辅助蒸汽系统对火电厂管道热效率的影响

辅助蒸汽系统对火电厂管道热效率的影响摘要：阐述了管道热效率在电厂节能中的重要作用，并应用火电厂管道热效率的反平衡计算方法.时辅助蒸汽系统的热经济性作了定量计算，指出了现有管道热效率行业标准的不合理性，对电厂节能提出了积极的建议。图4表3参4关键词：动力机械工程；火电厂；管道；热效率；行业标准我国电力工业正朝着'厂网分开，省为实体'的体制转变。电厂作为独立法人按市场规则商业化营运，发电竟价上网势在必行。加强电厂管理，降低发电成本，在安全发电的前提下，力求经济性，以提高电厂的竞争力显得尤为重要。以1座1200MW电厂（2x600MW机组）为例，机组年平均运行时间按7000h计，若该厂供电标准煤耗率降低1g标准煤/（kW・h），全年即可节约标准煤8400t，按同比价格计算，仅燃料费用一项，每年可节约250万元以上；同时还可以减少大量的有毒害作用的烟气（NO,SOx）及粉x尘的排放在电厂节能节电工程中，热力系统是有节能潜力可挖的重要方面。从节能的实践及理论发展来看:重视汽轮机的技术完善性为最先，其次是锅炉，然而探索热力系统的节能潜力相对滞后。根据热力发电厂原理，在发电厂的总效率中，管道热效率是其组成份额之一，而在发电厂热经济性评价中，管道热效率常被忽略或认为是某个固定值参考文献〖2〗建立了反平衡发电厂管道热效率的计算表达式，全面阐述了发电厂管道热力系的范围、内涵及其在节能挖潜中的指导意义，并结合工程实例的计算，证明了发电厂管道热效率不是个固定值、更不能忽略，且有着丰富的内涵本文应用火电厂管道热效率的反平衡计算方法，以引进型600MW机组Westinghouse（TC4F-980）辅助蒸汽热力系统对管道效率的影响为例，对辅助蒸汽系统的热经济性作了定量计算，对电厂节能提出了积极的建议，同时指出了现行火电厂管道效率行业标准存在的缺陷〖4〗1、发电厂管道热力系及其热损失〖2〗根据热力发电厂原理，发电厂的热经济性是用全厂热效率n，（或全厂热耗率q）、供电标准煤耗率bs；汽轮发电机组的绝对电效率nt和热耗率W来评价的，上述各项指标之间的关系如下：ncp=nbnpni（%） （1）TOC\o"1-5"\h\zbsn=123/nc(1-gap) (g标准煤/(kw・h)) (2)qo=3600/nC=3600/(n.nmn) (kJ/(kw•h)) (3)qc=3600/n； 1mg(Kj/(KW・H))) (4)式中：nc一发电厂热效率nb—锅炉热效率np一发电厂管道热效率n：一汽轮机绝对内效率nm一汽轮机机械效率ng一发电机效率n：一汽轮发电机组的绝对电效率&ap一厂用电率式(1)的物理意义表明:火力发电厂全厂热力系统可以划分为3个热力系；即：1、 完成燃料化学能转化为工质热能的锅炉热力系、2、 完成热能转化成电能的汽轮发电机组热力系，3、 连接锅炉热力系与汽轮发电机组热力系的发电厂管道热力系。目前，在火电厂的热经济性分析中，发电厂管道热效率彳主彳主被忽略或视为定值。参考文献［2］全面阐述了发电厂管道热效率的意义，建立了反平衡管道热效率的表达式，即：TOC\o"1-5"\h\znp=(1-AQp/Qb)*100% (5)而AQp=ZAQ. (6)其中，△。上勺内容分列如下：1新蒸汽管道散热损失Q1?Q1=D0*(hb-h0) (7)带热量的工质泄漏损失。2,Q广D1*(hb-h咬) (8)再热蒸汽管道散热损失。3：Q=Q(h’，、-h,、)+D(h”，、-h,、) (9)~3rhrh(b)rh(t)rhrh(b)rh(t)给水管道热损失Q:4Q4=Drh(hfw(t)-hfw(b)) (10)辅助蒸汽系统热损失。^5\o"CurrentDocument"Q=D(h-h)+$D(h’-h) (11)5cycymacycyma锅炉连续排污系统热损失。6。