汽轮机低压加热疏水系统的优化

汽轮机低压加热疏水系统的优化

0低压加热器疏水系统的配置针对重量相同的250w汽油车组，通常采用7级抽汽回热系统，包括2台高压蒸汽机、4台压力式换热器和1台解氧器。高压加热器疏水逐级自流入除氧器,而低压加热器疏水有三种方式:疏水逐级自流方式、疏水泵方式、疏水泵与疏水自流相结合的方式。疏水系统的配置包括疏水泵、疏水冷却段、疏水闪蒸箱、疏水调节阀及管路组件等。汽轮机低压加热器的疏水系统由于采用不同的疏水方式,在安全性和经济性方面具有不同的特点。本文对1000MW等级核电机组低压加热器疏水系统的三种疏水方式进行分析比较,提出了一种适合核电汽轮机特点、经济性好、安全可靠性高的核电低压加热器疏水系统的优化配置方案。1凝汽器加疏水直接未来加入方案对1000MW等级核电机组低压加热器(以下简称低加)疏水系统按以下三种方式的配置进行分析比较:方案1:采用疏水逐级自流的方式(见图1),系统配置为:4#、3#、2#低加分别设置内置式疏水冷却段,1#低加疏水直接流入凝汽器,系统还需配置疏水调节阀、管路组件等。方案2:采用疏水泵的方式(见图2),系统配置为:4#、3#、2#低加分别配置疏水泵(n×2台100%容量,n为低加数量),1#低加疏水直接流入凝汽器,该系统4#、3#、2#低加还需分别配置疏水箱、疏水调节阀、管路组件等。方案3:采用疏水泵和疏水自流相结合的方式(见图3),系统配置为:4#低加设置内置式疏水冷却段,3#低加疏水设疏水泵(1×2台100%容量),2#低加设疏水闪蒸箱,1#低加疏水直接流入凝汽器,该系统4#低加需配置疏水调节阀,3#低加需配置疏水箱、疏水调节阀、管路组件等。不同配置的疏水系统,在经济性与安全性方面具有不同的特点。2抽汽被外部利用的情况根据等效热降法分析疏水系统分别配置疏水冷却段和疏水泵对机组热经济性的影响。所谓等效热降,对回热抽汽式汽轮机的抽汽而言,在利用外部热量而抽汽被减少的情况下,表示所排挤的1kg蒸汽做功的增加,反之,当抽汽被外部利用而增加时,则表示做功的减少。等效热降法基于热功转换定律,并且以新蒸汽流量、初终参数、燃料供应量保持不变为前提条件而对热力系统进行分析计算,采用这种方法计算时,只考虑机组功率的变化,其功率的变化即代表机组效率或其他经济指标的相对变化,因此就有可能对局部抽汽量和热量的变化进行定量计算分析,并直接求出经济性的变化结果,使计算过程趋于简化,从而避免了常规热力计算的复杂计算过程。2.1疏水冷却段对机组热经济性的影响方案1中4#、3#、2#低压加热器分别设置内置式疏水冷却段。Noj低加设置内置式疏水冷却段的连接系统如图4所示。设qj为加热器Noj的抽汽放热,ηj-1、ηj分别为加热器Noj-1、Noj的抽汽效率,β为Noj加热器疏水份额,Δγj为疏水冷却度。根据等效热降法,与低压加热器无疏水冷却段相比,增设疏水冷却段,使疏水冷却放出热量βΔγj的利用场所和使用能级发生了变化。Noj不设疏水冷却段(疏水自流)时,该热量利用于加热器Noj-1中,获得做功βΔγjηj-1,增设疏水冷却段后,该热量不再利用于加热器Noj-1中,而由主凝结水带回到加热器Noj中,提高了使用能级,获得做功βΔγjηj。因而,采用疏水冷却段后,新蒸汽等效热降的变化是上述做功变化的差值,所以其增加值为:由于加热器蒸汽放热量的变化,ΔH修正为:由此可见,设置疏水冷却段可以提高机组的热经济性,而且β越大,Δγj越高,(ηj-ηj-1)越大,则疏水冷却段的热经济效果越好。通过计算(此处计算过程略),某1000MW等级核电机组低加疏水系统采用方案1时,在TMCR工况下机组功率约为1248.66MW。2.2设置疏水热降降低热降方案2中4#、3#、2#低加分别配置了疏水泵。Noj低加设置疏水泵的连接系统如图5所示。用疏水泵把加热器疏水打入其出口主凝结水管中,使疏水与主凝结水混合,以提高主凝结水温度,使机组热经济性提高。为讨论疏水泵的热经济效果,以取消疏水泵,让疏水自流进行分析,这时,热经济性降低的数值就是设置疏水泵后热经济性提高的数值。设β为加热器Noj疏水经过疏水泵的份额,τsj为加热器Noj疏水焓,qj为加热器Noj抽汽放热,αh为混合点后的主凝结水份额,τj、τj0为混合点前、后主凝结水焓,τj-1为加热器Noj-1出口主凝结水焓。根据等效热降法,取消疏水泵,让疏水自流,将导致疏水热量利用的场所发生变化。首先,主凝结水因疏水混合而提高焓值Δτ=τj0-τj的热量αhΔτ不再由加热器Noj完成,而改为由加热器Noj+1来完成,故损失做功αhΔτ(ηj+1-ηj);其次,疏水自流至加热器Noj-1,疏水的部分热量βΔτs由在加热器Noj中放出而转移到在加热器Noj-1中放出,其中Δτs=τsj-τsj-1,故产生做功损失βΔτs(ηj-ηj-1)。因此,取消疏水泵将使新蒸汽等效热降降低,也就是设置疏水泵后新蒸汽等效热降的增加值为:取消疏水泵,加热器Noj由汇集式变为疏水放流式,抽汽放热量qj变为qj-Δτs,对式(3)修正并根据混合点方程得:由此可见,设置疏水泵可以提高机组的热经济性,而且比设置疏水冷却段的热经济效果更好。通过计算(此处计算过程略),某1000MW等级核电机组低加疏水系统采用方案2时,在TMCR工况下机组功率约为1253.50MW。2.3解决2#低加疏水热量的影响方案3中4#低加设置了内置式疏水冷却段,3#低加疏水设置了疏水泵,而2#低加设置了疏水闪蒸箱,使2#低加的疏水在闪蒸箱中闪蒸,闪蒸后蒸汽被送入1#低加汽侧加热主凝结水,疏水通过U型管流入凝汽器,这样既回收了2#低加疏水热量,又减少了1#低加的抽汽量,从而提高机组的热经济性。通过计算(此处计算过程略),某1000MW等级核电机组低加疏水系统采用方案3时,在TMCR工况下机组功率约为1251.51MW。2.4三种方案的技术效率比较方案2采用了目前最先进的技术,理论上技术经济效益最好,方案2净热效益比方案1高4优化配置方案由于核电机组的特殊性,机组运行基本上不参加调峰,为了不因某设备的故障而停机并造成非计划停堆,达到长周期安全运行,维护方便,满足经济性高,安全可靠性高的要求,对1000MW等级核电机组低压加热器疏水系统,比较适合选用方案3所述的优化配置方案,即采用疏水泵和疏水自流相结合的疏水方