300 MW機(jī)組過(guò)熱器減溫水取水點(diǎn)改造分析

劉 楠， 周 洲

(徐州華潤(rùn)電力有限公司， 江蘇徐州 221142)

噴水減溫具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)溫幅度大等優(yōu)點(diǎn)，在鍋爐的過(guò)熱器上應(yīng)用廣泛。鍋爐過(guò)熱器在設(shè)計(jì)時(shí)，考慮到不同工況的實(shí)際吸熱量，過(guò)熱器換熱面積一般大于所需面積，為維持過(guò)熱蒸汽不超溫，過(guò)熱器減溫水一般應(yīng)連續(xù)投入[1]。減溫水取水點(diǎn)的不同，對(duì)機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的影響也不同[2]，目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)300 MW機(jī)組的過(guò)熱器減溫水都取自給水泵出口，該方式相對(duì)于取自高壓加熱器(簡(jiǎn)稱高加)出口，對(duì)機(jī)組回?zé)嵫h(huán)效率影響較大[3]。隨著國(guó)家發(fā)展，節(jié)能減排越來(lái)越被重視，部分電廠開(kāi)始對(duì)過(guò)熱器減溫水取水點(diǎn)進(jìn)行改造[4-5]。筆者以某300 MW機(jī)組為例，針對(duì)改造后機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性和安全性進(jìn)行討論和分析。

1 減溫水系統(tǒng)簡(jiǎn)介

該電廠300 MW汽輪發(fā)電機(jī)組汽輪機(jī)為亞臨界、一次中間再熱、凝汽式，給水系統(tǒng)由3臺(tái)高加和2臺(tái)汽動(dòng)給水泵組成，給水泵出口母管至高加進(jìn)口間有一路抽出作為鍋爐過(guò)熱器減溫水。

配套的鍋爐為亞臨界一次中間再熱自然循環(huán)汽包爐。過(guò)熱器系統(tǒng)設(shè)有三級(jí)噴水減溫器，用來(lái)調(diào)節(jié)過(guò)熱蒸汽溫度。一級(jí)減溫器布置在低溫過(guò)熱器(簡(jiǎn)稱低過(guò))出口集箱至全大屏過(guò)熱器進(jìn)口集箱的連接管上；二級(jí)減溫器布置在全大屏過(guò)熱器出口集箱至后屏過(guò)熱器進(jìn)口集箱的連接管上，共2只；三級(jí)減溫器布置在后屏過(guò)熱器出口集箱至高溫過(guò)熱器進(jìn)口集箱的連接管上，共2只。減溫器均采用多孔噴管式，調(diào)溫幅度通過(guò)調(diào)節(jié)噴水量控制。

2 改造方案

目前普遍認(rèn)為取水點(diǎn)放在高加出口后主給水電動(dòng)閥前是比較合理的方案[3]，也是大多數(shù)電廠采取的改造方案。為了減小減溫水使用對(duì)給水控制的擾動(dòng)，將取水點(diǎn)放在給水流量孔板前，見(jiàn)圖1。從高加出口、給水流量孔板之前引出一路新管路，依次經(jīng)過(guò)手動(dòng)截止閥、電動(dòng)截止閥、逆止閥后接入原減溫水電動(dòng)閥后的管路。

圖1 過(guò)熱器減溫水取水點(diǎn)改造方案示意圖

3 經(jīng)濟(jì)性分析

3.1 取水點(diǎn)為給水泵出口對(duì)機(jī)組煤耗的影響

以等效焓降法[6]分析取水點(diǎn)為給水泵出口，減溫水不經(jīng)過(guò)高壓加熱系統(tǒng)對(duì)機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的影響。噴水減溫時(shí)，減溫水分流量α不經(jīng)過(guò)高加，減少了三級(jí)高加的回?zé)岢槠?，減少的抽汽在汽輪機(jī)中做功增加ΔH為：

(1)

式中：τr為第r級(jí)加熱器給水的焓升，kJ/kg；ηr為第r級(jí)加熱器的抽汽效率。

1 kg新蒸汽的吸熱量增加ΔQ為：

(2)

式中：qr為第r級(jí)加熱器抽汽放熱量，kJ/kg；ΔQzr為第r級(jí)加熱器排擠1 kg抽汽引起再熱器吸熱量的變化，kJ/kg。

噴水減溫使汽輪機(jī)效率相對(duì)降低Δηi為：

(3)

式中：ηi為噴水減溫前汽輪機(jī)效率；H為新蒸汽等效焓降，kJ/kg。

供電煤耗增加Δbb為：

Δbb=bb×Δηi

(4)

式中：bb為機(jī)組供電煤耗，g/(kW·h)。

由THA(熱耗驗(yàn)收)工況熱平衡圖根據(jù)等效焓降法計(jì)算得到的主要熱力參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 高加主要熱力計(jì)算參數(shù)

