冯伟男
哈尔滨汽轮机厂辅机工程有限公司 150090
摘要：随着今后燃煤机组容量越来越大、参数越来越高，高压加热器凝结水的压力势能也会越来越大。因此为了能够充分利用凝结水的压力势能，本文对回热系统中加热器的凝结水压力势能的利用方式进行了研究，以便为合理利用凝结水的压力势能提供技术参考。
关键词：燃煤机组；回热系统；能量利用；节能；螺杆膨胀机；引射泵
引言
在我国发电装机容量迅速增长的形势下，受电力市场、燃煤供应压力以及环境保护等因素的影响，燃煤发电机组的节能提效工作越发重要。在大型燃煤火力发电机组中，为了提高系统效率，一般都采用多级回热的方式，即在汽轮机的多个部位抽取蒸汽，通过多个换热器将蒸汽的热量释放给凝结水，从而逐渐提高凝结水的温度，最终达到较高的锅炉给水温度，提高火力发电厂的循环效率。抽汽加热给水后将凝结成水，采用逐级节流减压自流的方式，高压加热器的凝结水最终流入除氧器中，而低压加热器的给水将最终进入凝汽器热井内。尽管这个系统可以对抽汽的热量进行充分地利用，但是却没能充分利用抽汽的压力势能，尤其是高压加热器凝结水的压力势能。比如600MW的火力发电机组1级抽汽的压力一般在6MPa~8MPa，相应的1#高压加热器的凝结水压力也在6MPa~8MPa；但是除氧器的压力却仅有0.7MPa~1MPa，因此这二者之间存在较大的压差势能。目前的逐级节流减压自流方式无法将凝结水的压力势能充分利用起来，而是使其白白浪费了。
1方案介绍
利用高压加热器的凝结水压力势能的三种方式：第1种方式是采用一个引射泵，即利用高压加热器凝结水的压力势能去引射低压加热器的凝结水，二者混合后打入除氧器中，从而降低凝结水泵的流量，进而降低其电耗；第2种方式是在两个高压加热器之间安装螺杆膨胀机，利用高压加热器凝结水，在压差的作用下驱动螺杆膨胀机直接驱动发电机，发出的电能并入厂用电网，起到降低厂用电的效果；第3种方式是利用其中的一个螺杆膨胀机驱动疏水泵将低压加热器凝结水打入1#低压加热器入口，从而起到降低凝结水泵功耗的效果。后两种方式中，螺杆膨胀机出水仍流入另一级高压加热器内，最终流入除氧器。为建模方便，加热器按给水流向进行编号，此编号方式可能与习惯编号不同。为了不影响燃煤机组的可靠性，在引射泵、疏水泵以及螺杆膨胀机的进口和出口上都要安装截止阀或调节阀，同时保留原有的节流阀作为旁路。这样在引射泵、疏水泵以及螺杆膨胀机检修或发生故障的时候可以与回热系统切开，同时打开作为旁路的原系统的节流阀，回热系统完全可以按着原来的方式工作，从而大大提高了机组的可靠性。
2性能计算模型
2.1原有系统能量平衡
燃煤机组回热系统中，如果各级高压加热器凝结水的能量不被利用，低压加热器与8#高压加热器没有凝结水流入。如果忽略各级加热器及除氧器的散热损失，可以列出各级加热器及除氧器的热平衡关系式。
2.2引射泵利用方式
引射泵利用方式中，6#高压加热器凝结水作为喷射泵的动力引射4#低压加热器的凝结水，然后二者共同流入除氧器中。与此同时，7#高压加热器的凝结水可以引射3#、2#低压加热器凝结水，8#高压加热器可以引射1#低压加热器凝结水，这样，低压加热器的凝结水皆可直接打入除氧器内，从而降低了凝结水泵的功耗。由于高压加热器与低压加热器的凝结水均直接打入除氧器中，因此该方式会引起低压加热器内水流量的变化，同时对各级加热器的热平衡也有一定的影响，因此需要对汽轮机的各级抽汽流量进行重新计算。
3计算结果与分析
