600 MW超临界机组回热系统疏水方式改进

张瑞青，杨倩玉，张孜琪，王蔼晨

(沈阳工程学院 能源与动力学院，辽宁 沈阳 110136)



600 MW超临界机组回热系统疏水方式改进

张瑞青，杨倩玉，张孜琪，王蔼晨

(沈阳工程学院 能源与动力学院，辽宁 沈阳 110136)

摘要：汽轮机组热耗率是评价机组热经济性高低的主要指标。为降低机组热耗率，提出将喷射泵应用于汽轮机组回热系统疏水方式中，建立了其热经济性指标的计算模型，并以哈尔滨汽轮机厂生产的600 MW超临界机组为例，计算该机组回热系统采用不同疏水方式的热经济性指标。计算结果表明，采用喷射泵疏水方式后，低压加热器的热耗率降低了42.29 kJ/(kW·h)，高压加热器的热耗率降低了54.81 kJ/(kW·h)，若年发电量为30亿kW·h，则全年可节约煤量为6 210 t，并且为高压加热器疏水采用喷射泵疏水方式奠定了基础。

关键词：超临界机组；回热系统；疏水方式；喷射泵；热耗率

汽轮机组热耗率是评价机组热经济性高低的主要指标。引起机组热耗率高的原因很多，如汽轮机组运行方式不合理、汽轮机回热系统方式偏离设计值、加热器端差增加等。同时，随着机组容量的增加，超(超)临界机组即将成为我国主力机组，与以往的亚临界及其以下机组相比，超(超)临界机组热耗率已降低了500～1 400 kJ/(kW·h)，但仍有很大的节能空间。汽轮机组回热系统疏水方式全部采用喷射泵的疏水方式时，热耗率降低幅度很大，但系统改造费用高[1]。因此，研究汽轮机组回热系统中部分加热器疏水采用喷射泵疏水方式，并以哈尔滨汽轮机厂生产的600 MW超临界机组为例，计算回热系统高压加热器和低压加热器分别采用喷射泵疏水方式时机组的热经济性指标，同时与机组采用逐级自流疏水方式的热经济性进行了比较。

1汽轮机组回热系统疏水方式

目前，凝汽式汽轮机组回热系统的疏水方式主要有2种：①疏水逐级自流；②末级(次末级)加热器疏水采用疏水泵[2]。逐级自流疏水方式安全可靠性较好，结构简单；而采用疏水泵疏水方式的回热系统安全可靠性偏低，但其热经济性稍高于逐级自流疏水方式。

逐级自流疏水方式如图1所示。这种疏水方式系统结构简单，安全可靠，不消耗厂用电，运行维护方便，是目前应用最普遍的一种疏水方式。但由于疏水进入低一级加热器中要释放热能，排挤部分低压抽汽，使回热抽汽在汽轮机中的做功减少。为维持功率不变，需使进入凝汽器的流量增加，提高了冷源损失，降低了机组热经济性。

图1　逐级自流疏水方式

疏水泵疏水方式是利用疏水泵将疏水直接送入该加热器出口的主凝结水管道中。这种疏水方式将疏水和主凝结水混合，减少了该加热器的出口端差，其热经济性仅次于采用混合式加热器系统。但这种疏水方式设有疏水泵，系统结构复杂，安全可靠性低，消耗厂用电。实际中，将疏水泵设置在疏水量比较大的末级或次末级，而其余加热器疏水均采用逐级自流方式，如图2所示。

图2　末级加热器采用疏水泵疏水方式的回热系统

2回热系统喷射泵疏水方式

2.1喷射泵的工作原理

喷射泵是利用具有一定压力的工作流体引射另一种流体的设备，主要由工作喷嘴、吸入室、混合室和扩压室等几部分组成[3]，其结构如图3所示。

图3　喷射泵结构

工作流体经喷嘴形成高速射流喷入吸入室，压力降低至吸入压力，压力能转换为动能，在喷嘴出口形成流速较高的射流。由于射流质点的横向紊动和扩散作用，与周围的介质进行动量交换并将其带走，使吸入室压力降低，从而将被引射流体吸入。混合室的作用是使流体充分地进行动量交换，以使其出口外的液流速度尽可能趋于均匀。扩压室是一段扩张的锥管，可使液流流速降低，压力升高，将动能转换为压力能。

