顾江其 王培红

能源热转换及其过程测控教育部重点实验室东南大学能源与环境学院

目前，火电机组为了提高新蒸汽的利用效率，大部分机组都采用回热系统，从而提高循环系统的平均吸热温度。根据主给水管道中压力的不同，回热系统分为高压加热器和低压加热器。为了维持低压加热器运行的稳定性、安全性和经济性，低压加热器的疏水系统一般需要作一定的改进。如今，大部分机组采用的疏水方式包括逐级自流、疏水泵以及通过疏水冷却器等[1]。

本文通过等效焓降法对某1 030 MW机组进行经济性分析。以疏水泵作为基本改进方式，确定了对疏水系统进行改进的最佳的加热器位置，分析比较了在最佳位置分别采用疏水泵或疏水冷却器，以及同时使用疏水泵和疏水冷却器的三种改造方式的经济性。

1 基础工况计算

本文采用的设计系统是某超超临界、一次中间再热、单轴、四缸四排汽、双背压纯凝式汽轮机。假设原疏水方式为逐级自流，其原则性热力系统图如图1所示。

其主要参数如表1所示。

锅炉效率采用0.98，管道效率采用0.98，锅炉效率采用0.92，初步计算各项参数以及机组循环效率如表2所示。

其中效率参数如表3。

从计算结果可以看出，汽轮机装置的循环效率为49.96%，下面改进措施将在此基础上讨论各个改造方案对效率的提升幅度。

表1 主系统各主要参数

表2 加热器各部分吸热，作功量和效率

表3 机组整体作功量和效率

图2 加装疏水泵后效果图

2 基于疏水泵的最佳加热器位置的确定

为了确定进行改进的加热器的最佳位置，首先假定疏水泵为基本的疏水改进方式。

2.1 疏水泵的定量分析

为了讨论安装疏水泵的热经济性，以取消疏水泵让疏水逐级自流的方式进行研究,此时经济性降低的数值等于安装疏水泵后经济性增加的数值。首先取消疏水泵，让疏水逐级自流，会使得j级加热器出口水因疏水混合而提高的焓值Δτj利用能级发生变化，由原来的j-1级变成,j级，所以此时焓值降低为αH×Δτj（ηj-1-ηj）。

另一方面，疏水逐级自流，经j+1级加热器和凝汽器热井放热后随主凝结水流经加热器j级，主凝结水将会吸热βj(τj-Δτj),此时产生的做功损失βj(τj-Δ，所以取消疏水泵后将使新蒸汽的等效焓降降低，也就是采用疏水泵之后，新蒸汽的等效焓降增加，其增加的数值为：

由于加装疏水泵，加热器级会由表面式变成汇合式抽汽放热量将会发生改变，因此考虑到对抽汽放热量的修正，得到式（2）。

式中：αH——混合点后主凝结水出水份额；Δτj——混合前后，j级混合点的焓值差；β——经过疏水泵的份额；ηj-1、 ηj——j-1级，j级加热器抽汽效率；qj——加装之前的抽汽放热量

当取消疏水泵，取负号；当增加疏水泵时，取正号。

所以，采用疏水泵汽轮机相对装置效率相对提高为：

2.2 参数定量计算

由于#5号疏水的焓值比#5出水的焓值低，进行混合后，会降低#5出水的焓值，所以不考虑在#5号出口处加装疏水泵。

1）#6号疏水加装疏水泵，则：

其中Δτ6=517.4892－hw6=1.289 2 kJ/kg

式中517.489 2利用循环迭代的方法求得，具体方法见文献[2]。

其中

2）#7号疏水加装疏水泵，则：

其中Δτ7=354.4968－hw7=1.5968 kJ/kg,

式中354.496 8利用循环迭代的方法求得，具体方法见文献[2]。

其中

3）#8号疏水加装疏水泵，则：

其中Δτ8=124.2617－hw8=2.061 7 kJ/kg,

式中124.261 7利用循环迭代的方法求得，具体方法见文献[2]。

其中Δqj=0 kJ/kg，这是因为#8号加热器原来就是看成汇合式加热器[3]，此时增加泵并不改变抽汽放热量。

将计算后的结果统计于表4：

表4 各加热器增设疏水泵后的做功以及效率变化量

由表4可知，当在#6号加热器增设疏水泵之后，效率的增加量最高，且随着抽汽压力的降低，效率的提升量逐渐降低，并且#6号加热器的效率提升量几乎是#7，#8号的两倍左右。显然，选择在#6号加热器疏水位置增设疏水泵将取得最好的效率。

