給水泵汽輪機汽源耗差分析研究

程榮終，阮圣奇，吳鴻濤，楊 駿，仁 磊，胡中強，吳 仲

(1.皖能銅陵發(fā)電有限公司，安徽 銅陵 244000;2.國網(wǎng)安徽省電力公司電力科學(xué)研究院，安徽 合肥 230022)

0 引言

給泵汽輪機汽源有再熱冷段蒸汽(高壓汽源)和四段抽汽(低壓汽源)，給水泵汽輪機(以下簡稱小汽輪機)正常工作汽源采用四段抽汽，備用和啟動用汽源采用再熱冷段蒸汽和輔助蒸汽(來自啟動鍋爐或相鄰機組)。系統(tǒng)簡圖如圖1所示。

圖1 給水泵汽輪機汽源系統(tǒng)簡圖

實際運行中，大多數(shù)電廠的電動給水泵都是啟動泵而非備用泵，汽輪發(fā)電機組若出現(xiàn)異常，快速降負荷時，4抽汽源壓力不滿足要求，且輔汽和高排汽源供應(yīng)不及時，可能造成小汽輪機出力下降達不到鍋爐的供水要求，造成鍋爐側(cè)管壁超溫，最后觸發(fā)MFT。部分電廠為保證不發(fā)生此事故，通常采取改變小汽輪機汽源運行方式，將高排蒸汽通過輔汽聯(lián)箱減溫減壓后供往其中一臺小汽輪機，保證在發(fā)生機組異常時一臺小汽輪機的汽源穩(wěn)定，安全性雖然得到了保證，但是此運行方式將降低機組經(jīng)濟效益。

另外在CFB循環(huán)流化床發(fā)電機組中，鍋爐具有較強的蓄熱能力，為減少機組非計劃停運次數(shù)，停爐不停機，使機組能快速恢復(fù)負荷，提高機組經(jīng)濟性和安全性，大多數(shù)循環(huán)流化床機組也是采用將高排蒸汽通過輔汽聯(lián)箱減溫減壓后供往其中一臺小汽輪機，保證鍋爐給水。

上述情況都是從機組安全性角度考慮，但是忽略了經(jīng)濟性帶來的問題，本文應(yīng)用等效焓降理論對小汽輪機汽源問題進行分析，評估其對能耗的影響大小，并提出解決問題的優(yōu)化方案。

1 等效焓降計算原理

等效焓降首先由庫茲湟佐夫提出并逐步完善、成熟，形成了完整的理論體系。等效焓降法是基于熱力學(xué)的熱功轉(zhuǎn)換原理，以定主汽流量為基本思想，計算由熱力系統(tǒng)改變引起的汽輪機組做功量改變?yōu)槟康?，并考慮到設(shè)備質(zhì)量、熱力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和參數(shù)的特點，經(jīng)過嚴密的理論推演，導(dǎo)出幾個熱力分析參量，用以研究熱功轉(zhuǎn)換及能量利用程度的一種方法［1］。

根據(jù)等效焓降理論，蒸汽攜帶熱量進入系統(tǒng)做功量和裝置經(jīng)濟性的相對變化量計算方法為:

其中ΔH為做功變化量，kJ/kg;af為蒸汽份額，%;hf為外來蒸汽焓，kJ/kg;hj為j能級蒸汽焓，kJ/kg;ηj為j能級抽汽效率，%;hn為低壓缸排汽焓，%;δηi為裝置經(jīng)濟性變化量，%;H為汽輪機組等效焓降，kJ/kg。

根據(jù)蒸汽攜帶熱量進入系統(tǒng)計算分析原理，蒸汽攜帶熱量出系統(tǒng)可以看成是將公式1中的純熱量部分，也即hj－h(huán)n等于零，對應(yīng)做功損失和裝置經(jīng)濟性降低計算方法如下:

(注:式2和式4裝置經(jīng)濟性變化量計算公式僅適合于鍋爐再熱器吸熱量不變的情況。)

等效焓降法既可以完成整體計算也可以實現(xiàn)局部定量分析，計算的基本原則和思想是源于傳統(tǒng)的熱平衡方法，但是過程比傳統(tǒng)的熱平衡方法簡潔，同時計算精度又優(yōu)于簡捷熱平衡計算，目前主要應(yīng)用于汽輪機熱力系統(tǒng)的耗差分析計算。應(yīng)用該方法時，需要計算每項偏差因素引起的蒸汽做功變化及循環(huán)吸熱量變化，從而計算出由此引起的熱效率的相對變化，再定量計算出其他熱經(jīng)濟指標的變化［2］。

針對本文的研究對象，需要計算由于高排流量變化引起的再熱器吸熱量，也即采用變熱量等效焓降計算。計算公式如下:

其中 ΔQzr－j為再熱器吸熱量變化量，kJ/kg;σ 為1kg蒸汽在再熱器中的吸熱量，kJ/kg;Δazr－j為 j能級排擠1kg蒸汽流經(jīng)再熱器的份額，%;由于高排蒸汽流量變化量與再熱器蒸汽流量變化量相等，因而式5簡化為:

2 機組抽汽能級計算

某電廠300MW機組熱力系統(tǒng)布置有3臺高壓加熱器、1臺除氧器、4臺低壓加熱器、給水泵汽輪機為小汽輪機驅(qū)動。根據(jù)等效焓降計算原則，各級抽汽等效焓降和抽汽效率計算結(jié)果如表1所示。

3 汽源耗差分析計算

根據(jù)等效焓降理論，2級抽汽，也即高排蒸汽的抽汽效率遠高于4級抽汽效率，做功能力高。運行中若將高排蒸汽降低參數(shù)替代4級抽汽供應(yīng)小汽輪機，性質(zhì)上等價于機組的節(jié)流損失，因而從理論上證明此種運行模式將增加機組能耗。

進行定量計算，根據(jù)表1計算結(jié)果，并依據(jù)式2～式6計算公式，針對高排蒸汽降低參數(shù)供小汽輪機的運行模式，耗差計算結(jié)果如表2所示。

表1 各級抽汽等效焓降和抽汽效率計算結(jié)果

表2 給水泵汽輪機汽源耗差計算

以機組年利用小時數(shù)5000小時，標煤價格800元/噸計算，該機組一年將多耗費191萬余元。

4 結(jié)論

用高排蒸汽降低參數(shù)后供應(yīng)小汽輪機運行，需要付出較大的經(jīng)濟性代價。

因而建議電廠重新審視運行中小機汽源問題，在保證安全性的同時，采取其他可行的運行方式，降低機組能耗。目前可行的方法有:(1)將高排至小汽輪機的進汽管路疏水閥打開，保持暖管，需要時可以立刻使用高排蒸汽，正常運行小汽輪機用4級抽汽;(2)高排供應(yīng)輔汽聯(lián)箱，同時開辟輔汽聯(lián)箱的用戶，保證輔汽聯(lián)箱參數(shù)，正常運行小汽輪機用4級抽汽。此兩種運行方式可以在一定程度上降低機組能耗。

［1］林萬超.火電廠熱系統(tǒng)定量分析［M］.西安交通大學(xué)出版社，1985.

［2］閆水保.電廠熱力系統(tǒng)做功能力分析［J］.發(fā)電設(shè)備，1999，(3):35-37.