200mw機組低壓加熱系統(tǒng)改造方案的熱經濟性分析

200mw機組低壓加熱系統(tǒng)改造方案的熱經濟性分析

0mw機組退出歷史舞臺的必要性目前，中國的能源工業(yè)主要發(fā)展到300w、600w和更高端別的機組。然而，中國200mw左右的汽輪箱發(fā)電站仍需一定時間。200w機組退出歷史舞臺需要一定的時間。200MW汽輪發(fā)電機組相比于大容量機組各項經濟指標已處于相對落后的水平,保障200MW機組安全經濟的運行是急需解決的問題。本文針對國電靖遠電廠200MW機組低壓加熱器疏水系統(tǒng)出現的故障問題進行熱經濟性分析,提出了改造方案,使機組能夠在安全經濟的情況下運行,為200MW機組低壓疏水系統(tǒng)故障問題熱經濟性分析和節(jié)能提供了科學的依據,對改進熱力系統(tǒng)具有參考價值。1當前，建成的低壓家庭儲水系統(tǒng)1.1機組給水回熱系統(tǒng)國電靖遠電廠4臺200MW汽輪發(fā)電機組,均為東方汽輪機廠定型后的N200-12.75/535/535型一次中間再熱、超高壓、單軸、三缸、三排汽、冷凝式汽輪機。機組給水回熱系統(tǒng)共設置3臺高壓加熱器、1臺除氧器、4臺低壓加熱器,其中7號、8號低壓加熱器為帶疏水泵的表面式加熱器,如圖1所示。兩臺疏水泵的功率分別為75kW和55kW,疏水泵把加熱器的疏水打入主凝結水,是克服面式加熱器因疏水逐級自流而降低熱經濟性的有效措施之一。1.2疏水加入凝汽器后產生做功現在7號、8號低加疏水泵由于疏水量不穩(wěn)定,泵體和葉輪汽化十分嚴重,故障率較高,維修費用每年每臺機配套安裝的3臺疏水泵約為25萬元左右,加上電機的功率損耗與設計初衷的節(jié)能效果完全不符。一旦疏水泵出現故障停運,那么7號、8號低加疏水將直接進凝汽器,造成冷源損失。下面就利用等效焓降法來定量分析疏水泵停運對熱經濟性的影響。對于7號低加如果因故障停運疏水泵,讓疏水進入凝汽器,將導致疏水熱量使用的場所發(fā)生變化。首先,主凝結水因疏水混合而提高焓值Δτ7的熱量αw7Δτ7不再利用于6號加熱器能級上,故損失做功αw7Δτ7η6;其次,疏水自流進凝汽器放熱后隨主凝結水流經8號、7號加熱器,并吸熱τ8β7+(τ7-Δτ7)β7,產生做功損失τ8β7η8+(τ7-Δτ7)β7η7。因而,7號低壓加熱器停運疏水泵將使新蒸汽做功下降:ΔH1=αw7Δτ7η6+(τ7?Δτ7)β7η7+τ8β7η8(1)ΔΗ1=αw7Δτ7η6+(τ7-Δτ7)β7η7+τ8β7η8(1)式中,Δτ7為7號低加出口主凝結水因疏水混合而提高的熱焓值;αw7為7號低加混合點混合后的主凝結水份額;β7為流經7號低加疏水泵的疏水份額。同樣的分析方法如果8號低加因故障停運疏水泵,疏水進入凝汽器,那么新蒸汽做功下降值為:ΔH2=αw8Δτ8η7+(τ8?Δτ8)β8η8(2)ΔΗ2=αw8Δτ8η7+(τ8-Δτ8)β8η8(2)式中,Δτ8為8號低加出口主凝結水因疏水混合而提高的熱焓值;αw8為8號低加混合點混合后的主凝結水份額;β8為流經8號低加疏水泵的疏水份額。所以7號、8號低加疏水泵因故障停運使裝置效率的相對變化為:δηi=?ΔH1+ΔH2H?ΔH1?ΔH2×100%(3)δηi=-ΔΗ1+ΔΗ2Η-ΔΗ1-ΔΗ2×100%(3)機組的主要參數見表1,把數據分別帶入式(1)～式(3)可得7號、8號低加疏水泵因故障停運使裝置效率下降0.426%,使煤耗增加1.4g/(kW·h)。2疏水泵電機破壞因7號、8號低加的疏水壓頭原因(處于負壓狀態(tài)),疏水泵須安裝在較低的位置,以保證疏水泵入口壓頭,這就導致了疏水泵安裝環(huán)境較為惡劣,導致疏水泵電機絕緣容易受損而導致檢修停運,另外由于疏水泵經常運行在低入口壓頭工況下,導致疏水泵經常發(fā)生汽蝕,汽蝕使泵體發(fā)生損壞而停運檢修。通過對低壓加熱器疏水泵故障停運熱經濟性分析得到,一旦疏水泵因故障停運,疏水直接進凝汽器,那么將使裝置效率下降0.426%,煤耗增加1.4g/(kW·h)之多,而且故障維修費用每年要幾十萬元,所以有必要對機組的低壓加熱器疏水系統(tǒng)進行改造。