基于熱力試驗(yàn)方法對(duì)供熱機(jī)組引射匯流改造的節(jié)能研究

(大唐東北電力試驗(yàn)研究所有限公司，吉林 長(zhǎng)春 130012)

0 引言

火電純凝機(jī)組由單一的發(fā)電模式向熱電聯(lián)產(chǎn)模式發(fā)展是未來(lái)十幾年甚至是幾十年的趨勢(shì)，目的是鼓勵(lì)發(fā)展熱電聯(lián)產(chǎn)、集中供熱，提高熱電機(jī)組的利用率，而且國(guó)家能源局、發(fā)展計(jì)劃委員會(huì)和經(jīng)貿(mào)委員會(huì)早在2000年聯(lián)合下發(fā)的《關(guān)于發(fā)展熱電聯(lián)產(chǎn)的若干規(guī)定》，更是促進(jìn)了熱電聯(lián)產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展和健康發(fā)展。隨著近年來(lái)工業(yè)發(fā)展速度加快，工業(yè)蒸汽需求量逐步增大，火電廠純凝發(fā)電機(jī)組進(jìn)行供熱改造，對(duì)提高能源效率、降低發(fā)電供熱煤耗、改善火電企業(yè)經(jīng)營(yíng)環(huán)境有著十分重要的意義[1]。

火電機(jī)組生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的各種參數(shù)的蒸汽，其能量品質(zhì)有著較大的差別，根據(jù)用戶的實(shí)際需要合理分配蒸汽的品質(zhì)和數(shù)量，不僅可以提高能源的利用率，還可以提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。而在工業(yè)生產(chǎn)中，往往采用閥門將高壓高溫蒸汽進(jìn)行節(jié)流減壓的方式來(lái)達(dá)到用戶的需要。閥門節(jié)流減壓造成了能量的無(wú)效貶值，使高品位的蒸汽在沒有對(duì)外做功的情況下轉(zhuǎn)化為低品位的蒸汽，這屬于用能質(zhì)量上的浪費(fèi)[2-3]。

某廠330 MW機(jī)組為熱電聯(lián)產(chǎn)聯(lián)合模式，原工業(yè)供汽是由再熱熱段引出，熱段參數(shù)為540℃、3.68 MPa，經(jīng)減溫減壓后供給工業(yè)用戶，熱用戶參數(shù)為220℃、1 MPa。供給與需求嚴(yán)重的比匹配造成高參數(shù)蒸汽做功損失巨大，顯然這種供熱方式極為不經(jīng)濟(jì)。后經(jīng)過研究進(jìn)行供熱系統(tǒng)改造，引進(jìn)引射匯流技術(shù)，由再熱冷段作為驅(qū)動(dòng)汽源，引射五段抽汽，兩種品質(zhì)的蒸汽混合后形成一種中間品質(zhì)的蒸汽供給熱用戶。主要技術(shù)參數(shù)見表1。

表1壓力匹配器主要技術(shù)規(guī)范

名稱規(guī)格壓力匹配器型號(hào)TPM2.9/0.65-1.0-108(A)最大供汽量/t·h-1108供氣量調(diào)整范圍/[%]30-100出口壓力/MPa1.0出口溫度/℃220典型工況THA75%THA再熱冷段抽汽壓力/MPa4.092.9055溫度/℃326299.8可用量/t·h-16060五段抽汽壓力/MP10.6521溫度/℃352354.29可用量/t·h-14040減溫水壓力/MPa1.8-2.41.8-2.4溫度/℃3030可用量/t·h-13030

1 基于試驗(yàn)測(cè)試對(duì)引射匯流改造節(jié)能的分析方法

1.1 引射匯流裝置的工作原理[4-5]

引射匯流裝置原理如圖1所示，圖為多噴嘴引射匯流裝置，此裝置是應(yīng)用拉瓦爾氣體噴射原理，高壓蒸汽經(jīng)入口1進(jìn)入高壓室，流經(jīng)調(diào)節(jié)組件4后壓力下降，進(jìn)入接受室5后的壓力低于低壓進(jìn)汽壓力，低壓蒸汽被抽吸進(jìn)入接受室，高、低壓蒸汽混合后進(jìn)入擴(kuò)壓管7，在這過程中混合蒸汽壓力動(dòng)能轉(zhuǎn)化為壓力能，使其出口壓力得到回升。

該引射匯流裝置為三噴嘴結(jié)構(gòu)，蒸汽流量高，引射能力強(qiáng)，調(diào)節(jié)范圍廣，并且在無(wú)低壓蒸汽進(jìn)入時(shí)，不會(huì)對(duì)高壓蒸汽產(chǎn)生阻力，具有較高的經(jīng)濟(jì)性能。

