尤祥光

大唐鞏義發(fā)電有限責(zé)任公司 河南 鄭州 451200

高壓換熱器作為一種熱量轉(zhuǎn)換裝置，主要應(yīng)用于大容量火電機(jī)組回?zé)嵯到y(tǒng)，是提高機(jī)組經(jīng)濟(jì)型的重要手段，隨著新能源發(fā)電技術(shù)的不斷發(fā)展及國家政策的傾斜，近年來新投產(chǎn)小容量生物質(zhì)能發(fā)電機(jī)組越來越多，在電網(wǎng)中所占的比重也越來越大，但隨著生物質(zhì)能機(jī)組的不斷增多，燃料供應(yīng)情況不斷緊張，實(shí)際燃料與設(shè)計(jì)燃料發(fā)生了很大的偏差，大多數(shù)生物質(zhì)能機(jī)組使用的都是低熱值、低熔點(diǎn)的燃料，機(jī)組運(yùn)行一段時間后受熱面積灰結(jié)焦嚴(yán)重，造成排煙溫度大幅度升高，使鍋爐的熱效率明顯下降，高加解列后雖然汽輪機(jī)效率下降，但排煙溫度的下降使鍋爐效率提高，有些機(jī)組鍋爐效率提升幅度甚至略大于汽輪機(jī)效率的下降幅度，反而使火電廠循環(huán)熱效率有小幅提高。本文提供了某生物質(zhì)能熱電廠高加退出后機(jī)組效率變化的具體案例，為新能源機(jī)組的設(shè)計(jì)改進(jìn)與現(xiàn)有機(jī)組運(yùn)行方式的優(yōu)化提供一些參考。

某生物質(zhì)能熱電廠采用青島汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的C15－8.83/0.98型汽輪機(jī)，額定初參數(shù)P1＝8.83 MPa，t1＝535℃，額定排汽壓力3.5KPa。

下面的計(jì)算首先通過朗肯循環(huán)計(jì)算各主要參數(shù)，然后分別計(jì)算布置一到五段抽汽和退出一二段抽汽狀態(tài)下的參數(shù)值并進(jìn)行對比，為便于計(jì)算，各參數(shù)取當(dāng)?shù)?月份經(jīng)驗(yàn)值。

正常情況下凝汽器真空約為－95.0 KPa，取排汽壓力P2＝5KPa。

在h－s圖中定出新蒸汽狀態(tài)點(diǎn)1，得h1＝3476 KJ/Kg，理想情況下蒸汽在汽輪機(jī)中作可逆絕熱膨脹，過程1－2為定熵過程。在h－s圖上作定熵線1－2與P2＝5KPa等壓線，得h2＝2066 KJ/Kg。依據(jù)飽和水和飽和水蒸汽表P2＝5 KPa時，ν2′＝0.00100524 m3/kg，h2′＝137.72 KJ/Kg。

w T＝h1－h(huán)2＝1410 KJ/Kg

wp＝h4－h(huán)3≈(P1－P2)ν2′＝13.57KJ/Kg

h4＝h3＋wP＝152.29KJ/Kg

q1＝h1－h(huán)4＝3324.71KJ/Kg

若略去水泵功，則

取經(jīng)驗(yàn)值鍋爐中熱源平均溫度783.15 K，凝汽器中循環(huán)水溫度298.15K，汽輪機(jī)相對內(nèi)效率為ηT＝0.90，鍋爐熱效率ηB＝0.88。

內(nèi)部熱效率ηr＝Wnet，act/q1＝0.3776

循環(huán)熱效率ηi＝Wnet，act/(q1·ηB)＝ηr·ηB＝0.3323＝33.23%

過程中作功能力損失可按熵產(chǎn)計(jì)算

h2′＝137.72 KJ/Kg，s2′＝0.476 KJ/(Kg·K)，t2′＝32.88℃，s4＝s2，s2，act＝7.235 KJ/(Kg·K)，ν2，act＝24.6 m3/kg

在汽輪機(jī)中，工質(zhì)絕熱膨脹，工質(zhì)熵增即為熵產(chǎn)。

IT＝T0·sg＝T0(Δs－sf)＝T0(s2，act-s1)＝136.55 KJ/Kg

在凝汽器中，工質(zhì)維持32.88℃，循環(huán)水溫度為25℃q2＝h2，act－h(huán)2′＝2069.28 KJ/Kg

IC＝T0·sg＝T0·siso＝T0(s2′－s2，act-sf)＝T0(s2′－s2，act-q2/T0)＝54.11 KJ/Kg若取熱源平均溫度為783.15K，工質(zhì)吸熱q1＝3324.71 KJ/Kg IB＝T0·sg＝T0·siso＝T0(s1－s4-sf)＝T0(s1－s4-q1/TH)＝612.88

I＝ΣIi＝IT＋I(xiàn)C＋I(xiàn)B＝803.54 KJ/Kg

每產(chǎn)生1Kg蒸氣燃料提供的熱能qB＝q1/ηB＝3778.08 KJ/Kg

循環(huán)中凝汽器凝汽損失

q2/qB＝54.77%

凝汽器中做功能力損失

IC/I＝6.73%

汽輪機(jī)中不可逆絕熱膨脹引起的做功能力損失

IT/I＝16.99%

可見循環(huán)中主要的熱量損失在凝汽器中，近55%的熱量在凝汽器中被冷卻水帶走，但凝汽溫度接近于環(huán)境溫度，故做工能力損失較低，鍋爐煙氣的做工能力損失很大但熱量損失遠(yuǎn)小于凝汽器中的熱量損失。

