低位热能回收系统对汽轮机运行的影响分析

冶金动力METALLURGICALPOWER2014年第11期总第177期1引言能源动力中心发电站为攀钢钒公司三期建设项目，共有两台发电机组。4#发电机组配套汽轮机由武汽设计制造，型号为N55-8.83/535，七段非调整抽汽，回热系统采用2级高加垣4级低加垣1级除氧，4~7级抽汽分别供4#~1#低压加热器。配套锅炉由东方锅炉设计制造，型号为DG-240/9.80-芋，燃烧焦炉煤气、高炉煤气和转炉煤气。锅炉设置一台DP-6型定期排污扩容器，接收来自定期排污和连续排污的高温水，这些高温水在定排扩容器内闪蒸，产生3耀5t/h的低压蒸汽，通过排空管排向大气。为回收这部分蒸汽发电站于2010年4月建成了一套低位热能回收系统，但对于用什么作为工作介质有争议，若用二级除盐水作为工作介质，因其水量维持在12t/h左右，无法全部回收低压蒸汽，因此最后还是决定用凝结水作为工作介质。第二台机组即5#发电机组于2010年底投产。2低位热能回收系统该系统由ZQ-PQHS-4.0D型低位热能回收装置、80DLR50-25(1)伊5型热水泵、Y2-225S-4W型电机、ZQ-KT-37-A型变频器、管道、阀门，以及测量元件等组成。工作原理：将具有一定压力的水引入热能回收装置作为工作介质，水高速流过热能回收装置喷嘴时会对周围空间中另一介质即乏汽产生射吸，同时两种介质进行传热和传质，水被加热，乏汽被凝结成水，然后经过扩压段进入脱气储水罐中。水中溶解的各种气体会逸出，聚集在脱气储水罐中，罐内压力升高，要维持热能回收装置正常的背压，必须将混合后的热水送出，同时将气体排出。工作过程：该回收装置以轴封加热器出口凝结水为工作水，取出管径为ND125,进入混合器前变径为ND100，凝结水进入低位热能回收装置后，经过四个喷嘴的喷淋作用与乏汽充分混合，变成气水混合物，分离出来的气体通过定排扩容器管道自动排出，热水在高精度液位控制作用下，经热水泵升压后送至2#低加出口，并入凝结水母管，继续参与机组的运行，其系统简图见图1。3试验低位热能回收系统投运后，汽轮机主要运行参数均发生变化。为分析该系统对汽轮机运行参数的影响，于2014年3月31日至4月4日分别进行了五次试验，每次试验记录6耀10组数据，选取其中5低位热能回收系统对汽轮机运行的影响分析胡锋(攀枝花钢钒有限公司能源动力中心,四川攀枝花617062)【摘要】利用热量平衡和质量守衡的原理对凝结水作为工作介质的低位热能回收系统中参数进行理论计算和分析，找到了影响原因。最后提出改进建议，实践证明利用二级除盐水作为工作介质虽不能全部回收乏汽，但回收的热量要比利用凝结水作为工作介质时多。【关键词】低位热能;回收系统;汽轮机;影响分析【中图分类号】TK114【文献标识码】B【文章编号】1006-6764（2014）11-0048-05EffectofLow-HeatEnergyRecoverySystemonSteamTurbineOperationHuFeng(EnergyandPowerCenterofPangangGroupV-TiCo.,Ltd.,Panzhihua,Sichuan617062,China)【Abstract】Whencondensedwaterwasusedasworkingmediuminthelowheatenergyrecoverysystem,themainoperatingparametersofsteamturbinewouldchange.Theoreticalcalculationandanalysiswereperformedbasedonthetheoryofheatbalanceandmassbal原anceandthecauseoftheproblemwasfoundout.Finallyimprovementproposalwasprovid原ed.Practicehasshownthatthoughusingdemineralizedwaterasworkingmediumcannotfullyrecoverexhauststeam,itrecoversmoreheatthenusingcondensedwaterasworkingmedia.