投运低压省煤器后汽轮机背压变化分析

刘传玲，柳明辉，陈振江，宋昂

（1.华电电力科学研究院有限公司，浙江省，杭州市 310030；2.华电龙口发电股份有限公司，山东省，烟台市 265700）

0 引言

国内电站锅炉普遍存在排烟温度偏高的问题，针对这一问题，常加装低压省煤器来提高机组的运行经济性[1-3]。机组加装低压省煤器后，锅炉的烟气余热进入回热系统，排挤回热系统的抽汽，以达到节能的目的，同时排挤抽汽进入凝汽器，会引起汽轮机背压的升高。有研究认为投运低压省煤器对汽轮机背压的影响可以忽略[4]，以往采用“等效焓降法”进行低压省煤器节能[5-6]分析中，也忽略了这方面的影响。本文通过试验与计算发现，该影响不能忽略；为准确计算投运低压省煤器后汽轮机背压的变化，及该变化对投运低压省煤器节能效果的影响，文中建立了汽轮机背压变化计算模型，并对模型进行了验证。

1 汽轮机背压变化的计算模型

汽轮机背压的变化，主要由凝汽器排汽量的变化引起，因此在计算模型的建立过程中，首先要建立凝汽器排汽量的增量计算模型，然后通过凝汽器变工况计算，得出汽轮机背压的变化量。

1.1 凝汽器排汽量的增量计算

机组投运低压省煤器后，锅炉的烟气余热进入回热系统加热凝结水，排挤回热系统的抽汽返回低压缸作功。机组在同负荷下，所需要的主蒸汽流量减少，排汽量也相应下降；同时由于排挤抽汽在低压缸作功后，进入凝汽器，引起排汽量增加。因此凝汽器排汽量的增量需要计算上述两方面的影响。

主蒸汽流量变化引起的凝汽器排汽的减少计算如下：

式中：ΔDn-0为主蒸汽流量变化引起的凝汽器排汽的减少量，t⋅h-1；ΔD0为投入低压省煤器后主蒸汽流量的减少量，t·h-1；αn为凝汽器排汽量占主蒸汽流量的份额；D00为投入低压省煤器后主蒸汽流量，t⋅h-1；δq为投入低压省煤器后热耗率的变化率，%。

图1为典型的锅炉低压省煤器的热力系统示意图[7-9]。凝结水分别由i-1、i级低压加热器出口引出，混合后流经锅炉低压省煤器，吸收锅炉烟气余热，由i+1级低压加热器出口处返回凝结水。

图1 典型的锅炉低压省煤器热力系统示意图Fig. 1 Schematic diagram of typical boiler low pressure economizer thermal system

根据等效焓降理论[10-11]，按照图1所示，低压省煤器投运后，将排挤i级、i+1级、i+2级低压加热器抽汽量，从而引起凝汽器排汽量的增加：

式中：ΔDn-i为i级低加排挤抽汽引起的凝汽器排汽量的增量，t⋅h-1；ΔDn-(i+1)为 i+1 级低加排挤抽汽引起的凝汽器排汽量的增量，t⋅h-1；ΔDn-(i+2)为i+2级低加排挤抽汽引起的凝汽器排汽量的增量，t⋅h-1；Dds-i-1为i-1级低加出口进入低压省煤器的凝结水流量，t⋅h-1；Dds为进入低压省煤器总的凝结水流量，t⋅h-1；ho-ds为低压省煤器出口凝结水焓值，kJ⋅kg-1；hi-(i+2)为i+2级低加入口凝结水焓值，kJ⋅kg-1；ti+1为i+1级低加凝结水焓升，kJ⋅kg-1；ti为 i 级低加凝结水焓升，kJ⋅kg-1；ti-1为i-1级低加凝结水焓升，kJ⋅kg-1；qi+1为i+1级低加抽汽放热量，kJ⋅kg-1；qi为 i级低加抽汽放热量，kJ⋅kg-1；qi-1为 i-1级低加抽汽放热量，kJ⋅kg-1；γi+1为 i+1 级低加疏水放热量，kJ⋅kg-1；γi为 i级低加疏水放热量，kJ⋅kg-1。