(对单级连续排污系统而言)：Q=Dh(1-n)+D’*(h’-h”)(1-n)+6blblsblblbl11D’ (h”-h’)+D(h’-h) (12)blblmamamama式中Qb一锅炉热负荷，即锅炉输出热量D0—主蒸汽流量Drh—再热蒸汽流量D1—带热量的工质泄漏量h0—汽轮机主汽门前蒸汽焓hb一锅炉过热器出口蒸汽焓虬一泄漏点工质的焓H’rh(b)一锅炉再热器进口蒸汽焓hrh(t)一汽轮机中压缸进汽焓h”h(b)一锅炉再热器出口蒸汽焓hf：(b)—锅炉侧给水焓hf：(t)一汽轮机侧给水焓DW一每小时辅助蒸汽量h：；一辅助蒸汽焓h’：y—辅助蒸汽返回水焓①一辅助蒸汽返回水率Dbi一锅炉每小时连续排污量Dbl一排入地沟的连续排污量hbl一锅炉连续排污水焓Dma一补充水量hm一补充水焓h’g一补充水被排污冷却器加热后的焓ma蜕厂排污扩容器压力下的饱和水焓blh\n—排入地沟的连续排污水焓bln—排污扩容器的热效率n—排污冷却器的热效率式(5)和式(C6)明确了发电厂管道热力系的范围，内涵及其热损失的组成2火电厂辅助蒸汽系统对管道热损失影响的定性分析火电厂辅助蒸汽系统由各类用汽的辅助设备及其管路组成上匕如一些蒸汽驱动设备以及采暖和生活用汽等等。辅助蒸汽系统的汽源通常来自汽轮机的某段回热抽汽新蒸汽一般只作为备用汽源供起动、低负荷和事故时使用辅助蒸汽一方面是生产和生活所必需另一方面必然导致发电厂热经济性的下降辅助蒸汽按用途可分为两类:一类是加热用汽;另一类是动力用加热用汽是指加热空气（锅炉暖风气）、重油、生水（生水加热器）和厂内采暖等用汽。动力用辅助蒸汽主要是指驱动给水泵、送风机等变速汽轮机的蒸汽系统和射汽抽气器用汽系统在机组低负荷时，抽汽参数不能满足辅助蒸汽系统的要求或汽轮机投运前或锅炉点火等工况下，辅助蒸汽系统的汽源切换至新蒸汽。在正常工况下辅助蒸汽系统汽源来自汽轮机的回热抽汽，当用汽设备用汽量增加时，机组回热抽汽作功增加，同时，辅助设备用完辅助蒸汽以后，工质无法回收，通过凝汽器或除氧器增加补充水量保持电厂循环工质的平衡辅助蒸汽耗盘增加，补充水量增加使得回热抽汽也增加，因此回热抽汽发电量的增加，使得汽轮机绝对内效率提高机组热经济性是提高的。然而，此时管道热效率由戏5的增加而下降，式（5）、式（6）的计算可定量反映这一结果正是管道热效率的下降，从而导致全厂热经济性下降并且，同样的辅助蒸汽耗量，辅助蒸汽系统有没有工质回收，返回水的数量和回收地点的不同，对电厂热经济性的影响也是不一样的。式（11）可以定量计算辅助蒸汽系统各种工况对管道热损失的影响。工程计算实例表明:电力行业标准定义的管道效率，无法反映这一结论[2]3计算举例WestinghouseTC4F-980/600MW单元机组的辅助蒸汽系统，启动时的汽源主要来自启动锅炉;在正常运行时，汽源来自第四级抽汽（中压缸排汽抽汽）。冷再热蒸汽（即高压缸排汽）作为系统的低负荷汽源及备用汽源。辅汽用户主要有:空气预热器的冲洗箱加热、空预器吹灰、除氧器加热、暖风器用汽、轴封用汽、汽缸暖缸、燃烧器及点火油腔加热用汽及部分生活用汽等。机组运行时的辅助蒸汽系统如图所示。机组辅助蒸汽系统的有关汽水参数如表1和表2所示。表1汽轮机汽水参数列表

项目单位各计算点H1H2H3除氧器H5H6H7H8汽侧抽汽焓％KJ/Kg31393002336830623004285526392513疏水焓KJ/Kg1060878740.1481386.8276.6180.6 KJ/Kg2078212426282436.32523246823622332抽汽放热qi水侧加热器出口水焓h—^i KJ/Kg12061031874724.3594.6457.7359.6248.1给水焓升T• i KJ/Kg175.7156.9130.6129.7136.998.13111.5111表2汽轮机运行参数表项目符号单位数值项目符号单位数值锅炉蒸发量DbKg/h1781500汽轮机排汽焓hlKJ/Kg2346.8汽轮机进汽量DoKg/h1781500锅炉侧给水焓h,、fw(b)KJ/Kg1200锅炉过热器出口蒸汽焓hbKJ/Kg3379.88汽轮机侧给水焓h,、fw(t)KJ/Kg1206.6汽轮机主汽门前蒸汽焓HoKJ/Kg3379.36加热器效率nh0.98汽轮机中压缸进汽焓h,、rh(t)KJ/Kg3539.83锅炉热效率nb0.9406锅炉再热器进口蒸汽焓H’，、rh(b)KJ/Kg2995.62机械效率nm0.9885锅炉再热器出口蒸汽焓H”，、rh(b)KJ/Kg3539.83发电机效率ng0.9959凝汽器压力下的饱和水焓hiKJ/Kg137.15厂用电率Eap0.045在正常工况下，该机组有两级辅助蒸汽，分别引自高压缸排汽和中压缸排汽。