基于等效热降法的火电厂低压加热器疏水系统热经济性分析

盛晶铭，孟召军，王敬宇，姜昊言，王天琦

（沈阳工程学院 能源与动力学院，辽宁 沈阳 110136）

目前，国内外600 MW 超超临界机组的低压加热器疏水系统大多采用逐级自流的疏水方式将疏水直接送入凝汽器。这种逐级自流的方式简单可靠，运行成本较低，被火电厂大量采用［1］。但在使用该疏水方式时，由于疏水在逐级自流的过程中会放出部分热量，排挤了该加热器的回热抽汽，使冷源损失增大，降低了机组的热经济性［2］。当采用安装疏水泵与疏水冷却器的疏水方式时，由于疏水热量在本级被利用，使本级抽汽得以减少，降低了机组的标准煤耗率，也使运行变得相对安全。但安装疏水泵会增加厂用电的损耗，且疏水泵设置的地点不一样，相应热经济性的计算结果也大为不同；同时，安装疏水冷却器也会增加系统的复杂性，增加额外投入。因此，在进行低压加热器疏水系统节能改造时，需要对不同的疏水方式的热经济性指标进行计算。

本文依据某600 MW 机组低压加热器回热系统现状，提出了几种在低压加热器疏水系统中安装疏水泵和疏水冷却器的改进方案，并根据等效热降法对上述几种改进方案的热经济性指标进行了计算，从而确定了最佳的改进方案。

1 低压加热器疏水系统热经济性的计算模型

1.1 采用疏水冷却器的经济计算模型

根据等效热降法，在低压加热器中安装疏水冷却器的疏水改进系统如图1所示。

图1 安装疏水冷却器的加热器系统

设ηj和ηj+1为第j号和第j+1 号加热器的抽汽效率，β为当疏水流过疏水冷却器的疏水份额，Δγj为1 kg疏水在冷却器中的焓降。安装疏水冷却器后，疏水在该冷却器中放出的热量为βΔγj。未安装疏水冷却器时，疏水放出的热量在第j+1 号加热器中的做功为βΔγjηj+1；安装疏水冷却器后，该热量随主凝结水一起回到第j号加热器中，并在该加热器中放热，则额外获得的做功为βΔγjηj［3］。综上，第j号加热器中新蒸汽等效焓降的增加值可表示为

假若考虑第j号加热器中蒸汽放热量的变化，ΔH的准确表达式可修正为

式中，qj为第j号加热器抽汽的放热量；安装疏水冷却器时，Δγj为正；未安装疏水冷却器时，Δγj为负［4］。

根据等效热降法可知，采用疏水冷却器的疏水系统的热经济性增量模型为

1.2 采用疏水泵的经济计算模型

根据等效热降法，在低压加热器安装疏水泵的改进系统如图2所示。

图2 安装疏水泵的加热器系统

在疏水系统安装疏水泵后，疏水与主凝结水混合后增加的热量αHΔτj将在j+1 号加热器中做功，则系统做功增量为αHΔτj+1［5］若未安装疏水泵，疏水先在冷凝器中放热，然后进入第j号加热器，该过程吸收的热量为(τj-Δτj)βj，做功损失为βj(τj-Δτj)ηj［6］。

综上所述，第j号加热器中新蒸汽的焓降的增加值可表示为

式中，αH为疏水混合后主凝结水的份额；Δτj为疏水混合后主凝结水提高的焓值；βj为疏水泵的疏水份额；ηj和ηj+1分别为第j号和第j+1 号加热器的抽汽效率。

在具体计算时，还应考虑第j号加热器不使用疏水泵时相应放热量的变化。因此，将第j号加热器的放热量由qj调整为qj±Δqj。在使用疏水泵时Δqj为正值，在不使用疏水泵时Δqj为负值，即安装疏水泵后第j号加热器的新蒸汽等效热降的变化值可修正为

