閆順林，申赫男，蘭紅穎，劉 揚(yáng)

（華北電力大學(xué) 能源與動(dòng)力工程學(xué)院，河北 保定 071003）

660 MW超臨界機(jī)組加熱器運(yùn)行熱經(jīng)濟(jì)性影響因素的定量分析

閆順林，申赫男，蘭紅穎，劉 揚(yáng)

（華北電力大學(xué) 能源與動(dòng)力工程學(xué)院，河北 保定 071003）

加熱器上端差和抽汽壓損是影響加熱器運(yùn)行性能的兩種主要因素。在多元擾動(dòng)下熱力系統(tǒng)能效分析模型基礎(chǔ)上，以660 MW超臨界機(jī)組的典型工況為例，計(jì)算了這兩種主要因素對機(jī)組能效影響的強(qiáng)度系數(shù)，并繪制了強(qiáng)度系數(shù)關(guān)于機(jī)組運(yùn)行負(fù)荷的比較圖和趨勢圖，找出了該機(jī)組實(shí)際運(yùn)行中應(yīng)密切監(jiān)視和重點(diǎn)控制的參數(shù)，為機(jī)組的節(jié)能降耗提供幫助，也可為其他類型機(jī)組的同類問題提供參考。

上端差；抽汽壓損；強(qiáng)度系數(shù)；機(jī)組能耗

0 引言

電廠熱力系統(tǒng)中，加熱器是重要的輔機(jī)之一，其運(yùn)行水平直接影響電廠的熱經(jīng)濟(jì)性。其中，加熱器運(yùn)行端差、抽汽壓損、散熱損失等是影響其熱經(jīng)濟(jì)性的主要因素。定量分析上述擾動(dòng)因素對電廠熱經(jīng)濟(jì)性的影響，確定運(yùn)行中需要重點(diǎn)監(jiān)督的參數(shù)，對熱力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)優(yōu)化、節(jié)能改造、現(xiàn)場運(yùn)行有重要的意義［1，2］。本文從上端差和抽汽壓損角度定量分析這兩種擾動(dòng)對機(jī)組能效的影響。

本文在多元擾動(dòng)下的熱力系統(tǒng)能效分析模型基礎(chǔ)上，定量分析了660 MW超臨界機(jī)組加熱器的上端差和抽汽壓損對能效的影響，借助于各影響因素對能效影響的強(qiáng)度系數(shù)圖譜，揭示了上端差和抽汽壓損對能效影響的變化規(guī)律［3］，找出了整個(gè)回?zé)嵯到y(tǒng)中加熱器部分需要重點(diǎn)監(jiān)視的參數(shù)，為機(jī)組的運(yùn)行、檢修和節(jié)能降耗提供幫助。本文也可為其他類型機(jī)組的同類問題提供參考。

1 660 MW超臨界機(jī)組熱力系統(tǒng)概況

型號(hào)為 CLN660-24.2／566／566的超臨界機(jī)組是一次中間再熱、三缸四排汽、單軸、雙背壓、凝汽式汽輪機(jī)，其回?zé)嵯到y(tǒng)由3個(gè)高壓加熱器、4個(gè)低壓加熱器和1個(gè)除氧器構(gòu)成。其中，高壓加熱器和低壓加熱器為表面式加熱器，除氧器為混合式加熱器。除除氧器之外，其他加熱器均設(shè)有疏水冷卻器。該機(jī)組的熱力系統(tǒng)圖如圖1所示。

圖1 660 MW超臨界機(jī)組熱力系統(tǒng)圖Fig.1 Thermodynamic system diagram of a 660 MWsupercritical unit

2 影響因素定量分析數(shù)學(xué)模型

根據(jù)火電機(jī)組比內(nèi)功方程、循環(huán)吸熱量方程、汽水分布方程及能效計(jì)算公式，經(jīng)推導(dǎo)得出機(jī)組能效與加熱器影響因素的微分關(guān)系式為［3～5］：

式中：dηt／ηt為機(jī)組能效的相對變化量；d X表示影響加熱器運(yùn)行因素 （如加熱器端差、抽汽壓損等）的微分變化量； MX為加熱器擾動(dòng)因素對dηt／ηt影響的強(qiáng)度系數(shù)，表示擾動(dòng)因素每變化一個(gè)物理單位 （1℃或1%）時(shí)，dηt／ηt的變化量。

