0号高压加热器疏水方式优化

张彦鹏 ，郑 威 ，李苏生 ，祝令凯 ，李 思

（1.国网山东省电力公司电力科学研究院，山东 济南 250003；2.山东电力中心医院，山东 济南 250001）

0 引言

根据国家煤电节能减排升级与改造行动计划，到2020年，现役火电机组改造后平均供电煤耗低于310 g／kWh，其中现役600 MW及以上机组（除空冷机组外）改造后平均供电煤耗低于 300 g／kWh［1］。 为落实国家煤电机组节能减排升级与改造行动计划，燃煤机组充分利用成熟、先进、适用的节能减排技术，研究系统节能降耗新技术的同时，考虑环保一体化（脱硝、脱硫扩容、湿式除尘等）和节能改造的同步性、相互适配性，研究与环保改造相关的节能改造内容和适应环保一体化的节能改造方案。

0号高压加热器和低温省煤器联合系统技术，不仅使机组回热系统的级数增加，循环热效率提高，热耗率降低，同时由于给水温度提高，省煤器换热量减少，导致省煤器出口烟温的升高，从而保证了部分负荷时SCR脱硝效率。因此0号高压加热器和低温省煤器联合系统是提高机组部分负荷运行经济性和环保指标的有效措施之一。

1 0号高压加热器

在回热系统中，1号高压加热器后与锅炉省煤器前增设1个高压加热器用来加热给水；高压加热器的蒸汽是由1级抽汽前的高压缸某级后抽出；高压加热器的疏水采用逐级自流至1号高压加热器或除氧器，满足上述条件的高压加热器称为0号高压加热器，简称0号高加。

以国内某电厂680 MW机组的0号高加作为研究对象，从汽源选取、疏水方式2方面分别介绍0号高加设置方案。

1.1 0号高加汽源选取

0号高加选取合适且不影响机组安全性的高压汽源十分重要。该机组0号高加抽汽借助汽轮机现有的补汽阀，阀后导汽管上设置三通，在低负荷时利用高压缸补汽阀接口抽汽送至0号高加。0号高加与补汽阀进汽共用1个接口，通过补汽阀和0号高加抽汽管路的快关调节阀切换，见图1。

对于没有补汽阀的机组，根据国内汽轮机制造商的相关研究［2］，一般依据各负荷条件下加权平均热耗降低幅度最大的原则进行汽源优选，最佳的汽源应选取高压缸第7级动叶后，经过优化计算，最终确定选取高压缸第9级后为0号高加抽汽的汽源。此方案处于理论研究阶段，需要验证外缸的强度和刚性；同时，设备改造工作量大、投资成本较高，目前尚没有发电机组采用此方案。

图1 机组中0号高加的汽源选取

1.2 0号高压加热器疏水方式

0号高加疏水方式主要有5种：疏水至1号高加、疏水至2号高加、疏水至3号高加、疏水至除氧器、疏水至凝汽器。其中：疏水至凝汽器由于经济性差，常作为事故疏水考虑。其他4种方式，经济性逐渐降低，投资成本也逐渐降低，调节运行由于改造加热器的减少而变得简单，如图2所示。

图2 4种0号高加疏水方式

2 0号高加经济性分析

2.1 等效热降法计算模型

等效热降基于热力学的热功转换原理，考虑到设备质量、热力系统结构和参数的特点，用以研究热工转换及能量利用程度的一种方法［3］。

等效热降法具有简捷、方便和准确的特点，可用局部运算替代整个热力系统的复杂计算，简化整个计算过程。

采用等效热降法对0号高加疏水位置不同进行局部定量分析，计算疏水位置变化对机组经济性的影响。

国内某电厂680 MW机组的疏水方式如图3所示，该机组0号高加正常疏水至2号高加，以0号高加疏水至2号高加为原系统，采用等效热降法分别计算出0号高加疏水至1号高加、3号高加以及除氧器3种方式下对机组做功和装置经济性的变化，进而计算出机组热耗率、煤耗，对比相同负荷下不同疏水形式的节能效果。由于相同负荷下0号高加的抽汽流量和参数不变，故0号高加的疏水参数保持不变。

图3 国内某电厂680 MW机组的疏水方式

根据等效热降法，再热机组要计算局部变动的经济性相对变化，除考虑等效热降变化外，还要考虑相应的循环吸热量ΔQ的变化。

ΔH为做功变化量，即不同疏水方式下新系统做功与原系统做功的差值，其计算公式为：

式中：H1-2为0号高加疏水至1号高加方式下相对于0号高加疏水至2号高加做功变化量；ΔH3-2为0号高加疏水3号高方式下相对于0号高加疏水至2号高加做功变化量；ΔHc-2为0号高加疏水至除氧器方式下相对于0号高加疏水至2号高加做功变化量；αf为0号高加抽汽流量占主汽流量的比例；分别为 0，1，2，3 号高加疏水焓；η1，η2，η3，ηc分别为 1，2，3，4 级抽汽效率。

