基于等效焓降法的高加疏水改造分析

吴　扬，李彬芝，施佳成，谢海念

(华能南京金陵发电厂，南京　210034)

基于等效焓降法的高加疏水改造分析

吴扬，李彬芝，施佳成，谢海念

(华能南京金陵发电厂，南京210034)

摘要：金陵电厂高加疏水系统采用逐级自流的方式，三号高加的正常疏水流至除氧器加热凝水，旨在阐述三号高加正常疏水疏至除氧器出口直接加热给水的系统改造分析。THA工况下通过热平衡计算出三号高加减少的抽汽量及除氧器增加的抽汽量，由于两股抽汽热品质不同，结合等效焓降法，计算出改造后汽轮机等效焓降的增加值，从而折算成标准煤耗下降值，得出改造后的经济收益。

关键词：疏水改造；热平衡；等效焓降；热耗率；标准煤耗

金陵电厂汽轮机是上海汽轮机有限公司引进德国西门子技术生产的1 030MW超超临界汽轮发电机组，型号为N1030-26.25/600/600(TC4F)，回热系统采用3台高压加热器、1台除氧器、4台低压加热器组成。高加疏水系统采用逐级自流的方式，三号高加正常疏水至除氧器，在除氧器内与凝结水及加热蒸汽混合加热后进入给水泵。根据高压蒸汽少抽、低压蒸汽多抽的基本原则，本文分析了将三号高加的正常疏水改接至除氧器出口，以减少三抽抽汽量、增加四抽抽汽量，达到提高机组效率的经济性及可行性。

汽轮机热力计算通常采用热平衡法，该方法对热耗的计算准确性高，但对热力系统局部的改造计算，需要的数据太多，繁杂又不明了。等效焓降法适用于热力系统的局部定量计算，该方法只研究与热力系统有变化的部分，并且计算结果与热平衡计算基本相同。本文试着用等效焓降法对三号高加疏水改造前后的热力系统进行计算分析，定量改造之后经济效益的提高。

1三号高加疏水改造前后的热平衡计算

前提计算工况保证：保证除氧器出口温度(考虑除氧效果)；保持三号高加进口流量不变(给水流量不变)；三号高加出口温度不变。

图1所示为高加疏水改接至除氧器出口、给泵前置泵入口的原则性示意图，由图可知除氧器内四抽加热凝水并混合后再与三号高加疏水混合，最终的混合点在除氧器的出口管路上。

图1　三号高加疏水改造示意图

高加系统热平衡计算的参数中的已知项由金陵电厂汽轮机THA工况下热平衡图中查得参数如下：T3(三号高加出口给水焓)942.30kJ/kg，T4(三号高加进口给水焓)814.10kJ/kg，T(除氧器出口焓值)772.8kJ/kg，T5(五号低加出口给水焓)652.00kJ/kg，h3(三号高加抽汽焓值)3 386.60kJ/kg，h4(除氧器抽汽焓值)3 187.40kJ/kg，hj3(三号高加疏水焓值)824.20kJ/kg，Dgs(主给水流量)2 930.00t/h，P3(三抽压力)2.21MPa，P4(除氧器压力)1.09MPa，Pgs3(三号高加进水压力)32.63MPa，t给泵(给泵温升)6℃，De1(1抽流量)142.27t/h，De2(2抽流量)311.4t/h，De3(3抽流量)121.76t/h，De4(4抽流量)99.25t/h。

混合点的焓值：

混合点的压力：

P混=P4+ΔH=1.19 MPa

由h混、P混查表得混合点处温度：

t混=184.81℃

改造后三号高加进口水温：

t3进口=t混+t给泵=190.81℃

由t3进口、Pgs3查表得：

改造后三抽流量：

×(hj2-hj3)]/(h3-hj3)=108.27 t/h

改造后四抽流量：

(T-T5)/(h4-T5)=113.7 t/h

(3)改造后三抽流量减少值ΔDe3、四抽流量增加值ΔDe4计算

三抽流量减少值：

四抽流量增加值：

2金陵电厂回热加热器等效焓降Hj及抽汽效率ηj计算

2.1等效焓降概念简介

等效焓降法是基于热力学的热功转换原理，考虑到设备质量、热力系统结构和参数的特点，经过严密地理论推演，导出几个热力分析参量Hj及等ηj，用以研究热功转换及能量利用程度的一种方法。汽轮机回热抽热系统示意图见图2。

