电厂回热系统经济性分析

电厂回热系统经济性分析

0基于热力第一定律的热法回热系统是水库热系统的重要组成部分之一。这种运行条件对整个装置和整个工厂的热效率至关重要。因此，回热系统的经济分析是工厂节能分析中不可或缺的一部分。在目前电厂回热系统的经济性分析中,主要有热效率法、循环函数法和等效焓降法等基于热力学第一定律的方法,虽然符合工程习惯,但这些方法并不能体现能量品质方面的损失;而以热力学第一、第二定律为基础的㶲分析方法能弥补上述方法的不足。㶲分析方法是利用同时考虑能量的“量”与“质”的方法进行节能分析,它更能准确地找出系统用能的薄弱环节。目前在实际系统中“节㶲”分析已经成为热经济性分析的重要部分。本文利用单元㶲分析法,以某机组回热系统为研究对象,将其划分成若干个组成单元,并对所划分的单元建立㶲平衡分析模型,给出加热器㶲分析通用控制体模型及性能评价指标计算式,以实际运行数据进行计算,找出回热系统节能潜力最大的方向。1单元划分的单元数单元㶲分析法能把想要分析的问题分解到每一个单元,既反映出各设备的用能情况还能反映系统的用能情况。单元划分的原则:①将给定系统划分为单元时,所划分的单元数取决于研究问题的详细程度。单元划分的个数越多,给出的分析结果就越精细。②组成系统的单元可以是主辅设备,也可以是系统的连接通道所涉及的过程。依据以上的划分原则,对110MW机组回热系统进行单元划分:电厂回热系统中的热交换设备主要是给水加热器和除氧器,将每个加热器、除氧器分别划分为一个单元;同时,将凝结水泵、给水泵、疏水泵等分别与其相近的加热器划分为一个单元(如图1虚线框所示,黑点表示所选状态点,1～7表示单元编号)。2辅助能量流的控制策略不同机组的回热系统有很大差别,图1给出的只是主系统图,为了更全面细致的分析回热系统的经济性、使计算出的结果准确可靠,全面考虑系统辅助能量流(汽、水、热量、功流)是非常必要的。经过全面分析,现得出通用的加热器单元㶲分析控制体模型,如图2所示。图中“D”表示各物质流的流量(kg/s);“e”表示各物质流相应的比㶲(kJ/kg);“∑E”表示各种辅助能量流的总㶲量(kJ)。图中符号表示:Diei为进汽,kJ;Ddi-1edi-1为上级疏水,kJ;Ddiedi为本级疏水,kJ;Dwiewi为出口水,kJ;Dwi+1ewi+1为给水,kJ;∑Dikieiki为进入进汽的小汽流,kJ;∑EQ,iki为进入进汽的纯热量,kJ;∑EWi为进入给水的功,kJ;∑EQi为进入给水的纯热量,kJ;∑D0imie0imi为进入给水的小水流,kJ;∑EiWi为泵功,kJ。在实际分析中,根据进出研究对象能量流的实际情况确定控制体模型中各种能量流是否存在,进而确定各单元的控制体模型。3系统用能完善性指标损系数的计算影响系统热经济性的根本原因是由于各种不可逆因素所引起的㶲损。而㶲损的大小可以直接反映出系统或设备的能损情况。根据换热器㶲损计算方法,按图2所示,得出控制体模型㶲损失的计算式为:ΔEi=Diei+∑Dikieiki+∑EQ,iki+Dwi+1ewi+1+∑Ewi+∑EQi+∑D0imie0imi+∑Eiwi+Ddi-1edi-1-Ddiedi-Dwiewi(1)为了确切比较各种设备的能量利用程度和不可逆程度,只知道㶲损失这一绝对量是不够的,必须计算评价系统用能完善性的指标——目的㶲效率,它能反映系统或设备的热力学完善程度,按照目的㶲效率的定义,其计算式为:为了反映任意子系统对整个回热系统经济性能的影响,这里给出㶲损系数的计算式(见式(3)),它不但能充分地表征各控制体㶲损在系统总㶲损中占的比重,而且能反映设备㶲损在系统各环节上的分布,从而可以判别设备用能的薄弱环节,据此指出设备节能潜力即节能工作的方向。