輔助蒸汽系統(tǒng)對(duì)火電廠管道熱效率的影響

輔助蒸汽系統(tǒng)對(duì)火電廠管道熱效率的影響摘要：闡述了管道熱效率在電廠節(jié)能中的重要作用，并應(yīng)用火電廠管道熱效率的反平衡計(jì)算方法.時(shí)輔助蒸汽系統(tǒng)的熱經(jīng)濟(jì)性作了定量計(jì)算，指出了現(xiàn)有管道熱效率行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的不合理性，對(duì)電廠節(jié)能提出了積極的建議。圖4表3參4關(guān)鍵詞：動(dòng)力機(jī)械工程；火電廠；管道；熱效率；行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)我國(guó)電力工業(yè)正朝著'廠網(wǎng)分開(kāi)，省為實(shí)體'的體制轉(zhuǎn)變。電廠作為獨(dú)立法人按市場(chǎng)規(guī)則商業(yè)化營(yíng)運(yùn)，發(fā)電竟價(jià)上網(wǎng)勢(shì)在必行。加強(qiáng)電廠管理，降低發(fā)電成本，在安全發(fā)電的前提下，力求經(jīng)濟(jì)性，以提高電廠的競(jìng)爭(zhēng)力顯得尤為重要。以1座1200MW電廠（2x600MW機(jī)組）為例，機(jī)組年平均運(yùn)行時(shí)間按7000h計(jì)，若該廠供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗率降低1g標(biāo)準(zhǔn)煤/（kW?h），全年即可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤8400t，按同比價(jià)格計(jì)算，僅燃料費(fèi)用一項(xiàng)，每年可節(jié)約250萬(wàn)元以上；同時(shí)還可以減少大量的有毒害作用的煙氣（NO,SOx）及粉x塵的排放在電廠節(jié)能節(jié)電工程中，熱力系統(tǒng)是有節(jié)能潛力可挖的重要方面。從節(jié)能的實(shí)踐及理論發(fā)展來(lái)看:重視汽輪機(jī)的技術(shù)完善性為最先，其次是鍋爐，然而探索熱力系統(tǒng)的節(jié)能潛力相對(duì)滯后。根據(jù)熱力發(fā)電廠原理，在發(fā)電廠的總效率中，管道熱效率是其組成份額之一，而在發(fā)電廠熱經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)中，管道熱效率常被忽略或認(rèn)為是某個(gè)固定值參考文獻(xiàn)〖2〗建立了反平衡發(fā)電廠管道熱效率的計(jì)算表達(dá)式，全面闡述了發(fā)電廠管道熱力系的范圍、內(nèi)涵及其在節(jié)能挖潛中的指導(dǎo)意義，并結(jié)合工程實(shí)例的計(jì)算，證明了發(fā)電廠管道熱效率不是個(gè)固定值、更不能忽略，且有著豐富的內(nèi)涵本文應(yīng)用火電廠管道熱效率的反平衡計(jì)算方法，以引進(jìn)型600MW機(jī)組Westinghouse（TC4F-980）輔助蒸汽熱力系統(tǒng)對(duì)管道效率的影響為例，對(duì)輔助蒸汽系統(tǒng)的熱經(jīng)濟(jì)性作了定量計(jì)算，對(duì)電廠節(jié)能提出了積極的建議，同時(shí)指出了現(xiàn)行火電廠管道效率行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)存在的缺陷〖4〗1、發(fā)電廠管道熱力系及其熱損失〖2〗根據(jù)熱力發(fā)電廠原理，發(fā)電廠的熱經(jīng)濟(jì)性是用全廠熱效率n，（或全廠熱耗率q）、供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗率bs；汽輪發(fā)電機(jī)組的絕對(duì)電效率nt和熱耗率W來(lái)評(píng)價(jià)的，上述各項(xiàng)指標(biāo)之間的關(guān)系如下：ncp=nbnpni（%） （1）TOC\o"1-5"\h\zbsn=123/nc(1-gap) (g標(biāo)準(zhǔn)煤/(kw?h)) (2)qo=3600/nC=3600/(n.nmn) (kJ/(kw?h)) (3)qc=3600/n； 