汽輪機(jī)低壓加熱疏水系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計

汽輪機(jī)低壓加熱疏水系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計

1低加疏水系統(tǒng)1號和2號機(jī)車組由南京汽輪電機(jī)有限公司生產(chǎn)，其中sd-13。24。535.535.52，超高壓中央再熱，單軸，雙速晶流汽輪車。在7個不調(diào)整回?zé)岜玫那闆r下，必須提供2臺高壓加熱器（高壓）、1臺氧彌勒機(jī)和4臺低壓蒸汽機(jī)（低壓）。機(jī)組正常運(yùn)行過程中,低加的疏水方式為4號、3號低加逐級疏水自流至2號低加,2號低加疏水通過低加疏水泵送入凝結(jié)水管路,1號低加疏水通過U型管直接排至凝汽器。機(jī)組運(yùn)行過程中,由于低加疏水系統(tǒng)設(shè)計缺陷,使低加投運(yùn)非常困難,經(jīng)過對低加疏水系統(tǒng)的改進(jìn),機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全性大為提高。機(jī)組低加疏水系統(tǒng)見圖1。1號～4號低加抽汽分別對應(yīng)汽輪機(jī)七段～四段抽汽。2稀疏水系統(tǒng)的不足和處理(1)凝汽器底部火炬低加危急疏水及逐級疏水管路均引至凝汽器喉部,機(jī)組低負(fù)荷時采用的疏水方式為:4號低加通過逐級疏水至3號低加,再通過逐級疏水至2號低加,再由逐級疏水管路引至凝汽器喉部。負(fù)荷較低時,2號低加抽汽壓力較低,其疏水無法克服管路靜壓流入凝汽器喉部,一旦投運(yùn)便會造成2號低加滿水,使2號低加無法投運(yùn)。停機(jī)后將2號低加逐級疏水通過危急疏水管路直接引至凝汽器喉部的管路改至凝汽器熱井,改后低加系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)隨機(jī)起動。(2)號低加疏水對六段抽汽的影響由于1號低加沒有安裝空氣管路,機(jī)組運(yùn)行過程大量空氣積聚在1號低加汽側(cè),凝結(jié)水無溫升,而高品質(zhì)抽汽流量增加,對機(jī)組效率產(chǎn)生一定的影響。對此,在1號低加處加裝空氣管路。另外,將1號低加疏水U型管路與凝汽器連接位置降低,1號低加水位降低200mm。機(jī)組運(yùn)行過程中控制1號低加水位在抽空氣口下部,在額定負(fù)荷下1號低加進(jìn)水溫度為43.6℃,出水溫度為50.3℃,凝結(jié)水溫升正常,達(dá)到6.7℃。機(jī)組額定負(fù)荷運(yùn)行時,2號低加凝結(jié)水溫升只有5℃左右,3號低加疏水逐級自流至2號低加,2號低加疏水溫度95℃高于其抽汽溫度,2號低加抽汽管壁溫度只有40℃,相當(dāng)于環(huán)境溫度,這說明2號低加的六段抽汽(六抽)根本沒有流量,3號低加疏水進(jìn)入2號低加后,2號低加凝結(jié)水溫升較小,3號、4號低加凝結(jié)水溫升相應(yīng)較高,使對應(yīng)的四抽、五抽流量增大,機(jī)組熱耗率相應(yīng)提高,對機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的影響較大。造成這種現(xiàn)象的原因?yàn)榱閴毫^低,機(jī)組正常運(yùn)行過程中呈負(fù)壓狀態(tài),而3號低加進(jìn)入2號低加的疏水流量較大,參數(shù)較高,疏水沒有經(jīng)過充分的冷卻,造成3號低加疏水對六段抽汽的排擠。