低压加热器疏水系统优化--火电厂节能理论

低压加热器疏水系统优化摘要：为了进一步降低火电厂的发电成本，对火电机组进行热经济性能分析与系统优化是十分必要的。

给水回热系统是电厂热力系统的核心，它的连接布置方式和运行状况的优劣对机组热经济性起着至关重要的作用。

使用疏水冷却器，可以降低疏水温度，达到回收疏水热量的目的。

疏水泵则因其能够截流疏水而达到接近混合式加热器的抽汽热量利用效果。

通过等效热降法分别对疏水泵和疏水冷却器的节能效果进行了计算分析，并以某电厂1000MW机组低加回热系统为例提出了三种具体的优化设计，并对三种方案热经济性进行对比。

结果表明：方案三方案三（1号~3号高加及5号低加有蒸汽冷却段及疏水冷却段，6号低加带疏水泵，7号、8号低加设有疏水冷却段）具有较好的热经济性，节能效果明显。

关键词：低压加热器；疏水系统；优化；热经济性给水回热系统是电厂热力系统的核心，它的连接布置方式和运行状况的优劣对机组热经济性起着至关重要的作用。

凝结水流经回热系统被加热的程度与加热器的抽汽压力和温度、加热器的结构布置方式等因素有关。

而低压加热器疏水的连接方式直接影响整个热力循环的状态，影响机组的热经济性。

为了减少工质损失，常常把表面式加热器的汽侧疏水收集并汇集于主凝结水或主给水系统．低压加热器的疏水收集方式主要有采用疏水泵和疏水逐级自流两种收集方式。

火电厂热力系统不同疏水方式对机组的经济性有很大影响。

不同的疏水方式，在安全与经济性方面具有不同的特点．疏水逐级方式由于最为简单、可靠，在发电厂中得到了广泛的应用。

但是，由于疏水逐级回流要排挤低压抽汽会产生不可逆损失。

为了尽可能的减少这种损失，可以对其增设一些热力设备(如疏水冷却器、疏水泵)，进而从提高热力系统效率的角度对加热器疏水热量加以利用。

使用疏水冷却器，可以降低疏水温度达到回收疏水的热量的目的，而疏水泵则因其能够截流疏水而达到接近混合式加热器的抽汽热量利用效果[1]。

1. 低压加热器疏水系统热经济性的计算分析[2]1.1 疏水泵系统疏水泵将 i 级加热器疏水打到前一级（i-1级）的主凝结水管路中，使疏水与主凝结水混合,提高了疏水热量的利用能级，采用疏水泵的加热器系统如图1所示。

图1 采用疏水泵的加热器系统使用疏水泵把加热器的疏水打入主凝结水是克服表面式加热器因疏水逐级自流而降低热经济性的措施之一[3]。

假设i号加热器的疏水份额是，，, 分别为i和i一1号加热器的抽汽效率。

加热器i装有疏水泵，为了方便利用等效热降法对其热经济效果进行分析，先假设原来系统是以采用疏水泵的加热器系统，然后拟取消疏水泵变为疏水逐级自流方式流人凝汽器，这一改变必然会带来系统经济性的改变，这时热经济性降低的数值也就是使用疏水泵后提高的值。

取消疏水泵，变为疏水逐级自流，首先会使疏水热量的利用能级发生变化．在使用疏水泵时，疏水带给主凝结水的热量为从而使主凝结水焓值提高△τj，首先由于取消了疏水泵，所以这部分热量不再利用于上一级加热器，从而使做工能力损失。

其次疏水逐级自流入凝汽器后使主凝结水份额增加，在主凝结水流入i 号加热器时，会多吸收的热量，产生的做功损失[4]。

因此，根据等效热降原理，在取消疏水泵将使新蒸汽等效热降降低，也就是采用疏水泵后，新蒸汽等效热降会增加，其值为：在实际计算中还应考虑到i号加热器在取消疏水泵后放热量的变化，所以对i号加热器的放热量由修正为，故加装疏水泵后新蒸汽等效热降变化为：当取消疏水泵时为负，当增加时为正．因此采用疏水泵将使装置效率相对提高：1.2 疏水冷却器系统疏水冷却器是指 i 级加热器疏水自流至下一级加热器之前，先经过一个换热器（疏水冷却器），用主凝结水或主给水将疏水进一步冷却，提高该部分疏水热量的利用能级，然后在进入下一级加热器，采用疏水冷却器的加热器系统如图2所示。

图2 采用疏水冷却器的加热器系统假设号加热器的疏水份额是，、分别为和号加热器的抽汽效率为疏水冷却度。

在疏水冷却器中疏水放出的热量，在没有疏水冷却器时由于i+l号加热器有多余热量的汇入从而多获得的做功。

在有疏水冷却器后，这一部分热量不再用于下一级加热器[5]，而由主凝结水带回到i号加热器中，从而提高了这一部分热量的使用能级，使系统获得做功，根据等效热降原理，系统新蒸汽的等效热降是上述做功变化的代数和，其值为：考虑到加热器蒸汽放热量的变化，的修正公式为：汽轮机装置效率相对提高：2. 低加疏水系统节能分析2.1 低加疏水系统结构优化可行性分析目前，国内1000MW超超临界机组回热系统均采用3台高压加热器、1台除氧器和4台低压加热器的8级回热系统。

高压加热器疏水均采用逐级自流方式流入除氧器，低压加热器疏水回收方式主要有以下两种途径：一种是与我国引进型600MW机组低加布置形式相同，低加疏水采用逐级自流方式流入凝汽器，各低加设下端差为5.6℃的内置式疏水冷却段。