凝汽器排汽净增量计算：

1.2 汽轮机背压的增量计算

机组投运低压省煤器后，进入凝汽器的排汽量发生变化，改变了凝汽器的负荷，在凝汽器入口冷却水温和冷却水量不变时，凝汽器的压力将发生变化，通过凝汽器变工况[10]计算，得出汽轮机背压的变化量。式中：tn为未投运低压省煤器时的凝汽器温度，℃；twi为循环水入口温度，℃；Dn为未投运低压省煤器时的凝汽器排汽量，t⋅h-1；tn0为投运低压省煤器时的凝汽器温度，℃；Dn0为投运低压省煤器时的凝汽器排汽量，t⋅h-1；Pn0为未投运低压省煤器时的汽轮机背压，kPa；Pn为投运低压省煤器时的汽轮机背压，kPa；ΔPn为汽轮机背压的增量，kPa。

2 汽轮机背压变化的实例计算

某220MW机组在加装低压省煤器后，为测量低压省煤器的节能效果，分别进行了投运与停运低压省煤器的热力性能试验。试验工况见表1。

表1 低压省煤器节能效果试验工况Tab. 1 Test conditions of Low pressure economizer energy savings effect

以该机组为例，根据上文中的计算模型，分别计算上述3个试验工况下，投运低压省煤器后凝汽净增量，并由凝汽器变工况模型，计算未投运低压省煤器时凝汽器压力，最终得到投运低压省煤器后汽轮机背压的增量。计算结果如表2所示。

表2 投运省煤器后汽轮机背压增量Tab. 2 Back pressure increment after the installation of economizer

由表2可以看出，由该文计算模型得出的机组未投运低省时的凝汽器压力，与经过循环水入口温度修正后的试验测量值相比，3个工况相对偏差最大为 1.12%，验证了该计算模型；投入低压省煤器后，由于凝汽器排汽量的变化，汽轮机背压有所上升，在220MW工况下，汽轮机背压上升 0.29kPa，该变化对机组投运低省后的经济性会产生部分抵消作用。

3 汽轮机背压变化对低压省煤器节能效果的影响

目前在分析低压省煤器的热经济性时，存在的两种主流方法，分别是汽轮机热力性能试验法和等效焓降法。在以往“等效焓降法”计算低压省煤器节能量的过程中，未考虑背压变化的影响，在上述推导的基础上，对以往“等效焓降法”进行了背压变化的修正。3种方法计算结果对比见表3。

由表3可以看出，“等效焓降法”计算出的节能量要高于“热力试验法”。这是因为在“热力试验法”中，投、停低压省煤器时机组的热耗率均进行了背压修正；而“等效焓降法”只是计算了低压省煤器吸收的锅炉余热返回热力系统，排挤抽汽带来的机组做功增加，未考虑到汽轮机背压升高引起的机组作功下降。背压变化修正后“等效焓降法”节能量，与“热力试验法”节能量更加接近。

表3 投运低压省煤器后节能量Tab. 3 Energy saving after the installation of economizer

4 结论

根据等效焓降理论，建立了机组投运低压省煤器后，汽轮机背压变化的计算模型。在某220MW 机组投运低压省煤器的实例分析中，模型计算与试验测量的相对偏差最大值为 1.12%，验证了该文建立的模型；机组投运低压省煤器后，在220MW工况下，汽轮机背压上升0.29kPa，影响机组热耗率 0.19%，该变化对机组投运低压省煤器后的经济性会产生部分抵消作用。机组投运低压省煤器后的节能效果分析中，在以往“等效焓降法”的基础上，还需要考虑背压变化对节能量的影响。