凝结水过冷度变化对机组热经济性的影响

朱存旭，刘 承

(1．山西漳山发电有限责任公司，山西 长治 046021;2．大连市热电集团有限公司香海热电厂，辽宁 大连 116011)

凝结水过冷度是评价凝汽器运行优劣的重要经济指标之一。由于凝汽器在设计、安装中存在的问题及电厂运行人员操作不当等原因，凝汽器内的凝结水温往往低于凝汽器压力对应下的饱和温度，其温差 (Δτwc)称为凝结水过冷度［1］。凝结水过冷度与真空泵的运行状况 (真空度)、凝结水水位等因素有关。凝结水过冷度大会导致凝汽器内的热量损失增加，此时凝结水就需要在末级加热器内吸收更多的热量，使末级加热器抽汽量增加、进入汽轮机做功的蒸汽量减少，同时还会导致凝结水水位过高和除氧不足，凝结水含氧量的增加加剧了凝结水管道的腐蚀并加大了除氧器的热除氧负荷，对设备安全运行不利［1］。目前，计算凝结水过冷度对机组经济性影响时多采用热平衡法，计算过程复杂且需要的机组参数多。本文从火电厂热力系统节能角度出发，将热力系统状态方程和矩阵分析方法相结合推导出凝结水过冷度对机组热经济性影响的数学模型，以某电厂1 000 MW机组为例进行理论计算，并根据计算结果，分析凝结水过冷度对机组热力系统经济性的影响。

1 计算模型推导［2］

凝结水过冷度对系统影响的数学模型是建立在热力系统状态方程的基础上，结合热力系统汽水分布状态方程、锅炉吸热量方程、汽轮机功率方程推导出来的，其推导过程如下。

热力系统汽水分布状态方程［1］:

式中，［A］、［Af］、［T］分别为回热系统、辅助蒸汽系统及辅助水流系统的结构矩阵; ［D0］和［Dbl］分别为主蒸汽流量、锅炉排污量; ［Di］、［Dfi］和 ［Dfwi］分别为加热器各级抽汽流量、辅助蒸汽流量、辅助水流量所组成的列向量;［Q0f］为外界纯热量扰动组成的列向量;［τi］为各级加热器给水焓升。

汽轮机功率方程［2］:

式中:H为汽轮机功率;D0为汽轮机进口蒸汽流量;h0为汽轮机进口蒸汽的比焓值;σ为单位质量工质在再热器中的吸热量;hc为低压缸排气焓值;为单位质量加热器抽汽少做的功;Di为各级加热器的抽汽量;为单位质量通流部分漏汽少做的功;Dfti为进 (出)汽轮机通流部分的蒸汽流量;Dzl为再热蒸汽的流量;hzr为再热蒸汽热段蒸汽焓值。

锅炉吸热量方程［4］:

式中，求和下标c表示该机组高压缸回热抽汽的抽汽个数 (以下计算实例热力系统中c=3);求和下标k表示从高压缸离开系统的辅助蒸汽流个数 (c和k都表示求和矩阵的阶数，即 ［σ］c=［σ σ… σ］T中有c个σ元素、［σ］k= ［σ σ …σ］T中有k个σ元素);Q为锅炉吸热量;σ为机组再热器吸热量;Dfti、Drs及Dss分别为进出汽轮机通流部分的辅汽流量、再热减温水流量、过热减温水流量;h0、hfw、hzr、hrs及 hss分别为主蒸汽比焓、主给水比焓、锅炉排污焓值、再热器出口焓值、再热减温水焓值、过热减温水焓值。

根据小扰动理论可知凝结水焓hwc变化不大时αfi、αfti、Δqi变化很小，可见凝结水过冷不会影响系统其它参数 (如 h0、σ、hc、αi、αftj)的变化［5］。

式 (2)两边同除以D0，再对末级加热器入口水焓hwc求偏导:

由偏微分理论可知，若末级加热器的入口水焓变化时，1 kg新蒸汽做功量的变化值:

同理将式 (3)两边同除以D0，再对末级加热器入口水焓hwc求偏导:

将式 (4)、式 (6)代入式 (7)，化简得内效率的绝对变化量:

内效率的相对变化量:

将式 (1)两边同除以D0，再对末级加热器入口水焓hwc求偏导:

将式 (11)代入式 (9)即可求得内效率的相对变化量:

表1 机组额定数据及抽汽效率

图1 N1000－25/600/6001000机组热力系统图

表2 N1000－25/600/600(双背压)机组计算结果

2 机组参数

某电厂1 000 MW超超临界机组N1000－25/600/600采用单轴四缸四排汽 (1个高压双流缸、1个中压双流缸和2个双流低压缸)、一次中间再热、双压凝汽器、冲动式汽轮机，该机组的热力系统图见图1。回热系统采用三高四低一除氧的八级加热器［6］。

该机组额定工况下加热蒸汽放热量 (qi)、各级加热器给水焓升 (τi)、疏水放热量 (γi)、回热加热器抽汽系数 (αi)、抽汽效率 (ηi)见表1。

可知机组额定工况 (TRL)下，新蒸汽等效热降H=1 247.2 kJ/kg、循环吸热量Q=2 760 kJ/kg。实际循环效率ηi=0.451 9，热耗率q=8 133.5 kJ/kWh，标准煤耗 bb=296.26 g/kWh［7］。

3 计算结果

以1 000 MW机组为例，分别应用上述推导出的数学模型和常规热平衡法在凝结水过冷度为1℃、2℃、3℃、4℃、5℃、6℃时进行计算，得出凝结水过冷度变化对机组热经济性的影响，计算结果见表2。

当凝结水过冷度不断增大时，机组热经济性不断下降，煤耗率不断增加，可见凝结水过冷度对机组的影响很大，不可忽视。实际运行中应加强监视凝汽器内的凝结水水位高度和保证凝汽器真空度维持在较高水平，实现安全经济运行［8］。

4 结论

a． 基于热力系统结构矩阵理论、依据小扰动原理分析了凝结水过冷度变化对机组热经性的影响，结合1 000 MW机组实例给出了凝结水在不同过冷度下对机组煤耗的影响。可见随着凝结水过冷度的增大，机组热经济性降低，煤耗率呈线性增加。

b． 该模型物理意义明确，具有较强的规律性，便于记忆，无须计算每一级加热器的等效焓降和抽汽效率，使得分析更加简捷、快速，由于引入矩阵，适用于计算机编程。

［1］ 卢绪祥，李录平．凝结水过冷度及其对机组性能的影响分析 ［J］．汽轮机技术，2002，44(2):117－119．

［2］ 张春发，张素香，崔映红，等．现行电力行业热经济性状态方程 ［J］．工程热物理学报，2001，11(6):665－667．

［3］ 闫顺林，张春发，李永华，等．火电机组热力系统汽水分布通用矩阵方程［J］．中国电机工程学报，2000，20(8):69－73．

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

［5］ 闫顺林，孙轶卿．凝结水过冷度对火电机组热经济性影响的计算模型 ［J］．汽轮机技术，2009，51(1):175－179．

［6］ 李 岩．1 000 MW机组热力系统热经济性分析及优化［D］．保定:华北电力大学，2011．

［7］ 田松峰，李 岩．1 000 MW机组喷水减温系统的热经济性［J］．东北电力技术，2010，31(6):13－15．

［8］ 李 岩，武庆源，王 鹏．汽轮机进汽参数改变对机组经济性的影响 ［J］．东北电力技术，2010，31(7):4－8．