另一种是5号低加设下端差为5.6℃的内置式疏水冷却段，且疏水自流入6号低加；6号低加增设疏水泵，将疏水直接打入6号低加出口主凝结水管内；7、8号加热器设置疏水冷却器，疏水下端差为5.6℃，冷却后的疏水自流入凝汽器热水井[5]。

本文引进型机组是由哈尔滨汽轮机厂引进日本东芝技术制造生产的N1000/25/600/600 型汽轮发电机组。

回热系统采用的是 3 台双列运行高压加热器（高加疏水均采用逐级自流方式，且加热器内均装有内置式疏水冷却段）、1 台除氧器和4 台低压加热器（疏水均采用逐级自流方式，且均设有内置式疏水冷却段），原则性热力系统图如图3所示。

末级低加疏水经轴封冷却器回收部分热量后自流入凝汽器热水井，工质携带的剩余热量均被损失掉，经济性比较差，4 台低加还装有低加危急疏水系统，事故危急疏水时，疏水将被直接导入凝汽器，经济性会更差。

若能进一步降低冷源损失，回收部分热量利用于主凝结水系统，机组的经济性将会得到很大改善。

图3 超超临界N1000/25/600/600机组原则性热力系统图2.2 低加疏水系统结构优化方案[2]以引进型1000—25/600/600机组为例，原设计方案设为方案一，如图4所示。

图4 低加疏水逐级自流且设有疏水冷却器（方案一）方案二、取消6号加热器的疏水冷却器，7、8号疏水仍逐级自流入凝汽器热水井，如图5所示。

该方案系统改造简单，不增加任何设备。

取消疏水冷却器后，6号低加的疏水焓比下一级加热器的出口的主凝结水焓值高99.2kJ/kg(由加热器内蒸汽压力对应的饱和水焓值计算而得)，疏水冷却度=76.4kJ/kg，即疏水端差（下端差）由改造前的5.6℃变为23.7℃。

图5 低加疏水自流且6号低加取消疏水冷却器（方案二）方案三、取消6号加热器的疏水冷却器，在6号疏水口增设疏水泵，将疏水打至6号加热器出口与主凝结水混合后进入5号加热器，如图6所示。

疏水泵设置在汽机0m处，泵入口选在6号低加正常疏水出口处，泵出口联入6号低加主凝结水水侧出口处。

泵出口、入口均装设逆止门，疏水泵的流量由变频电动机调节。

疏水泵的电功率为315kW，其出口压力为1.47MPa，6号低压加热器疏水经过疏水泵后焓值增加1.8kJ/kg。

由参考文献[6]可知，6号低加增设疏水泵后，由于6号低加疏水的混合，主凝结水焓值可提高0.93kJ/kg。

倘若低加疏水泵故障，6号低加疏水将通过6号低加危疏门流入疏水扩容器。

为综合比较增设疏水泵后的经济性，应考虑疏水泵所耗电功率。

图6 6号低加取消疏水自流方式疏水口加装疏水泵（方案三）方案四、本文引进型机组7、8号低压加热器为非共壳体设计，双压凝汽器中各凝汽器相对比较独立。

考虑取消7号加热器的输水冷却器，在7号疏水口增设疏水泵，将疏水打至7号加热器出口与主凝结水混合后进入6号加热器，如图7所示。

疏水泵的电功率为367KW，其扬程为1.49MPa，7号低压加热器疏水经过疏水泵后焓值增加1.6kJ/kg，7号低加增设疏水泵后，由于7号低加疏水的混合，主凝结水焓值可提高0.84kJ/kg。

图7 7号低加取消疏水自流方式疏水口加装疏水泵（方案四）2.3 各优化方案经济性对比计算结果见表1、表2。

表1 TRL下各优化方案低压加热器的抽汽系数表2 各优化方案对机组热经济指标的影响从上表中可以看出：方案三（1号~3号高加及5号低加有蒸汽冷却段及疏水冷却段，6号低加带疏水泵，7号、8号低加设有疏水冷却段）中6号加热器疏水口增设疏水泵，比方案一中增设内置式疏水冷却器和方案二中无疏水泵和疏水冷却器时，机组热经济性要好的多。

低加疏水采用疏水泵比采用疏水冷却器时热耗率降低4.2 kJ/ (kw·h)，煤耗降低0.15g/(kw·h)，绝对电耗率增加0.00228。

扣除疏水泵电耗后，方案三要比方案一多发电约370kW。

在年供电量相同的情况下，一台机组年节省标准煤约342t，节能效果相当显著。

3. 结论（1）利用等效热降原理对采用疏水冷却器和疏水泵的系统进行了定量分析，找出了等效热降和装置效率的变化公式。

（2）对某1000MW机组低压加热器疏水系统进行了分析和优化设计，提出三种优化方案，并分析了设计工况下的热力性能。

结果表明，方案三方案三（1号~3号高加及5号低加有蒸汽冷却段及疏水冷却段，6号低加带疏水泵，7号、8号低加设有疏水冷却段）机组热经济性要好的多，节能效果明显。

参考文献[1] 林万超．火电厂热力系统节能理论[M]．西安；西安交通大学出版社，1994[2] 李岩. 1000MW机组热力系统热经济性分析及优化[D]. 华北电力大学:0, 2011. 32-34[3] 于淑梅，董志国．200MW 机组低压加热器疏水系统改造热经济性分析[J]．汽轮机技术，2008，50(6)：471—473．[4] 闫顺林, 孙轶卿. 凝结水过冷度对火电机组热经济性影响的计算模型[J]. 汽轮机技术, 2009, 51(1): 175-179[5] 牛卫东，刘长生．低压加热器疏水方式节能讨论[J]．华东电力，2007，35(11)：122—124[6] 徐传海. 1000MW机组低压加热器疏水系统的优化配置[J]. 电力建设, 2006, 27(10): 65-67。