超临界机组增设外置加热器变工况经济性分析

1    现状分析

某电厂的1号机组汽轮机,型号为N660—24.2/566/ 566 ,属于先进的超临界、一次中间再热、冲动式 、单 轴、三缸四排汽、双背压、纯凝汽式汽轮机。该机组的 额定出力设计为660 MW,最大连续出力705.116 MW , 额定主蒸汽流量为1 892.8 t/h。

该汽轮机采用了优化的复合变压运行方式 , 并 集成了八级非调整回热抽汽系统 ,该系统由3台高压 加热器、1台除氧器和4台低压加热器组成 。其中 ,高 压加热系统配备了单列三级高压加热器 ,采用卧式 管板结构设计 ,并通过逐级串联的疏水方式 ,将最后 一级的疏水有效引入至除氧器。此外 ,每台高压加热 器均设有紧急疏水管道 ,直接连接至凝汽器高压疏 水扩容器。

目前 ,该电厂汽轮机组额定负荷时第三段抽汽  压力为2.298 Mpa,温度473.7 ℃,饱和温度219.6 ℃ ,  过热度254.2 ℃;75%额定负荷时 ,第三段抽汽过热度  270.2 ℃;50%额定负荷时,第三段抽汽过热度289.5 ℃ 。 为充分利用第三段抽汽的高过热度 , 并提升低负荷  时锅炉的给水温度 ,该电厂实施安装外置蒸汽加热  器技术升级改造 ,提高了电厂整体热效率 ,加强了系  统运行的稳定性、可靠性。

2    改造方案

基于机组回热系统的技术特性及其改造范畴的 差异 , 改造方案主要可以划分为以下两种:方案一 , 采取串联方式增置部分容量外置加热器;方案二 ,采 用并联方式增置部分容量外置加热器^[1—3]。

2.1    方案一:加热给水的串联连接方式

在充分考量蒸汽加热器所处理的给水流量占整 体给水流量的比例、蒸汽加热器的制造技术、成本投 入以及改造后的经济效益等多维度因素后 ,选择采 取部分流量串联的方式 , 即外置蒸汽加热器的设置 , 如图1所示 。在进行设计时 ,建议将给水流量占总流 量的比例控制在20%~40%的范围内 , 以确保系统的 容量设计合理 。此串联连接方式能够有效提升系统 的整体热效率和稳定性 ,是一种经济且实用的改造策略。

2.2    方案二:加热给水的并联连接方式

并联增置蒸汽加热器如图2所示 ,将蒸汽加热器 放置于#2高压加热器之后 ,并与#1高加并联 ,加热部 分#2高加出口给水。该布置方案在规划时 ,充分考量 了蒸汽加热器的制造工艺要求 、成本因素以及改造 后的经济效益 , 旨在实现全面优化与合理布局。按照给水流量占总流量的20%~40%进行容量设计。并联连接方式与串联方式相似 ,但不同之处在 于并联方式加热#2高压加热器出口部分给水 ,相当 于替代了部分#1高加的作用。相比串联方式 ,并联方 式在主给水管路侧的改造成本相对较高 ,但外置蒸 汽加热器本体的成本相对较低 。但是并联方式的改 造需要考虑系统整体性 ,确保设备的协调运行 , 以提 高机组的效率和经济性。

3    经济性分析

本文选取额定负荷 、75%额定负荷 、50%额定负 荷和40%额定负荷四种工况为基准 , 分别对方案 一 和方案二的经济性进行分析。

3.1    方案一经济性分析

方案一采用串联方式单独设置外置蒸汽加热器 ,按照给水流量占总流量的30%进行计算 。经过改 造后 ,方案一对机组运行经济性影响计算结果如表1 所示。

由表1可以看出:

1)设置外置串联连接蒸汽加热器后 ,对比改造 前后汽轮机性能数据可以发现 ,汽轮机的热耗率均 有显著降低 。具体而言 ,在额定负荷工况下 ,汽轮机 的热耗率下降了约13.96 kJ/(kw.h);在75%额定负 荷工况 、50%额定负荷工况下 , 热耗率均下降了约16.29 kJ/(kw.h);而在40%额定负荷工况下 ,热耗率 降了约17 .03 kJ/(kw.h)。这一数据充分表明 , 改造 后的汽轮机在能效方面有了显著提升。

2)在机组出力不变的情况下 , 设置外置串联连 接蒸汽加热器后 ,在额定负荷、75%额定负荷、50%额 定负荷和40%额定负荷工况下 ,机组主蒸汽流量较改 造前分别增加10.30、8.91、5.62和4.05 t/h 。而在额定 负荷工况下 ,设置外置串联连接蒸汽加热器后 ,主蒸 汽流量充足(10.30 t/h), 因此 ,设置外置蒸汽加热器 不会影响机组的带负荷能力。