2.1方案二疏水節(jié)流方案方案一(見圖2),取消7號、8號低加的疏水泵,把疏水改為逐級自流,8號低加的疏水進熱水井。該方案系統(tǒng)不再增加設備,改造簡單,疏水的方式以逐級自流,安全可靠。方案二(見圖3),取消7號、8號低加的疏水泵,在7號低加后加一個疏水冷卻器使疏水經過冷卻器繼續(xù)冷卻后進入下一級,8號低加的疏水進熱水井。從熱力學講,疏水自流是一個等焓節(jié)流過程,其結果使熵增加,產生做功損失,疏水冷卻是將抽汽壓力下的飽和水沿近似飽和線(嚴格講是沿等壓線)繼續(xù)冷卻,然后才流入較低壓力的加熱器,這時,疏水節(jié)流過程的熵增遠遠小于沒有疏水冷卻器的節(jié)流過程,這是水蒸汽性質所決定的。就是說,疏水冷卻將大大減少疏水自流的節(jié)流損失,降低不可逆損失,因而熱經濟性得到提高。2.2疏水冷卻器作功方案二與方案一的不同之處是7號低加疏水增加了1臺疏水冷卻器,由于增設疏水冷卻器,疏水冷卻放出熱量β7Δγ7的利用場所和使用能級發(fā)生了變化。無疏水冷卻器時,該熱量利用在8號加熱器中,獲得做功β7Δγ7η8;增設疏水冷卻器后,該熱量不再用于8號加熱器,而由主凝結水帶回7號加熱器中,提高了使用能級,獲得做功β7Δγ7η7。因而,采用疏水冷卻器后,新蒸汽的做功變化是上述做功變化的代數和,其增加值為:ΔH=β7Δγ7η7?β7Δγ7η8=β7Δγ7(η7?η8)(4)ΔΗ=β7Δγ7η7-β7Δγ7η8=β7Δγ7(η7-η8)(4)式中,Δγ7為1kg疏水在疏水冷卻器中的焓降;β7為流經疏水冷卻器的疏水份額。方案二相對于方案一裝置效率的相對變化為:δηi=ΔHH+ΔH×100%(5)δηi=ΔΗΗ+ΔΗ×100%(5)從式(4)可以看出方案二增加疏水冷卻器后,比方案一多做了ΔH的功,其熱經濟性要比方案一好。把Δγ7=92kJ/kg(其它數據見表1)帶入式(4)、式(5)可得方案二相對于方案一裝置效率提高0.054%,煤耗降低0.176g/(kW·h)。3改造前后的系統(tǒng)熱經濟性指標通過上節(jié)的分析,選擇方案二對機組的低壓加熱器疏水系統(tǒng)進行改造。由于利用等效焓降法不好直接對改造前、后系統(tǒng)熱經濟性進行比較,本文采用間接法,即改造前、后系統(tǒng)的熱經濟性都先與方案一進行比較,得到相對于方案一的相對變化值后,它們再相加減便可得到改造前、后系統(tǒng)熱經濟性的相對變化值。上節(jié)已經比較了方案一、二系統(tǒng)的熱經濟性,下面比較改造前的系統(tǒng)與方案一的熱經濟性。改造前的系統(tǒng)相對于方案一做功變化為:ΔH=αw7Δτ7(η6-η8)+(τ7-Δτ7)β7η7+αw8Δτ8(η7-η8)(6)式中,Δτ7為7號低加出口主凝結水因疏水混合而提高的熱焓值;αw7為7號低加混合點混合后的主凝結水份額;β7為流經7號低加疏水泵的疏水份額;Δτ8為8號低加出口主凝結水因疏水混合而提高的熱焓值;αw8為8號低加混合點混合后的主凝結水份額。改造前的系統(tǒng)相對于方案一裝置效率的相對變化為:δηi=ΔHH+ΔH×100%(7)δηi=ΔΗΗ+ΔΗ×100%(7)改造前、后系統(tǒng)相對熱經濟性指標見表2,改造后系統(tǒng)的裝置效率相對于改造前下降了0.129%,煤耗增加了0.427g/(kW·h)。按機組每年工作7000h,機組在100%負荷下運行,每度電的成本是0.15元,改造后系統(tǒng)因煤耗增加而多花27萬元左右,但是改造前低加疏水泵故障率極高,維修費用每年為25萬元左右,加上電機功率130(kW·h)的損耗,總的來說改造后機組每年費用減少12萬元左右。如果考慮改造前低加疏水泵故障檢修時,疏水直接排入凝汽器而造成的損失,改造后的經濟效益會更好。4改善了機組的運行能力,減少設備事故本文針對國電靖遠電廠200MW機組低壓加熱器疏水系統(tǒng)出