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双背压机组凝结水回热装置的研究

发表时间：2020/8/5 来源：《基层建设》2020年第10期作者：黄继朋李峻

[导读] 摘要：以某火电机组为例，通过HEI经验公式初步计算回热装置凝结水的出口温度的提高值，以此作为回热装置加热的目标值。

        东方汽轮机有限公司德阳 618000
        摘要：以某火电机组为例，通过HEI经验公式初步计算回热装置凝结水的出口温度的提高值，以此作为回热装置加热的目标值。再计算实际凝结水回热装置凝结水的出口温度的提高值，并与HEI计算结果相比较。计算实际增加回热装置后对机组运行经济性的影响。
        关键字：凝结水；回热装置；双背压机组
        1前言
        随着社会经济的不断发展，工业生产和居民家庭对能源的需求都不断地增加，低效的使用化石能源必然会对生态环境造成严重的污染。如何提高火电机组的效率成了当今电力行业的重要问题。本文主要讨论通过凝汽器热井回热装置，提高凝结水出口温度，从而降低汽轮机组的热耗，提高机组效率。
        2 循环水的运行方式
        凝汽器根据循环水的运行方式一般分为单流程和双流程；根据循环水管的布置方式分为A排进、B排出和A排进、A排出两种。超超临界机组目前多采用双背压、双壳体、单流程、表面式凝汽器。由于双背压机组高低背压侧凝结水的饱和温度不一样，凝结水出口设置的位置不一致，将会直接导致进入给水系统的凝结水温度不一致，从而影响机组运行的效率。

        图1典型双背压、双壳体、单流程、表面式凝汽器
        3.凝结水出口位置不同对温度的影响
        汽轮机组在实际布置中，由于汽机厂房、凝结水泵及管道、循环水泵及管道布置的限制，常常出现凝结水出口与循环水进口在同一侧的情况。从而导致凝结水从低压侧直接进入给水系统，其温度比凝汽器平均背压对应的饱和水温度低，增加机组热耗。
        为提高凝汽器凝结水出口温度，通常采用在凝汽器热井设置回热装置的方法来实现。具体原理是将低压侧凝结水送往高压侧混合加热，提高凝结水温度、降低循环水带走的热量。由于该装置设置在凝汽器热井内部，通常是采用重力输送法将低压侧的凝结水送往高压侧凝汽器，如图2所示。

        图2 凝结水回热流程图
        4回热装置的设计
        4.1 HEI经验公式计算
        根据HEI标准，一个设计较好的回热装置，应在设计运行工况下，能使再热效率到达对应压力范围温差的80%或更好[1]。对双背压凝汽器过冷度的计算方法进行初步定量计算。计算公式如下：
          (4-1)
        TCHP:高压侧凝结水出口温度，F
        WLP:进入低压侧凝汽器的总流量，lb/h
        WHP:进入高压侧凝汽器的总流量，lb/h
        TSLP:低压侧凝汽器凝结温度，F
        TSHP:高压侧凝汽器凝结温度，F
        某火电机组凝汽器性能参数见表1
        表1

        注：此处未考虑高、低压侧背压不一致，引起进入两侧凝汽器蒸汽量的差异。
        根据公式（4-1）计算得到高压侧热井凝结水出口温度TCHP = 25.34℃。较设计背压对应的凝结水饱和温度提高约1.26℃。
        4.2回热装置的实际加热效果
        根据HEI经验公式的计算，得到凝结水回热装置提高凝结水出口的目标温度值。再通过详细热力计算和结构计算可以得到回热装置对凝结水出口温度的提高值。
        从图2可以看出，回热装置是由低压侧凝汽器热井内的集水板、高压侧热井内的淋水盘以及中间的联通管道组成。低压侧的凝结水通过由高低液位产生的压差由联通管道进入高压侧的淋水盘中，在通过淋水盘上开设的孔洞形成众多细小的水柱，与高压侧蒸汽及凝结水进行混合换热。回热装置中淋水盘示意图见图3。

        图3 淋水盘示意图
        此计算模型同淋水盘除氧器的计算模型类似，热力计算仅考虑低压侧凝结水与高压侧蒸汽的换热。淋水盘的计算及相关经验数据的选取参考文献[3]。
        由图2可以看出，低压侧凝结水经回热装置加热后，再与高压侧凝结水直接混合换热，并有充分的混合空间，最后从低压侧热井流出，进入给水系统。
        最终计算得到凝结水出水焓h=105 Kj/Kg，其对应的凝结水温度为25.04℃。较汽轮机组平均背压对应的凝结水出口温度高约1℃，接近HEI经验公式计算值。根据文献[2]，此温升所吸收的热量，可以认为是内部“纯热量”利用于热力系统。据此将此部分热量转化到汽轮机回热系统中，从而可以计算出增加回热装置后机组的热耗约降低1Kj/KW.h。
        5总结
        通过对凝结水回热装置的详细计算可以得出，此种回热装置基本可以达到HEI标准的要求。较汽轮机组平均背压对应的凝结水出口温度高约1℃，可以有效降低汽轮机组实际运行热耗约1Kj/KW.h。在结构允许的条件下，可以设计两层淋水盘，凝结水出口温度将更高。同时需要注意，热井凝结水出口需设置在低压侧，保证高压侧凝结水和回热装置出口凝结水有充分的混合空间。
        参考文献
        1. HEAT EXCHANGE INSTITUTE stands for steam surface condensers，2012
        2. 林万超。火电厂热系统节能理论[M]。西安：西安交通大学出版社，1994.
        3. 蔡锡琮、蔡文钢。火电厂除氧器。中国电力出版社，2007.