60 MW機組高壓加熱器泄漏對熱經(jīng)濟性的影響

高 璨

(中國石化儀征化纖公司熱電部，江蘇儀征 211900)

某電廠現(xiàn)運行的60 MW汽輪機組屬于二十世紀八十年代國產(chǎn)小機組，由于使用壽命長、運行工況多變等方面因素，高加系統(tǒng)泄漏情況頻頻發(fā)生，極大地影響了機組的穩(wěn)定運行和對外供熱需求。受控煤與供熱等多方面影響，若遇泄漏情況，高加系統(tǒng)是否需要立即解列進行堵漏檢修，或是在保證安全性的前提下帶病運行？如若選擇帶病運行，高加系統(tǒng)泄漏對電廠熱經(jīng)濟性的影響如何？一般情況下，電力行業(yè)僅從高加系統(tǒng)投入率和鍋爐給水溫度進行考量，利用常規(guī)的熱平衡法，不僅計算繁雜，而且難以定量考慮對整個電廠系統(tǒng)熱經(jīng)濟性的影響。本文通過等效焓降法，探討某電廠高加鋼管泄漏對熱經(jīng)濟性的影響。

1 等效焓降法

等效焓降法是基于熱力學的熱功轉(zhuǎn)換理論，考慮設備質(zhì)量、熱力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和參數(shù)的特點，導出幾個熱力分析參量(如抽汽等效焓降Hj和抽汽效率ηj等)，用于研究熱功轉(zhuǎn)換及能量利用程度的一種方法[1]。其物理意義是：等效焓降H是1 kg抽汽從回熱系統(tǒng)Noj返回汽輪機的真實做功能力，標志汽輪機各抽汽口蒸汽的能級或能位高低。Hj越高，能級就越高，汽流的做功能力就越大。抽汽效率ηj是指任意熱量加到汽輪機的回熱系統(tǒng)Noj時，該熱量在汽輪機中轉(zhuǎn)變?yōu)楣Φ某潭群头蓊~。新蒸汽部位的效率最大，等于裝置效率，而凝汽器的效率最低等于0，所以抽汽效率的數(shù)值處于裝置效率與零之間。以下基于這一理論進行探討。

2 高加系統(tǒng)泄漏熱效率損失計算

高加系統(tǒng)泄漏分為兩種類型(即內(nèi)漏和外漏)：內(nèi)漏指高壓加熱器內(nèi)管束泄漏，回熱系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)加熱泄漏水源，造成熱量損失；外漏指高加系統(tǒng)外疏水泄漏，需要增加系統(tǒng)補水，同樣會造成熱量損失。兩種泄漏對熱經(jīng)濟性的影響并不相同，由于某電廠機組頻繁出現(xiàn)高加鋼管泄漏事件，本文僅考慮內(nèi)漏對熱經(jīng)濟性的影響。

2.1 汽機型式和各項參數(shù)

該電廠共有三臺60 MW機組，1#機型號為C60-8.83/1.28-Ⅱ型，3#機型號為CC60-8.83/3.1/1.3型，4#機型號為CC60-8.83/4.12/1.47型，由于3#機進行過通流部件改造，抽汽溫度較另外兩臺機組要高，在此不進行分析?；?#汽輪機與4#汽輪機使用時間與泄漏次數(shù)的比較，本文僅以1#汽輪機額定工況下的各項參數(shù)值作為依據(jù)進行討論。1#汽輪機是單缸、沖動、具有一級調(diào)整抽汽、冷凝式單排汽口汽輪機，主汽壓力P0為8.83 MPa，主汽溫度t0為535 ℃。