图2　汽轮机回热抽汽系统示意图

对于回热式汽轮机，1kg新蒸汽作功：

H=(h0=hn)-α1×(h1-hn)-…αs×

式中yr——抽汽做功不足系数。

yr=(hr-hn)/(h0-hn)

(1)

2.2抽汽的等效焓降Hj及抽汽效率ηj的计算简介

抽汽的等效焓降Hj的计算公式为：

式中Ar——取γr或者Γr，视加热器型式而定；

γ——加热器j后更低压力抽汽口脚码；

γr——即此加热器疏水放热；

Γr——即此加热器给水吸热；

hj——即此加热器的抽汽焓；

hn——低压缸排汽焓；

qr——即此加热器抽汽放热。

如果j加热器为汇集式加热器，则Ar均以Γr代之，如果j为疏水式加热器，则从j以下指导(包括)汇集式加热器用γr代替Ar，而在汇集式加热器以下，无论是汇集式加热器或是疏水式放流式加热器，则一律以Γr代替Ar。需要特别指出金陵电厂除了除氧器为汇集式加热器以外，6号低加带低加疏水泵也按汇集式加热器处理。

各级抽汽等效焓降Hj算出后，按做功与加入热量之比，可得到相应的抽汽效率ηj=Hj/qj。

2.3金陵电厂抽汽的等效焓降Hj的计算

由公式可以计算出：

8号低加：H8=165.593 0kJ/kg；

7号低加：H7=291.504 1kJ/kg；

6号低加：H6=507.677 5kJ/kg；

5号低加：H5=652.493 7kJ/kg；

除氧器：H4=782.991 3kJ/kg；

三号高加：H3=930.0270kJ/kg。

3三号高加疏水改造后的发电煤耗及经济收益

3.1三号高加疏水改造后的发电煤耗变化

汽轮机等效焓降的增加值：

ΔH=ΔDe3×H3-ΔDe4×H4=513.7 kW

考虑到汽轮发电机的机电效率0.99，即对于THA工况下改造前发P=1 030 000kW的电量改造后可以多发ΔP=513.7×0.99=508.6kW的电量。

供电煤耗的收益：假设改造前的发电煤耗为B1=285g/kW·h，改造后的煤耗为：

B2=B1×P/(P+ΔP)=284.86 g/kW·h

则ΔB=B1-B2=0.14 g/kW·h

3.2三号高加疏水改造后经济收益

按机组年利用6 000h，标煤煤价650元/吨计算，一台机组年收益为：G=0.14×6 000×1 030×650/1 000=562 380元

4三号高加疏水改造至除氧器出口处的可行性分析

4.1三号高加疏水改造至给泵前置泵入口的可行性分析

改造前金陵电厂给泵前置泵的入口温度在THA工况下时为182.2℃，查运行规程可知此时给泵前置泵的有效汽蚀余量为8.6m，必须汽蚀余量为4.5m。

改造后混合点的温度变为184.81℃，此温度对应的饱和压力为1.118 5MPa，比原来182.2℃对应的饱和压力1.054 4MPa高0.064 1MPa，即6.4m水柱的压力，此时如果三号高加疏水回前置泵进口，前置泵有效汽蚀余量将从8.6m降为2.2m，低于前置泵的必须汽蚀余量，前置泵存在汽蚀的可能。

4.2三号高加疏水改造至给泵前置泵出口的可行性分析

针对前述给泵前置泵容易发生汽蚀的情况，做出以下的改进。一种方法是降低给泵前置泵的转速，但此种方法需要改变小机变速箱内的结构，另外前置泵的出口压力也会降低，从而影响到主泵的运行，容易造成主泵的汽蚀。第二种方法是将三号高加的疏水改造至给泵前置泵的出口处，这种方法不会降低前置泵的出口压力，由于主泵有效汽蚀大，也不会影响主泵的运行，但由于前置泵出口压力比三号高加疏水压力略高，需要加上一台水泵升压后将疏水打入前置泵的出口管道中，与低加疏水泵相对应称此泵为高加疏水泵。下面就此种方法加以具体说明。

