1 000 MW機(jī)組加熱器端差能耗敏度分析

楊志平，楊勇平

(華北電力大學(xué) 電站設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與控制教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102206)

0 引言

電站汽輪機(jī)都采用回?zé)嵫h(huán)以提高機(jī)組的熱效率，目前大型汽輪機(jī)組常采用7～8級(jí)回?zé)岢槠?，分別供給2～3個(gè)高壓加熱器、1個(gè)除氧器、3～4個(gè)低壓加熱器，回?zé)峒訜崞鞯男阅軐?duì)于機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性有較大影響，而加熱器的熱力性能常用加熱器出口端差 (TTD)和疏水端差 (DTTD)評(píng)價(jià)，在機(jī)組設(shè)計(jì)和運(yùn)行過程中，都將加熱器端差作為一個(gè)重要指標(biāo)，特別是機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行過程中，加熱器端差是運(yùn)行人員重要的監(jiān)測(cè)對(duì)象，也是機(jī)組節(jié)能評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)。文獻(xiàn)[1]對(duì)200 MW機(jī)組加熱器節(jié)能潛力進(jìn)行診斷，文獻(xiàn)[2]應(yīng)用等效熱降理論推導(dǎo)了加熱器端差影響熱經(jīng)濟(jì)性的通用模型，文獻(xiàn)[3]應(yīng)用等效熱降理論對(duì)1 000 MW機(jī)組回?zé)嵯到y(tǒng)實(shí)際運(yùn)行狀況行進(jìn)評(píng)價(jià)。大部分文獻(xiàn)對(duì)回?zé)峒訜崞鞫瞬畹臒峤?jīng)濟(jì)性分析多局限于額定工況，而對(duì)不同工況下加熱器端差變化影響機(jī)組能耗的 (即能耗敏度)的定量評(píng)價(jià)較少。本文以1 000 MW濕冷機(jī)組為研究對(duì)象，研究不同工況下加熱器端差變化對(duì)機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性的影響，進(jìn)而指導(dǎo)1 000 MW火電機(jī)組的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

1 火電機(jī)組能耗敏度分析模型

所謂敏度分析是研究與分析一個(gè)系統(tǒng)的狀態(tài)變化對(duì)系統(tǒng)參數(shù)或周圍條件變化的敏感程度的方法，機(jī)組的熱工參數(shù)或設(shè)備性能參數(shù)變化導(dǎo)致機(jī)組能耗變化，機(jī)組的總體能耗隨熱工參數(shù)或設(shè)備性能參數(shù)的變化率稱為能耗敏度，對(duì)應(yīng)有熱耗敏度、煤耗敏度，由絕對(duì)值和相對(duì)值之分，對(duì)于回?zé)峒訜崞鲗?duì)應(yīng)加熱器出口端差和加熱器疏水端差的能耗敏度，如下式所示:

式中:HR為機(jī)組熱耗率，kJ/kW·h;b為標(biāo)準(zhǔn)煤耗率，g/kW·h;x為加熱器端差 (出口端差、疏水端差)，℃;ΔHRx，σHR·x為機(jī)組熱耗隨加熱器端差變化的敏度絕對(duì)值、相對(duì)值，%; Δbx，σb·x為機(jī)組煤耗隨加熱器端差變化的敏度絕對(duì)值、相對(duì)值，%。

可見能耗敏度的關(guān)鍵是確定熱工參數(shù)或設(shè)備性能參數(shù)變化導(dǎo)致機(jī)組熱耗的變化量，煤耗的變化量，目前采用的方法主要是等效熱降理論，以定流量計(jì)算為前提，而實(shí)際機(jī)組的運(yùn)行負(fù)荷由調(diào)度分配，按照調(diào)度中心給定負(fù)荷調(diào)節(jié)機(jī)組的運(yùn)行方式，多為定功率運(yùn)行，因此采用定功率變工況計(jì)算，更加符合機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行狀況，按照汽輪機(jī)廠提供的汽輪機(jī)不同工況的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，采用機(jī)組的變工況計(jì)算[5～8]，可求得各種工況下熱工參數(shù)及設(shè)備性能指標(biāo)對(duì)汽輪機(jī)熱耗的影響，進(jìn)而求得對(duì)機(jī)組發(fā)電煤耗和供電煤耗的影響，即可得到相關(guān)熱工參數(shù)和設(shè)備性能指標(biāo)的能耗敏度。