機(jī)組供電煤耗取320 g/(kW·h)，計(jì)算得到1 t/h減溫水可以使機(jī)組供電煤耗增加0.013 g/(kW·h)。

3.2 取水點(diǎn)為高加出口對(duì)機(jī)組煤耗的影響

若從高加出口取水作為過(guò)熱器減溫水，因其不影響熱力循環(huán)，如果忽略鍋爐內(nèi)部的微小變化，則經(jīng)濟(jì)性無(wú)變化。

3.3 效益分析

過(guò)熱器減溫水取水點(diǎn)改造后：在THA工況下，使用1 t/h減溫水比改造前節(jié)省煤耗約0.013 g/(kW·h)；同樣可以計(jì)算得到在240 MW工況下，節(jié)省煤耗約0.017 g/(kW·h)。

改造增加公稱直徑為125 mm、公稱壓力為32 MPa的電動(dòng)截止閥、手動(dòng)截止閥、逆止閥各1個(gè)，三通閥2個(gè)，管道、彎頭若干，施工工期約15天，單臺(tái)爐投資約45萬(wàn)元。

根據(jù)日常運(yùn)行減溫水質(zhì)量流量的不同，以年利用5 000 h、1 t/h減溫水節(jié)省供電煤耗0.015 g/(kW·h)、煤價(jià)格750元/t計(jì)算，年收益與投資回收期隨平均減溫水質(zhì)量流量變化曲線見(jiàn)圖2。由圖2可知：平均減溫水質(zhì)量流量在5 t/h時(shí)，年節(jié)約成本約9萬(wàn)元，投資回收期約5年；減溫水質(zhì)量流量在25 t/h時(shí)，年節(jié)約成本約45萬(wàn)元，1年即可收回成本。

圖2 年節(jié)約成本、投資回收期與平均減溫水質(zhì)量流量關(guān)系圖

4 安全性分析

過(guò)熱器減溫水取水點(diǎn)改造后，減溫水溫度上升、壓力下降，故減溫水質(zhì)量流量較改造前會(huì)有增加，最大可通流量減小。為確保安全，應(yīng)對(duì)減溫水管道材質(zhì)、減溫水質(zhì)量流量進(jìn)行核算。

4.1 減溫水管道材質(zhì)的核算

減溫水取水點(diǎn)改造后，減溫水溫度會(huì)由170 ℃左右上升至280 ℃左右。經(jīng)查，減溫水管道及閥門材料均為20G，許用溫度均在400 ℃以上，滿足使用要求。但溫度上升后，管道膨脹會(huì)有變化，應(yīng)對(duì)支吊架進(jìn)行校核，必要時(shí)須進(jìn)行調(diào)整。

4.2 減溫水質(zhì)量流量的核算

改造后減溫水焓發(fā)生變化，單位質(zhì)量減溫水吸熱量減少，調(diào)溫需要減溫水質(zhì)量流量增加：

原減溫水焓h=716.15 kJ/kg；

主蒸汽焓hm=3 407.11 kJ/kg；

改造后減溫水焓h′=1 205.87 kJ/kg。

因減溫水吸熱總量不變，可得：

Q×(hm-h)=Q′×(hm-h′)

(5)

式中：Q為原減溫水質(zhì)量流量，t/h；Q′為改造后所需減溫水質(zhì)量流量，t/h。

故得到：

(6)

計(jì)算得到減溫水質(zhì)量流量最大值為改造前的0.83倍。因此，改造后減溫水系統(tǒng)最大出力相當(dāng)于改造前的0.68倍，即不提高給水壓力的情況下，改造后減溫水最大質(zhì)量流量為78.9 t/h。

若正常情況下減溫水質(zhì)量流量超出78.9 t/h，不建議改造。若正常情況下減溫水質(zhì)量流量不超過(guò)該值，可進(jìn)行改造，并保留原管路，事故情況下切至原管路運(yùn)行；且改造后噴水熱控邏輯應(yīng)根據(jù)新參數(shù)進(jìn)行修改。

5 結(jié)語(yǔ)

筆者以某300 MW機(jī)組為例，對(duì)過(guò)熱器減溫水取水點(diǎn)改造的經(jīng)濟(jì)性和安全性進(jìn)行了分析。將取水點(diǎn)由給水泵出口改至高加出口可有效提高機(jī)組經(jīng)濟(jì)性，但改造后會(huì)造成減溫水質(zhì)量流量增大和最大出力減小的情況，對(duì)機(jī)組運(yùn)行安全存在一定影響。改造應(yīng)結(jié)合機(jī)組具體運(yùn)行參數(shù)，尤其是日常減溫水質(zhì)量流量進(jìn)行綜合考慮。