超臨界供熱機(jī)組凝汽器補(bǔ)水霧化方案優(yōu)化研究

邢滿(mǎn)江 張輝 葛曉紅 付慶軍 馬宏民

摘 ?要：超臨界供熱機(jī)組將凝汽器的正常運(yùn)行化學(xué)補(bǔ)水通過(guò)噴嘴霧化處理后以一定角度補(bǔ)入凝汽器中可以有效提高機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性。通過(guò)這種技術(shù)可以有效提高補(bǔ)水換熱效率，提高機(jī)組真空，大幅度降低凝結(jié)水過(guò)冷度，從而有效降低凝結(jié)水中溶氧量進(jìn)一步提高低壓回?zé)嵯到y(tǒng)熱經(jīng)濟(jì)性，優(yōu)化超臨界機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，最終達(dá)到降低機(jī)組發(fā)電煤耗目的。

關(guān)鍵詞：凝汽器 ?補(bǔ)水霧化 ?噴嘴 ?流場(chǎng)數(shù)值模型

中圖分類(lèi)號(hào)：TK264.1 ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2020）01（c）-0058-03

Abstract： The supercritical heating unit can effectively improve the thermal economy of the unit by feeding chemical water into the condenser at a certain Angle after atomizing the normal operation of the condenser through the nozzle.Through this technology， the efficiency of water replenishment and heat exchange can be effectively improved， the vacuum of the unit can be improved， the degree of supercooling of condensate can be greatly reduced， the dissolved oxygen in the condensate can be effectively reduced， the thermal economy of the low-pressure regenerative system can be further improved， the economic index of the operation of the supercritical unit can be optimized， and finally the coal consumption of the unit can be reduced.

Key Words： Condenser; Replenishment atomization; Nozzle; Numerical model of flow field

通過(guò)計(jì)算和經(jīng)驗(yàn)分析可以得出凝汽器運(yùn)行壓力、凝結(jié)水過(guò)冷度與機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性比例關(guān)系一般如下：凝汽器的壓力升高1kPa會(huì)使汽輪機(jī)的汽耗量增加1.5%～2.5%。凝結(jié)水的過(guò)冷度增加1℃，1℃的過(guò)冷度會(huì)造成凝結(jié)水溶氧量增加100μg/L，機(jī)組煤耗量將增加0.13%。降低主凝結(jié)水的過(guò)冷度和含氧量可以提高回?zé)嵯到y(tǒng)熱經(jīng)濟(jì)性。

凝汽器補(bǔ)水霧化技術(shù)改造可以有效降低凝結(jié)水的過(guò)冷度，減少凝結(jié)水中溶氧量，有效提高低壓回?zé)嵯到y(tǒng)熱經(jīng)濟(jì)性，該文以某350MW超臨界供熱機(jī)組凝汽器補(bǔ)水霧化技術(shù)改造作為研究對(duì)象。

1 ?研究背景

某熱電廠C350-24.2/0.343/566/566型超臨界供熱機(jī)組凝汽器型號(hào)為上汽N-23500型，單殼體，對(duì)分雙流程、表面式，冷卻面積23500m2，設(shè)計(jì)背壓4.9kPa，汽側(cè)設(shè)計(jì)壓力0.098MPa，水側(cè)設(shè)計(jì)壓力0.4MPa，冷卻水量45477.9m3/h。凝汽器補(bǔ)水系統(tǒng)設(shè)有啟動(dòng)補(bǔ)水和運(yùn)行補(bǔ)水二套控制調(diào)節(jié)管路，補(bǔ)水來(lái)自廠房?jī)?nèi)除鹽水母管，啟動(dòng)補(bǔ)水用于機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程，該部分水量約為鍋爐BMCR工況的25%。運(yùn)行補(bǔ)水用于機(jī)組正常運(yùn)行中，補(bǔ)充正常運(yùn)行的汽水損失，該部分補(bǔ)水量較?。ㄒ?jiàn)圖1）。

機(jī)組運(yùn)行正常補(bǔ)水量在37t/h左右。正常補(bǔ)水進(jìn)水管道為φ133×5通過(guò)調(diào)節(jié)閥或旁路并入φ245管道接入凝汽器補(bǔ)水接口，在凝汽器內(nèi)采用φ245×10補(bǔ)水管上打了許多小孔，化學(xué)補(bǔ)水從小孔中以水柱的形狀噴出。此種補(bǔ)水方式無(wú)法使溫度較高的排汽與低溫補(bǔ)水在喉部實(shí)現(xiàn)有效換熱，或者說(shuō)排汽的潛熱沒(méi)有足夠放熱給低溫的補(bǔ)水，低溫補(bǔ)水也無(wú)法吸收排汽的熱量而被加熱，導(dǎo)致機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性下降，從而導(dǎo)致凝結(jié)水過(guò)冷度和含氧量增加。

