减温水引出位置对机组热经济性的影响分析

许 宁,李军烁,赵 虎,陆义海,李永华

(华北电力大学,河北 保定 071003)

减温水引出位置对机组热经济性的影响分析

许 宁,李军烁,赵 虎,陆义海,李永华

(华北电力大学,河北 保定 071003)

针对喷水减温系统影响机组热经济性的现状,对喷水减温系统原理及等效热降法进行分析。以某600 MW机组为例,采用等效热降法对过热器和再热器进行计算,对比不同喷水减温方式对机组热经济性的影响,结果表明2种引出方式各具优缺点,为喷水减温系统的合理设计、经济运行及改造提供参考。

喷水减温;等效热降法;过热器;再热器;热经济性

为保证机组的安全、经济运行,必须维持汽温的稳定[1]。蒸汽温度过高会影响金属热应力,影响机组的安全运行,蒸汽温度的降低则会影响机组的经济性[2-3]。研究表明如果过热器长期处于过热工况下(超温10～20℃以上),其使用年限将会减少一半以上,然而蒸汽温度每降低10℃,循环热效率则会降低0.5%[4]。因此,需要锅炉设置相应的喷水减温系统。喷水减温系统具有设计结构简单,调温幅度大和惰性小的特点,在现代锅炉机组中被大范围应用[5]。

1 喷水减温系统原理

喷水减温系统结构见图1。

工质在过热器的出口已经达到很高的温度,所以过热器的很多部分,尤其是它们的末端位置需要采用更高价格的合金钢。为使过热器安全运行,必须注意保持汽温稳定,波动不应超过-10～5℃。在锅炉负荷变化的实际运行中,燃料品质、给水温度、受热表面结渣以及炉膛内过量空气系数等因素的变化,都会对过热蒸汽温产生影响[6]。对燃煤锅炉而言,控制燃料的量是比较粗糙的,迫使在采用燃水比(B/G)作为一种粗调的调节手段之外,还必须在蒸汽管道上配备喷水减温器来作为细调的调节手段[7]。

图1 喷水减温系统结构

再热器位于高压缸与低压缸之间,因此再热器喷水减温是喷入减温水加热蒸发到中压缸成为中压蒸汽,致使中压缸和低压缸中的蒸汽流量增

大,即中、低压缸的输出功率得到了增加。如果电站机组总功率保持不变,则必须要降低高压缸的功率。因为中压蒸汽做功的热效率不高,从而导致整个机组的循环热效率降低[8]。因此再热蒸汽汽温调节方法是应用分隔烟道或摆动燃烧器的方式也就是应用烟气侧调节。其主要目的是保护再热器在事故状态下不被烧坏,在再热器设置事故喷水减温器,当再热蒸汽温度无法应用烟气侧调节时,则要用事故喷水来确保再热器管壁不超温,从而保护再热器[9]。

再热蒸汽压力比过热蒸汽压力低,通常为过热蒸汽压力的1/5～1/4。因为蒸汽压力低,与再热蒸汽的定压比热相比再热蒸汽的定压比热相对较小,对于一定量的蒸汽并改变等同的吸热量的前提下,再热汽温的改变就相对敏感,且变化幅度比过热蒸汽大。反之,在调节再热汽温时,调节幅度也比过热汽温大[10]。

2 等效热降法介绍

20世纪70年代,林万超教授引进完善了由前苏联学者库兹湟佐夫首先提出的等效热降法并在国内广泛使用。以热力学当中的热功转换原理为基础,根据热力系统结构、设备的质量和参数等特点,经过周密的理论推演,最后导出了热力分析参量Hj和ηj等,成为了用以研究热工转换及能量利用程度的一种方法。在不一样的实际热系统中,系统和参数一旦确定,这些参量是相对应的,可通过确定的公式计算得出后成为相应的一次性参数。热力系统进行分析,就是用这些参数直接分析计算。等效热降法不但可在热力系统整体计算时应用,也可用于局部定量分析热力系统。

在纯凝汽式汽轮机中,每单位新蒸汽的做功大小与其热降的大小是相等的,即

式中:h0为蒸汽进入汽轮机的初焓kJ/kg;hn为汽轮机排汽焓kJ/kg;

在有回热抽汽的汽轮机中,每单位新蒸汽做功计算公式为:

3 计算模型

由于单机容量的不断增大、中间再热系统的普遍应用,随着机组参数的不断提高,汽轮机的热力系统越来越复杂,其目的是提高机组的安全性、可靠性和热经济性。所有的热力系统都将对机组热经济性产生影响,对热力系统进行定量分析,确定其数量的大小。从而为热力系统的正确运行提供了根据,正确、合理的热系统能够使系统的作用和效果得以有效发挥并激活其潜在利用价值。

