300MW机组真空除氧器内漏的热经济性分析 

      以热力系统主要辅机真空除氧器为例,分析了其工质内漏的原因,运用管道热效率的等效热降法计算了300MW机组真空除氧器内漏对机组热经济性的影响,并提出了系统内漏的确定方法及消除措施。
      火力发电厂热力系统工质外漏,较易引起运行人员注意,一般在大小修中予以消除.而系统中带热量的工质内漏多发生在热力系统内部,由于对机组的补水率影响不大,故不易被察觉.工质内漏使机组热经济性下降、煤耗上升,造成了大量的能源浪费.我国火力发电厂有大量的疏放水管道,由于阀门不严密或其他原因,工质内漏现象普遍存在.这些内漏的工质大多为高品质的蒸汽、饱和水或欠饱和水.内漏工质一般进入冷凝器,造成大量可用能被循环冷却水带走,不仅直接热损失大,同时还使凝汽器真空降低,冷却水循环倍率增高,厂用电耗增加.
      通过对部分电厂调研,总结出机组管道热力系统内漏损失主要集中在汽轮机高低压旁路系统、高低压加热器给水旁路管路、加热器危急疏水及放水门、真空除氧器水箱放水阀和汽轮机本体各疏水管阀等处.
      可知,对300MW级火力发电机组而言,蒸汽疏水内漏量为1t/h,机组热耗升高4~9kJ/kWh,机组供电煤耗升高0.15～0.36g/kWh;加热器疏水旁路至凝汽器内漏量为10t/h,机组热耗升高1.5～19kJ/kWh,机组供电煤耗升高0.06～0.76g/kWh;定期排污系统泄漏量为1t/h,机组供电煤耗升高0.15g/kWh;连续排污系统泄漏量为1t/h,机组供电煤耗升高0.16g/kWh;过热器减温水、再热蒸汽减温水泄漏量为1t/h,机组供电煤耗升高0.8g/kWh;机组补水率每增加1%,机组供电煤耗升高0.7g/kWh.因此,热力系统内漏对机组热经济性的影响非常大.本文以电厂真空除氧器为例,就其热力系统内漏原因进行分析并作热经济性计算.
1、真空除氧器热力系统及内漏原因分析
1.1真空除氧器热力系统
      真空除氧器在电厂热力系统中承担除氧任务,以防止设备腐蚀.同时,它又是回热系统中的混合式加热器之一,并作为凝结水泵和给水泵之间的缓冲和贮水装置,以汇集高压加热器疏水等.在真空除氧器加热蒸汽系统中,加热蒸汽应接入真空除氧器本体的下部或中部,所有被加热的水应引入本体的顶部,流进配水槽或喷嘴中.除氧水箱设有放水管和溢水装置,放水管从水箱的低点引出并通向疏水箱,在发生事故或停机检修时,将除氧水箱中的水从放水管放掉.在运行过程中,当水位达到高水位(溢水位)时,电接点水位计上相应的接点发出电信号控制电动闸阀开启,把溢水排入疏水箱,从而防止水位过高.图1和图2分别为无头真空除氧器疏放水系统示意和剖面示意.
图1无头真空除氧器疏放水系统示意
1.2真空除氧器内漏原因分析
      随着机组自动化程度的提高,阀门采用电动控制逐渐普及,如真空除氧器底部放水阀、真空除氧器至凝汽器放水阀或机组事故放水阀多为电动阀门.由于该类阀门关闭紧力不足,造成严密性相对下降,且阀门前后压差较大,在高温高压工质的冲刷下,阀芯易受磨损,由此引起系统工质内漏.另外,这种阀门流动背压很低,大多处于临界状态,会损失大量的有用能.
图2无头真空除氧器剖面示意
      机组在运行中会出现补给水阀开度过大、凝汽器管束循环冷却水泄露、给水泵故障跳闸,或锅炉给水系统阀门误关、水位自动调节阀失灵、机组负荷突然降低、真空除氧器自生沸腾等情况,这些情况都可能导致真空除氧器的高水位报警.水位过高时,真空除氧器会自动开启溢流电动阀和放水电动阀,引起大量跑水,造成大量高品质工质的内漏.若溢流不及,还会造成真空除氧器振动,抽汽管道冲击甚至汽轮机水冲击.
      从整个热力系统的内漏情况看,阀门内漏对机组经济性的影响为明显,因此包括真空除氧器在内的全厂内漏整改措施也必须要围绕着阀门内漏来治理.应从运行,检修,系统优化,设备选型等多个方面着手.除了减少非正常的泄漏外,对正常运行中必须泄漏的流量采取合理控制,减少泄漏流量,并尽可能地回收利用工质,达到提升机组热经济性的目的.
2、真空除氧器内漏热经济性计算
      真空除氧器内漏属于纯热量系统问题,真空除氧器中热水漏至疏水扩容器后进入凝汽器,由于这部分工质是经过各个低压加热器加热后送向真空除氧器的,吸收了系统的热量,却没有参加作功,而仅是从凝汽器到低加、真空除氧器、再返回到凝汽器作循环,无疑使整个系统的经济性受到影响.其直接表现为主凝结水流量较设计值偏大,因而各低加的抽汽量相应增加,中、低压缸的功率相应减少,影响整个机组热耗率和功率.
      如何解决真空除氧器内漏问题,笔者考虑以补充水形式进入凝汽器,进行热经济性计算,其工质泄漏部分为管道热损失,因此运用考虑管道热效率的等效热降法对真空除氧器内漏进行定量分析.
