600 MW机组喷水减温系统的热经济性研究

金俊先，韩孟健，肖增弘

(1.沈阳工程学院 a.研究生院；b.能源与动力学院，辽宁 沈阳 110136; 2.辽宁省送变电工程有限公司，辽宁 沈阳 110021)

为了保证机组运行的经济性和安全性，必须提高机组汽温的稳定性。如果温度过高，那么机组各个设备的许用应力就会下降；而温度过低，会导致整个机组的循环热效率降低。据统计，在超温10 ℃～20 ℃的情况下，过热器长时间运行会导致其寿命大大缩短；而如果汽温低于正常温度，那么平均降低100 ℃，就会导致机组的整体热效率循环水平降低0.51%。所以，锅炉必须具有调温手段，才能保证机组的运行温度保持在正常的范围之内，并对相关影响因素进行修正。当前，调节再热器和过热器温度的最主要方式就是采用喷水减温，通过系统内部的结构设计，促进机组热循环整体运行效率的改变，最终导致机组的热经济性发生变化。

通常情况下，在对汽温进行调节时，喷水降温的方式是不被推荐的。而如果必须使用喷水减温系统，就必须保证降温水的来源为再热器水泵的中间抽头，且整个降温系统只能作为降温的辅助性手段。过热器的喷水减温系统主要有两种连接方式：一种是从最高加热器的出口进行分流；另一种是从给水泵的出口进行分流。前者的分流方式会使得高压加热器区域不会流进减温水流，从而使得机组利用回热进行加热的效率大大降低，影响热经济性；而后者的分流方式虽然不会对机组的热经济性产生影响，但是却容易导致锅炉内的一些微小变化被忽视。如果采用喷水的方式来进行降温，这就间接地使得再热蒸汽的流量被增大，机组内高压部分做功的比例大幅度下降，而低压部分以及汽轮机做功比例却是大幅度上升，从而使得机组的热循环效率下降。对此，要想真正为电厂的热力系统提供可靠的改造技术，那么对机组的喷水降温系统开展全面、科学地经济性能分析必不可少。

1 不同喷水减温系统对机组经济性的影响

1.1 等效热降模型

等效热降法是研究热功转换以及能量利用程度的一种方法，应用局部运算代替整个热力系统的繁杂计算，条件是待分析工况与已知基准工况相接近。因此，在整个热力系统变化的定量分析中，等效热降法具有计算简捷且准确的优点，对于电厂的运行经济性有着指导性意义。

图1 喷水减温热力系统

1.2 基于等效热降法建立喷水减温模型

现代锅炉机组大多具备4种喷水减温方式：

1)按喷水的出口不同分为水泵出口喷水模式和高加出口喷水模式；

2)以喷水系统作用对象不同分为再热器喷水减温系统和过热器喷水减温系统。

图1为机组内喷水减温系统的整个运行流程。在图1中，a方式为高加出口的过热器减温喷水；b方式为给水泵出口的过热器减温喷水；c方式为高加出口的再热器减温喷水；d方式示为给水泵中间抽头至再热器减温喷水。

通过对等效热降法的运用，基于上述4种不同喷水减温方式建立以下数学模型：

1)源自于高加出口的过热器减温喷水：

ΔH=0

(1)

Δq=0

(2)

2)源自于给水泵出口的过热器减温喷水：

(3)

(4)

3)源自于高加出口的再热器减温喷水：

ΔH=αde(h0-hrc)

(5)

Δq=αde(h0-hrc)

(6)

4)源自于给水泵中间抽头至再热器减温喷水：

(7)

(8)

式中，Δq为平均产生1 kg的新蒸汽，机组整体的吸热变化数值；ΔH为平均每排挤1 kg的新蒸汽，机组整体的做功变化数值；αde为喷水的不同份额；qr和τr分别为当给第号加热器进行喷水降温时，机组整体抽汽所释放的热量和喷水的比焓升；αrh-r为机组整体抽汽进行再热的系数值；c为再热器冷段的的级数；m为给水泵上一级加热器的级数；h0为机组内部产生的蒸汽的比焓；hrc为加热器处于再热阶段时，其抽汽的比焓。