1mg(Kj/(KW?H))) (4)式中：nc一發(fā)電廠熱效率nb—鍋爐熱效率np一發(fā)電廠管道熱效率n：一汽輪機(jī)絕對(duì)內(nèi)效率nm一汽輪機(jī)機(jī)械效率ng一發(fā)電機(jī)效率n：一汽輪發(fā)電機(jī)組的絕對(duì)電效率&ap一廠用電率式(1)的物理意義表明:火力發(fā)電廠全廠熱力系統(tǒng)可以劃分為3個(gè)熱力系；即：1、 完成燃料化學(xué)能轉(zhuǎn)化為工質(zhì)熱能的鍋爐熱力系、2、 完成熱能轉(zhuǎn)化成電能的汽輪發(fā)電機(jī)組熱力系，3、 連接鍋爐熱力系與汽輪發(fā)電機(jī)組熱力系的發(fā)電廠管道熱力系。目前，在火電廠的熱經(jīng)濟(jì)性分析中，發(fā)電廠管道熱效率彳主彳主被忽略或視為定值。參考文獻(xiàn)［2］全面闡述了發(fā)電廠管道熱效率的意義，建立了反平衡管道熱效率的表達(dá)式，即：TOC\o"1-5"\h\znp=(1-AQp/Qb)*100% (5)而AQp=ZAQ. (6)其中，△。上勺內(nèi)容分列如下：1新蒸汽管道散熱損失Q1?Q1=D0*(hb-h0) (7)帶熱量的工質(zhì)泄漏損失。2,Q廣D1*(hb-h咬) (8)再熱蒸汽管道散熱損失。3：Q=Q(h’，、-h,、)+D(h”，、-h,、) (9)~3rhrh(b)rh(t)rhrh(b)rh(t)給水管道熱損失Q:4Q4=Drh(hfw(t)-hfw(b)) (10)輔助蒸汽系統(tǒng)熱損失。^5\o"CurrentDocument"Q=D(h-h)+$D(h’-h) (11)5cycymacycyma鍋爐連續(xù)排污系統(tǒng)熱損失。6。(對(duì)單級(jí)連續(xù)排污系統(tǒng)而言)：Q=Dh(1-n)+D’*(h’-h”)(1-n)+6blblsblblbl11D’ (h”-h’)+D(h’-h) (12)blblmamamama式中Qb一鍋爐熱負(fù)荷，即鍋爐輸出熱量D0—主蒸汽流量Drh—再熱蒸汽流量D1—帶熱量的工質(zhì)泄漏量h0—汽輪機(jī)主汽門前蒸汽焓hb一鍋爐過(guò)熱器出口蒸汽焓虬一泄漏點(diǎn)工質(zhì)的焓H’rh(b)一鍋爐再熱器進(jìn)口蒸汽焓hrh(t)一汽輪機(jī)中壓缸進(jìn)汽焓h”h(b)一鍋爐再熱器出口蒸汽焓hf：(b)—鍋爐側(cè)給水焓hf：(t)一汽輪機(jī)側(cè)給水焓DW一每小時(shí)輔助蒸汽量h：；一輔助蒸汽焓h’：y—輔助蒸汽返回水焓①一輔助蒸汽返回水率Dbi一鍋爐每小時(shí)連續(xù)排污量Dbl一排入地溝的連續(xù)排污量hbl一鍋爐連續(xù)排污水焓Dma一補(bǔ)充水量hm一補(bǔ)充水焓h’g一補(bǔ)充水被排污冷卻器加熱后的焓ma蛻廠排污擴(kuò)容器壓力下的飽和水焓blh\n—排入地溝的連續(xù)排污水焓bln—排污擴(kuò)容器的熱效率n—排污冷卻器的熱效率式(5)和式(C6)明確了發(fā)電廠管道熱力系的范圍，內(nèi)涵及其熱損失的組成2火電廠輔助蒸汽系統(tǒng)對(duì)管道熱損失影響的定性分析火電廠輔助蒸汽系統(tǒng)由各類用汽的輔助設(shè)備及其管路組成上匕如一些蒸汽驅(qū)動(dòng)設(shè)備以及采暖和生活用汽等等。輔助蒸汽系統(tǒng)的汽源通常來(lái)自汽輪機(jī)的某段回?zé)岢槠抡羝话阒蛔鳛閭溆闷垂┢饎?dòng)、低負(fù)荷和事故時(shí)使用輔助蒸汽一方面是生產(chǎn)和生活所必需另一方面必然導(dǎo)致發(fā)電廠熱經(jīng)濟(jì)性的下降輔助蒸汽按用途可分為兩類:一類是加熱用汽;另一類是動(dòng)力用加熱用汽是指加熱空氣（鍋爐暖風(fēng)氣）、重油、生水（生水加熱器）和廠內(nèi)采暖等用汽。動(dòng)力用輔助蒸汽主要是指驅(qū)動(dòng)給水泵、送風(fēng)機(jī)等變速汽輪機(jī)的蒸汽系統(tǒng)和射汽抽氣器用汽系統(tǒng)在機(jī)組低負(fù)荷時(shí)，抽汽參數(shù)不能滿足輔助蒸汽系統(tǒng)的要求或汽輪機(jī)投運(yùn)前或鍋爐點(diǎn)火等工況下，輔助蒸汽系統(tǒng)的汽源切換至新蒸汽。