2.2回热系统疏水采用喷射泵方式

高压加热器疏水采用喷射泵疏水方式的回热系统，如图4所示，低压加热器疏水仍采用逐级自流疏水方式。喷射泵引射j级加热器疏水，工作流体为j级加热器出口部分给水，经喷射泵抽吸混合后进入相邻的高一级加热器，H3#高压加热器的疏水经疏水泵引入给水管道中。这种疏水方式使疏水进入高一级加热器，排挤了部分高压抽汽，使高压蒸汽在汽轮机中的做功增加，可提高机组的热经济性。

图4　高压加热器采用喷射泵疏水方式的回热系统

低压加热器疏水采用喷射泵疏水方式的回热系统，如图5所示，高压加热器疏水仍采用逐级自流疏水方式，H5#低压加热器的疏水经疏水泵引入除氧器中。

图5　低压加热器采用喷射泵疏水方式的回热系统

2.3采用喷射泵疏水方式机组热经济性指标计算

参考图4和图5，以j级加热器(采用喷射泵加热器)为例，计算该级加热器的抽汽流量。

抽吸第(j+1)级加热器的疏水Ds(j+1)需工作流体的流量为

(1)

式(1)中，μj为喷射系数[4]。

进入第j级加热器的疏水流量为

Dd(j+1)=Dp(j+1)+Ds(j+1)

进入第j级加热器的给水流量为

Dwj=Dw(j+1)+Dp(j+1)

(2)

第j级加热器的抽汽量为

(3)

式(3)中，τwj为给水在第j级加热器中的焓升，γj为疏水在第j级加热器的放热量，qj为抽汽在第j级加热器的放热量。

第j级加热器的抽汽份额为

(4)

式(4)中，D0为主蒸汽流量。

汽轮机组主要热经济性指标考核值为热耗率，它的高低可以直接反应汽轮机组热经济性的好坏。

凝汽式汽轮机组的电功率为

ΔHiηmηg/3 600

(5)

式(5)中，αsgi为蒸汽在汽轮机内膨胀时第j段轴封及门杆漏汽份额；αrh为再热蒸汽份额；Yj为蒸汽在汽轮机内膨胀时第j段抽汽作功不足系数；Ysgi为蒸汽在汽轮机内等熵膨胀时第j段轴封及门杆漏汽作功不足系数；ΔHi为汽轮机的有效焓降；z为加热器的级数；z1为轴封漏汽段数。

汽轮机组热耗率为

上式中，Dfw、Drh、Djw分别为给水流量、再热蒸汽流量、再热器减温水流量；h0、hfw、hr、hjw为分别主蒸汽焓值、给水焓、再热蒸汽焓值、减温水焓值；qrh为蒸汽在再热器里的吸热量。

全厂热效率为

(6)

煤耗率为

(7)

3实例计算

以哈尔滨汽轮机厂生产的600 MW超临界机组为例，对回热系统进行抽汽份额和热经济性指标的计算，计算过程中回热系统采用了4种不同的疏水方式，分别为：

方案1：回热加热器都采用疏水逐级自流；

方案2：高压加热器采用逐级自流，低压加热器采用喷射泵；

方案3：高压加热器采用喷射泵，低压加热器采用疏水逐级自流；

方案4：各加热器都采用喷射泵。

计算结果如表1、表2所示。

从表1可以看出，回热系统高压加热器疏水采用喷射泵疏水方式与采用逐级自流方式相比，抽汽份额减小，排挤高压抽汽，机组热经济性提高；低压加热器疏水采用喷射泵疏水方式与逐级自流疏水方式相比，抽汽份额基本都减小，只有最末级抽汽份额增加。

从表2可以看出，加热器疏水全部采用喷射泵疏水方式时热经济性最高，而高压加热器疏水采用喷射泵疏水方式的机组热经济性高于低压加热器疏水采用喷射泵疏水方式，疏水采用逐级自流方式的热经济性最低。