為了使2號低加按正常的方式疏水,2號低加原設(shè)計的疏水系統(tǒng)須進(jìn)行改進(jìn)。(3)抽管路頻繁發(fā)生振動由于六抽管路沒抽汽進(jìn)入,抽汽管路中的蒸汽不斷被冷卻,大量疏水積聚在六抽U型管最低部,而疏水管路較細(xì),無法排盡管路的所有疏水。當(dāng)六抽管路疏水積至一定高度,一部分疏水進(jìn)入2號低加,由于六抽管路的積水量時大時小,六抽溫度及其管壁溫度隨之時高時低,造成六抽管道頻繁發(fā)生振動,對機(jī)組安全運(yùn)行造成很大的影響。機(jī)組運(yùn)行過程中,將3號低加疏水改引至凝汽器,2號低加疏水單獨(dú)進(jìn)入凝汽器,這樣六抽管路不斷有抽汽流過,2號低加進(jìn)汽溫度逐漸提高,凝結(jié)水出口溫度升高至77.2℃,抽汽管道振動消除。(4)低加疏水泵汽蝕機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行時,由于低加疏水泵出力低,出口流量僅為10t/h左右,大部分低加疏水通過危急疏水管路回至凝汽器熱井,一方面對機(jī)組經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)生一定的影響,另一方面增加了凝結(jié)水泵的負(fù)擔(dān)。低加疏水泵原設(shè)計密封水取自泵出口逆止門前,疏水泵起動前無密封水,疏水泵體也沒有設(shè)計抽空氣管路。由于機(jī)組正常運(yùn)行時2號低加為負(fù)壓狀態(tài)(額定工況2號低加進(jìn)汽絕對壓力為0.0544MPa),空氣會從疏水泵軸端漏入泵體,造成疏水泵起動后無法上水。另外,只要疏水泵入口閥處于開啟狀態(tài),空氣即會漏入真空系統(tǒng),對機(jī)組真空及凝結(jié)水溶氧造成較大影響,且疏水泵無法處于備用狀態(tài)。另外,2號低加疏水溫度高于2號低加六抽壓力對應(yīng)的飽和溫度,密封水進(jìn)入低加疏水泵入口便會產(chǎn)生汽化,無法起到密封作用,并使疏水泵出口壓力劇烈變化,汽蝕嚴(yán)重,無法上水和正常運(yùn)行。將低加疏水泵密封水改為凝結(jié)水(引自凝結(jié)水雜用水管路),低加疏水泵汽蝕現(xiàn)象明顯改善,出力明顯提高。但是,2號低加在無抽汽流量的情況下,疏水泵仍不能完全將全部疏水送至凝結(jié)水管路,有部分疏水通過危急疏水管路直接引至凝汽器熱井,這是一種非正常的運(yùn)行方式。若將2號低加維持較高水位,低加疏水泵出力增加,2號低加水位愈高,疏水泵出口流量愈大,一直到2號低加水位高至無法監(jiān)視時,低加疏水泵流量才趨于正常。圖2為低加疏水泵出口流量隨2號低加水位變化曲線。試驗(yàn)表明,造成低加疏水泵出力低的主要原因有:(1)吸入管路彎頭太多且管路較長,吸入阻力太大;(2)低加疏水泵布置位置較高,2號低加汽側(cè)壓力較低,低加疏水泵吸入壓力低。3改進(jìn)前后低加參數(shù)對比針對2號低加凝結(jié)水無溫升及低加疏水泵存在的問題,采取了以下改進(jìn)措施:(1)將低加疏水泵管路直接接入泵吸入口,減小吸入阻力。2號機(jī)如此改進(jìn)后,低加疏水泵運(yùn)行正常,但這種改進(jìn)不能完全消除3號低加疏水流入2號低加排擠六抽現(xiàn)象,2號低加凝結(jié)水溫升低,使3號低加的五抽流量增大,影響機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性。(2)3號低加引至2號低加的疏水位置提高,使3號低加疏水在2號低加充分冷卻,從而減弱3號低加疏水對六抽的排擠現(xiàn)象。