朱存旭，劉 承

(1．山西漳山發(fā)電有限責任公司，山西 長治 046021;2．大連市熱電集團有限公司香海熱電廠，遼寧 大連 116011)

凝結水過冷度是評價凝汽器運行優(yōu)劣的重要經(jīng)濟指標之一。由于凝汽器在設計、安裝中存在的問題及電廠運行人員操作不當?shù)仍颍鲀?nèi)的凝結水溫往往低于凝汽器壓力對應下的飽和溫度，其溫差 (Δτwc)稱為凝結水過冷度［1］。凝結水過冷度與真空泵的運行狀況 (真空度)、凝結水水位等因素有關。凝結水過冷度大會導致凝汽器內(nèi)的熱量損失增加，此時凝結水就需要在末級加熱器內(nèi)吸收更多的熱量，使末級加熱器抽汽量增加、進入汽輪機做功的蒸汽量減少，同時還會導致凝結水水位過高和除氧不足，凝結水含氧量的增加加劇了凝結水管道的腐蝕并加大了除氧器的熱除氧負荷，對設備安全運行不利［1］。目前，計算凝結水過冷度對機組經(jīng)濟性影響時多采用熱平衡法，計算過程復雜且需要的機組參數(shù)多。本文從火電廠熱力系統(tǒng)節(jié)能角度出發(fā)，將熱力系統(tǒng)狀態(tài)方程和矩陣分析方法相結合推導出凝結水過冷度對機組熱經(jīng)濟性影響的數(shù)學模型，以某電廠1 000 MW機組為例進行理論計算，并根據(jù)計算結果，分析凝結水過冷度對機組熱力系統(tǒng)經(jīng)濟性的影響。

1 計算模型推導［2］

凝結水過冷度對系統(tǒng)影響的數(shù)學模型是建立在熱力系統(tǒng)狀態(tài)方程的基礎上，結合熱力系統(tǒng)汽水分布狀態(tài)方程、鍋爐吸熱量方程、汽輪機功率方程推導出來的，其推導過程如下。

熱力系統(tǒng)汽水分布狀態(tài)方程［1］:

式中，［A］、［Af］、［T］分別為回熱系統(tǒng)、輔助蒸汽系統(tǒng)及輔助水流系統(tǒng)的結構矩陣; ［D0］和［Dbl］分別為主蒸汽流量、鍋爐排污量; ［Di］、［Dfi］和 ［Dfwi］分別為加熱器各級抽汽流量、輔助蒸汽流量、輔助水流量所組成的列向量;［Q0f］為外界純熱量擾動組成的列向量;［τi］為各級加熱器給水焓升。

汽輪機功率方程［2］:

式中:H為汽輪機功率;D0為汽輪機進口蒸汽流量;h0為汽輪機進口蒸汽的比焓值;σ為單位質量工質在再熱器中的吸熱量;hc為低壓缸排氣焓值;為單位質量加熱器抽汽少做的功;Di為各級加熱器的抽汽量;為單位質量通流部分漏汽少做的功;Dfti為進 (出)汽輪機通流部分的蒸汽流量;Dzl為再熱蒸汽的流量;hzr為再熱蒸汽熱段蒸汽焓值。

鍋爐吸熱量方程［4］:

式中，求和下標c表示該機組高壓缸回熱抽汽的抽汽個數(shù) (以下計算實例熱力系統(tǒng)中c=3);求和下標k表示從高壓缸離開系統(tǒng)的輔助蒸汽流個數(shù) (c和k都表示求和矩陣的階數(shù)，即 ［σ］c=［σ σ… σ］T中有c個σ元素、［σ］k= ［σ σ …σ］T中有k個σ元素);Q為鍋爐吸熱量;σ為機組再熱器吸熱量;Dfti、Drs及Dss分別為進出汽輪機通流部分的輔汽流量、再熱減溫水流量、過熱減溫水流量;h0、hfw、hzr、hrs及 hss分別為主蒸汽比焓、主給水比焓、鍋爐排污焓值、再熱器出口焓值、再熱減溫水焓值、過熱減溫水焓值。

根據(jù)小擾動理論可知凝結水焓hwc變化不大時αfi、αfti、Δqi變化很小，可見凝結水過冷不會影響系統(tǒng)其它參數(shù) (如 h0、σ、hc、αi、αftj)的變化［5］。

式 (2)兩邊同除以D0，再對末級加熱器入口水焓hwc求偏導:

由偏微分理論可知，若末級加熱器的入口水焓變化時，1 kg新蒸汽做功量的變化值:

同理將式 (3)兩邊同除以D0，再對末級加熱器入口水焓hwc求偏導:

將式 (4)、式 (6)代入式 (7)，化簡得內(nèi)效率的絕對變化量:

內(nèi)效率的相對變化量:

將式 (1)兩邊同除以D0，再對末級加熱器入口水焓hwc求偏導:

將式 (11)代入式 (9)即可求得內(nèi)效率的相對變化量:

表1 機組額定數(shù)據(jù)及抽汽效率

圖1 N1000－25/600/6001000機組熱力系統(tǒng)圖

表2 N1000－25/600/600(雙背壓)機組計算結果

2 機組參數(shù)

某電廠1 000 MW超超臨界機組N1000－25/600/600采用單軸四缸四排汽 (1個高壓雙流缸、1個中壓雙流缸和2個雙流低壓缸)、一次中間再熱、雙壓凝汽器、沖動式汽輪機，該機組的熱力系統(tǒng)圖見圖1?；責嵯到y(tǒng)采用三高四低一除氧的八級加熱器［6］。

該機組額定工況下加熱蒸汽放熱量 (qi)、各級加熱器給水焓升 (τi)、疏水放熱量 (γi)、回熱加熱器抽汽系數(shù) (αi)、抽汽效率 (ηi)見表1。

可知機組額定工況 (TRL)下，新蒸汽等效熱降H=1 247.2 kJ/kg、循環(huán)吸熱量Q=2 760 kJ/kg。實際循環(huán)效率ηi=0.451 9，熱耗率q=8 133.5 kJ/kWh，標準煤耗 bb=296.26 g/kWh［7］。

3 計算結果

以1 000 MW機組為例，分別應用上述推導出的數(shù)學模型和常規(guī)熱平衡法在凝結水過冷度為1℃、2℃、3℃、4℃、5℃、6℃時進行計算，得出凝結水過冷度變化對機組熱經(jīng)濟性的影響，計算結果見表2。

當凝結水過冷度不斷增大時，機組熱經(jīng)濟性不斷下降，煤耗率不斷增加，可見凝結水過冷度對機組的影響很大，不可忽視。實際運行中應加強監(jiān)視凝汽器內(nèi)的凝結水水位高度和保證凝汽器真空度維持在較高水平，實現(xiàn)安全經(jīng)濟運行［8］。

4 結論

a． 基于熱力系統(tǒng)結構矩陣理論、依據(jù)小擾動原理分析了凝結水過冷度變化對機組熱經(jīng)性的影響，結合1 000 MW機組實例給出了凝結水在不同過冷度下對機組煤耗的影響?？梢婋S著凝結水過冷度的增大，機組熱經(jīng)濟性降低，煤耗率呈線性增加。

b． 該模型物理意義明確，具有較強的規(guī)律性，便于記憶，無須計算每一級加熱器的等效焓降和抽汽效率，使得分析更加簡捷、快速，由于引入矩陣，適用于計算機編程。

［1］ 盧緒祥，李錄平．凝結水過冷度及其對機組性能的影響分析 ［J］．汽輪機技術，2002，44(2):117－119．

［2］ 張春發(fā)，張素香，崔映紅，等．現(xiàn)行電力行業(yè)熱經(jīng)濟性狀態(tài)方程 ［J］．工程熱物理學報，2001，11(6):665－667．

［3］ 閆順林，張春發(fā)，李永華，等．火電機組熱力系統(tǒng)汽水分布通用矩陣方程［J］．中國電機工程學報，2000，20(8):69－73．

［4］ 林萬超．火電廠熱系統(tǒng)節(jié)能理論［M］．西安:西安交通大學出版社，1994．

［5］ 閆順林，孫軼卿．凝結水過冷度對火電機組熱經(jīng)濟性影響的計算模型 ［J］．汽輪機技術，2009，51(1):175－179．

［6］ 李 巖．1 000 MW機組熱力系統(tǒng)熱經(jīng)濟性分析及優(yōu)化［D］．保定:華北電力大學，2011．

［7］ 田松峰，李 巖．1 000 MW機組噴水減溫系統(tǒng)的熱經(jīng)濟性［J］．東北電力技術，2010，31(6):13－15．

［8］ 李 巖，武慶源，王 鵬．汽輪機進汽參數(shù)改變對機組經(jīng)濟性的影響 ［J］．東北電力技術，2010，31(7):4－8．