60 MW机组高压加热器泄漏对热经济性的影响

高 璨

(中国石化仪征化纤公司热电部，江苏仪征 211900)

某电厂现运行的60 MW汽轮机组属于二十世纪八十年代国产小机组，由于使用寿命长、运行工况多变等方面因素，高加系统泄漏情况频频发生，极大地影响了机组的稳定运行和对外供热需求。受控煤与供热等多方面影响，若遇泄漏情况，高加系统是否需要立即解列进行堵漏检修，或是在保证安全性的前提下带病运行？如若选择带病运行，高加系统泄漏对电厂热经济性的影响如何？一般情况下，电力行业仅从高加系统投入率和锅炉给水温度进行考量，利用常规的热平衡法，不仅计算繁杂，而且难以定量考虑对整个电厂系统热经济性的影响。本文通过等效焓降法，探讨某电厂高加钢管泄漏对热经济性的影响。

1 等效焓降法

等效焓降法是基于热力学的热功转换理论，考虑设备质量、热力系统结构和参数的特点，导出几个热力分析参量(如抽汽等效焓降Hj和抽汽效率ηj等)，用于研究热功转换及能量利用程度的一种方法[1]。其物理意义是：等效焓降H是1 kg抽汽从回热系统Noj返回汽轮机的真实做功能力，标志汽轮机各抽汽口蒸汽的能级或能位高低。Hj越高，能级就越高，汽流的做功能力就越大。抽汽效率ηj是指任意热量加到汽轮机的回热系统Noj时，该热量在汽轮机中转变为功的程度和份额。新蒸汽部位的效率最大，等于装置效率，而凝汽器的效率最低等于0，所以抽汽效率的数值处于装置效率与零之间。以下基于这一理论进行探讨。

2 高加系统泄漏热效率损失计算

高加系统泄漏分为两种类型(即内漏和外漏)：内漏指高压加热器内管束泄漏，回热系统内循环加热泄漏水源，造成热量损失；外漏指高加系统外疏水泄漏，需要增加系统补水，同样会造成热量损失。两种泄漏对热经济性的影响并不相同，由于某电厂机组频繁出现高加钢管泄漏事件，本文仅考虑内漏对热经济性的影响。

2.1 汽机型式和各项参数

该电厂共有三台60 MW机组，1#机型号为C60-8.83/1.28-Ⅱ型，3#机型号为CC60-8.83/3.1/1.3型，4#机型号为CC60-8.83/4.12/1.47型，由于3#机进行过通流部件改造，抽汽温度较另外两台机组要高，在此不进行分析。基于1#汽轮机与4#汽轮机使用时间与泄漏次数的比较，本文仅以1#汽轮机额定工况下的各项参数值作为依据进行讨论。1#汽轮机是单缸、冲动、具有一级调整抽汽、冷凝式单排汽口汽轮机，主汽压力P0为8.83 MPa，主汽温度t0为535 ℃。

1#汽轮机额定工况下热力特性参数见表1。

表1 1#汽轮机热力特性表

1#机共有6级抽汽，各级参数及用途见表2。

表2 1#汽轮机各级抽汽情况

蒸汽热力过程及其各抽汽点的参数模拟焓熵图对应数据[3]及数据整理见表3。

表3 1#汽轮机回热系统情况

1#汽轮机回热系统简图如图1所示。

图1 1#汽轮机回热系统图

根据等效焓降法可知[3]：

1#低加抽汽等效焓降和抽汽效率为H1=h1-hcη1=H1/Q1

2#低加抽汽等效焓降和抽汽效率为H2=h2-h1+H1-△hw1η1η2=H2/Q2

3#低加抽汽等效焓降和抽汽效率为H3=h3-h2+H2-△hw2η2η3=H3/Q3

除氧器抽汽等效焓降和抽汽效率为H除=h除-h3+H3-△hw3η3η除=H除/Q除

4#高加抽汽等效焓降和抽汽效率为H4=h4-h除+H除-△hw除η除η4=H4/Q4

5#高加抽汽等效焓降和抽汽效率为H5=h5-h4+H4-△hw4η4η5=H5/Q5

新蒸汽等效焓降为H0=h0-h5+H5-△hw5η5

循环吸热量为Q0=h0-hw5

系统循环热效率为η0=H0/Q0

式中hi为加热器对应抽汽焓，kJ/kg；△hwi为加热器对应给水焓升，kJ/kg；Qi为加热器对应抽汽放热量，kJ/kg；h0为新蒸汽焓值，kJ/kg；hw5为5#高加出水焓，kJ/kg。

根据上述公式计算各台加热器的抽汽等效焓降和抽汽效率，数据见表4。

表4 回热系统等效焓降参数(CC60-8.83/1.28-Ⅱ型)

2.2 高加钢管泄漏的等效焓降法计算

若某电厂1#机4#、5#高加疏水正常，在5#高加钢管有泄漏的情况下，假设泄漏点焓值为进、出水焓值的平均数h15=872.5 kJ/kg，泄漏量份额为α15，则泄漏部分给水在泄漏前5#高加钢管内部的焓升为：

