再热机组热力循环效果的评价及其算法研究

电力18讯：    摘要：该文基于循环复合的概念，针对末级加热器疏水排入凝汽器造成的附加冷源损失的情况，修改了传统回热作功与回热作功比的定义，从而保证了回热作功比与再热机组热效率之间确定的对应关系；文中区别再热与非再热机组不同的蒸汽动力循环特征，分别提出了新的回热作功比和汽机内效率的计算模型，使回热作功比成为独立衡量热力系统回热效果的一个新的指标；热力系统中，抽汽压降、加热器的端差以及疏水温度的变大，均造成抽汽热量不能充分用于本级给水的加热，降低了回热效果，这种影响可以用回热作功比的变化来描述，算例表明新模型可以用于再热机组热力系统节能改造的方案论证，而回热作功比亦可用来定量评价热力系统的改造效果。
    关键词：回热作功比；经济指标；蒸汽动力循环

1　引言


　　随着机组容量和参数的不断提高，汽轮机热力系统的连接形式日趋复杂。充分挖掘汽轮机热力系统节能潜力日益引起人们的关注。
　　汽轮机热力系统回热效果的提高，可以有效地改善再热机组的经济性。抽汽过热度的利用以及表面式加热器疏水热量的利用是影响回热效果重要因素，这种定性分析结论已被人们普遍接受。但在现有的经济指标体系中，回热效果都间接地用热效率等热经济指标来表示。探讨回热效果的评价指标，寻找回热效果评价指标与汽轮机热效率之间的关系是本文的主题。

2　回热作功比与汽机热效率计算模型

2．1　循环的复合与热效率计算
　　图1是单级回热的凝汽机组示意图（对多级回热的凝汽机组亦可等价为单级回热的情形［1，2］）。
    对图1（a），加热器无疏水排向凝汽器。则：
    回热汽流作功为

Wr＝ar・（h0－hr）　（kJ／kg）（1）
      凝汽流作功为
Wc＝ac・（h0－hc）　（kJ／kg）（2）
      回热循环热耗率为
HRr＝1（3）
    凝汽流循环热耗率为



　　对图1（b），回热系统有疏水排向凝汽器，抽汽热量中的一部分随疏水进入凝汽器，并表现为附加冷源损失。这时，回热作功比的定义需要修正，以保证回热汽流热耗率HRr＝1。



　　本文将该疏水放热量折算为凝汽流量，并定义扣除该折算凝汽流量的回热汽流量为当量回热汽流量，相应的功为当量回热汽流作功；而实际凝汽流量加折算凝汽流量定义为当量凝汽流量，相应的功则为当量凝汽流作功。则上述式（3）～（7）依然成立。即：
    疏水放热折算凝汽流量为



　　汽机内效率为



2．2　再热机组汽机的当量回热作功比与内效率计算模型
　　当末级疏水排向热井、末级加热器配置DP或使用重力自流混合式加热器时，则db＝0。即：
      疏水放热折算凝汽流作功为



    回热汽流热耗率为



3　再热机组热力系统节能改造中的回热效果分析　　

　　汽轮机回热系统是由各种类型的加热器组成的，其中主要是表面式加热器。由于存在传热端差和疏水自流排放，不仅造成抽汽的热量未能充分用于本级给（凝）水的加热，而且因疏水热量的自流排放，造成高压抽汽对低压抽汽的排挤，降低了回热效果。需要从使用蒸汽冷却器（SC）利用抽汽过热度和使用疏水冷却器（DC）或疏水泵（DP）利用疏水热量水等方面着手完善回热效果。
3．1　国产N125机组原设计系统（原方案）
　　根据图2，原设计热力系统由7级回热加热器组成，2只高加，4只低加，1只除氧器。1、2号高加和4号低加（中压缸第二段抽汽）装有蒸汽冷却器SC；2号高加（使用高压缸排汽）装有疏水冷却器DC；6号低加（次末级加热器）装有疏水泵DP；7号低加（末级加热器）疏水排向凝汽器。



　　可见原系统蒸汽过热度的利用比较完善；但疏水热量的利用有待分析。
3．2　疏水泵DP位置的调整（方案1）
　　在低加范围内使用DP，其节能效果取决于疏水热量的有效利用。对于4只低加的情形，通常在居中的2只低加中比较选择，本方案讨论5号低加装置DP的效果。
3．3　末级疏水热量回收至热井（方案2）
　　末级疏水排向凝汽器会造成附加冷源损失，本方案讨论将疏水排向热井。
3．4　低压加热器（带DP的加热器除外）加装DC，使疏水温度下降2℃（方案3）
　　本方案分析在4、5和7号低加使用疏水冷却器的效果。
3．5　疏水泵DP前置、末级疏水热量回收、使用疏水冷却器DC（方案4）
　　本方案在方案二的基础上，分析在4、6号低加装置DC（因5号加热器使用DP，故不再考虑使用
DC），并将末级疏水排向热井，考察其效果。
3．6　疏水泵DP原位、末级疏水热量回收、使用疏水冷却器DC（方案5）