基于加热器换热性能的汽轮机通流设计适应性研究

2022-05-12崔传涛马守祥曾胜龙

山西电力 2022年2期

崔传涛，马守祥，曾胜龙

（1.中电华创电力技术研究有限公司，江苏苏州 215123；2.中电商丘热电有限公司，河南商丘 476000）

0 引言

随着国家节能减排工作的逐步实施，对燃煤机组能耗水平的要求不断提高，国内300 MW 等级亚临界机组能耗指标在新形势下处于竞争劣势，综合考虑煤耗指标、投资费用、技术风险及能耗指标的竞争性等因素，汽轮机通流改造是改善300 MW 亚临界机组能耗指标的重要技术措施[1-3]。通流改造对抽汽回热系统影响较大，需要考虑回热系统与通流部分设计的适应性。

1 回热系统与通流设计适应性理论

汽轮机通流改造对回热系统有较大影响，机组抽汽参数发生变化，产生的影响主要有以下几方面：一是现有加热器换热面积若不足则需更换加热器；二是抽汽回热系统换热不充分，影响给水温度；三是影响加热器抽汽流量，汽轮机运行热耗率升高。当前抽汽参数的选取是以汽轮机热耗率最低为基准，并没有考虑加热器的换热性能，抽汽回热系统对汽轮机热耗率的影响在性能试验计算过程中被修正，对机组运行煤耗产生不利影响[4]。

机组在投产设计阶段，各段抽汽参数为加热器的设计进汽参数，在保证汽轮机热耗率的前提下兼顾加热器的换热效果。汽轮机通流改造后，各级抽汽参数发生相应变化，若加热器换热性能与通流设计适应性差，会出现部分加热器原有换热面积无法满足需求，影响回热系统换热效果，造成机组给水温度偏低等问题[5-7]。

在热力学第二定律、等效焓降等理论基础上，建立了机组回热抽汽系统计算程序，得到具体的抽汽参数对机组热经济性的影响变化关系[8-9]。加热器抽汽流量计算公式为

其中，Fn为n 级抽汽量，kg/h；hn为n 级加热器进汽焓，kJ/kg；hdn为n 级加热器疏水焓，kJ/kg；Fn-1为上级加热器疏水量，kg/h；hn-1为上级加热器疏水焓，kJ/kg；Fv为加热器其他进汽量，kg/h；hv为加热器其他进汽焓，kJ/kg；Ffw为加热器进出水流量，kg/h；hfn-1为加热器出水焓，kJ/kg；hfn为加热器进水焓，kJ/kg。

2 回热系统换热性能分析

以国内某300 MW 机组为例，定量计算抽汽参数变化对回热系统的影响，该汽轮机型号为N300-16.7/537/537，共8 级抽汽回热系统，配置3 台高压加热器、1 台除氧器和4 台低压加热器。

该机组在进行通流改造的同时，将主蒸汽、再热蒸汽温度由537 ℃提高到566 ℃。为进一步了解机组各级加热器实际换热效果，开展加热器性能试验，结合机组性能试验数据，计算各级加热器换热能力，并与原设计换热能力进行对比分析。机组原设计参数及通流改造后抽汽系统参数如表1 所示。

表1 各加热器参数对比

由表1 可以看出，各级加热器实际运行情况与原有设计水平存在一定的偏差，分别为原有设计值的90.33%～111.98%。其中，2 号高压加热器及7、8号低压加热器换热效果低于原有设计水平，1、3 号高压加热器及5、6 号低压加热器换热效果高于原有设计水平。

将汽轮机回热系统原设计值、实际运行值、通流改造设计参数分别进行计算，为便于对比分析，将加热器原有设计值定义为100%，加热器实际运行水平、通流改造设计值分别进行计算，各级加热器换热量结果如图1 所示。

图1 各加热器换热量对比

按照通流设计抽汽参数进行计算，计算结果表明：第一，3 号高压加热器和6 号低压加热器需求换热量超过原设计换热能力，其他加热器实际换热量低于原设计换热能力；第二，汽轮机通流改造设计后，2 号高压加热器和3 号高压加热器需求换热量超过加热器实际运行水平，其他加热器换热量低于实际运行水平；第三，为满足汽轮机通流改造后加热器换热性能要求，需要更换2 号高压加热器和3 号高压加热器。

3 抽汽参数优化调整

通过上述分析可以看出，通流改造设计抽汽参数与各级加热器实际换热水平适应性不佳。其中，2号高压加热器和3 号高压加热器实际换热效果不能满足通流改造需求，需要更换加热器。2 台高压加热器更换投资费用较高，为降低项目投资费用，结合各级加热器实际换热效果，通过抽汽参数优化调整的方式，改善抽汽参数与加热器性能适应性不佳的状况，从而达到避免或减少加热器更换的效果。

抽汽参数调整以不影响机组给水温度为原则，充分发挥各级加热器实际换热能力，并兼顾加热器原有设计换热能力，以此为基础进行抽汽参数调整。结合上述分析数据，制定抽汽参数调整原则，适当增加1、5、7、8 段抽汽流量，适当减少3、6 段抽汽流量。抽汽参数调整后，各级加热器换热情况如图2 所示。