根据等效热降法可知，采用疏水泵的疏水系统的热经济性增量模型为

2 计算模型的应用

2.1 各段抽汽等效热降

对某600 MW 机组的疏水系统进行改进设计。机组型号为N600-16.7/538/538，热力系统如图1所示，具体数据及等效热降计算结果如表1所示。

表1 原始数据及等效热降计算结果

2.2 低压加热器疏水系统方案设定

虽然在疏水系统中安装疏水泵可以降低标准煤耗率，但由于在运行时疏水泵会增加厂用电的使用量，这就造成了电损耗的增加，且过多地安装疏水泵会增加投入成本，增加运行检修人员的工作量［7］。综上所述，在选择改进方案时，要综合分析安装疏水泵的个数与机组经济性之间的关系。

在疏水系统中安装疏水冷却器既可以降低标准煤耗率，又无需消耗厂用电，且运行安全性良好。因此，在低压加热器疏水方式的选择过程中应多多考虑疏水冷却器的使用次数。

由于疏水泵与疏水冷却器的安装位置不同，对疏水系统热经济性的影响也大为不同，所以提出以下8种疏水改进方式：

1）方式一：在4#低压加热器处安装疏水冷却器，疏水冷却器的下端差为3 ℃；

2）方式二：安装疏水泵代替4#加热器的疏水冷却器；

3）方式三：停用4#加热器的疏水冷泵，在3#加热器处安装疏水冷却器，疏水冷却器的下端差为3 ℃；

4）方式四：安装疏水泵代替3#加热器的疏水冷却器；

5）方式五：停用3#加热器的疏水冷泵，在2#加热器处安装疏水冷却器，疏水冷却器的下端差为3 ℃；

6）方式六：安装疏水泵代替2#加热器的疏水冷却器；

7）方式七：停用2#加热器的疏水冷泵，在1#加热器处安装疏水冷却器，疏水冷却器的下端差为3 ℃；

8）方式八：安装疏水泵代替1#加热器的疏水冷却器。

根据等效热降法，对以上改进方式的热经济性指标进行计算，其结果如表2所示。

表2 8种不同疏水方式的经济效益

根据以上计算结果可以看出：安装疏水泵与疏水冷却器均可以提高机组的热经济性，且安装的位置不同所对应的经济性指标的计算结果也大为不同。因此，对低压加热器疏水系统的改进可以考虑如下方案：

方案一：1#～4#低压加热器均安装疏水冷却器，本应流入下一级加热器的疏水就会流入下一级的疏水冷却器，这样不仅可以使疏水的温度降低，利用能级得到提高，还可以减小疏水与下一级主凝结水的温差，如图3所示。

图3 方案一

方案二：安装疏水泵代替2#低压加热器的疏水冷却器，1#、3#和4#低压加热器均安装疏水冷却器，如图4所示。

图4 方案二

方案三：安装疏水泵代替3#低压加热器的疏水冷却器，其他加热器均安装疏水冷却器，如图5所示。

图5 方案三

3种方案的计算结果如表3所示。

表3 3种方案的计算结果

根据以上方案汇总计算结果，如图6所示。

图6 3种改进方案的计算结果

对以上计算结果进行分析可知：

1）与疏水逐级自流的原方案相比，在疏水系统中安装疏水冷却器的3 种改进方案均可以提高机组的热经济性；

2）方案二的热经济性最好；

3）对比方案一与方案二，在2#加热器安装疏水泵后，系统的标准煤耗率降低了0.015 g/(kW·h)，热耗率降低了0.689 2 kJ/(kW·h)。由此可见，安装疏水泵的热经济性要好于安装疏水冷却器。

3 结论

1）本文根据等效热降法对某600 MW 机组低压加热器疏水系统中安装疏水泵与疏水冷却器的改进方式的热经济性指标进行了计算，计算结果表明：在低压加热器疏水系统的改造过程中，安装疏水泵或疏水冷却器均可以提高机组的热经济性。

2）虽然在低压加热器疏水系统中安装疏水泵的热经济性指标较好，但由于疏水泵会增加厂用电的消耗，这就增加了运行成本；而疏水冷却器因其自身结构简单，运行维护方便，故电厂大多采用安装疏水冷却器的疏水方式。综合以上优缺点，选择在2#低压加热器安装疏水泵，在1#、3#和4#加热器安装疏水冷却器的改进方案对火电厂低压加热器疏水系统进行改进。与原方案相比，其标准煤耗率降低了0.135 g/(kW·h)，热耗率降低了4.895 6 kJ/(kW·h)，循环热效率提高了0.023%。