機(jī)組負(fù)荷14376KW，工業(yè)供汽25t/h工況下的各段抽氣參數(shù)，此時汽耗為5017 Kg/K W·h，熱耗為7924 Kg/K W·h。這種工況下機(jī)組初參數(shù)為P1＝8.83 MPa，t1＝535℃，排汽壓力P2＝3.5KPa，排汽溫度t2＝527℃，h1＝3476 KJ/Kg，h2＝2320 KJ/Kg排汽為不飽和水蒸氣，給水溫度t0′1＝215℃，h0′1＝921KJ/Kg。

各段抽氣抽氣量及比焓

α1＝0.0667，h01＝3240KJ/Kg

α2＝0.0188，h02＝3095KJ/Kg

αz＝0.0218，h0z＝3335KJ/Kg

α3＝0.0620，h03＝3046KJ/Kg

αg＝0.3364，h0g＝3046 KJ/Kg

α4＝0.0662，h04＝2783KJ/Kg

α5＝0.0793，h05＝2572KJ/Kg

wT＝(1－αz)(h1－h(huán)01)＋(1－αz－α1)(h01－h(huán)02)＋(1－αz－α1－α2)(h02－h(huán)03)＋(1－αz－α1－α2－α3－αg)(h03－h(huán)04)＋(1－αz－α1－α2－α3－αgα4)(h04－h(huán)05)＋(1－αz－α1－α2－α3－αg-α4－α5)(h05－h(huán)2)＝715.0026 KJ/Kg

q1＝h1－h(huán)0′1＝2555KJ/Kg

η＝0.27984

假設(shè)機(jī)組初蒸汽參數(shù)不變，在退出#1、#2高加運(yùn)行的情況下，α1、α2、αz均為零。根據(jù)高加投退前后各段抽汽壓力溫度變化曲線，并按照1－2型管殼式換熱器計(jì)算得

給水比焓h0′3＝618.33KJ/Kg

乏汽比焓h2＝2336KJ/Kg

各段抽氣抽氣量及比焓

α3＝0.0732，h03＝3046KJ/Kg

αg＝0.3364，h0g＝3046 KJ/Kg

α4＝0.0709，h04＝2783KJ/Kg

α5＝0.0891，h05＝2572KJ/Kg

wT′＝h1－h(huán)03＋(1－α3－αg)(h03－h(huán)04)＋(1－α3－αg-α4)(h04－h(huán)05)＋(1－α3－αg-α4－α5)(h05－h(huán)2)＝796.45 KJ/Kg

q1′＝h1－h(huán)0′3＝2847.67 KJ/Kg

h′＝636.89KJ/Kg

η′＝0.27968

高加解列后，給水溫度下降約70℃，鍋爐排煙溫度下降約30℃，資料顯示排煙溫度每降低1℃，鍋爐效率可以提高約0.05%，高加退出后鍋爐效率約提高1.5%.

高加投退前循環(huán)熱效率(有25t/h工業(yè)供汽)ηi＝0.24625

高加投退后循環(huán)熱效率(有25t/h工業(yè)供汽)ηi′＝0.2503

高加投退后循環(huán)熱效率增加ηi′－ηi＝0.00405＝0.4%

以上為在機(jī)組負(fù)荷14376K W，工業(yè)供汽25t/h工況下機(jī)組的循環(huán)熱效率；在沒有工業(yè)抽汽的情況下，排汽溫度和排汽比焓會有明顯上升，使wT減小q1減小η增大ηi增大，機(jī)組循環(huán)熱效率會有明顯增大，初步計(jì)算熱效率ηi≈31%。分析計(jì)算過程可知，在停運(yùn)工業(yè)抽汽的工況下(ηi′－ηi)誤差會進(jìn)一步縮小，即高加投退對機(jī)組效率的影響進(jìn)一步弱化。

結(jié)論

在機(jī)組負(fù)荷14376K W，工業(yè)供汽25t/h工況下，高加解列后鍋爐效率提高，汽輪機(jī)效率下降，但鍋爐效率提升的幅度略大于汽輪機(jī)效率的下降，故火電廠循環(huán)熱效率有小幅提高。這是因?yàn)樯镔|(zhì)機(jī)組設(shè)計(jì)之初考慮的燃料是高熱值、高灰熔點(diǎn)的穩(wěn)定燃料，而實(shí)際情況下，受條件限制，大多數(shù)生物質(zhì)能機(jī)組使用的都是低熱值、低熔點(diǎn)的燃料，機(jī)組運(yùn)行一段時間后受熱面積灰結(jié)焦嚴(yán)重，造成排煙溫度大幅度升高，因此高加退出后對機(jī)組效率反而有了小幅提升。在現(xiàn)有手段無法解決積灰結(jié)焦問題的情況下，針對生物質(zhì)能燃料不穩(wěn)定，氣溫波動大的特點(diǎn)，在機(jī)組長周期運(yùn)行排煙溫度升高較多、機(jī)組主汽溫度低的情況下，可以考慮退出高加組運(yùn)行，給水溫度降低鍋爐蒸發(fā)量下降易會顯著的提高主蒸汽溫度，進(jìn)一步提高機(jī)組熱效率。

但高加長時間推出可能造成一些不利影響，例如鍋爐尾部煙氣溫度過低易造成空預(yù)器低溫腐蝕，因此，機(jī)組停運(yùn)檢修過程中應(yīng)該加強(qiáng)對空預(yù)器的檢查及受損空預(yù)器管道的更換；燃料含濕量較大的情況下排煙溫度降低會引起煙氣中水蒸氣過熱度大幅下降，可能會引起布袋除塵器積灰板結(jié)，退出高加期間要加強(qiáng)對布袋除塵器運(yùn)行情況的監(jiān)視工作。