本文中，該機(jī)組各級加熱器上端差強(qiáng)度系數(shù)（或抽汽壓損強(qiáng)度系數(shù)）值是在當(dāng)前典型工況下，該級加熱器上端差 （或抽汽壓損）發(fā)生擾動(dòng)而求得。機(jī)組能效的相對變化量等于加熱器擾動(dòng)因素的強(qiáng)度系數(shù)與擾動(dòng)變化量微分變量的乘積。當(dāng)加熱器擾動(dòng)因素變化量一定時(shí)，強(qiáng)度系數(shù)越大，能效的相對變化量越大；反之則越小。加熱器影響因素強(qiáng)度系數(shù)的大小，直接反應(yīng)了在某一工況下，各影響因素發(fā)生擾動(dòng)對機(jī)組能效影響程度的大小。

3 上端差對熱經(jīng)濟(jì)性影響定量分析

加熱器上端差變化屬于機(jī)組局域性擾動(dòng)。這種擾動(dòng)盡管有時(shí)強(qiáng)度較大，但對通流部分的熱力學(xué)狀態(tài)參數(shù)影響不大，因此，對整個(gè)系統(tǒng)的熱力學(xué)參數(shù)的影響不大。根據(jù)機(jī)組耗差分析的小擾動(dòng)理論［6］，可使分析過程進(jìn)一步簡化。當(dāng)?shù)趇級加熱器上端差發(fā)生擾動(dòng)時(shí)，本級加熱器出口水焓發(fā)生變化，從而導(dǎo)致各級加熱器抽汽量的變化，甚至影響鍋爐給水溫度，而機(jī)組其余運(yùn)行參數(shù)基本不變［7］。

根據(jù)dηt／ηt的表達(dá)式，并結(jié)合上述分析，計(jì)算了該模型下各加熱器上端差變化對機(jī)組能效影響的強(qiáng)度系數(shù)值，并與常規(guī)熱平衡法進(jìn)行了對比，繪制了該機(jī)組各級加熱器不同負(fù)荷下，上端差強(qiáng)度系數(shù)對比圖以及強(qiáng)度系數(shù)隨負(fù)荷變化的趨勢圖，計(jì)算結(jié)果參見表1和圖2、圖3。

由表1和圖2、圖3可知：

（1）采用本文方法和常規(guī)熱平衡法，計(jì)算加熱器上端差強(qiáng)度系數(shù)的計(jì)算結(jié)果誤差非常小，完全可以滿足工程需要，從而證明了本文計(jì)算的正確性。（2）對于同一級加熱器而言，不同工況下的上端差強(qiáng)度系數(shù)相差不大，即對于同一級加熱器，其上端差強(qiáng)度系數(shù)不會(huì)隨運(yùn)行負(fù)荷的增大而明顯增大或減小。當(dāng)機(jī)組主要運(yùn)行參數(shù)變化不大時(shí)，上端差強(qiáng)度系數(shù)可視為不變。 （3）在相同負(fù)荷下，各級加熱器上端差強(qiáng)度系數(shù)不同。即各級上端差每變化一個(gè)物理單位 （1℃）對該660 MW機(jī)組能效的相對變化量的影響程度不同。按照上端差強(qiáng)度系數(shù)由大到小將加熱器編號(hào)依次排序?yàn)椋?號(hào)、6號(hào)、5號(hào)、8號(hào)、7號(hào)、2號(hào)、3號(hào)。

表1 各級加熱器上端差強(qiáng)度系數(shù)計(jì)算匯總表Tab.1 Summary calculation of intensity coefficient of heater terminal temperature difference

現(xiàn)以1號(hào)加熱器和3號(hào)加熱器為例進(jìn)行分析：由圖2、3可知，1號(hào)加熱器的上端差強(qiáng)度系數(shù)是3號(hào)加熱器強(qiáng)度系數(shù)的4.6倍左右，也就是說，在當(dāng)前運(yùn)行工況下，1號(hào)和3號(hào)加熱器的上端差均變化1℃，1號(hào)引起機(jī)組能效的相對變化量是3號(hào)的4.6倍左右。反之，如果能夠及時(shí)對運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，采取措施進(jìn)行參數(shù)調(diào)控，減少端差變化，1號(hào)加熱器對機(jī)組能效的提高作用也是最明顯的。因此在該機(jī)組運(yùn)行中，應(yīng)該重點(diǎn)監(jiān)督1號(hào)加熱器的端差，再依次監(jiān)控6號(hào)、5號(hào)等。

4 抽汽壓損對熱經(jīng)濟(jì)性影響的定量分析

加熱器的抽汽壓損擾動(dòng)屬于機(jī)組局域性擾動(dòng)［8］。因此當(dāng)?shù)趇級加熱器抽汽壓損變化時(shí)，抽汽口壓力、加熱器的上、下端差可視為不變，抽汽壓損變化將導(dǎo)致加熱器汽側(cè)的飽和溫度變化，引起本級和相鄰加熱器的給水焓升發(fā)生變化和各級抽汽量的重新分配［3］。