(3)低加疏水泵吸入口管路改接至3號低加,增加泵吸入口處壓力。機(jī)組正常運(yùn)行時,低加疏水泵排去3號低加疏水,而2號低加疏水參數(shù)較低,可直接引至凝汽器熱井。1號機(jī)組采取這種改進(jìn)措施后,低加疏水泵出力正常,2號、3號低加凝結(jié)水溫升正常,比第1種措施經(jīng)濟(jì)性好。采用第3種措施,改進(jìn)前后低加參數(shù)對比見表1。從表1看出,低加疏水系統(tǒng)改進(jìn)前1號、2號低加凝結(jié)水溫升很小,3號、4號低加凝結(jié)水溫升較大,高品質(zhì)抽汽流量較大;改進(jìn)后,1號、2號低加凝結(jié)水溫升增大,3號、4號低加凝結(jié)水溫升較改造前減小,高品質(zhì)抽汽流量減少,較接近設(shè)計值。4經(jīng)濟(jì)分析4.1[]的[]公式[]熱力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性定量分析模型基于能效分布矩陣的熱力系統(tǒng)矩陣分析方法,采用常規(guī)熱平衡的矩陣表達(dá)形式為:[00[AV]Τ?0τ1τ2?τzq0][φ1φ2?φzη0]=[h1-hnh2-hn?hz-hnh0-hn-Π](1)上述矩陣簡記為[B][η]=[Δh]或[η]=[B]-1[Δh]。式中:[AV]=[E-[Af][αf]D-[Aτ][aτ]D-[Δq]D]-1[A]]。其中:[E]為對角線元素為1的z階單位矩陣;[αf]D為第1類輔助汽水的對角線元素為αfi/τi的z階方陣;[aτ]D為第2類輔助汽水對角線元素為ατi/τi的z階方陣;[Δq]D為第3類輔助汽水對角線元素為Δqi/τi的z階方陣;Π=τb+∑αmi(hmi-hn)。[η]為待求矩陣,該矩陣中元素η0在數(shù)值上等于熱力系統(tǒng)的循環(huán)效率,局部定量分析中只需要將疏水系統(tǒng)改進(jìn)后的熱力系統(tǒng)按一定規(guī)則填入上述方程求出熱力系統(tǒng)改進(jìn)后的循環(huán)效率η′0,則熱力系統(tǒng)變化后循環(huán)效率的相對變化δηi=η′i-η0η0。由于能效分布矩陣方程中涉及了矩陣求逆和矩陣乘法運(yùn)算,人工計算較為繁瑣,本文采用了MATLAB6.5編制計算模塊,計算非常簡便并且精度很高。4.2機(jī)組加熱器疏水系統(tǒng)原始數(shù)據(jù)根據(jù)能效分布矩陣填寫規(guī)則及N150—13.24/535/535型汽輪機(jī)組純凝汽額定工況熱力計算書,整理得機(jī)組加熱器疏水系統(tǒng)原始數(shù)據(jù)見表2。其它相關(guān)數(shù)據(jù)有:新蒸汽比焓值h0=3426.96kJ/kg,排汽比焓值hn=2392.77kJ/kg,給水泵比焓升τb=22.8kJ/kg,凝結(jié)水比焓值τn=144.29kJ/kg,熱耗率q=8145.5kJ/(kW·h),除氧器凝結(jié)水系數(shù)αH=0.8259819。4.3熱力系統(tǒng)循環(huán)效率計算根據(jù)機(jī)組的熱力系統(tǒng),其主系統(tǒng)能效分析矩陣為:[q1τ1τ1τ1τ1τ1τ1τ1q2γ2γ2τ2τ2τ2τ2q3γ3τ3τ3τ3τ3q4τ4τ4τ4τ4q5γ5γ5τ5q6γ6τ6q7τ7q0][η1η2η3η4η5η6η7η0]=[h1-hnh2-hnh3-hnh4-hnh5-hnh6-hn+σ(1-η0)h7-hn+σ(1-η0)h0-hn+σ(1-η0)-Π](2)對主系統(tǒng)來說,[Af][αf]D=→0;[Aτ][aτ]D=→0;[Δq]D=→0;則[AV]=[A],Π=τb。