高压加热器最佳运行水位的确定方法研究_庞乐

N o 3 2 0 1 4 总第1 5 7 期 第3 5 卷 发电与空调 P o w e r G e n e r a t i o n A i r C o n d i t i o n 作者简介 庞乐 1984 男 湖北崇阳人 硕士 工程师 研究方向 大型汽轮发电机组安全性 经济性分析 0 引言 目前 国内3 0 0 M W及以上机组普遍布置卧式表面 式U 形管高压给水加热器 该种加热器内一般采用三 段布置方式 即过热蒸汽冷却段 蒸汽凝结段和疏水冷 却段 1 其中加热器进汽换热效果采用上端差 T T D 衡 量 上端差定义为加热器进汽压力下的饱和温度与出 水温度之差 加热器疏水冷却效果采用下端差 D C A 衡量 下端差定义为加热疏水温度与进水温度之差 图 1 是加热器热交换过程的T S图 过程线1 2 是给水被 加热的升温过程 3 4 是加热器进汽凝结放热过程 4 5 是疏水冷却过程 其中 T T D ts t2 D C A td t1 在加热器日常运行维护中 合理的水位是加热器 高压加热器最佳运行水位的确定方法研究 庞乐 郭佳雷 邴汉昆 华电电力科学研究院 浙江 杭州 3 1 0 0 3 0 摘要 分析了加热器水位变化对上下端差的影响 并采用等效焓降法建立了加热器上下端差对机 组相对内效率影响的计算模型 提出了加热器最佳运行水位的确定方法 以某电厂600MW机组高压加 热器为例 定量分析了正常低水位运行对机组热经济性的影响 并利用本文提出的方法对三台高压加热 器水位进行了调整 调整后机组相对内效率提高0 070 热耗率降低了5 20kJ kW h 该方法能推广到 其他类似机组上应用 对电厂经济运行具有很大实用价值 关键词 高压加热器 端差 热经济性 最佳水位 D O I 10 3969 J ISSN 2095 3429 2014 03 004 中图分类号 T M6 2 1文献标识码 B文章编号 2 0 9 5 3 4 2 9 2 0 1 4 0 3 0 0 1 4 0 4 Study on Determining the Best Operation Water Level of High Pressure Heaters PANG Le GUO Jia lei BING Han kun Huadian Electric Power Research Institute Hangzhou 310030 China Abstract T h e i n f l u e n c e o f w a t e r l e v e l c h a n g e o f h e a t e r s o n u p p e r a n d l o w e r t e r m i n a l t e m p e r a t u r e d i f f e r e n c e w a s a n a l y z e d a n d e q u i v a l e n t e n t h a l p y d r o p m e t h o d w a s a d o p t e d t o e s t a b l i s ht h e c a l c u l a t i o nm o d e l w h i c hr e f l e c t s t h e i n f l u e n c e o f u p p e r a n d l o w e r t e r m i n a l t e m p e r a t u r e d i f f e r e n c e o n r e l a t i v e i n t e r n a l e f f i c i e n c y o f u n i t s t h e m e t h o d t o d e t e r m i n e t h e b e s t o p e r a t i o n w a t e r l e v e l o f h i g h p r e s s u r e h e a t e r s w a s p r e s e n t e d T a k i n g h i g h p r e s s u r e h e a t e r s o