350 MW超临界机组喷水减温系统热经济性分析

韩志军，温 振，胡志刚，华兴鲁

(邯郸热电厂，河北 邯郸 056004)

350 MW超临界机组喷水减温系统热经济性分析

韩志军，温 振，胡志刚，华兴鲁

(邯郸热电厂，河北 邯郸 056004)

以等效热降为基础，建立过热器、再热器喷水减温对机组热经济性影响的数学模型，以350 MW超临界机组为例，分析计算额定工况、最大连续出力和高加解列3种工况下过热器、再热器喷水减温对机组热经济性的影响，结果表明3种工况下再热器喷水减温比过热器喷水减温对机组热经济性的影响要大，额定工况下的再热器喷水减温对机组热经济的影响是最大的，并且减温水量对机组热经济性的影响中，再热器喷水减温比过热器喷水减温表现的更明显些，提出机组运行过程中应尽量避免使用再热器喷水减温的建议。

超临界机组；过热器；再热器；喷水减温；热经济性

1 概述

维持稳定的汽温是保证机组安全性的重要基础，汽温过高或过低都是不允许的，汽温过高会使金属的许用应力降低，汽温过低会使机组的循环热效率降低[1]。因此，锅炉中需有调温手段对温度进行调节，以维持温度的稳定。喷水减温具有调温幅度大、见效快和结构简单等优点，在锅炉机组中得到广泛的应用。喷水减温系统作为电厂热力系统中重要的组成部分，对机组的安全性和经济性均有一定的影响，因此，有必要对喷水减温系统进行定量分析和计算。

喷水减温有4种方式，按作用对象分为过热器和再热器，按喷水出口方式分为最高加热器出口和给水泵出口。不同的方式对机组的热经济性影响是不同的[2]，用等效热降法建立4种喷水减温对机组热经济性影响的计算模型，并以350 MW超临界机组为例进行计算说明，分析比较过热器和再热器喷水减温对机组热经济性影响的不同是节能分析的一个重要方面，为指导系统设计及改造提供参考。

2 基于等效热降的理论基础

对于电厂热力系统来说，抽汽效率和装置效率是计算其他参数的基础[3-4]。对具有一次中间再热，疏水逐级自流的凝汽式汽轮机，抽汽的等效热降为：

(1)

式中：hj为加热器j的抽汽焓，kJ/kg；hn为汽轮机排气焓，kJ/kg；r为加热器j之后更低加热器抽汽口脚码；qr为1 kg蒸汽在加热器r中的放热量，kJ/kg；τr为1 kg水在加热器r中的焓升，kJ/kg；rr为1 kg疏水在加热器r中的放热量，kJ/kg。Ar取τr或 ，当j加热器为汇集式加热器或汇集式加热器之后的加热器(不论是汇集式加热器还是疏水放流式加热器)，Ar取τr，当j加热器为疏水放流式加热器时，从j加热器到汇集式加热器(包括)，Ar取rr。

抽汽效率为：

(2)

式中：qj为j加热器1 kg抽汽放热量。

用变热量分析法推出新蒸汽的等效热降为

(3)

式中：h0为新蒸汽初焓；τ为1 kg蒸汽在再热器中的吸热量，kJ/kg；∑∏为各种作功损失总和，kJ/kg。

(4)

(5)

过热器喷水减温系统(见图1)的减温水来源有2种，最高加热器出口分流和给水泵出口分流，如图1中的a、b方式。再热器喷水减温系统的减温水一般也有2种，最高压力加热器出口分流和给水泵抽头分流，如图1中的c、d方式

图1 喷水减温系统

2.1 过热器喷水减温计算模型

给水泵出口分流不经过高压加热器，降低了回热效率，使机组经济性降低；最高加热器出口分流的喷水减温，若忽略锅炉内部的微小变化，则对经济性无影响。

份额为d的减温水未经过高压加热器加热，减少高压加热器的抽汽份额，增加了新蒸汽在汽轮机中的做功量，1 kg新蒸汽在汽轮机中做功量增加为，

ΔH=α[τ7η7+(τ6-τb)η6]

