给水泵汽轮机汽源耗差分析研究

程荣终，阮圣奇，吴鸿涛，杨 骏，仁 磊，胡中强，吴 仲

(1.皖能铜陵发电有限公司，安徽 铜陵 244000;2.国网安徽省电力公司电力科学研究院，安徽 合肥 230022)

0 引言

给泵汽轮机汽源有再热冷段蒸汽(高压汽源)和四段抽汽(低压汽源)，给水泵汽轮机(以下简称小汽轮机)正常工作汽源采用四段抽汽，备用和启动用汽源采用再热冷段蒸汽和辅助蒸汽(来自启动锅炉或相邻机组)。系统简图如图1所示。

图1 给水泵汽轮机汽源系统简图

实际运行中，大多数电厂的电动给水泵都是启动泵而非备用泵，汽轮发电机组若出现异常，快速降负荷时，4抽汽源压力不满足要求，且辅汽和高排汽源供应不及时，可能造成小汽轮机出力下降达不到锅炉的供水要求，造成锅炉侧管壁超温，最后触发MFT。部分电厂为保证不发生此事故，通常采取改变小汽轮机汽源运行方式，将高排蒸汽通过辅汽联箱减温减压后供往其中一台小汽轮机，保证在发生机组异常时一台小汽轮机的汽源稳定，安全性虽然得到了保证，但是此运行方式将降低机组经济效益。

另外在CFB循环流化床发电机组中，锅炉具有较强的蓄热能力，为减少机组非计划停运次数，停炉不停机，使机组能快速恢复负荷，提高机组经济性和安全性，大多数循环流化床机组也是采用将高排蒸汽通过辅汽联箱减温减压后供往其中一台小汽轮机，保证锅炉给水。

上述情况都是从机组安全性角度考虑，但是忽略了经济性带来的问题，本文应用等效焓降理论对小汽轮机汽源问题进行分析，评估其对能耗的影响大小，并提出解决问题的优化方案。

1 等效焓降计算原理

等效焓降首先由库兹湟佐夫提出并逐步完善、成熟，形成了完整的理论体系。等效焓降法是基于热力学的热功转换原理，以定主汽流量为基本思想，计算由热力系统改变引起的汽轮机组做功量改变为目的，并考虑到设备质量、热力系统结构和参数的特点，经过严密的理论推演，导出几个热力分析参量，用以研究热功转换及能量利用程度的一种方法［1］。

根据等效焓降理论，蒸汽携带热量进入系统做功量和装置经济性的相对变化量计算方法为:

其中ΔH为做功变化量，kJ/kg;af为蒸汽份额，%;hf为外来蒸汽焓，kJ/kg;hj为j能级蒸汽焓，kJ/kg;ηj为j能级抽汽效率，%;hn为低压缸排汽焓，%;δηi为装置经济性变化量，%;H为汽轮机组等效焓降，kJ/kg。

根据蒸汽携带热量进入系统计算分析原理，蒸汽携带热量出系统可以看成是将公式1中的纯热量部分，也即hj－hn等于零，对应做功损失和装置经济性降低计算方法如下:

(注:式2和式4装置经济性变化量计算公式仅适合于锅炉再热器吸热量不变的情况。)

等效焓降法既可以完成整体计算也可以实现局部定量分析，计算的基本原则和思想是源于传统的热平衡方法，但是过程比传统的热平衡方法简洁，同时计算精度又优于简捷热平衡计算，目前主要应用于汽轮机热力系统的耗差分析计算。应用该方法时，需要计算每项偏差因素引起的蒸汽做功变化及循环吸热量变化，从而计算出由此引起的热效率的相对变化，再定量计算出其他热经济指标的变化［2］。

针对本文的研究对象，需要计算由于高排流量变化引起的再热器吸热量，也即采用变热量等效焓降计算。计算公式如下:

其中 ΔQzr－j为再热器吸热量变化量，kJ/kg;σ 为1kg蒸汽在再热器中的吸热量，kJ/kg;Δazr－j为 j能级排挤1kg蒸汽流经再热器的份额，%;由于高排蒸汽流量变化量与再热器蒸汽流量变化量相等，因而式5简化为:

2 机组抽汽能级计算

某电厂300MW机组热力系统布置有3台高压加热器、1台除氧器、4台低压加热器、给水泵汽轮机为小汽轮机驱动。根据等效焓降计算原则，各级抽汽等效焓降和抽汽效率计算结果如表1所示。

3 汽源耗差分析计算

根据等效焓降理论，2级抽汽，也即高排蒸汽的抽汽效率远高于4级抽汽效率，做功能力高。运行中若将高排蒸汽降低参数替代4级抽汽供应小汽轮机，性质上等价于机组的节流损失，因而从理论上证明此种运行模式将增加机组能耗。

进行定量计算，根据表1计算结果，并依据式2～式6计算公式，针对高排蒸汽降低参数供小汽轮机的运行模式，耗差计算结果如表2所示。

表1 各级抽汽等效焓降和抽汽效率计算结果

表2 给水泵汽轮机汽源耗差计算

以机组年利用小时数5000小时，标煤价格800元/吨计算，该机组一年将多耗费191万余元。

4 结论

用高排蒸汽降低参数后供应小汽轮机运行，需要付出较大的经济性代价。

因而建议电厂重新审视运行中小机汽源问题，在保证安全性的同时，采取其他可行的运行方式，降低机组能耗。目前可行的方法有:(1)将高排至小汽轮机的进汽管路疏水阀打开，保持暖管，需要时可以立刻使用高排蒸汽，正常运行小汽轮机用4级抽汽;(2)高排供应辅汽联箱，同时开辟辅汽联箱的用户，保证辅汽联箱参数，正常运行小汽轮机用4级抽汽。此两种运行方式可以在一定程度上降低机组能耗。

［1］林万超.火电厂热系统定量分析［M］.西安交通大学出版社，1985.

［2］闫水保.电厂热力系统做功能力分析［J］.发电设备，1999，(3):35-37.