3)在回热系统方面 , 额定负荷工况下 , 较改 造前 ,改造后一段抽汽流量略有增加 ,增加1.82 t/h , 二段抽汽流量增加 10 . 69 t/h , 三段抽汽流量增加5 . 35 t/h。

4)实施外置串联连接蒸汽加热器改造后 ,在多 种工况条件下 ,锅炉的运行性能表现出如下具体变化:在额定负荷、75%额定负荷 、50%额定负荷 、40% 额定负荷的运行工况下 ,锅炉给水温度分别提升了 3.73、4.26、4.26、4. 16 ℃ 。同时 ,锅炉的排烟温度也相 应上升 ,分别为0.39、0.47、0.55、0.48 ℃ 。此外 ,脱硝 系统入口的烟气温度也表现出类似的增长趋势 , 分 别增长了1.50、1.71、1.72、1.67 ℃ 。然而 ,这种设置对 锅炉效率产生了轻微影响 ,在对应工况下 ,锅炉效率 分别下降了约0.01%、0.01%、0.02%和0.01%。

5)设置外置串联连接蒸汽加热器后 , 不同负荷 的工况条件下 ,发电煤耗实现了显著下降 ,具体表现 为在额定负荷下降低了约0.45 g/(kw.h),在75%额 定负荷下降低了约0.48 g/(kw.h),在50%额定负荷 下则降低了约0.51 g/(kw.h),在40%额定负荷下则 降低了约0.54 g/(kw.h)。经过算术平均计算 ,整体 发电煤耗的下降值为0.495 g/(kw.h)。

3.2    方案二经济性分析

方案二采用并联方式单独设置外置蒸汽加热 器 ,按照给水流量占总给水流量的20%进行计算 。改 造后 ,方案二在不同工况下对机组运行经济性影响 计算结果如表2所示。

由表2可以看出:

1)在引入外置蒸汽加热器后 ,汽轮机在额定负 荷、75%额定负荷、50%额定负荷、40%额定负荷的多 种工况条件下 ,均实现了热耗率的显著下降 ,具体数 值为约8.31、8.33、8.54、9.54 kJ/(kw.h),相较改造前有着明显改善。

2)在确保机组出力维持恒定的前提下 ,通过增  设外置并联连接的蒸汽加热器 , 观察到额定负荷 、 75%额定负荷 、50%额定负荷 、40%额定负荷工况下  主蒸汽流量均发生了相应的变化 , 分别降低0 .20 、 0.25、1. 11、1.47 t/h,相较于改造前有所下降。

3)在回热系统方面 , 设置外置并联连接蒸汽加 热器带来了蒸汽分配的优化。具体而言 ,在额定负荷 工况下 ,一段抽汽流量减少了19. 17 t/h,而二段和三 段抽汽流量则分别增加了11.78、10.45 t/h。

4)在额定负荷、75%额定负荷、50%额定负荷和  40%额定负荷工况下 ,设置外置并联连接蒸汽加热器  后 ,锅炉给水温度分别升高了0.88、1.07、1.28、1.33 ℃ ;  锅炉排烟温度分别升高了0.09、0. 11、0.07、0.07 ℃ ;  脱硝系统入口烟气温度分别升高了0.36、0.43、0.52、 0 .54 ℃ ; 然而 , 锅炉效率略有下降 , 具体数值为约  0.005%、0.01%、0.003%和0.004%。

5)经过数据统计与分析 , 设置了外置并联连接  的蒸汽加热器后 ,在额定负荷、75%额定负荷、50%额  定负荷、40%额定负荷的工作状态下 ,发电煤耗分别  下降了约0.29、0.29、0.30、0.34 g/(kw.h),经过算术  平均计算,整体发电煤耗的下降值为0.305 g/(kw.h)。

4    结论

计算结果显示 ,方案一的节能效果更为显著 ,特 别是在降低汽轮机热耗率和发电煤耗方面优势明显。方案一采用串联方式 ,改造后在各种工况下发电 煤耗均有不同程度的下降;方案二采用并联方式 ,改 造后也有一定的节能效果 。通过对各种工况下的经 济性进行综合比较分析 ,可以明显看出方案一在多 种工况下都表现出更好的运行经济性 , 为提高机组 运行效率和降低成本提供了重要的参考依据。

[参考文献]

[1]  苏雪刚 ,卢丽坤 ,张小波.发电机组增设外置蒸汽冷却器 的经济性分析[J]. 电站系统工程 ,2019 ,35(4):73-74.

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2025年第2期第5篇