1 000 MW火電機組高壓加熱器效率研究

陳增輝,劉 磊

(1.大唐東營發電有限公司,山東 東營 257000;2.大唐東北電力試驗研究院,吉林 長春 130000)

0 引言

高壓加熱器是汽輪機附屬系統中的重要設備，利用從汽輪機中間級后抽出的蒸汽，加熱鍋爐給水，以實現提高機組熱效率的目的。因此，盡早發現并及時處理高壓加熱器的故障對提高火力發電廠的熱經濟性意義很大[1]。當前行業內多用加熱器的端差大小來評價高壓加熱器的熱經濟性?，F在大型機組的高壓加熱器一般采用疏水冷卻段、凝結段和蒸汽冷卻段的三段式結構。這樣可以盡可能地降低其上、下端溫差，提高機組的熱經濟性。

目前運行的超超臨界機組高壓加熱器多設置內置式蒸汽冷卻器(段)，但對于二次再熱機組，來自高壓缸的二段抽汽管道及來自中壓缸的四段抽汽管道過熱度分別達到260 ℃和325 ℃以上，對應的回熱加熱器換熱溫差大，換熱引起的不可逆損失增大影響機組的熱經濟性。

傳統熱分析方法沒有考慮到能量的品質，進而對進一步挖掘節能潛力工作帶來理論上的障礙。而參數兼顧了能量的數量和質量上的統一，是衡量能量轉換設備的統一標準，在文獻[2-3]中詳細介紹了參數的優越性和在能量系統中的應用方法。當前，國內外越來越多的學者利用參數對電站熱力系統、相關耗能系統進行節能診斷工作，并收到了良好的效果[4-7]。為更全面的了解加熱器的性能表現，文章對利用參數對高壓加熱器系統進行效率核算。并以1號高壓加熱器端差變工況作為算例的影響因子，對某1 000 MW高壓加熱器系統進行了效率計算分析，給出高壓加熱器系統設備參數的變化特點，指導電站節能工作。

1 高壓加熱器指標存在的問題

在電站節能統計或者進行性能試驗時，通常不考慮加熱器散熱損失，取換熱效率為100%，此方式為熱力試驗計算給水流量規程推薦方法，同時通過大量的現場試驗證明，計算得到的抽汽流量，以及基于抽汽流量得到的給水及汽輪機主蒸汽流量可得到滿意的精度，說明加熱器熱效率取100%是基本負荷加熱器，但由于運行時的各種原因導致的加熱器溫升可能不達設計值的情況，只能通過端差體現。

根據加熱器熱平衡公式?？芍ǔＴ陔姀S熱力計算過程中認為加熱器熱效率為一定值。即使在加熱器溫升出現變化時，加熱器的換熱效率仍是保持不變的。但加熱器的給水端差此時是變化的。但端差的變化不能夠直接反應加熱器的性能變化。但加熱器的換熱性能下降與熱效率為100%的說法存在矛盾。這也主要是熱方法不區分能量品質等級造成的。同時性能出現的惡化加熱器對系統中其他的加熱器性能影響也是體現不出來的。因此，文章給出一種基于參數的評價方法，加熱器溫升變化時，加熱器的效率能清晰反應加熱器的性能的變化。同時文章給出了加熱器溫升變化對機組性能的影響情況。

2 高壓加熱器效率

e=h-h0-T0(s-s0)

(1)

式中e——水或水蒸氣的/kJ·kg-1；

h——水或水蒸氣焓/kg·kg-1；

h0——水在環境條件下的焓/kg·kg-1；

焓參數可以根據水和水蒸氣焓熵圖中壓力和溫度參數得到。

T0——環境開氏溫度/K；

s——水或水蒸氣的熵/kJ·(kg·K)-1；

s0——水環境條件下的熵/kJ·(kg·K)-1。熵參數可以根據水和水蒸氣焓熵圖中壓力和溫度參數得到。

(2)