1.3 喷水减温模型定性分析

当减温水来源如图1中的a虚线时，即为过热器的高加1#出口产生，在此情况下，机组内锅炉几乎不会受到影响，因而机组整体热循环的运行效能以及经济性都不会改变，使得系数Δq=0且ΔH=0；而减温水如果是从水泵的出口处进行分流的，那么就不会有水流流经高压加热器，使得机组整体热循环的运行效能以及经济性都会发生较大的改变，将Δq和ΔH公式进行代入，最终得到过热器喷水减温系统造成机组热经济性变化公式：

(9)

再热器喷水减温系统造成机组热经济性变化公式：

(10)

式中，H为新蒸汽净等效焓降；ηi为汽轮机装置效率。

2 实例分析

2.1 机组热力系统概况

图2为某国产引进型600 MW机组的原则性热力系统图。当负荷处于100%、75%、50% 的情况下，该机组相关的热力计算数据如表1所示。

图2 引进型600 MW机组原则性热力系统

2.2 实例计算

根据表1数据，利用等效热降法对机组热耗、新蒸汽等效焓降、机组循环热效率进行计算，计算结果表示通过对机组采用等效热降法并控制减温水来源的不同，从而对机组在不同的负荷下产生的热经济性进行分析，如表2和表3所示。如果将高加出口的减温水转移到给水泵的出口，必将会使得机组整体运行效率降低。主要原因是喷水源自高加出口，系统吸热量是下降的；但是当从水泵出口产生减温水时，会导致机组受到高加斥汽产生的影响，而使得机组吸热量大幅度上升。

当机组处于100%负荷下运行时，通过采用不同的喷水份额以及喷水方式对机组内部运行效率产生的影响，如表4所示。

表1 部分负荷下机组热力计算数据

表2 不同负荷下过热器减温喷水对机组热经济性的影响

由表4可见，减温水来自于高压加热器出口对回热加热循环系统没有影响。因此，对机组热经济性的影响较小。

通过分析表2、表3和表4的数据可见，对于再热器来说，喷水减温对机组的热经济性的影响相对较大。根据表2和表3中数值的比较可知，如果降温的水流产生于再热器系统的最高加出口，那么其对经济效能的影响会远远低于从水泵中间抽头产生的降温水流。由表4可见，即使的数值仅有1%，仍然会导致机组热循环效率的大幅度降低。因而当机组运行时，应尽量不用或者减少使用再热器处的喷水降温。

表3 不同负荷下再热器喷水减温对机组热经济性的影响

表4 100%负荷工况下、不同喷水份额、不同喷水方式对机组相对内效率的影响

3 结 论

1)如果控制喷水方式、负荷在同一水平下，机组运行的热经济性会逐渐随着减温水水量的增加而降低。因此，在实际运行中，机组应对减温水量进行严格控制。

2)不论是过热器减温喷水还是再热器减温喷水，只要水流在给水泵出口进行分流，就会比在最高级加热器出口进行分流产生更高的热经济性。因此，基于节能考虑的视角，在对喷水减温系统进行设计或者改进时，该系统应该从最高级加热器出口中进行分流。

3)喷水系统相比传统降温系统拥有更为简单的系统结构，且对机组调温较为灵敏，因此比较适宜在过热器上广泛地使用。同时，从喷水减温系统方面来比较，再热器喷水减温导致机组整体的热经济性的下降幅度明显比过热器喷水减温要大，且根据数据显示，如果再热器跟过热器的喷水份额相同，那么前者导致的机组热经济性降低程度会明显大于后者。如果必须对喷水减温系统进行使用，就必须保证减温水的来源为再热器给水泵的中间抽头，且整个减温系统只能作为减温的辅助性手段。

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