660 MW超臨界機組加熱器運行熱經(jīng)濟性影響因素的定量分析

閆順林，申赫男，蘭紅穎，劉 揚

（華北電力大學 能源與動力工程學院，河北 保定 071003）

660 MW超臨界機組加熱器運行熱經(jīng)濟性影響因素的定量分析

閆順林，申赫男，蘭紅穎，劉 揚

（華北電力大學 能源與動力工程學院，河北 保定 071003）

加熱器上端差和抽汽壓損是影響加熱器運行性能的兩種主要因素。在多元擾動下熱力系統(tǒng)能效分析模型基礎上，以660 MW超臨界機組的典型工況為例，計算了這兩種主要因素對機組能效影響的強度系數(shù)，并繪制了強度系數(shù)關(guān)于機組運行負荷的比較圖和趨勢圖，找出了該機組實際運行中應密切監(jiān)視和重點控制的參數(shù)，為機組的節(jié)能降耗提供幫助，也可為其他類型機組的同類問題提供參考。

上端差；抽汽壓損；強度系數(shù)；機組能耗

0 引言

電廠熱力系統(tǒng)中，加熱器是重要的輔機之一，其運行水平直接影響電廠的熱經(jīng)濟性。其中，加熱器運行端差、抽汽壓損、散熱損失等是影響其熱經(jīng)濟性的主要因素。定量分析上述擾動因素對電廠熱經(jīng)濟性的影響，確定運行中需要重點監(jiān)督的參數(shù)，對熱力系統(tǒng)的設計優(yōu)化、節(jié)能改造、現(xiàn)場運行有重要的意義［1，2］。本文從上端差和抽汽壓損角度定量分析這兩種擾動對機組能效的影響。

本文在多元擾動下的熱力系統(tǒng)能效分析模型基礎上，定量分析了660 MW超臨界機組加熱器的上端差和抽汽壓損對能效的影響，借助于各影響因素對能效影響的強度系數(shù)圖譜，揭示了上端差和抽汽壓損對能效影響的變化規(guī)律［3］，找出了整個回熱系統(tǒng)中加熱器部分需要重點監(jiān)視的參數(shù)，為機組的運行、檢修和節(jié)能降耗提供幫助。本文也可為其他類型機組的同類問題提供參考。

1 660 MW超臨界機組熱力系統(tǒng)概況

型號為 CLN660-24.2／566／566的超臨界機組是一次中間再熱、三缸四排汽、單軸、雙背壓、凝汽式汽輪機，其回熱系統(tǒng)由3個高壓加熱器、4個低壓加熱器和1個除氧器構(gòu)成。其中，高壓加熱器和低壓加熱器為表面式加熱器，除氧器為混合式加熱器。除除氧器之外，其他加熱器均設有疏水冷卻器。該機組的熱力系統(tǒng)圖如圖1所示。

圖1 660 MW超臨界機組熱力系統(tǒng)圖Fig.1 Thermodynamic system diagram of a 660 MWsupercritical unit

2 影響因素定量分析數(shù)學模型

根據(jù)火電機組比內(nèi)功方程、循環(huán)吸熱量方程、汽水分布方程及能效計算公式，經(jīng)推導得出機組能效與加熱器影響因素的微分關(guān)系式為［3～5］：

式中：dηt／ηt為機組能效的相對變化量；d X表示影響加熱器運行因素 （如加熱器端差、抽汽壓損等）的微分變化量； MX為加熱器擾動因素對dηt／ηt影響的強度系數(shù)，表示擾動因素每變化一個物理單位 （1℃或1%）時，dηt／ηt的變化量。

本文中，該機組各級加熱器上端差強度系數(shù)（或抽汽壓損強度系數(shù)）值是在當前典型工況下，該級加熱器上端差 （或抽汽壓損）發(fā)生擾動而求得。機組能效的相對變化量等于加熱器擾動因素的強度系數(shù)與擾動變化量微分變量的乘積。當加熱器擾動因素變化量一定時，強度系數(shù)越大，能效的相對變化量越大；反之則越小。加熱器影響因素強度系數(shù)的大小，直接反應了在某一工況下，各影響因素發(fā)生擾動對機組能效影響程度的大小。

3 上端差對熱經(jīng)濟性影響定量分析

加熱器上端差變化屬于機組局域性擾動。這種擾動盡管有時強度較大，但對通流部分的熱力學狀態(tài)參數(shù)影響不大，因此，對整個系統(tǒng)的熱力學參數(shù)的影響不大。根據(jù)機組耗差分析的小擾動理論［6］，可使分析過程進一步簡化。當?shù)趇級加熱器上端差發(fā)生擾動時，本級加熱器出口水焓發(fā)生變化，從而導致各級加熱器抽汽量的變化，甚至影響鍋爐給水溫度，而機組其余運行參數(shù)基本不變［7］。