如图3所示为三号高加疏水改接至给泵前置泵出口的示意图，THA时给泵前置泵的出口压力为1.985MPa。改接至前置泵出口处，及汽机房17m层，三号高加的疏水压力为1.19MPa。考虑到疏水点比混合点高5m，泵的扬程系数为1.2，则所选取的高加疏水泵的扬程为:

H=1.2×(198.5-119-5)=89.4m。

图3　三号高加疏水改接至给泵前置泵出口示意图

金陵电厂高加系统双列布置，改造中，单侧高加疏水回收至相应给泵前置泵的出口管路。改造后单列高加的疏水流量为292t/h，流量的裕度选用1.1，则单台高加疏水泵的额定流量为

Q=292×1.1=321.2t/h

假设泵的效率为0.9，则选用的高加疏水泵的功率为：

P=HQg/(3.6×0.9)=86.8kW

选用的电动机的功率储备系数设为1.2，应选用功率为104kW的电动机，电动机的开关可以设在汽机PC段上。

依然假设机组年利用小时数为6 000h，当2台高加疏水泵同时满负荷运行时，其功率消耗为2×86.8=173.6kW。高加疏水改造机组多做的508.6kW的功其中有173.6kW用于高加疏水泵的能耗上，即在发1 030额定负荷时多发了335kW的电，煤耗降低值修正为ΔB2=285-285×1 030/(1 030+0.335)=0.093g/kW·h，经济效益修正为0.093×6 000×1 030×650/1 000=373 581元/(台·年)。

假设设备采购及系统改造的一次性投资为140万元，加上运行维护的成本，预计4年的时间能收回成本。

5结语

综上所述，将高加的疏水改接至除氧器的出口，可以减少三抽抽汽量，增加四抽的抽汽量，使汽轮机的等效焓降增加，可以降低发电机的供电煤耗0.14g/kW·h，每年产生经济效益562 380元。但是将高加疏水自流入给泵前置泵的入口会造成前置泵的汽蚀，影响安全。而将高加疏水通过高加疏水泵打入前置泵的出口管路中不会影响汽泵及其前置泵的运行，但需要增加高加疏水泵，每年可产生经济效益将为373 581元/(台·年)，考虑到设备改造及新加的疏水泵与阀门等成本，需要4年的时间收回成本。

由上述的计算分析可以看出，采用等效焓降的方法在对局部改造进行计算时，计算简单明了，对机组经济性的分析也有一定的准确性。但由于计算的过程中假设了除氧器出口温度、三号高加进口流量以及三号高加出口温度的条件不变，最终的结果与实际值存在误差，不过误差不大，可以接受。总之，对高加疏水的改造在降低机组煤耗上是存在积极意义的。

(本文编辑：严加)

High Hydrophobic Modification Analysis Based on the Equivalent Enthalpy Drop Method

WU Yang, Li Bin-zhi, SHI Jia-cheng, XIE Hai-nian

(HuanengNanjingJinlingElectricPowerPlant,Nanjing210034,China)

Abstract:The gravity flow method is applied to the high hydrophobic system in Jinling Power Plant. The No. 3 normal high hydrophobic flows to the deaerator heating condensate. This research aims to analyze the system modification for directly heating supply water with the No. 3 normal high hydrophobic flowing to deaerator outlet. Under THA working condition, the rerduced extraction flow of No. 3 high hydrophobic and the increased extraction flow of the deaerator are calculated through heat balance. Due to the different extraction flow heat quality, the equivalent enthalpy drop method is combined to calculate the added value of modified turbine equivalent enthalpy drop, so as to be converted into the standard coal consumption decreased value, and obtain the economic benefits after transformation.

Key words:hydrophobic modification; heat balance; equivalent enthalpy drop; heat loss rate; standard coal consumption

DOI：10.11973/dlyny201603025

作者简介：吴扬(1963)，男，高级工程师，总经理，从事电厂技术管理工作。

中图分类号：TM621

文献标志码：B

文章编号：2095-1256(2016)03-0367-04

收稿日期：2016-02-23