f a 6 0 0 M Ws t e a mt u r b i n e f o r e x a m p l e t h e i n f l u e n c e o f t h e n o r m a l l o ww a t e r l e v e l o p e r a t i o n o n t h e t h e r m a l e f f i c i e n c y w a s a n a l y z e d q u a n t i t a t i v e l y a n d t h e m e t h o d p r o p o s e d b y t h i s p a p e r w a s u s e d t o a d j u s t t h e w a t e r l e v e l o f t h e t h r e e h i g h p r e s s u r e h e a t e r s R e l a t i v e i n t e r n a l e f f i c i e n c y i n c r e a s e d b y 0 0 7 0 a n d h e a t c o n s u m p t i o n r a t e d e c r e a s e d 5 2 0 k J k W h a f t e r a d j u s t i n g T h i s m e t h o d c a n b e e x t e n d e d t o t h e o t h e r s i m i l a r u n i t s a n d h a s g r e a t p r a c t i c a l v a l u e t o t h e e c o n o m i c o p e r a t i o n o f p o w e r p l a n t s Key words h i g h p r e s s u r e h e a t e r s t e r m i n a l t e m p e r a t u r e d i f f e r e n c e t h e r m a l e f f i c i e n c y b e s t w a t e r l e v e l 发 电 技 术 1 4 C MY K N o 3 2 0 1 4 总第1 5 7 期 第3 5 卷 发电与空调 P o w e r G e n e r a t i o n A i r C o n d i t i o n 图1 加热器热交换过程T S 图 安全经济运行的关键 2 加热器水位过低或过高都会对 机组的安全性 经济性产生重要影响 3 因此 在电厂的 实际运行中都规定有加热器水位过低或过高的报警定 值即低液位报警和高液位报警 运行人员只要将水位 控制在低液位报警值和高液位报警值之间 机组就可 以安全运行 但是 水位升高会使加热器的有效传热面 积减小 上端差增大 水位降低会使疏水淹没管道面积 减小 下端差增大 水位过高或过低都会降低机组的运 行经济性 4 随着控制技术的进步 采用D C S 可以很好 地控制加热器的水位 使水位保持基本稳定 5 如何确 定加热器的最佳水位 使加热器换热效果最佳 机组经 济性最好 是问题的关键所在 为此本文建立了三段式 加热器变水位运行对机组经济性影响的数学计算模 型 并以某6 0 0 M W机组高压加热器为例 应用该模型 定量分析了加热器水位变化对机组热经济性的影响 为加热器在不同工况下的最佳水位运行提供了可靠的 理论依据 1 端差对机组热经济性的影响 从热平衡角度看 加热器端差的变化不会导致直 接的热损失 但根据热力学第二定律 传热温差的增大 会增大热交换的不可逆性 从而产生额外的冷源损失 降低汽轮机的热经济性 6 1 1 新蒸汽等效焓降的计算 汽轮机的循环吸热量 Q0 hm s hf w ar h qr h 1 式中 hm s 主蒸汽焓 k J k g hf w 最终给水焓 k J k g ar h 再热蒸汽份额 新蒸汽等效焓降为 he p PN Gm s m g 2 式中 Gm s 主蒸汽流量 k g s PN 机组额定功率 k W m 机械效率 g 发电机效率 机组绝对内效率为 