200mw机组低压加热系统改造方案的热经济性分析

200mw机组低压加热系统改造方案的热经济性分析

0mw机组退出历史舞台的必要性目前，中国的能源工业主要发展到300w、600w和更高端别的机组。然而，中国200mw左右的汽轮箱发电站仍需一定时间。200w机组退出历史舞台需要一定的时间。200MW汽轮发电机组相比于大容量机组各项经济指标已处于相对落后的水平,保障200MW机组安全经济的运行是急需解决的问题。本文针对国电靖远电厂200MW机组低压加热器疏水系统出现的故障问题进行热经济性分析,提出了改造方案,使机组能够在安全经济的情况下运行,为200MW机组低压疏水系统故障问题热经济性分析和节能提供了科学的依据,对改进热力系统具有参考价值。1当前，建成的低压家庭储水系统1.1机组给水回热系统国电靖远电厂4台200MW汽轮发电机组,均为东方汽轮机厂定型后的N200-12.75/535/535型一次中间再热、超高压、单轴、三缸、三排汽、冷凝式汽轮机。机组给水回热系统共设置3台高压加热器、1台除氧器、4台低压加热器,其中7号、8号低压加热器为带疏水泵的表面式加热器,如图1所示。两台疏水泵的功率分别为75kW和55kW,疏水泵把加热器的疏水打入主凝结水,是克服面式加热器因疏水逐级自流而降低热经济性的有效措施之一。1.2疏水加入凝汽器后产生做功现在7号、8号低加疏水泵由于疏水量不稳定,泵体和叶轮汽化十分严重,故障率较高,维修费用每年每台机配套安装的3台疏水泵约为25万元左右,加上电机的功率损耗与设计初衷的节能效果完全不符。一旦疏水泵出现故障停运,那么7号、8号低加疏水将直接进凝汽器,造成冷源损失。下面就利用等效焓降法来定量分析疏水泵停运对热经济性的影响。对于7号低加如果因故障停运疏水泵,让疏水进入凝汽器,将导致疏水热量使用的场所发生变化。首先,主凝结水因疏水混合而提高焓值Δτ7的热量αw7Δτ7不再利用于6号加热器能级上,故损失做功αw7Δτ7η6;其次,疏水自流进凝汽器放热后随主凝结水流经8号、7号加热器,并吸热τ8β7+(τ7-Δτ7)β7,产生做功损失τ8β7η8+(τ7-Δτ7)β7η7。因而,7号低压加热器停运疏水泵将使新蒸汽做功下降:ΔH1=αw7Δτ7η6+(τ7−Δτ7)β7η7+τ8β7η8(1)ΔΗ1=αw7Δτ7η6+(τ7-Δτ7)β7η7+τ8β7η8(1)式中,Δτ7为7号低加出口主凝结水因疏水混合而提高的热焓值;αw7为7号低加混合点混合后的主凝结水份额;β7为流经7号低加疏水泵的疏水份额。同样的分析方法如果8号低加因故障停运疏水泵,疏水进入凝汽器,那么新蒸汽做功下降值为:ΔH2=αw8Δτ8η7+(τ8−Δτ8)β8η8(2)ΔΗ2=αw8Δτ8η7+(τ8-Δτ8)β8η8(2)式中,Δτ8为8号低加出口主凝结水因疏水混合而提高的热焓值;αw8为8号低加混合点混合后的主凝结水份额;β8为流经8号低加疏水泵的疏水份额。所以7号、8号低加疏水泵因故障停运使装置效率的相对变化为:δηi=−ΔH1+ΔH2H−ΔH1−ΔH2×100%(3)δηi=-ΔΗ1+ΔΗ2Η-ΔΗ1-ΔΗ2×100%(3)机组的主要参数见表1,把数据分别带入式(1)～式(3)可得7号、8号低加疏水泵因故障停运使装置效率下降0.426%,使煤耗增加1.4g/(kW·h)。2疏水泵电机破坏因7号、8号低加的疏水压头原因(处于负压状态),疏水泵须安装在较低的位置,以保证疏水泵入口压头,这就导致了疏水泵安装环境较为恶劣,导致疏水泵电机绝缘容易受损而导致检修停运,另外由于疏水泵经常运行在低入口压头工况下,导致疏水泵经常发生汽蚀,汽蚀使泵体发生损坏而停运检修。