同时，从表2中还可看出，低压加热器疏水采用喷射泵疏水方式与疏水采用逐级自流相比，热耗率降低42.29 kJ/(kW·h)，节煤量为1.59 g/(kW·h)；高压加热器疏水采用喷射泵疏水方式时，热耗率可降低54.81 kJ/(kW·h)，节煤量为2.07 g/(kW·h)，若年发电量为30亿kW·h，则一年可节约煤量为6 210 t。

表1　某600 MW超临界机组采用不同

与高压加热器采用喷射泵疏水方式相比，加热器疏水全部采用喷射泵疏水方式时的热耗率仅降低8.08 kJ/(kW·h)，每发一度电可节煤0.3 g，但由于系统复杂且造价高，所以不推荐采用。

4结论

1)汽轮机组热耗率是评价机组热经济性高低的主要指标。为降低机组热耗率，将喷射泵应用于汽轮机组回热系统中的部分加热器上，并以哈尔滨汽轮机厂生产的600 MW超临界机组为例，进行了计算，对不同方案热经济性指标进行了比较。

表2　某600 MW超临界机组采用不同疏水方式回热系统的经济性指标

2)计算结果表明，回热系统加热器疏水全部采用喷射泵疏水方式热经济性最高，而高压加热器疏水采用喷射泵疏水方式的机组热经济性位居第二，疏水采用逐级自流方式的热经济性最低。

3)与加热器疏水全部采用逐级自流相比，低压加热器疏水采用喷射泵疏水方式时的热耗率降低42.29 kJ/(kW·h)，节煤量为1.59 g/(kW·h)；高压加热器疏水采用喷射泵疏水方式时，热耗率可降低54.81 kJ/(kW·h)，节煤量为2.07 g/(kW·h)，若年发电量为30亿kW·h，则一年可节约煤量为6 210 t。

4)与高压加热器疏水采用喷射泵疏水方式相比，回热加热器疏水全部采用喷射泵疏水方式的热耗率仅降低8.08 kJ/(kW·h)，但由于系统复杂、改造费用高，所以不推荐采用。

参考文献

[1]张瑞青，王雷，王汝武.采用喷射泵疏水方式的回热系统热经济性分析[J].汽轮机技术，2011，53(3)：179-182.

[2]郑体宽.热力发电厂[M].北京：中国电力出版社，1997.

[3]陆宏圻.射流泵技术的理论及应用[M].北京：水利电力出版社，1989.

[4]Е Я 索科洛夫，Н М 津格尔.喷射器[M].黄秋云，译.北京：科学出版社，1977.

(责任编辑张凯校对佟金锴)

Improvement on Regenerative System Hydrophobic Mode of 600 MW Ultra-supercritical Unit

ZHANG Rui-qing,YANG Qian-yu,ZHANG Zi-qi,WANG Ai-chen

(School of Energy and Power Engineering,Shenyang Institute of Engineering,Shenyang 110136,Liaoning province)

Abstract：Heat consumption rate of steam turbine unit is an index evaluating the heat economy of the power unit.A drain method using water jet pump was put forward for reducing heat consumption rate,and a calculation model of hot economic indicators about using a new drain method was built.Taking one 600MW turbine unit as an example,which was manufactured by Harbin steam turbine factory,the hot economic indicator was calculated under the different ways of hydrophobic.The results show that heat consumption rate of steam turbine unit with the drain method of water jet pump is lower than the drain method of flow automatically through each stage,and high pressure heater drain way with water jet pump is worth promoting.

Key words：Ultra-supercritical unit; regenerative system; drain way; water jet pump; heat consumption rate

中图分类号：TM621

文献标识码：A

文章编号：1673-1603(2016)02-0113-05

DOI：10.13888/j.cnki.jsie(ns).2016.02.004

作者简介：张瑞青(1975-),女，山西大同人，讲师，硕士。

基金项目：沈阳工程学院大学生创新创业训练计划项目(201511632122)

收稿日期：2016-03-30