过热器减温水按其来源不同可分为2种系统:自1号高压加热器出口引出和自给水泵出口引出。当给水从1号高压加热器引出,对热力循环系统没有影响,此时若忽略锅炉机组换热过程的不可逆损失,则认为热经济性没有发生变化。

当减温水从给水泵出口引出时,热经济性降低。这是因为减温水不再从所有高压加热器中流过,回热抽汽量降低也就减少了回热程度。由于减温水没有经过各级高压加热器,减少了1号、2号、3号高压加热器的回热抽汽,做功增加:

循环吸热量增加:

装置热经济性相对降低:

与过热器喷水减温系统类似,再热器减温水也根据来源不同分为2种系统:自1号高压加热器出口引出和自给水泵中间抽头引出。

当再热器减温水引自1号高加出口,对回热抽汽没有影响,但由于减温水产生的汽流没有经过汽轮机的高压缸而少做功:

循环吸热量下降:

装置热经济性的相对降低:

当再热器减温水从给水泵出口引出时,由于该

部分减温水不流经高压加热器,并且这部分减温水产生的蒸汽也没有流经高压缸,因此其做功减少:

循环的吸热量下降:

式中:(h0-hzl)为1kg喷水由给水焓加热到再热冷段蒸汽焓hzl所减少的吸热量为喷水份额不流经高压加热器而使循环吸热增加的部分为高压加热器回热抽汽减少使再热器流量加大而增加的再热器吸热量部分。

再热器喷水减温引起装置热经济性的相对降低:

当引入减温水后使机组热耗率增加:

标准煤耗率增加:

4 计算实例

以某电厂600MW机组为例,分析计算减温水从不同位置引出对机组热经济性的影响。该引进型一次中间再热、亚临界、单轴、四缸、四排汽、凝汽式汽轮机(型号N600-16.7/537/537)是由上海汽轮机有限公司生产的,其热耗率为7925.7 kJ/kWh,设备性能参数见表1,机组热力系统见图2。

表1 设备性能参数表

图2 机组热力系统

以喷水份额占主蒸汽流量的5%为例,计算结果如表2所示。

表2 喷水减温对经济性的影响比较

5 结论

a.从计算结果可以看出,忽略锅炉换热的不可逆损失,当过热器减温水从高加出口引出,对机组的热经济性没有影响,比从给水泵出口引出减温水的经济性高。因此在设计机组或者是进行机组改造时,应选择从高压加热器出口引出过热器减温水。

b.再热器减温水导致整个回热循环系统发生变化,造成热经济性的降低。同时出于安全性的考虑,应加强再热器减温水的维护与管理,不能将再热器减温水作为主要的调温手段。运行时应尽量减少或避免再热器喷水减温调节,建议仅作为辅助或者事故喷水。

c.改造不合理的调温方式及热力系统,能够收到的节能效果会更显著。

[1] 黄新元.电站锅炉运行与燃烧调整[M].北京:中国电力出版社,2003.

[2] 郭立君.泵与风机[M].北京:中国电力出版社,1996.

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

[4] 丁 力.喷水减温系统的热经济性分析[J].四川电力技术, 1997(6):49-51.

[5] 方彦军,王振宇.超超临界机组直流锅炉喷水减温器的建模研究[J].热力发电,2012,41(12):39-42.

[6] 徐春荣.300MW锅炉过热器喷水减温系统的改进[J].热能动力工程,1998,13(74):139-142.

[7] 张瑞春,杨旭昊,王 雷.不同抽汽工况下供热机组热经济性分析[J].热力透平,2011,40(1):70-72.

[8] 王艳军,张春发,吴彦坤,等.电站锅炉喷水减温系统热经济性反洗[J].电力科学与工程,2007,23(1):66-68.

[9] 牛卫东.过热汽温喷水调节的热力学分析[J].长沙电力学院学报,2000,15(2):58-59.

[10] 李勤道.用等效热降法分析喷水减温对电厂热经济性的影响[J].发电设备,1997(2):16-18.

本文责任编辑:杨秀敏

Influence Analysis on Unit Heat Economy by Desuper Heat Conveyor

Xu Ning,Li Junshuo,Zhao Hu,Lu Yihai,Li Yonghua
(North China Electric Power University,Baoding 071003,China)

In view of the current situation of the water spray system affecting the thermal economy of the unit,the principle of spray desuperheating system and the equivalent heat drop method are analyzed.In a 600MW unit as an example,using the equivalent heat drop method to calculate superheater and reheater.Comparing the effects of different water spray on the superheater and reheater,the results show two kinds of extraction methods have their own advantages and disadvantages,which indicate the direction for the reasonable design,economic operation and reconstruction of spray desuperheating system.

spray desuperheating;equivalent heat drop method;superheater;reheater;heat economy

TM621.2

B

1001-9898(2016)04-0038-03

2016-03-15

许 宁(1992-),男,在读硕士,研究方向为火电机组节能理论及节能技术。