盛晶銘，孟召軍，王敬宇，姜昊言，王天琦

（沈陽工程學(xué)院 能源與動力學(xué)院，遼寧 沈陽 110136）

目前，國內(nèi)外600 MW 超超臨界機(jī)組的低壓加熱器疏水系統(tǒng)大多采用逐級自流的疏水方式將疏水直接送入凝汽器。這種逐級自流的方式簡單可靠，運(yùn)行成本較低，被火電廠大量采用［1］。但在使用該疏水方式時，由于疏水在逐級自流的過程中會放出部分熱量，排擠了該加熱器的回?zé)岢槠?，使冷源損失增大，降低了機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性［2］。當(dāng)采用安裝疏水泵與疏水冷卻器的疏水方式時，由于疏水熱量在本級被利用，使本級抽汽得以減少，降低了機(jī)組的標(biāo)準(zhǔn)煤耗率，也使運(yùn)行變得相對安全。但安裝疏水泵會增加廠用電的損耗，且疏水泵設(shè)置的地點(diǎn)不一樣，相應(yīng)熱經(jīng)濟(jì)性的計算結(jié)果也大為不同；同時，安裝疏水冷卻器也會增加系統(tǒng)的復(fù)雜性，增加額外投入。因此，在進(jìn)行低壓加熱器疏水系統(tǒng)節(jié)能改造時，需要對不同的疏水方式的熱經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)進(jìn)行計算。

本文依據(jù)某600 MW 機(jī)組低壓加熱器回?zé)嵯到y(tǒng)現(xiàn)狀，提出了幾種在低壓加熱器疏水系統(tǒng)中安裝疏水泵和疏水冷卻器的改進(jìn)方案，并根據(jù)等效熱降法對上述幾種改進(jìn)方案的熱經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)進(jìn)行了計算，從而確定了最佳的改進(jìn)方案。

1 低壓加熱器疏水系統(tǒng)熱經(jīng)濟(jì)性的計算模型

1.1 采用疏水冷卻器的經(jīng)濟(jì)計算模型

根據(jù)等效熱降法，在低壓加熱器中安裝疏水冷卻器的疏水改進(jìn)系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 安裝疏水冷卻器的加熱器系統(tǒng)

設(shè)ηj和ηj+1為第j號和第j+1 號加熱器的抽汽效率，β為當(dāng)疏水流過疏水冷卻器的疏水份額，Δγj為1 kg疏水在冷卻器中的焓降。安裝疏水冷卻器后，疏水在該冷卻器中放出的熱量為βΔγj。未安裝疏水冷卻器時，疏水放出的熱量在第j+1 號加熱器中的做功為βΔγjηj+1；安裝疏水冷卻器后，該熱量隨主凝結(jié)水一起回到第j號加熱器中，并在該加熱器中放熱，則額外獲得的做功為βΔγjηj［3］。綜上，第j號加熱器中新蒸汽等效焓降的增加值可表示為

假若考慮第j號加熱器中蒸汽放熱量的變化，ΔH的準(zhǔn)確表達(dá)式可修正為

式中，qj為第j號加熱器抽汽的放熱量；安裝疏水冷卻器時，Δγj為正；未安裝疏水冷卻器時，Δγj為負(fù)［4］。

根據(jù)等效熱降法可知，采用疏水冷卻器的疏水系統(tǒng)的熱經(jīng)濟(jì)性增量模型為

1.2 采用疏水泵的經(jīng)濟(jì)計算模型

根據(jù)等效熱降法，在低壓加熱器安裝疏水泵的改進(jìn)系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 安裝疏水泵的加熱器系統(tǒng)

在疏水系統(tǒng)安裝疏水泵后，疏水與主凝結(jié)水混合后增加的熱量αHΔτj將在j+1 號加熱器中做功，則系統(tǒng)做功增量為αHΔτj+1［5］若未安裝疏水泵，疏水先在冷凝器中放熱，然后進(jìn)入第j號加熱器，該過程吸收的熱量為(τj-Δτj)βj，做功損失為βj(τj-Δτj)ηj［6］。

綜上所述，第j號加熱器中新蒸汽的焓降的增加值可表示為

式中，αH為疏水混合后主凝結(jié)水的份額；Δτj為疏水混合后主凝結(jié)水提高的焓值；βj為疏水泵的疏水份額；ηj和ηj+1分別為第j號和第j+1 號加熱器的抽汽效率。

在具體計算時，還應(yīng)考慮第j號加熱器不使用疏水泵時相應(yīng)放熱量的變化。因此，將第j號加熱器的放熱量由qj調(diào)整為qj±Δqj。在使用疏水泵時Δqj為正值，在不使用疏水泵時Δqj為負(fù)值，即安裝疏水泵后第j號加熱器的新蒸汽等效熱降的變化值可修正為

根據(jù)等效熱降法可知，采用疏水泵的疏水系統(tǒng)的熱經(jīng)濟(jì)性增量模型為

2 計算模型的應(yīng)用

2.1 各段抽汽等效熱降

對某600 MW 機(jī)組的疏水系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計。機(jī)組型號為N600-16.7/538/538，熱力系統(tǒng)如圖1所示，具體數(shù)據(jù)及等效熱降計算結(jié)果如表1所示。