將原始數(shù)據(jù)帶入矩陣計算得熱力系統(tǒng)循環(huán)效率η0=0.4468966750。對于熱經(jīng)濟(jì)問題,一般采用熱經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的相對變化,以熱力系統(tǒng)熱經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)為基準(zhǔn),只分析熱力系統(tǒng)改進(jìn)后相對于熱力系統(tǒng)循環(huán)效率η0的變化,即每增加輔助汽水或熱力系統(tǒng)改進(jìn)前、后的循環(huán)效率的相對變化,即δηi=η′0-η0η0,則機(jī)組熱耗率的變化Δq=q×δηi。4.4qf2122355疏水泵從2號低加移至3號低加,并且2號低加疏水直接進(jìn)入凝汽器熱井,則3號低加變?yōu)榛旌鲜郊訜崞?2號低加為表面式加熱器且疏水直接進(jìn)入1號低加水側(cè)。A=[q1γ1τ1τ1τ1τ1τ1τ1q′2τ′2τ′2τ′2τ′2τ′2τ′2q′3γ′3τ′3τ′3τ′3τ′3q4τ4τ4τ4τ4q5γ5γ5τ5q6γ6τ6q7τ7q0]Af=[0γ1τ1τ1τ1τ1τ1τ1qf2τ′2τ′2τ′2τ′2τ′2τ′20γ′3τ′3τ′3τ′3τ′30τ4τ4τ4τ40γ5γ5τ50γ6τ60τ70]αf=[0γ1τ1τ1τ1τ1τ1τ1α′2/τ′2τ′2τ′2τ′2τ′2τ′2τ′20γ′3τ′3τ′3τ′3τ′30τ4τ4τ4τ40γ5γ5τ50γ6τ60τ70]Aτ=[qτ1γ1τ1τ1τ1τ1τ1τ10τ′2τ′2τ′2τ′2τ′2τ′20γ′3τ′3τ′3τ′3τ′30τ4τ4τ4τ40γ5γ5τ50γ6τ60τ70]αf=[α′2/τ1γ1τ1τ1τ1τ1τ1τ10τ′2τ′2τ′2τ′2τ′2τ′20γ′3τ′3τ′3τ′3τ′30τ4τ4τ4τ40γ5γ5τ50γ6τ60τ70]Π=τb式中:q′2=q2-(τ2s-τ1o);τ′2=τ2-Δτ2;q′3=q3+(τ3s-τ2o);τ′3=τ3+Δτ3+Δτ2;α′2=(αΗ-α3-α4)×τ′2q′2;γ1=τ2s-τ1s;qf2=0;qτ1=τ2s-τn;γ′3=γ3+τ3s-τ2o。疏水泵位置改變后對熱耗率影響根據(jù)矩陣計算結(jié)果為:η′0=0.4472841698;δηi=η′0-η0η0=0.087%?Δq1=q×δηi=7.1kJ/kg。4.52332號低加凝結(jié)水溫升提高25℃,端差降低25℃,凝結(jié)水出水比焓值增加約100kJ/kg,則:τ″2=τ2-100;τ″3=τ3+100。將τ″2,τ″3分別代替式(1)中的τ2,τ3而其它參數(shù)不變,經(jīng)計算2號低加端差變化對熱耗率的影響為:η″0=0.4440511916;δηi=η″i-η0η0=0.637%?Δq2=q×δηi=51.9kJ/kg。4.63e0633:2-403號低加凝結(jié)水溫升提高10℃,端差降低10℃,凝結(jié)水出水比焓值增加約40kJ/kg,則τue0873=τ2-40;τue0874=τ4+40。將τue0873,τue0874分別代替式(1)中的τ3,τ4而其它參數(shù)不變,經(jīng)計算得低加端差變化對熱耗率的影響為:ηue0870=0.4463837959;δηi=η?i-η0η0=0.115%,Δq3=q×δηi=9.4