式中Gs——加熱器水側流量/kg·s-1；

Gq——加熱器進汽流量/kg·s-1；

e1——加熱器進水/kJ·kg-1；

e2——加熱器出口/kJ·kg-1；

e3——加熱器進汽/kJ·kg-1；

e4——加熱器疏水/kJ·kg-1。

1 000 MW二次再熱機組高壓加熱器通常配置4臺高壓加熱器，系統圖見圖1所示。

(3)

式中egs1——1號高壓加熱器給水出口/kJ·kg-1；

egs2——1號高壓加熱器給水入口/kJ·kg-1；

ejq1——加熱器進汽/kJ·kg-1；

ess1——加熱器疏水/kJ·kg-1；

Ggs——給水流量/kg·s-1；

Gjq1——1號高壓加熱器進汽流量/kg·s-1。

(4)

式中egs2——2號高壓加熱器給水出口/kJ·kg-1；

egs3——2號高壓加熱器給水入口/kJ·kg-1；

ejq2——2號高壓加熱器進汽/kJ·kg-1；

ess2——2號高壓加熱器疏水/kJ·kg-1；

Gjq2——2號高壓加熱器進汽流量/kg·s-1；

Gss1——1號高壓加熱器疏水流量/kg·s-1。

3 某電站高壓加熱器算例

某電站1 000 MW二次再熱機組配置4臺單列蛇形管高壓加熱器，其中二段抽汽和四段抽汽配置外置式過熱蒸汽冷卻器，高壓加熱器系統如圖1所示，加熱器設計參數見表1。

表1 高壓加熱器性能規范

表2 高壓給水系統設計參數

3.1 算例基本假設

工況假設條件：1號高壓加熱器性能出現惡化，給水端差下降導致1號高壓加熱器出口水溫降低；1號高壓加熱器變工況計算時，二段、四段抽汽外置蒸汽冷卻器按照性能試驗中系統修正方法，依據下端差計算2號、4號加熱器進汽溫度；不考慮加熱器散熱損失(熱效率100%)。

3.2 高壓加熱器效率計算

表3 高壓加熱器設計熱效率與效率對比

表3 高壓加熱器設計熱效率與效率對比

設備熱效率/%效率/%1號高壓加熱器10097.822號高壓加熱器10097.273號高壓加熱器10094.474號高壓加熱器10094.57

表4 高壓加熱器效率變工況計算結果

表4 高壓加熱器效率變工況計算結果

1號高壓加熱器端差/℃-1.7-0.70.31.31號高壓加熱器97.8297.7997.7797.752號高壓加熱器97.2797.2897.3097.323號高壓加熱器94.4794.4694.4594.434號高壓加熱器94.5794.5894.6094.61

圖2 1號高壓加熱器端差對高壓效率影響曲線

由計算結果可見，1號高壓加熱器端差增大時，1號高壓加熱器效率是明顯降低的，這與熱效率明顯不同，2號、4號高壓加熱器效率是提高的，究其原因是由于1號高壓加熱器由于端差升高，導致1號高壓加熱器出口水溫降低，2段、4段抽汽過熱蒸汽冷卻器抽汽出口汽溫降低，進而導致2號、4號高壓加熱器進汽溫度，在2號、4號加熱器換熱性能不變的前提下，加熱器進汽溫度降低實際上降低了換熱溫差，從而降低了有溫差換熱的不可逆損失，所以2號、4號高壓加熱器的效率得以升高。這是由于外置式蒸汽冷卻器的出口蒸汽溫度降低引起的2、4號高壓加熱器換熱溫差帶來的不可逆損失。

對于外置蒸汽冷卻器來說，雖然二段抽汽、四段抽汽外置蒸汽冷卻器的進汽流量相應增加，但不能彌補1號高壓加熱器端差惡化引起的給水溫度降低，增加了鍋爐吸熱量和汽機熱耗率。

4 結論與展望

(2)當高壓加熱器換熱性能下降時，熱效率不能夠體現加熱器性能。在加熱器端差惡化時，加熱器效率能夠體現加熱器性能變化。

(4)作為汽輪發電機機組的組成部分，某臺高壓加熱器性能的惡化可能會對影響高壓加熱器性能升高，但對于整個熱力系統來說，性能降低是必然的。