根據(jù)dηt／ηt的表達式，并結(jié)合上述分析，計算了該模型下各加熱器上端差變化對機組能效影響的強度系數(shù)值，并與常規(guī)熱平衡法進行了對比，繪制了該機組各級加熱器不同負荷下，上端差強度系數(shù)對比圖以及強度系數(shù)隨負荷變化的趨勢圖，計算結(jié)果參見表1和圖2、圖3。

由表1和圖2、圖3可知：

（1）采用本文方法和常規(guī)熱平衡法，計算加熱器上端差強度系數(shù)的計算結(jié)果誤差非常小，完全可以滿足工程需要，從而證明了本文計算的正確性。（2）對于同一級加熱器而言，不同工況下的上端差強度系數(shù)相差不大，即對于同一級加熱器，其上端差強度系數(shù)不會隨運行負荷的增大而明顯增大或減小。當機組主要運行參數(shù)變化不大時，上端差強度系數(shù)可視為不變。 （3）在相同負荷下，各級加熱器上端差強度系數(shù)不同。即各級上端差每變化一個物理單位 （1℃）對該660 MW機組能效的相對變化量的影響程度不同。按照上端差強度系數(shù)由大到小將加熱器編號依次排序為：1號、6號、5號、8號、7號、2號、3號。

表1 各級加熱器上端差強度系數(shù)計算匯總表Tab.1 Summary calculation of intensity coefficient of heater terminal temperature difference

現(xiàn)以1號加熱器和3號加熱器為例進行分析：由圖2、3可知，1號加熱器的上端差強度系數(shù)是3號加熱器強度系數(shù)的4.6倍左右，也就是說，在當前運行工況下，1號和3號加熱器的上端差均變化1℃，1號引起機組能效的相對變化量是3號的4.6倍左右。反之，如果能夠及時對運行參數(shù)進行調(diào)整，采取措施進行參數(shù)調(diào)控，減少端差變化，1號加熱器對機組能效的提高作用也是最明顯的。因此在該機組運行中，應該重點監(jiān)督1號加熱器的端差，再依次監(jiān)控6號、5號等。

4 抽汽壓損對熱經(jīng)濟性影響的定量分析

加熱器的抽汽壓損擾動屬于機組局域性擾動［8］。因此當?shù)趇級加熱器抽汽壓損變化時，抽汽口壓力、加熱器的上、下端差可視為不變，抽汽壓損變化將導致加熱器汽側(cè)的飽和溫度變化，引起本級和相鄰加熱器的給水焓升發(fā)生變化和各級抽汽量的重新分配［3］。

根據(jù)dηt／ηt的表達式，并結(jié)合上述分析，計算了各加熱器抽汽壓損變化對機組能效影響的強度系數(shù)值，并繪制了不同負荷下，各級加熱器抽汽壓損強度系數(shù)的對比圖及趨勢圖，計算結(jié)果參見表2和圖4、圖5。

表2 各級加熱器抽汽壓損強度系數(shù)計算匯總表Tab.2 Summary calculation of intensity coefficient of steam extraction pressure loss

由表2和圖4、圖5可知：

（1）采用本文方法和常規(guī)熱平衡法計算加熱器抽汽壓損強度系數(shù)的計算結(jié)果誤差非常小，完全可以滿足工程需要，從而證明了抽汽壓損強度系數(shù)計算的正確性。 （2）對于同一加熱器而言，不同工況下的抽汽壓損強度系數(shù)相差較大。由抽汽壓損強度系數(shù)隨負荷變化的趨勢圖可以看出，該系數(shù)與負荷基本都成線性關(guān)系，并且該系數(shù)的絕對值隨著機組負荷的增大而增大。也就是說，某級加熱器的抽汽壓損在不同工況下發(fā)生同樣大小的擾動，運行負荷越大，則擾動對機組能效的影響程度也就越大。 （3）在相同負荷下，各級加熱器抽汽壓損強度系數(shù)不同，即各級抽汽壓損每變化一個物理單位 （1%）對該機組能效的相對變化量的影響程度不同。根據(jù)圖4按照抽汽壓損強度系數(shù)由大到小將加熱器編號依次排序為：1號、4號、5號、6號、2號、3號、8號、7號。