2 ?噴嘴霧化數(shù)值模型研究

2.1 噴嘴噴霧理論

噴嘴通過(guò)在內(nèi)部安裝能夠產(chǎn)生渦流的帶環(huán)形槽的墊片或車(chē)銑加工出旋轉(zhuǎn)流道使液體在離心力作用下，以呈一定大小的圓錐噴霧角從噴孔噴出，形成圓錐形霧化帶，理論覆蓋范圍可以根據(jù)噴霧角和噴嘴長(zhǎng)度尺寸計(jì)算得出，計(jì)算公式如下：

在實(shí)際噴霧中，有效噴霧角度會(huì)因水的粘度、噴嘴流量、噴射壓力和噴射距離等因素變化。一般來(lái)說(shuō)，與理論范圍相比實(shí)際噴霧的覆蓋范圍比要小，噴嘴噴霧覆蓋范圍應(yīng)該有1/4～1/3的重疊區(qū)域，從而能夠使噴霧效果分布均勻。

2.2 噴嘴內(nèi)流動(dòng)以及噴霧的數(shù)學(xué)模型

FLUENT提供兩種霧滴破碎模型：泰勒類(lèi)比破碎（TAB）模型和波致破碎模型。對(duì)于泰勒類(lèi)比破碎模型創(chuàng)建噴霧模型：選擇pressure-swirl-atomizer（壓力旋流霧化模型）。

假設(shè)條件為350MW級(jí)機(jī)組，汽輪機(jī)末級(jí)排汽量為D=D0（1-∑α-αs），喉部入口尺寸49.1m2，主蒸汽流量為D0，各級(jí)抽汽份額為∑α，工質(zhì)損失為αs，喉部入口蒸汽溫度34.5℃，排汽壓力5.39kPa，該壓力下蒸汽比容26.27m3/kg，干度0.93。凝汽器化學(xué)補(bǔ)水溫度22℃～25℃，補(bǔ)水流量19t/h時(shí)，數(shù)值計(jì)算表如表1所示。

3 ?凝汽器化學(xué)正常補(bǔ)水霧化技術(shù)方案

該案例采用雙排噴嘴布置方式，兩排之間間距1m。按補(bǔ)水量45t/h設(shè)計(jì)，單個(gè)噴嘴流量不變，需要布置的噴嘴個(gè)數(shù)為40個(gè)，分別在低壓加熱器兩側(cè)各布置兩排，單排噴嘴個(gè)數(shù)為10個(gè)，布置高度1.85m，間距1m，噴嘴采用順向45°角交叉布置方式，噴嘴采用直徑為φ6壓力式高壓旋轉(zhuǎn)霧化結(jié)構(gòu)噴嘴。4根φ57×5化學(xué)正常補(bǔ)水母管接自原機(jī)組φ133×5正常補(bǔ)水管道后，增加單獨(dú)流量孔板對(duì)流量進(jìn)行測(cè)量;補(bǔ)水管道上安裝補(bǔ)水控制電磁閥和檢修隔離真空手動(dòng)門(mén)，補(bǔ)水管道材質(zhì)采用304不銹鋼，管道上交叉45°開(kāi)12個(gè)孔（預(yù)留2個(gè)）安裝霧化噴嘴。具體布置如圖2所示。

4 ?凝汽器補(bǔ)水霧化后經(jīng)濟(jì)性研究

補(bǔ)水在凝汽器中實(shí)現(xiàn)霧化的熱經(jīng)濟(jì)效益變化可以分為兩部分：一部分是因?yàn)樘岣哒婵湛蓭?lái)的熱經(jīng)濟(jì)性收益，另一部分是因?yàn)檫^(guò)冷度變化和低加回?zé)嵯到y(tǒng)提高熱交換率帶來(lái)的熱經(jīng)濟(jì)性收益。

4.1 真空變化的熱經(jīng)濟(jì)性收益

若暫不考慮提高真空對(duì)熱經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的影響，采用該技術(shù)后凝汽器真空提高、凝結(jié)水過(guò)冷度減小、凝結(jié)水溶氧量降低，低壓加熱器傳熱效果增強(qiáng)，提高除氧器除氧加熱效果減少高壓抽汽量等均可使機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性提高，一般可降低煤耗0.3g/kW·h以上，機(jī)組年利用小時(shí)數(shù)按5000h計(jì)算，1臺(tái)350MW機(jī)組年節(jié)省標(biāo)煤450t，每噸標(biāo)煤如按600元計(jì)算，則年節(jié)省燃料費(fèi)用27萬(wàn)元。

5 ?結(jié)語(yǔ)

凝汽器正常補(bǔ)水霧化可以使化學(xué)補(bǔ)水有效吸收汽輪機(jī)循環(huán)的汽化潛熱，降低冷源損失，提高機(jī)組真空和循環(huán)效率，降低凝結(jié)水中含氧量，進(jìn)一步提高回?zé)嵯到y(tǒng)低壓加熱器熱交換效率和除氧效果，有助于提高電廠熱經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，降低一次能源消耗，最終提升電廠盈利能力。

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