火电厂主蒸汽和再热蒸汽系统压降分析研究

李延雷　刘静茹

摘要：本文采用美国AFT流体分析计算软件，对某1000MW机组的主蒸汽、再热蒸汽系统管道的压降进行优化，通过优选管道规格、选用煨弯弯管、减少管道长度等措施，并经技术经济比较，提出了最佳的管道选择规格。

关键词：火电厂；主蒸汽和再热蒸汽系统；压降

1概述

在火电厂设计中，主蒸汽及再热蒸汽系统的压降是一项重要的性能考核指标。合理优化主蒸汽及再热蒸汽系统的压降，对于机组的设计和运行都有极为重要的意义。

众所周知，在其它边界条件相同的条件下，提高汽机主汽门的进汽压力可以降低机组的热耗率、提高机组的热效率。因此，在主机招标选型阶段确定汽机的进汽参数就显得格外重要，特别是对超临界机组及超超临界机组：另一方面，在主机已确定的前提下，通过优化四大管道、特别是主蒸汽管道和再热蒸汽管道的规格及其附件形式，也可以再提高机组的热效率。

根据山东电力工程咨询院1000MW机组与主机厂配合的经验，主蒸汽压力每提高1MPa可以降低热耗0.2%左右。若锅炉出力压力不变，减少主蒸汽管道压降，则汽机入口压力将提高，汽机热耗可降低。再热系统压降的大小对汽轮机热耗的影响较为明显，若再热系统压降由9%降低为7%，热耗可降低约0.25%。

2降低压降采取的措施及压降计算

2.1降低压降采取的措施

管道压降是指管道流动阻力、动能变化、重力势能变化之和，其中流动阻力包括沿程摩擦阻力和局部阻力。降低管道压降可提高机组的热经济性，多发电，进而提高电厂的运行经济性。本文为了降低主蒸汽系统、再热系统的压降，采取了以下措施：

①合理地选择主蒸汽及再热蒸汽系统的管道规格。

在相同流量下，管道的內径越大，压降越小。因此，适当增大管道内径是降低压降的最有效方法。但主蒸汽和再热蒸汽管道均为合金钢材料，价格高，增大管道内径必然增加初投资。因此，应进行多方面综合技术经济比较，合理选择主蒸汽和再热蒸汽管道规格。

②优化主蒸汽、再热热段、再热冷段管道长度。

管道的沿程阻力和管道的长度有直接的关系，因此，本工程经过合理优化主厂房设备管道布置，减小汽机房，除氧间，煤仓间和炉前通道尺寸，减少四大管道长度，既降低了管道阻力，又节省了初投资。

③采用内径管道，选择合适的管道粗糙度。

在阻力计算中，管道的等值粗糙度对沿程阻力影响较大，而不同工艺生产的管道其等值粗糙度是不同的。本工程主蒸汽、再热蒸汽管道选用进口欧美的控制内径管，其等值粗糙度e=0.0457mm，和前苏联标准规定的e=0.2mm相比，使得管道的阻力大大降低。

④在主蒸汽管道上不装设流量测量喷嘴，降低主蒸汽管道压降。

⑤优化选用Y型三通、弯管，以降低局部阻力。

根据布置，除了汽机进口第一个弯头处布置比较紧张，无法采用弯管外，主汽和热段的其它弯头均优化为弯管。本工程优化后的弯管规格数量详见表1。

2.2压降计算

在管道规格选型时，采取给定管径，计算热耗变化值（折算至年燃煤费用差值），同时，计算管道规格（折算管道初投资差值），综合比选后，选择经济最优化的管径。另外，比较了采用弯管技术后的收益情况。冷段管道比热段管道费用低，故适当提高冷段管道的管径对增加投资影响不大，却可以明显降低再热系统的阻力。本文根据工程实际情况，采用先进的美国AFT流体计算软件，计算以TMCR工况为例进行压降计算。

3压降优化后技术经济分析

3A主汽系统压降技术经济分析

主蒸汽系统经过管径优化、布置优化、弯管替代弯头优化后，管道阻力大为降低。从表2中可以看出，主蒸汽管道优化后的阻力为0.553MPa，占汽机主汽门的额定压力的1.98%。这样保持汽机主汽门的额定压力不变，可以降低锅炉过热器出口压力，降低给水泵的出口压力，能够节省给水泵的能耗。

表2是主汽管道的阻力计算结果，我们进行了大量的必选，最终选择了ID356x100规格的主汽管道，并采用弯管技术。

3.2再热蒸汽系统压降技术经济分析

再热系统经过管径优化、布置优化、弯管替代弯头优化后，管道阻力大为降低。从表3中可以看出，再热系统压降降低比较明显，整个系统压降为0.149MPa，占高压排汽口压力的2.45%。

热段管道也采用弯管技术，冷段管道增大了管径，最终选取规格为：热段管道ID711×57，冷段管道φ1219×45。整个再热系统的压降优化为5.95%，与常规电厂的8%的压降比较有较好的经济效益，见表3。

4结论

通过以上的论述和比较可知：

①按照推荐规格以及采取的压降优化措施，在TMCR工况下，主蒸汽管道的压降为0.553MPa，为汽轮机额定进汽压力（28MPa（a））的1.98%：再热系统的压降为0.149MPa，为汽轮机高压缸排汽压力（6.079MPa（a））的5.95%，均满足《大中型火力发电厂设计技术规范》的要求。

②推荐主蒸汽管道、再热热段管道采用煨弯弯管的方案，既能能降低机组运行费用，提高电厂机组效率，达到节能的目的，同时也有利于管道的安全运行。

③本工程经优化后推荐的主蒸汽管道，再热热段管道，再热冷段管道的规格，不但压降能满足要求，而且经济性最好。主蒸汽管道压损优化至1.98%，汽机热耗可降低约13.5kJ（kW·h），节省标煤耗约0.491g/（kW·h），20年总收益约3022.6万元：整个再热系统的总压降优化至5.95%后，汽机热耗可降低约9kJ/（kW·h），节省标煤耗约0.33g/（kW·h），20年总收益约1738.8万元。endprint