排挤抽汽原理研究及应用

张灿勇，孙华杰

（1.山东省电力学校，山东 泰安 271000；2.华电青岛发电有限公司，山东 青岛 266031）

0 引言

采用给水回热循环可以提高发电厂的热经济性（提高循环热效率和提高汽轮机相对内效率），作为回热循环核心设备的回热加热器是利用汽轮机的回热抽汽来加热给水或凝结水，以提高其温度。当某热量利用于加热器时，就会使该抽汽减少（排挤抽汽），削弱了机组的回热效果，带来热经济性的下降，可以利用这种影响来分析机组热经济性的变化，这种节能分析方法称之为排挤抽汽原理。

1 排挤抽汽原理

为阐述问题方便，构建如图1所示三级回热的热力系统，并假设进入汽轮机的新蒸汽为1 kg，这时各级抽汽分别为 α1、α2和 α3，给水的焓值为 h′g1kJ/kg。

h0为新蒸汽焓，kJ/kg；h1、h2、h3为各级抽汽焓，kJ/kg；hn为汽轮机排汽焓，kJ/kg；hs为疏水焓，kJ/kg；h′n为凝结水焓，kJ/kg。

假设一个纯热量q（即无工质带入系统）利用于3号加热器，使3号加热器的抽汽减少

图1 三级回热的热力系统

假设一个纯热量q利用于1号加热器，使1号加热器的抽汽减少Δα1

Δα1蒸汽称为排挤抽汽，如图3所示。Δα1排挤抽汽中有一部分作功到汽轮机的排汽口，另一部分作功到后面各抽汽口再被抽出用以加热给水。Δα1排挤抽汽随后在各抽汽口上的分配，按照热平衡思想［1］可分析计算如下。

图2 纯热量q利用于3号加热器

由于1号加热器抽汽减少Δα1，在仅有热量加入而无工质加入时，其疏水也相应减少Δα1，因而使疏水在 2 号加热器中的放热量减少了Δα1（hs1-h′g2），这个减少了的热量应由第二段抽汽来补偿，其补偿量

排挤抽汽继续向后流动的份额只有（Δα1-Δα2）了。这部分蒸汽膨胀作功后，产生相同数量的水返回3号加热器。3号加热器为了加热这部分水，因而抽汽增加

汽轮机排汽增加

由于（h1-h′s1）≈（h3-h′s3）

图3 纯热量q利用于1号加热器

涉及机组回热系统的热经济性问题，可以认为就是热量排挤回热抽汽引起的热经济性问题［1］（包括了冷源损失的变化）。该热量归纳起来可分为两大类：一类是纯热量变化或出入热力系统，它只是热量的变迁或进出系统，没有工质伴随，简称“纯热量”，它的进出不影响热力系统的工质平衡，分析起来相对简单明了一些。另一类是带工质的热量变动或出入热力系统，它不仅有热量变迁，而且还伴随有工质的变迁，简称“带工质的热量”，它的进出对热力系统的工质平衡有一定影响，计算分析也相对就复杂一些。

2 应用排挤抽汽原理分析加热器疏水方式的热经济性

加热蒸汽在表面式加热器中经放热凝结而成的凝结水称为疏水。这些疏水在加热器内不与被加热水（主凝结水和主给水）直接混合，需及时排出加热器，其排出方式会影响回热机组的热经济性和系统的复杂程度。

2.1 完全疏水方式

完全疏水方式就是加热器的疏水全部流出回热系统，如图4所示。回热系统既没有回收疏水，也没有利用疏水的热量，疏水对回热抽汽没有任何排挤，系统最简单。根据排挤抽汽原理一，疏水没有削弱机组的回热效果，回热机组的循环热效率没有下降。这种疏水方式虽然能保证循环热效率不降低，但它既损失工质（疏水）又损失热量（疏水热量是回热系统的内部热量），整个机组的热经济性不高，正常运行情况下现场不采用这种疏水方式。

图4 完全疏水方式

2.2 逐级自流的疏水方式

逐级自流的疏水方式，如图5所示。由于压力较高加热器的疏水流入较低压力的加热器，疏水会在压力较低加热器的汽侧空间要放出热量，从而总是排挤较低压力的回热抽汽。根据排挤抽汽原理二（在系统已经存在排挤抽汽的情况下，单纯从保证循环热效率的角度看，排挤高压抽汽比排挤低压抽汽要经济），从保证循环热效率的角度来考虑，总不希望排挤低压抽汽。另外，这种疏水方式的机组，在保持汽轮机输出功率一定的条件下，还会造成抽汽作功减少，凝汽作功增加，冷源损失增大。因此，疏水逐级自流方式构成的回热系统虽然简单可靠，但机组的热经济性也不高。

图5 逐级自流的疏水方式

2.3 加装疏水泵的疏水方式

加装疏水泵的疏水方式有两种。一种是将疏水送入本级加热器的入口，如图6（a）所示；另一种是将疏水送入本级加热器的出口，如图6（b）所示。图6（a）所示的入口方式把回收的疏水热量利用于本级加热器，排挤了本级抽汽；图6（b）所示的出口方式把回收的疏水热量利用于高一级加热器，排挤了高一级抽汽。根据排挤抽汽原理二，出口方式要比入口方式的热经济性高，现场一般采用出口方式。加装疏水泵的疏水方式一般就是指图6（b）所示的将疏水送入加热器的出口。

将疏水用疏水泵送入被加热水管道中，提高了高一级加热器的入口水温，相当于该疏水的热量利用于高一级加热器，对高一级加热器的抽汽产生了排挤，机组的热经济性比采用完全疏水方式和采用逐级自流方式的要高。但在这种系统中，对应每台加热器，必须装设两台疏水泵（其中一台备用），增加了投资；另外，疏水泵是转动设备，增大了厂用电耗，降低了运行可靠性。

图6 加装疏水泵的疏水方式

2.4 加装疏水冷却器的疏水方式

加装疏水冷却器的疏水方式，如图7所示。在疏水自流入低一级加热器之前，先流过疏水冷却器（或加热器的疏水冷却段），用主凝结水（或给水）将疏水适当降低温度后再流入下一级加热器。这种疏水方式，降低了流出疏水冷却器的疏水温度，疏水的部分“纯热量”利用于本级加热器，疏水再流入低一级加热器，减轻了疏水自流入低一级加热器时对抽汽的排挤。根据排挤抽汽抽汽原理，其热经济性优于疏水逐级自流方式，但比加装疏水泵的热经济性要低。

图7 加装疏水冷却器的疏水方式

用疏水冷却器代替疏水泵，虽然会使机组热经济性略有降低，但带来的好处却很明显：无转动设备，消除了疏水泵发生汽蚀的隐患，疏水系统简单，安全性高；省去了运行与备用疏水泵（包括电动机），降低了投资，节省了厂用电。

3 结语

回热系统是火力发电机组最核心的热力系统之一，排挤抽汽原理是分析机组热经济性最重要、最基本的节能原理。排挤抽汽原理主要包含两点：单纯从提高循环热效率的角度看，总不希望存在对回热抽汽的排挤，因为任何排挤抽汽都会削弱回热效果，使机组的循环热效率下降；在系统已经存在排挤抽汽的情况下，单纯从保证循环热效率的角度看，排挤高压抽汽比排挤低压抽汽要经济。

各种疏水方式都有其优、缺点，应用排挤抽汽原理可以清晰地分析疏水方式对机组的热经济性的影响。

表示机组热经济性的指标有很多，影响其热经济性的因素也很复杂，在一定影响范围内，这些因素主要是带来循环热效率的变化。