600 MW unite

1.2 600 MW机组的热经济性计算

新蒸汽毛等效热降HM:

新蒸汽净等效热降H:

循环吸热量:

汽轮机装置效率:

2 给水泵汽轮机末端加装冷却装置经济性分析

在给水泵汽轮机的排汽管道末端加装冷却装置[2，3]，凝结水作为冷却水在冷却装置中冷却小机排汽，由于小机排汽不能在凝汽器内完全凝结，所以小机部分排汽进入冷却装置，如图2所示，冷却装置后加装新的水泵。

图2 加装后机组热力系统局部示意图Fig.2 Local schematic diagram of thermal system

小机排汽加装冷却装置后的优点:减少了凝汽器的负荷Dq1，提高了真空;使得1号低加的进口水温升高，1号低加的部分抽汽ΔDj将返回汽轮机做功;最后，给水泵汽轮机排汽压力也相应降低，给水泵汽轮机的进汽量减少ΔDj。缺点是新加装的水泵会增加电耗。

由上可知，凝汽器蒸汽量的改变如式 (1)

式中:αq1为给水泵汽轮机排汽排入冷却装置的份额;Δα1为1号低压加热器抽汽份额的改变;Δαj为给水泵汽轮机进汽份额的改变。

2.1 给水泵汽轮机排汽排入冷却装置的份额

根据冷却装置的热平衡可得出排入冷却装置的流量为:

式中:αq1为给水泵汽轮机排汽排入冷却装置的份额;αn为主凝结水份额;为冷却装置出口焓值;为加装冷却装置后凝汽器出口焓值;为加装冷却装置后给水泵汽轮机排汽焓值。

2.2 1号低压加热器抽汽量的改变

八段抽汽对应的1号低压加热器的入口水温升高，八段抽汽减少。1号加热器的疏水自流最后返回系统，将其看成一个汇集式加热器 (如图3)。

根据热平衡列方程:

式中:t1为1号低压加热器给水出口焓;α1为1号低压加热器的抽汽份额;Δα1为1号低压加热器的抽汽减少额;ts2为2号低压加热器疏水出口焓;α2，α3，α4为2，3，4号低压加热器的抽汽份额。

图3 热系统局部图Fig.3 Local schematic diagram of thermal system

2.3 给水泵汽轮机进汽份额的改变量

给水泵汽轮机的排汽部分进入凝汽器，凝汽器压力的变化也会引起给水泵汽轮机排汽压力的改变。主凝汽器压力的变化与给水泵汽轮机排汽压力一致，在给水泵汽轮机的输出功保持恒定的情况下，需要调整给水泵汽轮机的进汽量来满足背压变化对其做功的影响。

式中:Δαj为给水泵汽轮机进汽份额的变化量;αj为加装前给水泵汽轮机进汽份额;hqn为前给水泵汽轮机排汽焓值;hq为加装前给水泵汽轮机进汽焓值;为加装后给水泵汽轮机排汽焓值。αq1，Δα1，Δαj及 ΔDc相互影响，故对确定 ΔDc的过程选择迭代方法进行计算，迭代过程如图4所示，迭代结果如下:

图4 迭代流程图Fig.4 Iterative flow diagram

根据式 (1)可得ΔDc=2.067 t/h。

通过对凝汽器特性进行计算[4]，拟合得出Pc和Dc的关系式为:

2.4 小机排汽加装冷却装置等效热降分析

2.4.1 排汽焓的改变影响机组的有效焓降

机组排汽压力降低时，机组排汽焓变化Δhc=hc－h'c，这是αc蒸汽在汽轮机内的有效作功焓降[5]，所以导致新蒸汽作功增加:

式中:αc为大机排汽份额;hc为加装前大机排汽焓值;h'c为加装后大机排汽焓值。

2.4.2 凝结水温度的升高对机组有效焓降的影响凝结水温度的升高，引起1号低加的抽汽量发生变化，由于已假设1号低加的出口水温不发生改变，其加热器的焓升变化为，由等效焓降理论，纯热量进入加热器中，引起的有效焓降为[6]:

式中:η'1为加装后的1号低加的加热器效率。

2.4.3 给水泵汽轮机排汽压力的改变对机组有效焓降的影响

给水泵汽轮机排汽压力降低，在保持给水泵汽轮机的输出功恒定的前提下，给水泵汽轮机的进汽份额会减少，由于给水泵汽轮机进汽来自4段抽汽，因此减少的份额，返回汽轮机作功，增加的有效焓降为[7]:

综上所述，背压变化引起的新蒸汽等效热降变化为:

装置效率的相对提高:

2.5 冷却装置后加水泵对供电量的影响

冷却装置后加水泵的耗电量:

发电机输出功率提高:

机组供电量增加:

3 结论

600 MW机组给水泵汽轮机排汽后加装冷却装置，运用等效热降法计算，结果显示，加装后的凝汽器负荷减少2.067 t/h，八段抽汽减少3.237 t/h，凝汽器压力为5.349 kPa，真空提高0.051 kPa，装置效率提高0.64%，机组供电量提高262.372 kW。