a i he q Q0 3 1 2 上端差对机组热经济性的影响 当加热器i出现上端差ti s ti w时 对应热量损失为 hi s hi w 也可以认为是i 级加热器在运行中出现的给水 加热不足 显然这个加热不足或端差将使上一级i 1 加 热器的抽汽量增加 hi s hi w qi 1 该抽汽量的增加将使 新蒸汽的做功损失掉 hi s hi w i 1 与此同时 i级加热 器的抽汽量相应减少 hi s hi w qi 使新蒸汽做功增加 hi s hi w i 因此 此端差ti s ti w使新蒸汽等效焓降降低 hT T D i hT T D i i hi s hi w i 1 i 4 式中 ti s 加热器i进汽压力下的饱和温度 ti w 加热器i出水温度 qi 加热器i进汽放热率 k J k g i 加热器i抽汽份额 i 加热器i抽汽效率 i i的计算方法详见文献 7 由此引起汽轮机相对效率的降低为 T T D i hT T D i he q hT T D i 1 0 0 5 式中 T T D i 加热器i上端差对机组相对效率的影响 对于最后一个加热器 进汽为汽轮机第一段抽 汽 出现上端差ts tw或加热不足时 不仅引起新蒸汽 有效焓降变化 还会导致循环吸热量增加 因为引起了 第一段抽汽量的减少 使新蒸汽做功增加 hT T D 1 1 h1 s h1 w 1 与此同时 由于最终给水温度的降低 循 环吸热量增加 Q1 Q1 1 h1 s h1 w 6 由此引起汽轮机相对内效率的降低为 T T D 1 Q1 a i hT T D 1 he q hT T D 1 1 0 0 7 式中 a i 汽轮机绝对内效率 1 3 下端差对机组热经济性的影响 当加热器i出现下端差ti d ti e 对应热量损失为 hi d hi e 也可以认为是i级加热器在运行中出现的疏水冷 发 电 技 术 1 5 C MY K N o 3 2 0 1 4 总第1 5 7 期 第3 5 卷 发电与空调 P o w e r G e n e r a t i o n A i r C o n d i t i o n 却不足 显然这个冷却不足或下端差将使下一级i 1 加 热器的抽汽量减少 hi d hi e qi 1 该抽汽量的减少将使 新蒸汽的做功增加 hi d hi e i 1 与此同时 i 级加热器的 抽汽量相应增加 hi d hi e qi 使新蒸汽做功减少 hi d hi e i 因此 此端差 hi d hi e 使新蒸汽等效焓降降 低 hD C A i hD C A i i hi d hi e i i 1 8 由此引起汽轮机相对内效率的降低为 D C A 1 hD C A i he q hD C A i 1 0 0 9 2 加热器最佳水位确定方法 2 1 确定最佳水位的基本原则 根据美国热交换器协会H E I 给水加热器标准 的 推荐 当加热器在运行过程中端差偏大 需要做加热器 水位调整试验时 其水位调整的基本原则是 提高加热 器水位 当疏水出口温度最低 给水温度不 下降时 确定这是一个最佳水位点 然而 在 加热器的实际运行中 当提高加热器水位 时 疏水冷却面积增大 蒸汽换热面积变小 疏水出口温度降低的同时给水温度也相应 的降低即下端差减小时上端差增大 这就需 要寻求一个平衡 使加热器达到最佳换热状 态即加热器的最佳运行水位 根据加热器上下端差对机组相对内效 率影响的大小 定义 i T T D i D C A i 1 0 规定 当汽轮机相对效率降低时 T T D i和 D C A i为正 反之为负 显然 当 i值达到最小时 加热器i 的换热效果最佳 2 2 加热器水位调整试验步骤 1 解除加热器水位自动调整保护系统 由主控运 行人员手动调整加热器水位 2 保持负荷稳定 额定负荷的8 0 以上 记录加 热器各项参数 进 出口水温 疏水出口温度 进汽压 力 温度加热器水位等 作为调整前初始参数 3 调整液位控制器的设定值 使水位以一定幅度 上升 这一幅度不宜过大 每次以2 5 5 0 m m 为佳 并且 根据疏水温度的变化情况适当调整 4 保持调整后的水位稳定3 0 m i n 记录加热器各 项参数 5 逐次抬高水位 直至水位显示装置满水或将要 满水 