表1 原始數(shù)據(jù)及等效熱降計算結(jié)果

2.2 低壓加熱器疏水系統(tǒng)方案設(shè)定

雖然在疏水系統(tǒng)中安裝疏水泵可以降低標(biāo)準(zhǔn)煤耗率，但由于在運(yùn)行時疏水泵會增加廠用電的使用量，這就造成了電損耗的增加，且過多地安裝疏水泵會增加投入成本，增加運(yùn)行檢修人員的工作量［7］。綜上所述，在選擇改進(jìn)方案時，要綜合分析安裝疏水泵的個數(shù)與機(jī)組經(jīng)濟(jì)性之間的關(guān)系。

在疏水系統(tǒng)中安裝疏水冷卻器既可以降低標(biāo)準(zhǔn)煤耗率，又無需消耗廠用電，且運(yùn)行安全性良好。因此，在低壓加熱器疏水方式的選擇過程中應(yīng)多多考慮疏水冷卻器的使用次數(shù)。

由于疏水泵與疏水冷卻器的安裝位置不同，對疏水系統(tǒng)熱經(jīng)濟(jì)性的影響也大為不同，所以提出以下8種疏水改進(jìn)方式：

1）方式一：在4#低壓加熱器處安裝疏水冷卻器，疏水冷卻器的下端差為3 ℃；

2）方式二：安裝疏水泵代替4#加熱器的疏水冷卻器；

3）方式三：停用4#加熱器的疏水冷泵，在3#加熱器處安裝疏水冷卻器，疏水冷卻器的下端差為3 ℃；

4）方式四：安裝疏水泵代替3#加熱器的疏水冷卻器；

5）方式五：停用3#加熱器的疏水冷泵，在2#加熱器處安裝疏水冷卻器，疏水冷卻器的下端差為3 ℃；

6）方式六：安裝疏水泵代替2#加熱器的疏水冷卻器；

7）方式七：停用2#加熱器的疏水冷泵，在1#加熱器處安裝疏水冷卻器，疏水冷卻器的下端差為3 ℃；

8）方式八：安裝疏水泵代替1#加熱器的疏水冷卻器。

根據(jù)等效熱降法，對以上改進(jìn)方式的熱經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)進(jìn)行計算，其結(jié)果如表2所示。

表2 8種不同疏水方式的經(jīng)濟(jì)效益

根據(jù)以上計算結(jié)果可以看出：安裝疏水泵與疏水冷卻器均可以提高機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性，且安裝的位置不同所對應(yīng)的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)的計算結(jié)果也大為不同。因此，對低壓加熱器疏水系統(tǒng)的改進(jìn)可以考慮如下方案：

方案一：1#～4#低壓加熱器均安裝疏水冷卻器，本應(yīng)流入下一級加熱器的疏水就會流入下一級的疏水冷卻器，這樣不僅可以使疏水的溫度降低，利用能級得到提高，還可以減小疏水與下一級主凝結(jié)水的溫差，如圖3所示。

圖3 方案一

方案二：安裝疏水泵代替2#低壓加熱器的疏水冷卻器，1#、3#和4#低壓加熱器均安裝疏水冷卻器，如圖4所示。

圖4 方案二

方案三：安裝疏水泵代替3#低壓加熱器的疏水冷卻器，其他加熱器均安裝疏水冷卻器，如圖5所示。

圖5 方案三

3種方案的計算結(jié)果如表3所示。

表3 3種方案的計算結(jié)果

根據(jù)以上方案匯總計算結(jié)果，如圖6所示。

圖6 3種改進(jìn)方案的計算結(jié)果

對以上計算結(jié)果進(jìn)行分析可知：

1）與疏水逐級自流的原方案相比，在疏水系統(tǒng)中安裝疏水冷卻器的3 種改進(jìn)方案均可以提高機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性；

2）方案二的熱經(jīng)濟(jì)性最好；

3）對比方案一與方案二，在2#加熱器安裝疏水泵后，系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)煤耗率降低了0.015 g/(kW·h)，熱耗率降低了0.689 2 kJ/(kW·h)。由此可見，安裝疏水泵的熱經(jīng)濟(jì)性要好于安裝疏水冷卻器。

3 結(jié)論

1）本文根據(jù)等效熱降法對某600 MW 機(jī)組低壓加熱器疏水系統(tǒng)中安裝疏水泵與疏水冷卻器的改進(jìn)方式的熱經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)進(jìn)行了計算，計算結(jié)果表明：在低壓加熱器疏水系統(tǒng)的改造過程中，安裝疏水泵或疏水冷卻器均可以提高機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性。

2）雖然在低壓加熱器疏水系統(tǒng)中安裝疏水泵的熱經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)較好，但由于疏水泵會增加廠用電的消耗，這就增加了運(yùn)行成本；而疏水冷卻器因其自身結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行維護(hù)方便，故電廠大多采用安裝疏水冷卻器的疏水方式。綜合以上優(yōu)缺點(diǎn)，選擇在2#低壓加熱器安裝疏水泵，在1#、3#和4#加熱器安裝疏水冷卻器的改進(jìn)方案對火電廠低壓加熱器疏水系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)。與原方案相比，其標(biāo)準(zhǔn)煤耗率降低了0.135 g/(kW·h)，熱耗率降低了4.895 6 kJ/(kW·h)，循環(huán)熱效率提高了0.023%。