圖1 多噴嘴壓力匹配器結(jié)構(gòu)示意圖[6]1-工作蒸汽入口;2-高壓室;3-低壓蒸汽吸入口;4-調(diào)節(jié)組件;5-接受室;6-混合段;7-擴(kuò)散段;8-混合蒸汽出口;9-電動(dòng)執(zhí)行器;10-支撐座

1.2 引射匯流裝置的接入系統(tǒng)

該廠的引射匯流裝置設(shè)計(jì)原理為：利用再熱冷段蒸汽與五段抽汽聯(lián)合供熱代替再熱熱段單獨(dú)供熱。再熱冷段蒸汽進(jìn)入引射匯流裝置，利用高壓蒸汽(冷再)的引射能力，抽吸低壓蒸汽(五抽)，混合后形成能夠滿足熱用戶的蒸汽，具體接入系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 引射匯流裝置接入系統(tǒng)圖

1.3 試驗(yàn)方法在引射匯流改造的節(jié)能分析

引射匯流裝置具有接入系統(tǒng)簡(jiǎn)單、占地面積小、投資少、節(jié)能量大等優(yōu)點(diǎn)，但是如何確定節(jié)能量是本文分析的重點(diǎn)。引射匯流裝置的節(jié)能量可以通過的理論方法分析其節(jié)能量，但與實(shí)際運(yùn)行中引射匯流裝置的節(jié)能量相差較大。選擇一種正確的分析方法對(duì)于評(píng)價(jià)引射匯流裝置節(jié)能量至關(guān)重要。

本文選用熱耗試驗(yàn)方法對(duì)引射匯流裝置進(jìn)行節(jié)能量評(píng)價(jià)。主要評(píng)價(jià)方法為：(1)選擇機(jī)組六種試驗(yàn)工況；(2)每個(gè)工況進(jìn)行再熱熱段單獨(dú)供熱試驗(yàn)和引射匯流裝置供熱試驗(yàn)；(3)計(jì)算每個(gè)工況下的機(jī)組熱耗率；(4)在同一工況下對(duì)比兩種供熱方式的熱耗率，計(jì)算引射匯流裝置節(jié)能量。

2 引射匯流改造的節(jié)能分析

2.1 引射匯流改造的試驗(yàn)數(shù)據(jù)

通過熱耗試驗(yàn)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，對(duì)機(jī)組運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，在各個(gè)負(fù)荷下得出壓力匹配器供汽流量、調(diào)門開度和引射比等主要技術(shù)指標(biāo)，詳見表2。

表2各負(fù)荷下引射匯流裝置主要指標(biāo)

項(xiàng)目設(shè)計(jì)值320MW300MW270MW250MW230MW210MW發(fā)電機(jī)功率/MW—316.79303.79270.59251.09229.85210.65主蒸汽流量/t·h-1—947.61916.79814.20756.86684.52624.80再熱冷段抽汽流量/t·h-16052.02764.61957.19164.64761.42057.677五段抽汽流量/t·h-14028.67726.94419.96718.43611.3759.146引射比1.51.812.402.863.515.406.31

試驗(yàn)結(jié)果顯示，隨著機(jī)組負(fù)荷的降低，再熱冷段抽汽流量基本保持不變?yōu)?0 t/h，雖然壓力匹配器的開度趨向較好，但是引射匯流裝置的引射能力在逐漸下降，引射的五段抽汽流量在不斷降低，其引射比從1.8增大到6.3。

機(jī)組原對(duì)外供熱是由再熱熱段抽汽提供，供熱參數(shù)為：壓力3.68 MPa、溫度540℃，而工業(yè)用汽參數(shù)為：壓力1.0 MPa、溫度220℃，則需要對(duì)再熱熱段抽汽進(jìn)行減溫減壓來(lái)達(dá)到工業(yè)用汽的需求。這樣就會(huì)造成高品質(zhì)蒸汽在沒有做功的情況下轉(zhuǎn)化為低品質(zhì)蒸汽的現(xiàn)象，屬于嚴(yán)重的能源浪費(fèi)，非常的不經(jīng)濟(jì)。引射匯流供熱技術(shù)可以有效的避免這一缺點(diǎn)，利用部分高壓蒸汽(再熱冷段)的引射能力，抽吸一部分低壓蒸汽(五抽)供應(yīng)用戶，以實(shí)現(xiàn)低能位蒸汽部分替代高能位蒸汽的目的。表3、表4分別給出了兩種供熱方式下主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。

