1 000 MW火电机组高压加热器效率研究

陈增辉,刘 磊

(1.大唐东营发电有限公司,山东 东营 257000;2.大唐东北电力试验研究院,吉林 长春 130000)

0 引言

高压加热器是汽轮机附属系统中的重要设备，利用从汽轮机中间级后抽出的蒸汽，加热锅炉给水，以实现提高机组热效率的目的。因此，尽早发现并及时处理高压加热器的故障对提高火力发电厂的热经济性意义很大[1]。当前行业内多用加热器的端差大小来评价高压加热器的热经济性。现在大型机组的高压加热器一般采用疏水冷却段、凝结段和蒸汽冷却段的三段式结构。这样可以尽可能地降低其上、下端温差，提高机组的热经济性。

目前运行的超超临界机组高压加热器多设置内置式蒸汽冷却器(段)，但对于二次再热机组，来自高压缸的二段抽汽管道及来自中压缸的四段抽汽管道过热度分别达到260 ℃和325 ℃以上，对应的回热加热器换热温差大，换热引起的不可逆损失增大影响机组的热经济性。

传统热分析方法没有考虑到能量的品质，进而对进一步挖掘节能潜力工作带来理论上的障碍。而参数兼顾了能量的数量和质量上的统一，是衡量能量转换设备的统一标准，在文献[2-3]中详细介绍了参数的优越性和在能量系统中的应用方法。当前，国内外越来越多的学者利用参数对电站热力系统、相关耗能系统进行节能诊断工作，并收到了良好的效果[4-7]。为更全面的了解加热器的性能表现，文章对利用参数对高压加热器系统进行效率核算。并以1号高压加热器端差变工况作为算例的影响因子，对某1 000 MW高压加热器系统进行了效率计算分析，给出高压加热器系统设备参数的变化特点，指导电站节能工作。

1 高压加热器指标存在的问题

在电站节能统计或者进行性能试验时，通常不考虑加热器散热损失，取换热效率为100%，此方式为热力试验计算给水流量规程推荐方法，同时通过大量的现场试验证明，计算得到的抽汽流量，以及基于抽汽流量得到的给水及汽轮机主蒸汽流量可得到满意的精度，说明加热器热效率取100%是基本负荷加热器，但由于运行时的各种原因导致的加热器温升可能不达设计值的情况，只能通过端差体现。

根据加热器热平衡公式。可知通常在电厂热力计算过程中认为加热器热效率为一定值。即使在加热器温升出现变化时，加热器的换热效率仍是保持不变的。但加热器的给水端差此时是变化的。但端差的变化不能够直接反应加热器的性能变化。但加热器的换热性能下降与热效率为100%的说法存在矛盾。这也主要是热方法不区分能量品质等级造成的。同时性能出现的恶化加热器对系统中其他的加热器性能影响也是体现不出来的。因此，文章给出一种基于参数的评价方法，加热器温升变化时，加热器的效率能清晰反应加热器的性能的变化。同时文章给出了加热器温升变化对机组性能的影响情况。

2 高压加热器效率

e=h-h0-T0(s-s0)

(1)

式中e——水或水蒸气的/kJ·kg-1；

h——水或水蒸气焓/kg·kg-1；

h0——水在环境条件下的焓/kg·kg-1；

焓参数可以根据水和水蒸气焓熵图中压力和温度参数得到。

T0——环境开氏温度/K；

s——水或水蒸气的熵/kJ·(kg·K)-1；

s0——水环境条件下的熵/kJ·(kg·K)-1。熵参数可以根据水和水蒸气焓熵图中压力和温度参数得到。

(2)

式中Gs——加热器水侧流量/kg·s-1；

Gq——加热器进汽流量/kg·s-1；

e1——加热器进水/kJ·kg-1；

e2——加热器出口/kJ·kg-1；

e3——加热器进汽/kJ·kg-1；

e4——加热器疏水/kJ·kg-1。

1 000 MW二次再热机组高压加热器通常配置4台高压加热器，系统图见图1所示。

(3)

式中egs1——1号高压加热器给水出口/kJ·kg-1；

egs2——1号高压加热器给水入口/kJ·kg-1；

ejq1——加热器进汽/kJ·kg-1；

ess1——加热器疏水/kJ·kg-1；

Ggs——给水流量/kg·s-1；

Gjq1——1号高压加热器进汽流量/kg·s-1。

(4)

式中egs2——2号高压加热器给水出口/kJ·kg-1；

egs3——2号高压加热器给水入口/kJ·kg-1；

ejq2——2号高压加热器进汽/kJ·kg-1；

ess2——2号高压加热器疏水/kJ·kg-1；

Gjq2——2号高压加热器进汽流量/kg·s-1；

Gss1——1号高压加热器疏水流量/kg·s-1。

3 某电站高压加热器算例

某电站1 000 MW二次再热机组配置4台单列蛇形管高压加热器，其中二段抽汽和四段抽汽配置外置式过热蒸汽冷却器，高压加热器系统如图1所示，加热器设计参数见表1。

表1 高压加热器性能规范

表2 高压给水系统设计参数

3.1 算例基本假设

工况假设条件：1号高压加热器性能出现恶化，给水端差下降导致1号高压加热器出口水温降低；1号高压加热器变工况计算时，二段、四段抽汽外置蒸汽冷却器按照性能试验中系统修正方法，依据下端差计算2号、4号加热器进汽温度；不考虑加热器散热损失(热效率100%)。

3.2 高压加热器效率计算

表3 高压加热器设计热效率与效率对比

表3 高压加热器设计热效率与效率对比

设备热效率/%效率/%1号高压加热器10097.822号高压加热器10097.273号高压加热器10094.474号高压加热器10094.57

表4 高压加热器效率变工况计算结果

表4 高压加热器效率变工况计算结果

1号高压加热器端差/℃-1.7-0.70.31.31号高压加热器97.8297.7997.7797.752号高压加热器97.2797.2897.3097.323号高压加热器94.4794.4694.4594.434号高压加热器94.5794.5894.6094.61

图2 1号高压加热器端差对高压效率影响曲线

由计算结果可见，1号高压加热器端差增大时，1号高压加热器效率是明显降低的，这与热效率明显不同，2号、4号高压加热器效率是提高的，究其原因是由于1号高压加热器由于端差升高，导致1号高压加热器出口水温降低，2段、4段抽汽过热蒸汽冷却器抽汽出口汽温降低，进而导致2号、4号高压加热器进汽温度，在2号、4号加热器换热性能不变的前提下，加热器进汽温度降低实际上降低了换热温差，从而降低了有温差换热的不可逆损失，所以2号、4号高压加热器的效率得以升高。这是由于外置式蒸汽冷却器的出口蒸汽温度降低引起的2、4号高压加热器换热温差带来的不可逆损失。

对于外置蒸汽冷却器来说，虽然二段抽汽、四段抽汽外置蒸汽冷却器的进汽流量相应增加，但不能弥补1号高压加热器端差恶化引起的给水温度降低，增加了锅炉吸热量和汽机热耗率。

4 结论与展望

(2)当高压加热器换热性能下降时，热效率不能够体现加热器性能。在加热器端差恶化时，加热器效率能够体现加热器性能变化。

(4)作为汽轮发电机机组的组成部分，某台高压加热器性能的恶化可能会对影响高压加热器性能升高，但对于整个热力系统来说，性能降低是必然的。