低压加热器疏水系统的热经济性研究

康旭东，蔡天水

(1.湖北华电襄阳发电有限公司，湖北 襄阳 441141;2.华北电力大学 能源动力与机械工程学院，河北 保定 071003)

0 引言

抽汽回热系统是指将汽轮机中做过功的蒸汽从汽轮机的某些中间级抽出，来加热给水或凝结水。加热器是该系统的重要组成部分，其类型主要有表面式和混合式两种。混合式加热器的热经济性最高，但系统的热力构成较复杂，且须配套水泵组来满足运行需要，安全性较低。因此，常规火力发电机组的抽汽回热系统中，除了除氧器之外，其余的加热器均采用表面式加热器。表面式加热器抽汽侧的放热过程由蒸汽冷却段、蒸汽凝结段和疏水冷却段组成。用作加热的抽汽凝结时产生的疏水在表面式加热器内无法与给水或凝结水直接混合，应及时排出以保证加热器正常运行。疏水的排出方式不仅决定抽汽回热系统结构的复杂程度，还会影响机组的热经济性［1］。

近年来，随着节能工作的深入开展，提高热经济性和环保排放标准的要求给了电力设备制造厂商和各大发电企业极大的压力，对热力系统各方面的优化性研究亦愈加重要。本文针对低压加热器(以下简称低加)疏水系统的疏水方式展开研究，对比不同种疏水方式的优、缺点，以期为火力发电热力系统的节能工作提供一些参考。

1 3 种疏水方式概述［2－4］

1.1 逐级自流疏水方式

如图1所示，在相邻加热器的压差作用下，疏水逐级自动流入压力较低的下一级的疏水方式称为逐级自流疏水方式。此种方式势必会排挤低一级加热器的抽汽，导致冷源损失增加;同时，低加的疏水要直接排入凝汽器，这也就意味着冷源损失更大，机组的热经济性降低更多。

图1 逐级自流疏水方式

1.2 加装疏水泵疏水方式

如图2所示，本级疏水不再自流入下一级，而是被加装的疏水泵打入到本级加热器出口的凝结水管路中，使疏水与凝结水混合并流入上一级，这种疏水方式称为疏水泵疏水方式。打入上一级的疏水不仅可以在凝结水中放热来提高凝结水水温，而且还排挤了上一级加热器的抽汽，进而提高了整个机组的热经济性。

图2 加装疏水泵的疏水方式

1.3 加装疏水冷却器疏水方式

如图3所示，凝结水管道上孔板造成的压力差，会使部分凝结水进入加装的冷却器内吸收疏水在冷却器中放出的热量，使本级疏水自流入下一级之前放热，这种疏水方式称为疏水冷却器疏水方式。常见的疏水冷却器分为内置式和外置式两种。此种方法减少了排挤低压抽汽引起的热损失，故使机组的热经济性有所提高。

图3 加装疏水冷却器的疏水方式

2 疏水方式对比分析［5－7］

为保证安全运行，绝大多数火力发电机组低加疏水系统的疏水方式广泛采用逐级自流式。为了提高机组的热经济性，机组停机技改期间，对于国产机组来说，常在靠近凝汽器的第2个低加处加装疏水泵，以达到疏水逐级自流和疏水泵联合运行的目的;而大部分国外引进机组，常在靠近凝汽器的第2个低加处加装疏水冷却器，与逐级自流匹配组成低加疏水系统。相对于单纯逐级自流方式，这2种联合运行方式的热经济性较好。

作者应用等效焓降法对这2种联合运行疏水方式进行定量和定性的分析，以显示2种疏水方式的优势和劣势。

2.1 加装疏水泵方式

如图4所示，对于j低加来说，主路凝结水因疏水混入而提高的比焓为Δτj，这部分疏水的热量即为αcxΔτj(αcx为混入的凝结水份额)。这部分热量不再由j低加中转移到j+1低加中来完成利用，故做功增加了 αcxΔτj(ηj+1－ ηj)(η 为低加的抽汽效率)。同时，原自流至j－1低加和凝汽器热井变成凝结水的那部分疏水会获得的热量为βΔhd=β×(hdj－hw(j－1))(β 为疏水份额;Δhd为疏水比焓差;hdj为j低加疏水比焓;hw(j－1)为j－1低加出口凝结水比焓)也不再由j低加放出，而转移到j－1低加和凝汽器中放出，其产生的做功增量为 βΔhd(ηj－ ηj－1)。综上可知，装疏水泵后新蒸汽等效焓降的增加值为

Δh1= αcxΔτj(ηj+1－ ηj)+ βΔhd(ηj－ ηj－1)，考虑到抽汽放热量的变化，将上式修正为

式中:Qj为单位质量的蒸汽在j加热器中的放热量。

2.2 加装疏水冷却器方式

如图5所示，从j加热器流入j－1加热器中的这部分疏水的放热量为βΔQj(ΔQj为疏水在j－1加热器中的放热量)，加装疏水冷却器后，该部分热量将不再被j－1加热器利用，而由主路凝结水带回到j加热器中。由此可知，采用装有疏水冷却器后的新蒸汽等效焓降变化为

图4 加装疏水泵方式分析图

考虑到抽气的放热量变化，将上式修正为

图5 加装疏水冷却器方式分析图

2.3 工程实例计算

以国内某300 MW火力发电机组汽轮机侧抽汽回热系统的热力系统为例，用疏水冷却器取代疏水泵后局部热力热力系统如图6所示。

图6 局部热力系统图

依据前文所述公式，计算结果为:做功损失，0.235 kJ/kg;热耗增加，1.58 kJ/(kW·h);煤耗增加，0.06 g/(kW·h)。

从以上计算结果可以看出，用疏水冷却器取代疏水泵后，机组的热经济性下降。对于加装疏水泵的加热器系统来说，一般每台加热器需2台疏水泵(1运行1备用)与之配套。如果配套运行的疏水泵电机功率按130 kW计算，则标准煤耗为

式中:bs为标准煤耗量;Pe为发电机功率。

此时，疏水冷却器取代疏水泵后的机组热经济性反而明显提高了。

另外，从安全性和投资角度出发，疏水冷却器较疏水泵而言，相当于减少了2台转机及其配电设备，泵体本身的运行危险因素也可以被排除，低加疏水系统的安全性更有保证;同时，单台冷却器比2台疏水泵及其配电设备的投资费用小，占地面积也少。

3 结束语

本文针对低加疏水系统的不同种疏水方式展开研究，清晰地呈现了2种联合运行方式的优、缺点，发电企业可根据自身情况，从2种联合运行方式中进行选择，保证机组安全、经济运行。

［1］西安热工研究院.发电企业节能降耗技术［M］.北京:中国电力出版社，2010.

［2］郑体宽.热力发电厂［M］.北京:中国电力出版社，1995.

［3］林万超.发电厂热系统节能理论［M］.西安:西安交通大学出版社，1994.

［4］陈素珍，陈志强.浅谈300 MW等级机组不需设低加疏水泵［J］.热机技术，2007(1):36－38.

［5］李青，公维平.火力发电厂节能和指标管理技术［M］.北京:中国电力出版社，2006.

［6］李勤道，刘志真.热力发电厂热经济性计算分析［M］.北京:中国电力出版社，2008.

［7］刘强，孟颖超.疏水冷却器的热经济性分析［J］.深圳大学学报:理工版，2009，26(4):425 －430.