Dasl为高压缸排汽抽汽，Das2为中压缸排汽抽汽，81为Dasl抽汽返回水进除氧器的份额鸟为Das2抽汽返回水进除氧器的份额。并设凝汽器化学补充水焓为h=84kJ/kg⑹工况1设Dasi=5000kg/h,Das2=20000kg/h,81=0.5,82=0.5工况2设D：：i=20000kg/h,D：：2=5000kg/h,81=0.5,82=0.5工况3设D：：1=5000kg/h,D：：2=5000kg/h,81=1，82=1工况4设D：：1=5000kg/h ,D：：2= 20000kg/h , 81=0，82=0工况5设D：：1=5000kg/h ,D：：2二 20000kg/h , 81=0，82=0工况6设D：：1=5000kg/h ,D：：2二 20000kg/h , 81=0，82=0工况7设D：：1=5000kg/h ,D：：2二 20000kg/h , 81=0，82=0表3机组辅助蒸汽系统不同的工况热经济性分析结果工况电功率热耗量热耗率绝对内效率机组热效甲锅炉热负荷管道效率全厂热效率供电标准煤煤耗率（MW）(MJ/h)(KJ/KWh)(MJ/H)(KJ/KWh)1580.6459509879140.46210.45487646938990.9789510.4188710.3074842579.1458941079250.46150.4542494685740.9794430.4184830.3077683584461247879500.46020.45300146938990.9887830.423120.3057004584.2464124879440.46030.45315246938990.9887830.4214540.3055995581.2459699479100.46230.45511446966200.9787880.4190000.3073896578.6485751479290.46120.45403246830150.9796070.4183530.4078647586.9467391079630.45930.45209646966200.9951650.4231850.304349应用式（5）、式（6）、式（11）计算可得不同辅汽耗量及回水方式的热力分析结果（表3）。同时，计算结论表明:现行火电厂管道效率行业标准［4〕提供的计算方法无法得出正确的结论计算所得的辅助蒸汽系统不同耗汽量与机组绝对内效率，发电厂管道热效率以及全厂热效率的变化关系分别如盛、图3,图4所示

0.+5»0,437D.4S61-堆利内效素叫电少E3不同辕汽用景下罚管it盈率所—g景率T-金厂财职LEI(0 15Hl253D弟0.+5»0,437D.4S61-堆利内效素叫电少E3不同辕汽用景下罚管it盈率所—g景率T-金厂财职LEI(0 15Hl253D弟曲Oi危当辅汽系统投人运行时，由于回热抽汽作功量增加，并且补充水进人系统也使回热抽汽量增加，虽然，机组的绝对内效率和电效率是上升的，但是辅助蒸汽的使用，将导致管道热效率的下降，从而引起全厂热效率的下降，这一结论与热力发电厂原系统的投运造成管道热效率的下降，对发电厂热经济性的影响是不能忽略的。当有辅汽利用(工况1)与无辅汽利用(工况7)相比较时，管道热效率下降了1.67%，尽管机组绝对内效率提高了0.285%，但全厂效率还是下降了0.431%，供电标准煤耗率增加了3.135g标准煤/(kW・h)，全年多耗标准煤2.63万吨(按某电厂实际情况，2X600MW，年运行时间7000h计算)同样的返回水条件，辅助蒸汽用汽量相同，补充水进人凝汽器比进人除氧器有利。计算工况3和工况4比较可得:虽然2个工况的管道效率相同，但前者需要较多的低压抽汽加热补回水，使得机组回热抽汽出力增