在正常工況下輔助蒸汽系統(tǒng)汽源來(lái)自汽輪機(jī)的回?zé)岢槠?dāng)用汽設(shè)備用汽量增加時(shí)，機(jī)組回?zé)岢槠鞴υ黾樱瑫r(shí)，輔助設(shè)備用完輔助蒸汽以后，工質(zhì)無(wú)法回收，通過(guò)凝汽器或除氧器增加補(bǔ)充水量保持電廠循環(huán)工質(zhì)的平衡輔助蒸汽耗盤(pán)增加，補(bǔ)充水量增加使得回?zé)岢槠苍黾?，因此回?zé)岢槠l(fā)電量的增加，使得汽輪機(jī)絕對(duì)內(nèi)效率提高機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性是提高的。然而，此時(shí)管道熱效率由戲5的增加而下降，式（5）、式（6）的計(jì)算可定量反映這一結(jié)果正是管道熱效率的下降，從而導(dǎo)致全廠熱經(jīng)濟(jì)性下降并且，同樣的輔助蒸汽耗量，輔助蒸汽系統(tǒng)有沒(méi)有工質(zhì)回收，返回水的數(shù)量和回收地點(diǎn)的不同，對(duì)電廠熱經(jīng)濟(jì)性的影響也是不一樣的。式（11）可以定量計(jì)算輔助蒸汽系統(tǒng)各種工況對(duì)管道熱損失的影響。工程計(jì)算實(shí)例表明:電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)定義的管道效率，無(wú)法反映這一結(jié)論[2]3計(jì)算舉例WestinghouseTC4F-980/600MW單元機(jī)組的輔助蒸汽系統(tǒng)，啟動(dòng)時(shí)的汽源主要來(lái)自啟動(dòng)鍋爐;在正常運(yùn)行時(shí)，汽源來(lái)自第四級(jí)抽汽（中壓缸排汽抽汽）。冷再熱蒸汽（即高壓缸排汽）作為系統(tǒng)的低負(fù)荷汽源及備用汽源。輔汽用戶主要有:空氣預(yù)熱器的沖洗箱加熱、空預(yù)器吹灰、除氧器加熱、暖風(fēng)器用汽、軸封用汽、汽缸暖缸、燃燒器及點(diǎn)火油腔加熱用汽及部分生活用汽等。機(jī)組運(yùn)行時(shí)的輔助蒸汽系統(tǒng)如圖所示。機(jī)組輔助蒸汽系統(tǒng)的有關(guān)汽水參數(shù)如表1和表2所示。表1汽輪機(jī)汽水參數(shù)列表

項(xiàng)目單位各計(jì)算點(diǎn)H1H2H3除氧器H5H6H7H8汽側(cè)抽汽焓％KJ/Kg31393002336830623004285526392513疏水焓KJ/Kg1060878740.1481386.8276.6180.6 KJ/Kg2078212426282436.32523246823622332抽汽放熱qi水側(cè)加熱器出口水焓h—^i KJ/Kg12061031874724.3594.6457.7359.6248.1給水焓升T? i KJ/Kg175.7156.9130.6129.7136.998.13111.5111表2汽輪機(jī)運(yùn)行參數(shù)表項(xiàng)目符號(hào)單位數(shù)值項(xiàng)目符號(hào)單位數(shù)值鍋爐蒸發(fā)量DbKg/h1781500汽輪機(jī)排汽焓hlKJ/Kg2346.8汽輪機(jī)進(jìn)汽量DoKg/h1781500鍋爐側(cè)給水焓h,、fw(b)KJ/Kg1200鍋爐過(guò)熱器出口蒸汽焓hbKJ/Kg3379.88汽輪機(jī)側(cè)給水焓h,、fw(t)KJ/Kg1206.6汽輪機(jī)主汽門前蒸汽焓HoKJ/Kg3379.36加熱器效率nh0.98汽輪機(jī)中壓缸進(jìn)汽焓h,、rh(t)KJ/Kg3539.83鍋爐熱效率nb0.9406鍋爐再熱器進(jìn)口蒸汽焓H’，、rh(b)KJ/Kg2995.62機(jī)械效率nm0.9885鍋爐再熱器出口蒸汽焓H”，、rh(b)KJ/Kg3539.83發(fā)電機(jī)效率ng0.9959凝汽器壓力下的飽和水焓hiKJ/Kg137.15廠用電率Eap0.045在正常工況下，該機(jī)組有兩級(jí)輔助蒸汽，分別引自高壓缸排汽和中壓缸排汽。Dasl為高壓缸排汽抽汽，Das2為中壓缸排汽抽汽，81為Dasl抽汽返回水進(jìn)除氧器的份額鳥(niǎo)為Das2抽汽返回水進(jìn)除氧器的份額。