1#汽輪機額定工況下熱力特性參數(shù)見表1。

表1 1#汽輪機熱力特性表

1#機共有6級抽汽，各級參數(shù)及用途見表2。

表2 1#汽輪機各級抽汽情況

蒸汽熱力過程及其各抽汽點的參數(shù)模擬焓熵圖對應數(shù)據(jù)[3]及數(shù)據(jù)整理見表3。

表3 1#汽輪機回熱系統(tǒng)情況

1#汽輪機回熱系統(tǒng)簡圖如圖1所示。

圖1 1#汽輪機回熱系統(tǒng)圖

根據(jù)等效焓降法可知[3]：

1#低加抽汽等效焓降和抽汽效率為H1=h1-hcη1=H1/Q1

2#低加抽汽等效焓降和抽汽效率為H2=h2-h1+H1-△hw1η1η2=H2/Q2

3#低加抽汽等效焓降和抽汽效率為H3=h3-h2+H2-△hw2η2η3=H3/Q3

除氧器抽汽等效焓降和抽汽效率為H除=h除-h3+H3-△hw3η3η除=H除/Q除

4#高加抽汽等效焓降和抽汽效率為H4=h4-h除+H除-△hw除η除η4=H4/Q4

5#高加抽汽等效焓降和抽汽效率為H5=h5-h4+H4-△hw4η4η5=H5/Q5

新蒸汽等效焓降為H0=h0-h5+H5-△hw5η5

循環(huán)吸熱量為Q0=h0-hw5

系統(tǒng)循環(huán)熱效率為η0=H0/Q0

式中hi為加熱器對應抽汽焓，kJ/kg；△hwi為加熱器對應給水焓升，kJ/kg；Qi為加熱器對應抽汽放熱量，kJ/kg；h0為新蒸汽焓值，kJ/kg；hw5為5#高加出水焓，kJ/kg。

根據(jù)上述公式計算各臺加熱器的抽汽等效焓降和抽汽效率，數(shù)據(jù)見表4。

表4 回熱系統(tǒng)等效焓降參數(shù)(CC60-8.83/1.28-Ⅱ型)

2.2 高加鋼管泄漏的等效焓降法計算

若某電廠1#機4#、5#高加疏水正常，在5#高加鋼管有泄漏的情況下，假設泄漏點焓值為進、出水焓值的平均數(shù)h15=872.5 kJ/kg，泄漏量份額為α15，則泄漏部分給水在泄漏前5#高加鋼管內(nèi)部的焓升為：

Δh15=h15-h14=872.5-796=76.5 kJ/kg

式中h14為4#高加出口給水焓值。

α15部分泄漏給水隨5#高加疏水進入4#高加的放熱量為：

qα5=h15-hs4=872.5-794=78.5 kJ/kg

式中hs4為4#高加疏水焓。

一方面，5#高加鋼管泄漏，導致4#高加疏水量增加，排擠抽汽，使新蒸汽等效焓降增加。

式中η4為4#高加抽汽效率。

另一方面，泄漏水源在4#、5#內(nèi)形成閉式循環(huán)，對兩臺高加而言，在泄漏點與除氧器之間，增加了α15份額的給水，而加熱這部分給水需要增加抽汽量，從而使新蒸汽等效焓降減少。