Δh15=h15-h14=872.5-796=76.5 kJ/kg

式中h14为4#高加出口给水焓值。

α15部分泄漏给水随5#高加疏水进入4#高加的放热量为：

qα5=h15-hs4=872.5-794=78.5 kJ/kg

式中hs4为4#高加疏水焓。

一方面，5#高加钢管泄漏，导致4#高加疏水量增加，排挤抽汽，使新蒸汽等效焓降增加。

式中η4为4#高加抽汽效率。

另一方面，泄漏水源在4#、5#内形成闭式循环，对两台高加而言，在泄漏点与除氧器之间，增加了α15份额的给水，而加热这部分给水需要增加抽汽量，从而使新蒸汽等效焓降减少。

式中:Δhw5表示5#高加给水焓升，kJ/kg；η5为5#高加抽汽效率，%；Δhw4表示4#高加给水焓升，kJ/kg；η4为4#高加抽汽效率，%。

综上所述，新蒸汽的等效焓降实际减少：

Δhα5=Δh″α5-Δh′α5=61.68α15kJ/kg

此台机组无再热系统，机组总的循环吸热量q0由主给水流量、主给水焓和过热蒸汽焓所决定，与高加钢管泄漏无关。

那么，在5#高加钢管泄漏的情况下，汽轮机组系统的循环热效率相对降低[4]。

式中h0表示新蒸汽等效焓降。

2.3 高加解列的等效焓降法计算

若高加钢管泄漏立即解列处理，对应的高加抽汽将全部返回汽轮机做功，会使新蒸汽等效焓降增加。

Δh0h=Δhw5η5+Δhw4η4=153×0.34+113×0.28=83.66 kJ/kg

式中Δhw5表示5#高加给水焓升，kJ/kg；η5为5#高加抽汽效率，%；Δhw4表示4#高加给水焓升，kJ/kg；η4为4#高加抽汽效率，%。

系统总的循环吸热量增加：

Δq0h=Δhw5+Δhw4=153 +113=266 kJ/kg

则系统循环热效率相对下降为[4]：

=1.86%

式中h0表示新蒸汽等效焓降，kJ/kg；η0表示系统循环热效率，%。

2.4 确定临界参数

当高加钢管泄漏与高加解列所造成的系统循环热效率下降值相等时，即δηα15=δηh，可以得出允许高加钢管泄漏的临界份额α15=0.29。

假设机组运行中负荷基本维持不变，且高加泄漏点与泄漏份额不变，已知高加停运检修时间Th为3天，可确定高加系统的临界泄漏时间为：

=10.52

式中δηh为高加系统解列后系统循环热效率相对下降值，%；h0为新蒸汽等效焓降，kJ/kg；Δha5为高加钢管泄漏后新蒸汽等效焓降的减少值，kJ/kg；α15取高加钢管临界份额0.29。

通过上述计算可知，某电厂60 MW机组高加钢管泄漏后允许带病运行时间为10.52天，超过后将导致高加泄漏所致能量损失大于高加解列造成的能量损失。

2.5 煤耗计算

已知系统循环热效率降低，必然导致机组煤耗量增加，由上述结论，可计算高加泄漏和解列期间增加的煤耗量，以便直观了解高加钢管泄漏对热经济性的影响。

按照某电厂1#汽轮机运行现状，取发电煤耗为354 g/(kW·h)，发电量为130万kW·h。高加钢管泄漏初时并不明显，由于泄漏管周围管束受高压给水冲击致使泄漏管束扩大、泄漏量增加、高加水位上升，由现场实际经验可知带病运行至高加水位Ⅱ值报警需要15～20天的时间，在此取运行时间为17天，α15取为临界份额0.29，解列后还需要3天时间进行查漏堵焊，则20天内增加煤耗量为[6]：

Δb=354÷1 000×1.85%×17×130×10 000+354÷1 000×1.86%×3×130×10 000=170 412.06 kg≈170.41 t。

由此可知，单台汽轮机高加系统泄漏后仍带病运行至高加解列会导致发电煤耗上升6.55 g/(kW·h)，煤耗率增加1.85%，若及早确定高加泄漏并及时解列，会减少因泄漏损失造成的煤耗。

3 结 论

对于单台汽轮机无备用高加系统时，高加系统泄漏会使电厂系统热能品位降低，对热经济性造成不可挽回的损失，而出于生产需要，生产者时常选择带病运行，通过计算可知某电厂60 MW机组高加钢管泄漏后，允许带病运行时间为10.52天，长期带病运行并不划算。

建议日常操作中避免对高加钢管反复冲刷，机组加减负荷时应尽可能减少对高加的热冲击力，工作人员还应加强监视高加水位，必要时打开危急疏水阀，维持正常水位值，若水位上升明显，且给水泵的出力异常增大时，则表明加热器钢管已存在泄漏，应及早解列，避免更大程度浪费。