式中,ΔEi表示第i个控制体的㶲损,∑ΔE表示整个回热系统的㶲损。上述式(1)～式(3)是通用计算式(不考虑散热),根据具体能量流确定式中各项。4单元控制体模型的建立利用加热器单元㶲分析控制体模型,按照实际研究对象中进出每个单元的各种能量流的具体情况,画出各单元的控制体模型,然后将实际参数代入指标通用计算式进行计算,将计算结果汇总后进行分析。表1为各控制体热力参数。4.1热力性质计算在电厂回热系统的㶲分析中,主要涉及开口系统焓㶲的计算。开口系统的焓㶲即为稳定物质流的㶲,可定义为:稳定物质流从任一给定状态流经开口系统以可逆的方式转变到环境状态,并且只与环境交换热量时,所能作出的最大有用功,为式中,h0、T0和s0分别为环境状态的焓、温度和熵。按照国际水蒸汽性质会议通过的决议,液相水在三相点的熵和自由能的数值规定为零,故计算㶲时以此为起点,则T0=273.16K(0.01℃)。流经电厂回热系统加热器的稳定物质流为水或水蒸汽,在其压力p,温度T状态下的比㶲可按式(4)计算。有些水和水蒸汽热力性质表除有比焓h、比熵s、比容v外,还有比㶲e,可根据已知状态p,T(及x),直接由有关图表查得。根据热力参数,利用水和水蒸汽热力性质参数(IAPWS-IF97)计算软件,将各控制体进出口参数的焓、熵值计算出来,焓的单位为kJ/kg,熵的单位为kJ/(kg·K)。再利用计算公式(4),可计算出各比㶲值;根据回热系统原则性热力计算方法,计算出各抽汽量和疏水量便可计算出各处工质的总㶲值,再利用式(1)～式(3)对各单元控制体逐一进行计算,得出每个单元控制体的㶲损、目的㶲效率及㶲损系数,计算结果按照单元号对应的主要设备名称列表,如表2所示。4.2设备采用损失的方法表2为某机组回热系统各单元控制体㶲平衡计算得出的结果,从表中可以看出各单元的㶲损、目的㶲效率和㶲损系数。为了便于对回热系统各单元的经济性状况进行分析,将表2中的数据绘成曲线或棒图的形式。通过分析单元㶲损失、㶲效率、㶲损系数的曲线和棒图,可以得出:(1)回热系统中5号高加(图3～图5中横坐标标号所对应的设备名称参见表2)的㶲损失最大,其次是6号高加和1号低加。但是只凭㶲损失数值的多少不能完全体现加热器的热力学完善程度,比如3号低加的㶲损失要比4号低加的㶲损失少,但是从图4可以看到4号低加的目的㶲效率要比3号低加的目的㶲效率大,所以可知㶲损数值只能反映损失的多少,却不能完全评价设备的热力学完善程度,要结合目的㶲效率的高低和㶲损系数的高低来判断各设备用能的真实情况。(2)5号高加的㶲损失最大、㶲效率最低、㶲损系数最大,说明其㶲损在回热系统总㶲损中所占的比重最大,其原因:一是5号高加汽水两侧温差是高加组中最大的,且抽汽压力低、比容较大,在加热器中流动速度就较快,所以其传热和流动因素造成的㶲损失都很大;二是加热器本体可能有故障造成经济性下降,因此5号高压加热器是回热系统用能最薄弱的环节,其次是1号低加和2号低加。找到了节能方向就可以针对薄弱环节采取相应的措施进行改进,挖掘其节能潜力,提高热力系统的经济性。5优化方案设计(1)单元㶲分析方法在分析能量利用的完善性方面更直观、有效,可以对机组各设备的用能现状进行详实的评价。电厂可在此基础上提出合理的运行优化建议和节能技改方案。(2)加热器单元㶲分析控制体通用模型对其它任何机组均适