表3引射匯流供熱方式下的主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

名稱320MW300MW270MW250MW230MW210MW發(fā)電機(jī)功率/MW316.79303.79270.59251.09229.85210.65再熱冷段抽汽流量/t·h-152.0364.6257.1964.6561.4257.68再熱冷段抽汽壓力/MPa4.223.973.493.092.802.55再熱冷段抽汽溫度/℃337.29335.33322.69315.18309.25312.02五段抽汽流量/t·h-128.6826.9419.9718.4411.379.15五段抽汽壓力/MPa0.950.900.820.740.700.64五段抽汽溫度/℃346.56350.33346.37349.10340.82344.80機(jī)組抽汽總流量/t·h-180.7091.5677.1683.0872.7966.82機(jī)組熱耗率/kJ·(kWh)-17804.97762.57798.97702.47715.87744.5供電煤耗/g·(kWh)-1310.02310.02313.24311.22310.24312.14

表4再熱熱段供熱方式下的主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

名稱320MW300MW270MW250MW230MW210MW發(fā)電機(jī)功率/MW311.99296.87270.92251.23230.81211.04再熱熱段抽汽流量/t·h-175.3484.7671.8468.7769.7074.39再熱熱段抽汽壓力/MPa3.793.543.212.882.632.39再熱熱段抽汽溫度/℃537.06537.68537.88536.00535.44535.20對(duì)外供熱壓力/MPa1.001.011.011.011.011.00機(jī)組抽汽總流量/t·h-175.3484.7671.8468.7769.7074.39機(jī)組熱耗率/kJ·(kWh)-17855.17805.87830.27752.97727.27750.8供電煤耗/g·(kWh)-1312.40312.91315.64314.01312.10312.92

2.2 試驗(yàn)結(jié)果節(jié)能分析

通過表5中兩種方式的對(duì)比來(lái)看，機(jī)組負(fù)荷在250～320 MW之間，對(duì)外供熱量基本相當(dāng)?shù)那闆r下，引射匯流供熱方式較再熱熱段供熱方式下的節(jié)能量均在2 g/kWh以上，節(jié)能效果顯著，節(jié)能量最大時(shí)負(fù)荷出現(xiàn)在300 MW，達(dá)到了2.89 g/kWh。機(jī)組負(fù)荷下降至230 MW時(shí)，引射匯流供熱方式的節(jié)能量仍有1.86 g/kWh，機(jī)組負(fù)荷繼續(xù)下降值210 MW時(shí)，其節(jié)能量則急劇降低，只有0.78 g/kWh，從圖3中可以直觀的看出。

表5不同負(fù)荷下引射匯流改造節(jié)能量

名稱320MW300MW270MW250MW230MW210MW熱耗率差值/kJ·(kWh)-150.1843.3131.3450.5611.426.30供電煤耗差值/g·(kWh)-12.392.892.402.791.860.78年節(jié)約標(biāo)煤/t690583626941807053642256年節(jié)約成本/萬(wàn)元345418347404268113

圖3 兩種供熱方式下的供電煤耗對(duì)比圖

若機(jī)組負(fù)荷運(yùn)行在210 MW以上，則引射匯流供熱方式比再熱熱段供熱方式的節(jié)能量平均為2.18 g/kWh，年節(jié)約標(biāo)煤平均為6 145 t，每年節(jié)約成本約304萬(wàn)元。

3 結(jié)論

機(jī)組引進(jìn)引射匯流技術(shù)，由原再熱熱段供熱方式改造為再熱冷段與五段抽汽聯(lián)合供熱方式，即引射匯流供熱方式，增加了一臺(tái)壓力匹配器。在引射匯流供熱不能滿足外界供熱需要時(shí)，再熱熱段作為補(bǔ)充汽源進(jìn)行聯(lián)合供熱。本文研究的試驗(yàn)方法在定

負(fù)荷、定供熱量的前提下，對(duì)比再熱熱段供熱方式和引射匯流供熱方式的供電煤耗差別，試驗(yàn)結(jié)果表明，在試驗(yàn)條件下引射匯流裝置的引射比最佳為1.8，隨著負(fù)荷的降低引射匯流的引射比逐漸升高。在機(jī)組對(duì)外供汽約80 t/h時(shí)，機(jī)組負(fù)荷在230 MW以上節(jié)能量約2 g/kWh左右，每年節(jié)約標(biāo)煤約6 145 t，每年節(jié)約成本約304萬(wàn)元。

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