2 1 000 MW超超臨界機(jī)組回?zé)峒訜崞鞫瞬畹哪芎拿舳?/h2>

2.1 1 000 MW超超臨界機(jī)組的設(shè)計(jì)參數(shù)

本文選取東方電氣集團(tuán)設(shè)計(jì)的1 000 MW超超臨界機(jī)組為研究對(duì)象，汽輪機(jī)回?zé)峒?jí)數(shù)8級(jí)，給水泵采用小汽輪機(jī)拖動(dòng)，給水泵效率83%，給水泵汽輪機(jī)效率81%，再熱系統(tǒng)壓降10%，一、二、三段抽汽壓損3%，其它各段抽汽壓損5%，循環(huán)水入口水溫21℃，汽輪機(jī)背壓5.1 kPa，THA工況下設(shè)計(jì)參數(shù)如圖1所示，各級(jí)回?zé)峒訜崞髟O(shè)計(jì)端差如表1所示:

表1 1 000 MW機(jī)組加熱器設(shè)計(jì)端差Tab.1 Heater's design TTD of 1 000 MW unit

2.2 1 000 MW超超臨界機(jī)組回?zé)峒訜崞鞫瞬畹哪芎拿舳?/h3>

根據(jù)汽輪機(jī)組變工計(jì)算和能耗敏度計(jì)算模型，以廠家提供的THA工況數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)，取鍋爐熱效率93%，管道效率99%，根據(jù)機(jī)組實(shí)際熱力試驗(yàn)廠用電率如表2所示，分別對(duì) THA、70%THA滑壓、50%THA滑壓和40%THA滑壓工況進(jìn)行機(jī)組各回?zé)峒訜崞鞫瞬钅芎拿舳确治觯玫礁鞴r機(jī)組的加熱器端差的熱耗敏度、發(fā)電煤耗敏度和供電煤耗敏度。

表2 1 000 MW機(jī)組廠用電率Tab.2 Auxiliary power consumption rate of 1 000 MW unit

加熱器出口端差變化引起的能耗敏度基本呈線性關(guān)系。表3所示為加熱器出口端差增加1℃引起的能耗敏度，出口端差變化相同時(shí)，3號(hào)、2號(hào)高加的能耗敏度較大，3號(hào)高加的能耗敏度約為2號(hào)高加的1.5倍，2號(hào)高加的能耗敏度約為1號(hào)高加能耗敏度的2.5倍。各低加的能耗敏度變化不大，稍高于1號(hào)高加，說明實(shí)際運(yùn)行過程中3號(hào)、2號(hào)高加出口端差變化對(duì)機(jī)組能耗的影響大于其他加熱器。

3號(hào)高加出口端差變化的能耗敏度在額定工況較大，在70%～40%工況時(shí)變化不大，表3表明3號(hào)高加出口端差增加1℃，在THA工況供電煤耗增加0.085 g/kW·h，而在70% ～40%工況時(shí)供電煤耗增加0.066～0.07 g/kW·h。

2號(hào)高加出口端差變化的能耗敏度隨機(jī)組負(fù)荷變化較小，出口端差增加1℃，在70%～100%負(fù)荷時(shí)，機(jī)組供電煤耗增加0.055 g/kW·h左右，在40%～50%負(fù)荷時(shí)，機(jī)組供電煤耗增加0.05 g/kW·h左右。

圖1 1 000 MW機(jī)組設(shè)計(jì)參數(shù)Fig.1 Design data of 1 000 MW power generating unit

1號(hào)高加出口端差變化的能耗敏度隨機(jī)組負(fù)荷變化在低負(fù)荷時(shí)較大，在高負(fù)荷時(shí)較小，出口端差增加1℃，在70%～100%負(fù)荷時(shí)機(jī)組供電煤耗增加0.022 g/kW·h左右，在40% ～50%負(fù)荷時(shí)機(jī)組供電煤耗增加0.027 g/kW·h左右。