(6)

1 kg新蒸汽在锅炉中的循环吸热量增加为,

ΔQ=α[τ7+(τ6-τb)]

(7)

据此，减温水来自给水泵出口分流的过热器喷水减温系统使装置经济性降低为：

(8)

2.2 再热器喷水减温计算模型

最高压力加热器出口分流和给水泵抽头分流的2种再热器喷水减温系统均会引起装置经济性的降低，具体算法如下。

2.2.1 喷水来自给水泵抽头分流

喷水来自给水泵抽头分流的再热器喷水减温系统如图1中的d方式所示，设来自给水泵抽头分流的减温水份额为 ，该部分减温水不经过高压加热器加热，减少了抽汽量，增加了1 kg新蒸汽在汽轮机中的做功量，并且其产生的气流不经过高压缸做功，考虑两者因素，减温水在汽轮机少做功为

(9)

式中：hzl为再热器冷端蒸汽焓；τj为1 kg水在j级加热器中的焓升。

减温水未经过热器加热从而引起过热器吸热量减少，减温水未经高压加热器加热，引起循环吸热量的增加，同时，高压加热器抽汽量的减少会引起再热器的吸热量增加。综合三者因素，再热器减温系统循环吸热量下降为

(10)

式中：Δαj为能级j排挤1kg抽汽经过再热器的份额； ΔQzr-j为能级j排挤1kg抽汽引起的再热器吸热量的变化。

喷水来自给水泵抽头分流的再热器喷水减温系统使装置经济性降低为,

(11)

2.2.2 喷水来自最高压力加热器出口分流

最高压加热器出口分流的减温水未经过高压缸做功，其做功减少，ΔH=α(h0-hzl)

(12)

吸热量降低 ΔQ=α(h0-hzl)

(13)

(14)

3 喷水减温系统热经济性实例分析

3.1 应用实例

以邯郸东郊热电厂2号汽轮机为例，邯郸东郊热电厂2号汽轮机为超临界一次中间再热、单轴、双缸双排汽、抽汽凝汽式汽轮机。机组型号为NC350-24.2/0.4/566/566，额定功率为350 MW。该机组有8段回热抽汽，分别给3个高压加热器、1个除氧器和3个低压加热器供热。该机组的原则性热力系统如图2所示。

3.2 机组原始数据

图2 原则性热力系统

表1 各工况机组原始数据及加热器抽汽参数

加热器编号τ/(kJ·kg-1)q/(kJ·kg-1)γ/(kJ·kg-1)H/(kJ·kg-1)η/%TRLTMCRTHOTRLTMCRTHOTRLTMCRTHOTRLTMCRTHOTRLTMCRTHO1138.5138.32045.22044.6934.11012.445.749.52180.7180.82123.42123.1188.2188.3904.2990.442.646.63131.6131.12573.72571.1136.6136.1756847.429.4334201.3202.32052572.32571.12580214.3215.4589.4688.969422.926.826.9572.873.473.62398.523982405378.4479.648215.82020674.777.777.82370.62372.52377757876.4284.5388.93901216.416.47122.2205.82052382.12463.92463121.1204.8201.5184.2300.5301912.212.2

已知机组机械效率ηm=0.988，发电机效率ηg=0.995，计算出3种工况下1 kg新蒸汽在汽轮机做功P、循环吸热量Q及装置效率ηi、汽轮机热耗率q，机组热经济性如表2所示。

表2 3种工况下机组热经济性

工况P/(kJ·kg-1)Q/(kJ·kg-1)η/%q/(kJ·kWh-1)TRL1131.72605.843.48437.9TMCR1204.92605.546.27919.6THO1389.23125.844.48247.8

电厂的过热器喷水减温系统的减温水来自给水泵出口分流，再热器喷水减温系统的减温水来自给水泵抽头分流。已知3种工况下再热冷段焓值hzl，给水泵焓升τb，计算出3种工况中过热器喷水减温及再热器喷水减温系统在5%的减温水份额下，新蒸汽等效热降的变化、循环吸热量的变化及装置效率变化、汽轮机热耗率变化。不同工况下喷水减温对机组热经济性影响如表3所示。