2.1考虑管道热效率的等效热降法分析
      管道热效率反平衡算法详见中华人民共和国电力行业标准DL/T606.3-2006的火力发电厂能量平衡导则3部分热平衡.ηp=1-ΔQ×100%(1)Qb管道热效率,%;单元机组管道热损失,kJ/kg;锅炉热负荷,kJ/kg.本文仅分析工质内漏对机组热经济性影响,故只需计算带热量工质泄漏热损失ΔQp=Dl(hl-hma)带热量工质泄漏量,kJ/kg;带热量工质焓,kJ/kg;化学补水焓,kJ/kg.根据等效热降法原理,真空除氧器内漏影响1kg新蒸汽等效热降值ΔH0为ΔH0=-αXLrτrηr(3)1kg工质在r级加热器中焓升,kJ/kg;r级加热器抽汽效率;
加热器的级数.因此,绝对内效率ηi为ηi=×100%(4)式中:H0Q0ΔQ01kg新蒸汽等效热降,kJ/kg;机组循环吸热量,kJ/kg;机组循环吸热量变化值,kJ/kg.
2.2机组热经济性变化计算
      在分析火力发电厂热经济性时,一般情况下,忽略锅炉效率ηb,汽轮机机械效率ηm,以及发电机效率ηg变化.但分析真空除氧器内漏问题时,需同时计入ηp和ηi的变化才能得出合理的结论.由文献[4]中公式推导可知,考虑管道热效率后,全厂热经济性变化δηcp算法为δηcp=ΔH0-H0+ΔQ0+ΔQηpηiΔQ0+ΔQηpηi (5)原等效热降算法对火电厂热力系统进行热力分析具有方便、快捷的优点,但其计算中忽略了热力系统局部变化所引起的管道热效率变化,将管道热效率以某一固定经验值带入计算具有不合理性.而由式(1)至式(5)可知,考虑管道热效率的等效热降算法弥补了这一不足.
3、算例及其分析
      本文以N300-16.7/538/538单轴、双缸双排汽、一次中间再热凝汽式机组为例,应用上述公式,对该型机组真空除氧器内漏进行热经济性的定量计算和定性分析,系统参数及计算结果如表1所示.
      表1N300-16.7/538/538型机组等效热降值及相关参数

      注:新蒸汽等效热降H0=1146.5kJ/kg;循环吸热量Q0=2526.2kJ/kg.N300-16.7/538/538机组真空除氧器内漏热力系统如图3所示.N300-16.7/538/538机组真空除氧器内漏对机组效率及经济性影响如表2所示.
      由表2可知,当真空除氧器水测内漏为1.0t/h时,全厂每年将因此增加0.03g/kWh的发电煤耗和近3万元的发电成本;若内漏量达到14t/h,发电煤耗上升0.46g/kWh,年增加机组燃料费用近50万元.
表2N300-16.7/538/538型机组真空除氧器内漏对机组效率及经济性影响
ΔXΔDXLηpηiηcpδηCPΔbΔBYΔMY
/cm·h-1/t·h-1/%/g·(kW·h)-1/t·a-1/万元·a-1
0097.0045.3841.41
1.51.096.9745.3941.40-0.010.03553
53.596.9145.4141.39-0.040.1124012
107.096.8245.4341.37-0.080.2348024
1510.596.7345.4541.36-0.120.3471836
2014.096.6445.4741.34-0.150.4695848
2517.596.5545.5041.32-0.190.57120060
3021.096.4645.5241.31-0.230.68144072
注:
      ①算例中没有考虑锅炉、机械和电机效率的变化,以及其他管道损失;
      ②算例中管道热损失仅考虑工质内漏所引起的热损失变化量,故ηP,ηCP计算结果偏高,但对δηCP,Δb计算结果没有影响;
      ③确定水的内漏量ΔDXL,则以H.W.L水位平面为基准面积,以该面积乘以单位小时水位上升(或下降)量ΔX,经几何计算可知,水位变化1cm,水量内漏约0.7t;
      ④Δb为标准发电煤耗增加量;ΔBY为年度标准发电煤耗增加量,按年运行7000h计算;ΔMY为年度发电成本增加量,单吨标煤煤价按500元计算.
      图4为ηp,ηi,ηcp随DXL的变化趋势示意图.图5为H0,Q0随DXL的变化趋势示意图.
      文中计算部分采用的是考虑发电厂管道热效率的等效热降法,无论从定量计算还是定性分析方面考虑,都与传统热量法计算结果相同,并与热力发电厂原理一致.
      由图4和图5可知,随着真空除氧器内漏量的增加,新蒸汽等效热降的降低慢于系统循环吸热量的减少.因此,虽然管道热损失增加,机组绝对内效率呈现增长状态,但综合考虑管道热效率的影响,全厂效率仍然是下降的,不利于机组的热经济性.
      除了真空除氧器内漏之外,热力系统还存在大量的疏放水管阀.查找全厂热力系统内部泄漏。
图4ηp,ηi,ηcp随DXL的变化趋势示意
图5H0,Q0随DXL的变化趋势示意
4、结论
      (1)火力发电厂真空除氧器热力系统内漏,既威胁机组的安全运行,还会产生辅机电耗升高等不良现象,使机组作功能力下降,热效率降低,在经济上给发电企业造成重大损失,需引起足够的重视.透彻理解真空除氧器内漏原因,对机组安全经济运行和延长机组的寿命具有十分重要的意义.
      (2)运用考虑管道热效率的等效热降法准确计算出真空除氧器工质内漏所造成的管道热经济损失,计算结果表明,当真空除氧器内漏至凝汽器1t/h,机组发电煤耗增加0.03g/kWh时,计算结果与传统热量法完全一致,并弥补了原等效热降法的不足.
      (3)我国对发电机组内部泄漏的研究不够,应选择试点机组进行热力系统严密性试验,确定各处内部泄漏对机组热耗率的影响.这项工作新增设备投资少、获益大,对我国电力工业节能减排有很大帮助,应立题进行项研究.