对回热系统加热器凝结水压力势能利用效果进行了计算，计算中螺杆膨胀机的效率取0.75，同时忽略给水泵与凝结水泵对给水焓值的影响。采用引射泵利用高压加热器凝结水压力势能及采用螺杆膨胀机利用压力势能两种方式所引起的各级加热器单位抽汽流量的变化。采用引射泵利用凝结水的压力势能的方式时，由于低压加热器抽汽凝结水被直接打到除氧器中，所以低压加热器内的给水流量减少，因此各级抽汽量有明显减少；与此同时，高压加热器的给水流量基本保持不变，但因为抽汽凝结水也直接进入除氧器，导致进入高压加热器的热量减少，所以6#、7#高压加热器抽汽流量明显增加。在采用螺杆膨胀机利用凝结水压力势能的方式时，由于1#—4#低压加热器凝结水压力较低，抽汽凝结水焓差值很小，利用价值不大，因此对凝结水压力势能的利用仅局限于6#—8#高压加热器，其对低压加热器部分几乎没有影响。所以，采用这种方式时，低压加热器抽汽流量几乎保持不变，但高压加热器抽汽流量会有所增加。
由于采用引射泵利用方式时并不单独输出功率，6#—8#高压加热器抽汽凝结水的压力势能的计算结果。，7#高压加热器抽汽凝结水压力势能利用功率最大，其次是6#，最小的是8#。这是因为利用功率的大小既与两级加热器之间的凝结水的压差有关，又与凝结水流量有关。在机组汽轮机输出功率为600MW时，3级高压加热器抽汽凝结水利用功率的总和为386.69kW。采用螺杆膨胀机驱动疏水泵，将低压加热器凝结水打入1#低压加热器入口的方式，其本质上与采用螺杆膨胀机直接发电相同。事实上，低压加热器凝结水打入1#低压加热器入口，需要消耗的理论泵功率约146kW，而7#高压加热器凝结水利用的功率为168kW。因此，如果疏水泵的效率能够达到0.87，仅用7#高压加热器即可将低压加热器的所有抽汽凝结水打入1#低压加热器的入口。因此，在采用引射泵方式利用凝结水的压力势能时，引射泵的收益可按照内效率为0.87代替凝结水功耗，或者相当于系统额外获得168kW的功率收益。采用引射泵方式利用凝结水的压力势能会导致汽轮机热力循环效率有明显降低，一方面，这是由该方式导致携带较低品质热量的低压加热器抽汽流量降低，同时携带较高品位热量的高压加热器抽汽流量增加所致；另一方面，这也是因为高压加热器凝结水与低压加热器凝结水温度不同、压力不同，因此二者混合后熵增较大，降低了汽轮机的热力循环效率。而采用螺杆膨胀机方式利用凝结水的压力势能时，因为其不会对整个回热系统的流程造成较大改变，而且降低了凝结水温度反而会减小换热熵增，所以汽轮机热力循环效率有所提高，在汽轮机输出600MW的额定功率时，效率提高了0.02 。采用螺杆膨胀机方式利用凝结水的压力势能，螺杆膨胀机发出电量的发电效率几乎与锅炉效率相同，这相当于提高了汽轮机的热力循环效率。对于600MW超临界燃煤机组，在机组满负荷时，螺杆膨胀机的发电量可以达到386.69kW，如果机组的年利用时长约5000h，那么螺杆膨胀机可以发出近200万kW?h的电量。在实际应用中，对具体的项目还需要做进一步的技术经济性分析。
4结语
综上所述，为了进一步提高燃煤机组效率，对回热系统的高压加热器凝结水所蕴含的压力势能利用方式进行了研究， 建立了采用引射泵引射低压加热器凝结水或采用螺杆膨胀机直接驱动发电机两种利用方式的热力学模型。从本文的计算结果与分析看，采用螺杆膨胀机对高压加热器凝结水的压力势能进行利用，在理论上是可行的，同时由于螺杆膨胀机技术较成熟，所以该方式在工程实施中风险较小。采用引射泵利用方式时，尽管其降低了凝结水泵的功耗，但是却降低了整个汽轮机的热力循环效率，因此该方式是不可取的。
参考文献：
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