通过表3可以看出，在过热器和再热器减温水份额同为5%的情况下，过热器喷水减温在额定工况下对汽机热耗率的影响是4.22 kJ/kWh，最大连续出力工况下对汽机热耗率的影响是2.53 kJ/kWh，

表3 不同工况下喷水减温对机组热经济性影响

工况P/(kJ·kg-1)Q/(kJ·kg-1)η/%q/(kJ·kWh-1)过热器喷水减温TRL8.4620.850.0504.22TMCR9.2920.950.0322.53THO再热器喷水减温TRL24.23-15.962.813237.36TMCR15.41-11.461.741137.88THO17.7517.750.72059.38

高压加热器解列工况下对汽轮机热耗无影响。再热器喷水减温在额定工况下对汽机热耗率的影响是237.36 kJ/kWh，最大连续出力工况下对汽机热耗率影响是137.88 kJ/kWh，高压加热器解列工况下对汽机热耗率的影响是59.38 kJ/kWh。由此可以看出，额定工况下的再热器喷水减温对机组热经济性的影响是过热器的56倍，最大连续出力工况下是55倍，高加解列工况下的再热器喷水减温对机组经热济性影响很大，而过热器喷水减温对机组热经济性无影响。

4 结论及建议

利用等效热降理论推导出4种喷水减温方式的数学模型，可应用于各种不同类型的机组。以350 MW超临界机组为列，计算过热器和再热器喷水减温对机组热经济性的影响。结果表明，在额定工况、最大连续出力和高加解列3种工况下，同份额减温水的再热器喷水减温对机组热经济性的影响均比过热器喷水减温大的多。其中，额定工况下的再热器喷水减温对机组热经济性的影响是最大的，高加解列工况下的过热器喷水减温对机组热经济性的影响是最小的。对于350 MW超临界机组来说，喷水减温在过热器中可广泛应用，但要尽量减少再热器喷水减温，建议其仅作为辅助性细调或事故喷水即可。

[1] 田松峰，李 岩，刘 哲.超超临界机组喷水减温系统的热经济性分析[J].汽轮机技术，2011,53(2)：136-138.

[2] 殷 捷，王培红.不同喷水减温方式对机组热经济性的影响[J].华东电力，2009(10)：82-84.

[3] 田松峰，李 岩，刘 哲.1 000 MW机组喷水减温系统的热经济性[J].东北电力技术，2010，(6)：13-16.

[4] 谷俊杰，杨 智，任晏伶，等.再热器喷水减温对机组煤耗率的影响研究[J].华北电力大学学报，2011,38(1)：103-106.

Thermal Economic Analysis on Spray De-superheating System for 350 MW Supercritical Unit

Han Zhijum,Wen Zhen,Hu Zhigang,Hua Xinglu

(Handan Cogeneration Power Plant,Handan 056004，China)

Based on equivalent heat drop,this paper establishes the mathematical model of super heater, reheater de-superheating spray on the economic impact of unit.Taking the 350 MW supecritical unit as an example, analyzes and calculaes the economic impact of unit under three conditions, the rated condition, the maximum output condition and high pressure heater shutdown condition. The result showes that the reheater de-superheating spray bigger has impact than thermal spry de-superheating of thermal economy of unit. The impact of thermal economy of unit is biggest to the reheater de-superheating spray under the rated condition,amount the de-superheating water on the thermal economy of unit,reheater de-superheating spray showes significantly more than the thermal spry de-superheating, we should avoid using re-heater de-superheating spray on the operation of the unit.

supercritical unit;super heater; reheater; de-superheating spray; thermal economy

2017-07-05

韩志军(1972-)，男，工程师，主要从事电力生产运行管理工作。

TM621

B

1001-9898(2017)06-0042-03

本文责任编辑：王洪娟