加热器高水位应低于过热蒸汽冷却段出口 6 按上述方法再逐次降低水位 以观察回复性是 否良好 如果起始调整点是在几何零水位点 那么回复 时 还应该将水位降至低水位点观察 然后再恢复到零 水位点 7 现场工作结束后 恢复加热器自动保护运行 根据2 1 节确定的原则 计算各水位下加热器上下 端差对机组热经济性的影响 定出一个最佳的水位值 并把所有的水位取样装置按照这一个水位值抬高 重 新调整疏水自动调节装置 3 算例分析 以某电厂超超临界6 0 0 M W机组高压加热器为例 机 组型号为C C L N 6 0 0 2 5 6 0 0 6 0 0 热耗率为7 4 2 2 0 k J k W h 图2 列出了高压加热器及其各段抽汽 进出水和疏水 参数 由于加热器高水位运行可能引起汽轮机进水事 故 且高水位会淹没部分管束 使加热器有效传热面积 减少 电厂运行人员往往从安全角度考虑 使加热器尽 量在低水位运行 三台高压加热器水位 低一值 为 2 2 0 m m 高一值 为4 8 0 m m 调整前各高压加热器都按 2 5 0 m m 左右运行 该电厂实际运行各高压加热器端差 与设计值比较见表1 图2 机组高压加热器参数 表1 各高压加热器端差设计值与实际运行值 编号 设计工况实际运行工况 上端差下端差上端差下端差 1 号高加 1 75 61 1 32 6 5 6 2 号高加05 60 2 31 9 4 1 3 号高加05 61 0 31 3 6 6 发 电 技 术 1 6 C MY K N o 3 2 0 1 4 总第1 5 7 期 第3 5 卷 发电与空调 P o w e r G e n e r a t i o n A i r C o n d i t i o n 通过计算 实际运行中高压加热器上下端差的增 大 使机组相对内效率降低0 1 3 6 热耗率提高 1 0 1 2 k J k W h 按照2 2 节步骤进行加热器水位调整试验 并根据 2 1 节提供的计算模型确定最佳运行水位 试验结果见 表2 根据表2 结果可知 通过高压加热器水位调整试验 后 使机组相对内效率提高了0 0 7 0 机组热耗率降 低了5 2 0 k J k W h 4 结语 1 高压加热器工作状态的特征参数 1 上端差 T T D 当其偏大时 表明加热器进汽换热效果较差 导致出水温度偏低 机组循环热效率降低 发电煤耗增 大 2 下端差 D C A 当其偏大时 表明疏水冷却段换 热效率较差 疏水未能充分冷却 2 加热器上下端差的大小与水位密切相关 当水 位降低时 下端差增大 同时使凝结段换热面积增加 上端差减小 当水位提高时 下端差减小 同时使凝结 段换热面积减少 出水温度降低 上端差增大 3 采用等效焓降法定量分析加热器上下端差对 机组热经济性的影响 在保证运行安全的前提下调整 加热器水位到最佳状态 使加热器换热经济性最高 通 过算例分析 在不需要进行任何改造下调 整高压加热器水位到最佳状态后 机组热 耗率降低5 2 0 k J k W h 发 电煤耗降低 0 1 9 g k W h 按全年发电量2 4 6 亿k W h 计 算 年节约标煤量4 6 7 4 t 参考文献 1 刘志祥 张良 给水高压加热器的水位研究 J 电站辅 机 2 0 0 7 1 0 2 3 1 3 2 吉子安 高压加热器疏水冷却段的作用 运行和疏水水 位调整 J 电站辅机 1 9 9 1 2 1 4 1 4 5 3 杨涛 胥建群 周克毅 等 电站给水加热器水位的优化运行 J 东南大 学学报 自然科学版 2 0 1 2 4 2 2 3 1 4 3 1 9 4 吕鹏飞 6 0 0 M W机组高压加热器最佳水位的试验确定 J 发电设备 2 0 1 1 2 5 3 6 3 7 5 孙和泰 高 低压加热器低水位运行的分析研究 J 热能动力工程 2 0 0 3 1 8 5 5 1 5 5 1 8 6 葛晓霞 缪国钧 加热器端差对机组经济性的影响 J 汽轮机技术 2 0 0 6 4 5 5 3 7 2 3 7 5 7 李青 张兴营 徐光照 火力发电厂生产指标管理手册 M 北京 中国 电力出版社 2 0 0 7 收稿日期 2 0 1 4 0 4 0 8 修回日期 2 0 1 4 0 5 1 5 表2 各高压加热器水位调整试验结果 编号 调整