并設(shè)凝汽器化學(xué)補(bǔ)充水焓為h=84kJ/kg⑹工況1設(shè)Dasi=5000kg/h,Das2=20000kg/h,81=0.5,82=0.5工況2設(shè)D：：i=20000kg/h,D：：2=5000kg/h,81=0.5,82=0.5工況3設(shè)D：：1=5000kg/h,D：：2=5000kg/h,81=1，82=1工況4設(shè)D：：1=5000kg/h ,D：：2= 20000kg/h , 81=0，82=0工況5設(shè)D：：1=5000kg/h ,D：：2二 20000kg/h , 81=0，82=0工況6設(shè)D：：1=5000kg/h ,D：：2二 20000kg/h , 81=0，82=0工況7設(shè)D：：1=5000kg/h ,D：：2二 20000kg/h , 81=0，82=0表3機(jī)組輔助蒸汽系統(tǒng)不同的工況熱經(jīng)濟(jì)性分析結(jié)果工況電功率熱耗量熱耗率絕對(duì)內(nèi)效率機(jī)組熱效甲鍋爐熱負(fù)荷管道效率全廠熱效率供電標(biāo)準(zhǔn)煤煤耗率（MW）(MJ/h)(KJ/KWh)(MJ/H)(KJ/KWh)1580.6459509879140.46210.45487646938990.9789510.4188710.3074842579.1458941079250.46150.4542494685740.9794430.4184830.3077683584461247879500.46020.45300146938990.9887830.423120.3057004584.2464124879440.46030.45315246938990.9887830.4214540.3055995581.2459699479100.46230.45511446966200.9787880.4190000.3073896578.6485751479290.46120.45403246830150.9796070.4183530.4078647586.9467391079630.45930.45209646966200.9951650.4231850.304349應(yīng)用式（5）、式（6）、式（11）計(jì)算可得不同輔汽耗量及回水方式的熱力分析結(jié)果（表3）。同時(shí)，計(jì)算結(jié)論表明:現(xiàn)行火電廠管道效率行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)［4〕提供的計(jì)算方法無(wú)法得出正確的結(jié)論計(jì)算所得的輔助蒸汽系統(tǒng)不同耗汽量與機(jī)組絕對(duì)內(nèi)效率，發(fā)電廠管道熱效率以及全廠熱效率的變化關(guān)系分別如盛、圖3,圖4所示

0.+5?0,437D.4S61-堆利內(nèi)效素叫電少E3不同轅汽用景下罰管it盈率所—g景率T-金廠財(cái)職LEI(0 15Hl253D弟0.+5?0,437D.4S61-堆利內(nèi)效素叫電少E3不同轅汽用景下罰管it盈率所—g景率T-金廠財(cái)職LEI(0 15Hl253D弟曲Oi危當(dāng)輔汽系統(tǒng)投人運(yùn)行時(shí)，由于回?zé)岢槠鞴α吭黾?，并且補(bǔ)充水進(jìn)人系統(tǒng)也使回?zé)岢槠吭黾樱m然，機(jī)組的絕對(duì)內(nèi)效率和電效率是上升的，但是輔助蒸汽的使用，將導(dǎo)致管道熱效率的下降，從而引起全廠熱效率的下降，這一結(jié)論與熱力發(fā)電廠原系統(tǒng)的投運(yùn)造成管道熱效率的下降，對(duì)發(fā)電廠熱經(jīng)濟(jì)性的影響是不能忽略的。當(dāng)有輔汽利用(工況1)與無(wú)輔汽利用(工況7)相比較時(shí)，管道熱效率下降了1.67%，盡管機(jī)組絕對(duì)內(nèi)效率提高了0.285%，但全廠效率還是下降了0.431%，供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗率增加了3.135g標(biāo)準(zhǔn)煤/(kW?h)，全年多耗標(biāo)準(zhǔn)煤2.63萬(wàn)噸(按某電廠實(shí)際情況，2X600MW，年運(yùn)行時(shí)間7000h計(jì)算)同樣的返回水條件，輔助蒸汽用汽量相同，補(bǔ)充水進(jìn)人凝汽器比進(jìn)人除氧器有利。計(jì)算工況3和工況4比較可得:雖然2個(gè)工況的管道效率相同，但前者需要較多的低壓抽汽加熱補(bǔ)回水，使得機(jī)組回?zé)岢槠隽υ?/p>