ΔQ为循环吸热变化量，包括再热器吸热量的变化和锅炉蒸发吸热量变化2部分。而锅炉过热器蒸发吸热量不变，即循环吸热变化量就是不同疏水方式下再热器吸热量的变化与原系统再热器吸热量的变化之间的差值

式中：ΔQ1-2为0号高加疏水至1号高加方式下相对于0号高加疏水2号高加循环吸热变化量；ΔQ3-2为0号高加疏水至3号高加方式下相对于0号高加疏水2号高加循环吸热变化量；ΔQc-2为0号高加疏水至除氧器方式下相对于0号高加疏水2号高加循环吸热变化量；σ为1 kg蒸汽在再热器中的吸热量；h1，h2为 1，2 号高加的抽汽焓。

0号高加疏水位置变动的汽轮发电机组循环热效率相对变化

式中：ΔH 为做功变化量， 即 ΔH1-2，ΔH3-2，ΔHc-2；ΔQ为循环吸热变化量，即 ΔQ1-2，ΔQ3-2，ΔQc-2；δηi为汽轮发电机组循环热效率相对变化；ηi为汽轮发电机组循环热效率；H为新蒸汽等效热降。

ΔH和ΔQ有正负之分。当做功增加时，ΔH为正值，反之为负值；当循环吸热量增加时，ΔQ为正值，反之为负值。

2.2 计算结果

依据机组热力计算书中的机组不同负荷的参数，对机组进行等效热降计算。机组不同负荷下的抽汽效率及关键参数见表1。

表1 机组不同负荷下的抽汽效率及关键参数

参 数 单位 7 5%T H A 5 0%T H A 4 0%T H A 3 0%T H A 4级抽汽效率 % 0.3 0 0 9 0.2 8 3 6 0.2 7 1 6 0.2 4 8 6再热冷段蒸汽焓 k J／k g 3 1 2 9.8再热热段蒸汽焓 k J／k g 3 6 7 7.8 3 1 6 5.1 3 1 7 9.2 3 1 8 2.5 3 6 9 1.5 3 6 9 4.8 3 6 8 8.1

分别计算不同负荷段不同疏水方式对原机组疏水系统经济性的影响，结果见表2。

通过对机组 75%THA，50%THA，40%THA，30%THA 4个负荷段0号高加3种疏水方式对原机组疏水方式经济性的计算，结果表明：

1）机组任何负荷下0号高加疏水至1号高加的经济性最好；

2）机组负荷在50%THA左右时，0号高加疏水方式变化对机组经济性影响较大；

3）机组原系统与疏水至1号高加的热耗率相差较小，但与疏水至3号高加、除氧器的经济性相差较大；

4）机组原系统0号高加疏水至2号高加，综合经济性最好，仅对2号高加之后的高压加热器进行改造，不对1号高加进行改造，可以减少投资、缩短改造工期。

表2 不同疏水方式对原机组经济性的影响

2.3 0号高加不同疏水方式经济效益对比

由于电网的扩大和用电结构的变化，峰谷差也相应扩大，机组除要承担基本负荷，也要承担调峰任务。在调峰运行模式下，国内大容量机组多采用滑压运行，机组的年运行小时数、年利用小时数等条件对经济比较结果有明显的影响。参考山东电网同类型机组的实际运行情况，按2017年利用小时数取5 000 h，该机组调峰运行模式暂按表3考虑。

由于2017年山东可再生能源机组调峰最低负荷为40%THA，因此机组30%THA负荷的运行时间为零。

表4 不同疏水方式对原机组经济效益对比

在40%～100%THA负荷内，该机组年利用小时数按表3中数据计算，标煤 800元／t，计算结果见表4。

由此可见，该机组按调峰模式运行时，0号高加疏水至1号高加相对疏水至2号高加每年可产生经济效益5.7万元；0号高加疏水至3号高加、除氧器相对疏水至2号高加每年分别降低经济效益58.8万元、134.7万元。由于0号高加疏水至1号高加和疏水至2号高加经济性差别较小，而疏水至1号高加投资成本高、调节运行难，因而0号高加疏水至2号高加综合经济性最优。

4 结语

依据机组在75%，50%，40%和30%额定负荷下0号高加的性能参数，通过等效热降原理对0号高加不同疏水方式进行汽轮机与回热系统热力计算，得到汽轮发电机组循环热效率变化值，分析机组运行的经济效益。结果表明：该类型机组0号高加疏水至2号高加经济效益最优。