4號(hào)低加出口端差變化的能耗敏度隨機(jī)組負(fù)荷變化不大，出口端差增加1℃，機(jī)組供電煤耗增加0.033 g/kW·h左右。

3號(hào)低加出口端差變化的能耗敏度隨機(jī)組負(fù)荷變化在低負(fù)荷時(shí)較大，在高負(fù)荷時(shí)較小，出口端差增加1℃，在70%～100%負(fù)荷時(shí)機(jī)組供電煤耗增加0.026 g/kW·h左右，在40% ～50%負(fù)荷時(shí)機(jī)組供電煤耗增加0.031 g/kW·h左右。

2號(hào)低加出口端差變化的能耗敏度隨機(jī)組負(fù)荷降低而增大，出口端差增加1℃，機(jī)組供電煤耗增加0.029～0.037 g/kW·h左右。

1號(hào)低加出口端差變化的能耗敏度隨機(jī)組負(fù)荷降低而增大，出口端差增加1℃，機(jī)組供電煤耗增加0.03～0.035 g/kW·h左右。

加熱器疏水端差變化引起的能耗敏度基本呈線性關(guān)系。表4所示為加熱器疏水端差增加5℃引起的能耗敏度，可見疏水端差變化相同時(shí)，3號(hào)、2號(hào)、1號(hào)高加的能耗敏度從小到大變化，1號(hào)高加的能耗敏度約為2號(hào)高加的2倍，2號(hào)高加的能耗敏度稍高于3號(hào)高加。4號(hào)、3號(hào)、2號(hào)低加的能耗敏度也是從小到大變化，但低于高加的能耗敏度，隨機(jī)組負(fù)荷的降低，加熱器疏水端差引起的能耗敏度降低，但低加疏水端差引起的能耗敏度隨負(fù)荷變化不大，而高加在高負(fù)荷時(shí)加熱器疏水端差引起的能耗敏度較大，在低負(fù)荷時(shí)較小。

表4表明，當(dāng)加熱器疏水端差增加5℃時(shí)，3號(hào)高加的供電煤耗敏度為0.015～0.024 g/kW·h，2號(hào)高加的供電煤耗敏度為0.019～0.027 g/kW·h，1號(hào)高加的供電煤耗敏度為0.039～0.054 g/kW·h，4號(hào)低加的供電煤耗敏度為0.005 g/kW·h，3號(hào)低加的供電煤耗敏度為0.012 g/kW·h，2號(hào)低加的供電煤耗敏度為0.018 g/kW·h。

表3 1 000 MW機(jī)組各加熱器出口端差增加1℃的能耗敏度Tab.3 Energy consumption sensitivity while heater's TTD increased 5℃of 1 000 MW power generating unit

表4 1 000 MW機(jī)組各加熱器疏水端差增加5℃的能耗敏度Tab.4 Energy consumption sensitivity while heater’s drain TTD increased 5℃ of 1000MW power generating unit

3 結(jié)論

本文以東汽1 000 MW汽輪機(jī)組為研究對(duì)象，采用定功率變工況計(jì)算，對(duì)回?zé)峒訜崞鞒隹诙瞬詈褪杷瞬钸M(jìn)行敏度分析，有助于指導(dǎo)相關(guān)人員進(jìn)行節(jié)能診斷，進(jìn)一步優(yōu)化回?zé)峒訜崞鞯倪\(yùn)行，主要結(jié)論如下:

(1)通過對(duì)各級(jí)回?zé)峒訜崞鞫瞬畹哪芎拿舳确治霰砻鳎?號(hào)、2號(hào)高壓加熱器出口端差的能耗敏度較大;1號(hào)高加出口端差能耗敏度最小，比低加出口端差能耗敏度略低，因此實(shí)際運(yùn)行過程中更加重視3號(hào)、2號(hào)高加出口端差變化。

(2)對(duì)于加熱器疏水端差引起的能耗敏度，高加大于低加，由于高加疏水逐級(jí)自流到除氧器，低加疏水逐級(jí)自流到凝汽器，因此3號(hào)高加 ＜2號(hào)高加 ＜1號(hào)高加，4號(hào)低加 ＜3號(hào)低加 ＜2號(hào)低加。

(3)各加熱器端差的能耗敏度隨端差變化基本呈線性關(guān)系，通過表3和表4中的計(jì)算結(jié)果，可測(cè)算各加熱器端差變化對(duì)機(jī)組熱耗、煤耗的影響，以定量進(jìn)行節(jié)能診斷。

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