3 疏水连接方式改进的方案对比分析

在以#6号加热器为最佳位置的情况下，分析疏水冷却器、疏水泵以及同时采用疏水冷却器和疏水泵的三种改造方法。

3.1 疏水冷却器的定量分析

图3 加装疏水冷却器效果图

由于增设疏水冷却器，疏水冷却放出的热量βΔγj利用的场所和使用能级发生了变化。无疏水冷却器时候，该热量利用在加热器j+1级中，获得做功βΔγjηj+1；当存在疏水冷却器的时候，该热量不再用于加热器j+1级中，而由主凝结水带回到加热器j级中，提高了使用能级，获得βΔγjηj的做功，所以，采用疏水冷却器后，新蒸汽等效焓降的变化是上述做功变化的代数和，其增加值为

考虑到加热器蒸汽放热量的变化，所以精准计算公式为

式中正负号选用方法是：当增加疏水冷却器时，用正；当取消疏水冷却器时，用负。

汽轮机组的效率提高为：

对于上文设计工况，考虑#6号疏水处增加疏水冷却器，假设疏水焓变化量为

Δγ6=10 kJ/kg，则

3.2 疏水泵的定量分析

采用疏水泵进行改造的定量分析，在2.1节中已经详述。

所以当在#6号加热器加装疏水泵后，其系统的经济性提升为0.217 4%

3.3 同时采用疏水泵以及疏水冷却器的定量分析

当存在疏水泵的情况下，加装疏水冷却器，其效果图如下所示：

采用疏水冷却器之后，会提高#6号加热器的进水焓值，但同时会降低#6号加热器的疏水温度。为了计算方便，将疏水冷却器、疏水泵看成一个整体，作为一个汇合式加热器进行考虑，如图中虚线所示。从图中可知#7号加热器出口水焓值不变，#5疏水焓值不变，只有#6号出口水的焓值发生变化。

假设Δγ6=10 kJ/kg，因此会较原来的数值小10kJ/kg，根据式（2）得

其中Δτ6=516.327 7－hw6=0.327 7 kJ/kg，式中516.327 72是根据循环迭代计算出来的。

将上述几种计算结果汇总于表5。

表5 各工况做功变化及效率变化

分析上述结果可以看出[4]：

（1） 采用疏水冷却器或者疏水泵对于效率都有不同程度的提高，且当采用疏水泵时，对于效率的提升明显比使用疏水冷却器提高的多。

（2） 当同时采用疏水冷却器与疏水泵时，系统的效率明显高于只采用疏水冷却器的情况，但是确低于只采用疏水泵的情况。这是因为系统中由于疏水冷却器的存在，会降低混合前疏水的焓值，甚至可能会出现低于加热器出口水焓的情况。此时效率的提升主要是因为疏水向前汇合，降低了下游加热器中主凝结水流量，从而使得下游抽气量减少、做功增加，使得等效焓降上升、系统的效率增加。

图4 加装疏水泵和疏水冷却器效果图

4 结语

低加疏水方式改进时，选择#6号加热器进行改进具有较好的经济性效果。通过对疏水逐级自流，疏水泵及疏水冷却器几种改进方式进行分析，加热器增加疏水泵或者疏水冷却器均可以使得疏水热量的回收率增加，并且疏水泵对于经济性的提高更加明显。疏水冷却器由于初投资低，运行可靠等特点，在进行疏水方式改进时也具有一定的选择空间。同时使用疏水泵与疏水冷却器进行疏水方式改进时，经济性比疏水冷却器好，但相对于疏水泵依旧较低，所以通过疏水泵或者疏水冷却器进行疏水方式改进时，建议进行单独使用。

[1]田松峰，李岩等. 低压加热器疏水方式热经济性分析 汽轮机技术2012,6:464-466

[2]林万超.火电厂热力系统节能理论[ M] .西安:西安交通大学出版社, 1994, 11.

[3]马勇. 某超超临界600MW机组增加低加疏水泵后等效热降计算. 电站辅机, 2012,1:36-38

[4]牛卫东,刘长生. 低压加热器疏水方式节能讨论.华东电力2007,11:122-124

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