由圖3和圖4可看出，1號和4號加熱器抽汽壓損強度系數(shù)遠遠高于其他，也就是說在該機組運行時，當各級抽汽壓損均變化1%時，1號和4號對機組能效的影響程度遠遠高于其他組，因此，在電廠條件允許的情況下，應該重點監(jiān)控1號和4號加熱器的抽汽壓損變化情況，及時調(diào)控，使機組安全高效地運行。

5 結(jié)論

根據(jù)多元擾動下的熱力系統(tǒng)能效分析模型，通過計算660 MW超臨界機組加熱器上端差擾動和抽汽壓損擾動對機組能效影響的強度系數(shù)，繪制了該機組典型工況下各級加熱器的上端差強度系數(shù)和抽汽壓損強度系數(shù)比較圖，以及強度系數(shù)隨負荷變化的趨勢圖，定量分析了兩種擾動因素對機組熱經(jīng)濟性的影響程度，找出了該機組實際運行中應密切監(jiān)視和重點控制的重要參數(shù)。本文的研究結(jié)果，可為電廠同類熱經(jīng)濟性定量分析和經(jīng)濟運行提供依據(jù)。

［1］張安華.中國電力工業(yè)節(jié)能降耗影響因素分析 ［J］.電力需求側(cè)管理，2006，8 （6）：1-4.

［2］王義，閆麗濤.某引進型300 MW機組加熱器熱經(jīng)濟性影響因素分析 ［J］.華電技術(shù)，2009，31 （12）：45-50.

［3］閆順林.多元擾動下的熱力系統(tǒng)能效分析模型及應用研究 ［D］.北京：華北電力大學，2011.

［4］閆順林，胡三高，徐鴻，等.火電機組熱經(jīng)濟性分析的統(tǒng)一物理模型和數(shù)學模型 ［J］.中國電機工程學報，2008，28 （23）：37-41.

Yan Shunlin，Hu Sangao，Xu Hong，et al.Research on the unified physical model and mathematic model of heat-economic analysis for the coal-fired power unit［J］.Proceedings of the CSEE，2008，28 （23）：37-41.

［5］閆順林，李永華，張春發(fā)，等.火電機組熱力系統(tǒng)汽水分布通用矩陣方程 ［J］.中國電機工程學報，2000，20 （8）：69-73，78.

Yan Shunlin，Li Yonghua，Zhang Chunfa，et al.The steam-water distribution general matrix equation of thermal system for the coal-fired power unit ［J］.Proceedings of the CSEE，2000，20 （8）：69-73，78.

［6］田紅景，謝飛，張春發(fā)，等.基于小擾動理論的火電廠機組耗差分析 ［J］.華北電力大學學報，2006，33（3）：51-53.

Tian Hongjing，Xiefei，Zhang Chunfa，et a1.Energyloss analysis of power plant units based on theory of small disturbance［J］.Journal of North China Electric Power University，2006，33 （3）：51-53.

［7］閆順林，吳換英.加熱器上端差變化對機組煤耗影響的改進計算模型 ［J］.電力科學與工程，2010，26（2）：56-59，78.

Yan Shunlin， Wu Huanying.Improved calculation model of influence of heater terminal temperature difference on unit coal consumption ［J］.Electric Power Science and Engineering..2010，26 （2）：56-59，78.

［8］崔永波，黃竹青.加熱器抽汽壓損偏離目標值對機組熱經(jīng)濟性影響的定量分析 ［J］.汽輪機技術(shù)，2011，53 （4）：264-266，270.

Quantitative Analysis of Factors Influencing on Thermal Efficiency of Heater in 660 MWSupercritical Unit

Yan Shunlin，Shen Henan，Lan Hongying，Liu Yang
（School of Energy Power and Mechanical Engineering，North China Electric Power University，Baoding 071003，China）

Heater Terminal Temperature Difference of the steam heater and Steam extraction pressure loss are the main factors influencing the working performance of heaters.Base on thermal system energy efficiency analysis model applied in multiple disturbance，this article takes typical working conditions of a 660 MWsuper critical unit of for cases，and then calculated intensity coefficients of the two main factors affecting unit energy efficiency，drew the comparison figures and trend figures of intensity coefficient about unit running load，and found parameters in the actual unit running which should be closely monitored and critically controlled.It provides certain helps for unit energy saving and consumption reducing.

terminal temperature difference；steam extraction pressure loss；intensity coefficient；unit energy consumption

TK284

A

2012－06－08。

閆順林 （1959-），男，教授，從事火電機組節(jié)能理論、節(jié)能技術(shù)及鍋爐燃燒穩(wěn)定性的研究，通信作者，申赫男，E-mail：shenhenan 2010＠126.com。