式中:Δhw5表示5#高加給水焓升，kJ/kg；η5為5#高加抽汽效率，%；Δhw4表示4#高加給水焓升，kJ/kg；η4為4#高加抽汽效率，%。

綜上所述，新蒸汽的等效焓降實際減少：

Δhα5=Δh″α5-Δh′α5=61.68α15kJ/kg

此臺機組無再熱系統(tǒng)，機組總的循環(huán)吸熱量q0由主給水流量、主給水焓和過熱蒸汽焓所決定，與高加鋼管泄漏無關。

那么，在5#高加鋼管泄漏的情況下，汽輪機組系統(tǒng)的循環(huán)熱效率相對降低[4]。

式中h0表示新蒸汽等效焓降。

2.3 高加解列的等效焓降法計算

若高加鋼管泄漏立即解列處理，對應的高加抽汽將全部返回汽輪機做功，會使新蒸汽等效焓降增加。

Δh0h=Δhw5η5+Δhw4η4=153×0.34+113×0.28=83.66 kJ/kg

式中Δhw5表示5#高加給水焓升，kJ/kg；η5為5#高加抽汽效率，%；Δhw4表示4#高加給水焓升，kJ/kg；η4為4#高加抽汽效率，%。

系統(tǒng)總的循環(huán)吸熱量增加：

Δq0h=Δhw5+Δhw4=153 +113=266 kJ/kg

則系統(tǒng)循環(huán)熱效率相對下降為[4]：

=1.86%

式中h0表示新蒸汽等效焓降，kJ/kg；η0表示系統(tǒng)循環(huán)熱效率，%。

2.4 確定臨界參數(shù)

當高加鋼管泄漏與高加解列所造成的系統(tǒng)循環(huán)熱效率下降值相等時，即δηα15=δηh，可以得出允許高加鋼管泄漏的臨界份額α15=0.29。

假設機組運行中負荷基本維持不變，且高加泄漏點與泄漏份額不變，已知高加停運檢修時間Th為3天，可確定高加系統(tǒng)的臨界泄漏時間為：

=10.52

式中δηh為高加系統(tǒng)解列后系統(tǒng)循環(huán)熱效率相對下降值，%；h0為新蒸汽等效焓降，kJ/kg；Δha5為高加鋼管泄漏后新蒸汽等效焓降的減少值，kJ/kg；α15取高加鋼管臨界份額0.29。

通過上述計算可知，某電廠60 MW機組高加鋼管泄漏后允許帶病運行時間為10.52天，超過后將導致高加泄漏所致能量損失大于高加解列造成的能量損失。

2.5 煤耗計算

已知系統(tǒng)循環(huán)熱效率降低，必然導致機組煤耗量增加，由上述結(jié)論，可計算高加泄漏和解列期間增加的煤耗量，以便直觀了解高加鋼管泄漏對熱經(jīng)濟性的影響。

按照某電廠1#汽輪機運行現(xiàn)狀，取發(fā)電煤耗為354 g/(kW·h)，發(fā)電量為130萬kW·h。高加鋼管泄漏初時并不明顯，由于泄漏管周圍管束受高壓給水沖擊致使泄漏管束擴大、泄漏量增加、高加水位上升，由現(xiàn)場實際經(jīng)驗可知帶病運行至高加水位Ⅱ值報警需要15～20天的時間，在此取運行時間為17天，α15取為臨界份額0.29，解列后還需要3天時間進行查漏堵焊，則20天內(nèi)增加煤耗量為[6]：

Δb=354÷1 000×1.85%×17×130×10 000+354÷1 000×1.86%×3×130×10 000=170 412.06 kg≈170.41 t。

由此可知，單臺汽輪機高加系統(tǒng)泄漏后仍帶病運行至高加解列會導致發(fā)電煤耗上升6.55 g/(kW·h)，煤耗率增加1.85%，若及早確定高加泄漏并及時解列，會減少因泄漏損失造成的煤耗。

3 結(jié) 論

對于單臺汽輪機無備用高加系統(tǒng)時，高加系統(tǒng)泄漏會使電廠系統(tǒng)熱能品位降低，對熱經(jīng)濟性造成不可挽回的損失，而出于生產(chǎn)需要，生產(chǎn)者時常選擇帶病運行，通過計算可知某電廠60 MW機組高加鋼管泄漏后，允許帶病運行時間為10.52天，長期帶病運行并不劃算。

建議日常操作中避免對高加鋼管反復沖刷，機組加減負荷時應盡可能減少對高加的熱沖擊力，工作人員還應加強監(jiān)視高加水位，必要時打開危急疏水閥，維持正常水位值，若水位上升明顯，且給水泵的出力異常增大時，則表明加熱器鋼管已存在泄漏，應及早解列，避免更大程度浪費。