根據(jù)dηt／ηt的表達(dá)式，并結(jié)合上述分析，計(jì)算了各加熱器抽汽壓損變化對機(jī)組能效影響的強(qiáng)度系數(shù)值，并繪制了不同負(fù)荷下，各級加熱器抽汽壓損強(qiáng)度系數(shù)的對比圖及趨勢圖，計(jì)算結(jié)果參見表2和圖4、圖5。

表2 各級加熱器抽汽壓損強(qiáng)度系數(shù)計(jì)算匯總表Tab.2 Summary calculation of intensity coefficient of steam extraction pressure loss

由表2和圖4、圖5可知：

（1）采用本文方法和常規(guī)熱平衡法計(jì)算加熱器抽汽壓損強(qiáng)度系數(shù)的計(jì)算結(jié)果誤差非常小，完全可以滿足工程需要，從而證明了抽汽壓損強(qiáng)度系數(shù)計(jì)算的正確性。 （2）對于同一加熱器而言，不同工況下的抽汽壓損強(qiáng)度系數(shù)相差較大。由抽汽壓損強(qiáng)度系數(shù)隨負(fù)荷變化的趨勢圖可以看出，該系數(shù)與負(fù)荷基本都成線性關(guān)系，并且該系數(shù)的絕對值隨著機(jī)組負(fù)荷的增大而增大。也就是說，某級加熱器的抽汽壓損在不同工況下發(fā)生同樣大小的擾動(dòng)，運(yùn)行負(fù)荷越大，則擾動(dòng)對機(jī)組能效的影響程度也就越大。 （3）在相同負(fù)荷下，各級加熱器抽汽壓損強(qiáng)度系數(shù)不同，即各級抽汽壓損每變化一個(gè)物理單位 （1%）對該機(jī)組能效的相對變化量的影響程度不同。根據(jù)圖4按照抽汽壓損強(qiáng)度系數(shù)由大到小將加熱器編號(hào)依次排序?yàn)椋?號(hào)、4號(hào)、5號(hào)、6號(hào)、2號(hào)、3號(hào)、8號(hào)、7號(hào)。

由圖3和圖4可看出，1號(hào)和4號(hào)加熱器抽汽壓損強(qiáng)度系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他，也就是說在該機(jī)組運(yùn)行時(shí)，當(dāng)各級抽汽壓損均變化1%時(shí)，1號(hào)和4號(hào)對機(jī)組能效的影響程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他組，因此，在電廠條件允許的情況下，應(yīng)該重點(diǎn)監(jiān)控1號(hào)和4號(hào)加熱器的抽汽壓損變化情況，及時(shí)調(diào)控，使機(jī)組安全高效地運(yùn)行。

5 結(jié)論

根據(jù)多元擾動(dòng)下的熱力系統(tǒng)能效分析模型，通過計(jì)算660 MW超臨界機(jī)組加熱器上端差擾動(dòng)和抽汽壓損擾動(dòng)對機(jī)組能效影響的強(qiáng)度系數(shù)，繪制了該機(jī)組典型工況下各級加熱器的上端差強(qiáng)度系數(shù)和抽汽壓損強(qiáng)度系數(shù)比較圖，以及強(qiáng)度系數(shù)隨負(fù)荷變化的趨勢圖，定量分析了兩種擾動(dòng)因素對機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性的影響程度，找出了該機(jī)組實(shí)際運(yùn)行中應(yīng)密切監(jiān)視和重點(diǎn)控制的重要參數(shù)。本文的研究結(jié)果，可為電廠同類熱經(jīng)濟(jì)性定量分析和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供依據(jù)。

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Quantitative Analysis of Factors Influencing on Thermal Efficiency of Heater in 660 MWSupercritical Unit

Yan Shunlin，Shen Henan，Lan Hongying，Liu Yang
（School of Energy Power and Mechanical Engineering，North China Electric Power University，Baoding 071003，China）

Heater Terminal Temperature Difference of the steam heater and Steam extraction pressure loss are the main factors influencing the working performance of heaters.Base on thermal system energy efficiency analysis model applied in multiple disturbance，this article takes typical working conditions of a 660 MWsuper critical unit of for cases，and then calculated intensity coefficients of the two main factors affecting unit energy efficiency，drew the comparison figures and trend figures of intensity coefficient about unit running load，and found parameters in the actual unit running which should be closely monitored and critically controlled.It provides certain helps for unit energy saving and consumption reducing.

terminal temperature difference；steam extraction pressure loss；intensity coefficient；unit energy consumption

TK284

A

2012－06－08。

閆順林 （1959-），男，教授，從事火電機(jī)組節(jié)能理論、節(jié)能技術(shù)及鍋爐燃燒穩(wěn)定性的研究，通信作者，申赫男，E-mail：shenhenan 2010＠126.com。