通过对低压加热器疏水泵故障停运热经济性分析得到,一旦疏水泵因故障停运,疏水直接进凝汽器,那么将使装置效率下降0.426%,煤耗增加1.4g/(kW·h)之多,而且故障维修费用每年要几十万元,所以有必要对机组的低压加热器疏水系统进行改造。2.1方案二疏水节流方案方案一(见图2),取消7号、8号低加的疏水泵,把疏水改为逐级自流,8号低加的疏水进热水井。该方案系统不再增加设备,改造简单,疏水的方式以逐级自流,安全可靠。方案二(见图3),取消7号、8号低加的疏水泵,在7号低加后加一个疏水冷却器使疏水经过冷却器继续冷却后进入下一级,8号低加的疏水进热水井。从热力学讲,疏水自流是一个等焓节流过程,其结果使熵增加,产生做功损失,疏水冷却是将抽汽压力下的饱和水沿近似饱和线(严格讲是沿等压线)继续冷却,然后才流入较低压力的加热器,这时,疏水节流过程的熵增远远小于没有疏水冷却器的节流过程,这是水蒸汽性质所决定的。就是说,疏水冷却将大大减少疏水自流的节流损失,降低不可逆损失,因而热经济性得到提高。2.2疏水冷却器作功方案二与方案一的不同之处是7号低加疏水增加了1台疏水冷却器,由于增设疏水冷却器,疏水冷却放出热量β7Δγ7的利用场所和使用能级发生了变化。无疏水冷却器时,该热量利用在8号加热器中,获得做功β7Δγ7η8;增设疏水冷却器后,该热量不再用于8号加热器,而由主凝结水带回7号加热器中,提高了使用能级,获得做功β7Δγ7η7。因而,采用疏水冷却器后,新蒸汽的做功变化是上述做功变化的代数和,其增加值为:ΔH=β7Δγ7η7−β7Δγ7η8=β7Δγ7(η7−η8)(4)ΔΗ=β7Δγ7η7-β7Δγ7η8=β7Δγ7(η7-η8)(4)式中,Δγ7为1kg疏水在疏水冷却器中的焓降;β7为流经疏水冷却器的疏水份额。方案二相对于方案一装置效率的相对变化为:δηi=ΔHH+ΔH×100%(5)δηi=ΔΗΗ+ΔΗ×100%(5)从式(4)可以看出方案二增加疏水冷却器后,比方案一多做了ΔH的功,其热经济性要比方案一好。把Δγ7=92kJ/kg(其它数据见表1)带入式(4)、式(5)可得方案二相对于方案一装置效率提高0.054%,煤耗降低0.176g/(kW·h)。3改造前后的系统热经济性指标通过上节的分析,选择方案二对机组的低压加热器疏水系统进行改造。由于利用等效焓降法不好直接对改造前、后系统热经济性进行比较,本文采用间接法,即改造前、后系统的热经济性都先与方案一进行比较,得到相对于方案一的相对变化值后,它们再相加减便可得到改造前、后系统热经济性的相对变化值。上节已经比较了方案一、二系统的热经济性,下面比较改造前的系统与方案一的热经济性。改造前的系统相对于方案一做功变化为:ΔH=αw7Δτ7(η6-η8)+(τ7-Δτ7)β7η7+αw8Δτ8(η7-η8)(6)式中,Δτ7为7号低加出口主凝结水因疏水混合而提高的热焓值;αw7为7号低加混合点混合后的主凝结水份额;β7为流经7号低加疏水泵的疏水份额;Δτ8为8号低加出口主凝结水因疏水混合而提高的热焓值;αw8为8号低加混合点混合后的主凝结水份额。改造前的系统相对于方案一装置效率的相对变化为:δηi=ΔHH+ΔH×100%(7)δηi=ΔΗΗ+ΔΗ×100%(7)改造前、后系统相对热经济性指标见表2,改造后系统的装置效率相对于改造前下降了0.129%,煤耗增加了0.427g/(kW·h)。按机组每年工作7000h,机组在100%负荷下运行,每度电的成本是0.15元,改造后系统因煤耗增加而多花27万元左右,但是改造前低加疏水泵故障率极高,维修费用每年为25万元左右,加上电机功率130(kW·h)的损耗,总的来说改造后机组每年费用减少12万元左右。如果考虑改造前低加疏水泵故障检修时,疏水直接排入凝汽器而造成的损失,改造后的经济效益会更好。4改善了机组的运行能力,减少设备事故本文针对国电靖远电厂200MW机组低压加热器疏水系统出