【Keywords】lowheatenergy,recoverysystem,steamturbine,influenceanalysis48冶金动力METALLURGICALPOWER2014年第11期总第177期表1试验数据汇总表项目系统投运均值系统停运均值项目系统投运均值系统停运均值主蒸汽流量/(t/h)207.0207.0三级抽汽量/(t/h)5.305.30主蒸汽温度/益529528三级抽汽温度/益294.4293.6主蒸汽压力/MPa8.438.42三级抽汽压力/MPa0.930.93发电功率/MW53.8953.624#低加出口温度/益137.8139.2排汽温度/益45.2044.90四级抽汽温度/益227.1226.8凝汽器真空/kPa-78.75-78.80四级抽汽压力/MPa0.440.44凝结水温度/益46.0645.833#低加出口温度/益119.0120.5凝结水压力/MPa0.870.91五级抽汽温度/益171.2170.82#高加出口温度/益214.7214.5五级抽汽压力/MPa0.180.18一级抽汽温度/益409.07408.202#低加出口温度/益97.393.7一级抽汽压力/MPa2.522.52六级抽汽温度/益108.8104.81#高加出口温度/益185.0185.0六级抽汽压力/kPa14.4811.60二级抽汽温度/益378.1377.11#低加出口温度/益58.055.8二级抽汽压力/MPa1.421.42七级抽汽温度/益56.155.9给水流量/(t/h)224.7225.5七级抽汽压力/kPa-46.7-47.4给水压力/MPa14.1814.17轴加出口水温/益51.051.0除氧器温度/益154.10154.13凝汽器入口平均水温/益29.1029.13除氧器压力/MPa0.500.50凝汽器出口平均水温/益39.3339.20组具有代表性的数据进行统计分析。因3月31日4#水架风机故障、4月1日2#高炉休风导致试验前后机组运行参数变化较大，这两天的试验数据未纳入分析计算。3.1试验条件淤汽轮机蒸汽流量基本保持在207.0t/h左右，汽温和汽压维持稳定；于关闭凝结水再循环阀门，保证所有凝结水进入低加系统；盂循环水流量和冷却塔风机运行台数保持不变；榆试验均在环境温度基本一致的情况下进行。3.2试验数据试验数据汇总见表1。图1低位热能回收系统简图49冶金动力METALLURGICALPOWER2014年第11期总第177期4#低加入口N4hn4四级抽汽D4h4疏水D4h4忆4#低加出口N4hn4忆注：回收系统用凝结水量为46.4t/h,回收系统出口热水平均温度为82.9益。从表1的统计数据可以看出，在保证汽轮机进汽量207.0t/h、汽温、汽压基本一致的前提下，利用凝结水作为工作介质的低位热能回收系统投运后，发电功率增加0.27MW，凝汽器排汽温度上升0.30益，凝结水温度提高0.23益，4#低加出口水温降低1.4益，3#低加出口水温降低1.5益，2#低加出口水温上升3.6益，1#低加出口水温增加2.2益，高加和除氧器参数基本无变化，但六级和七级抽汽参数相对其他级变化大。4汽量计算计算条件：淤抽汽管道、凝结水管道的压力和温度不计损失；于攀枝花地区大气压力取88kPa；盂换热器效率95%；榆一级、二级和三级抽汽参数在系统停运前后无明显变化，不计系统投停时抽汽量差别；虞轴封加热器疏水全部进入凝汽器，不影响凝结水量，故不计算加热汽量；愚高低压端轴封蒸汽因分别进入第二级抽汽、第五级抽汽和第七级抽汽，在抽汽参数中计算，不单独考虑。4.1乏汽回收量因热水泵出口水量表安装直管长度不足，出口流量表读数小于入口流量表读数，无法直接测量所回收的乏汽量，而且凝结水显示流量波动大，存在较大误差，故计算如下：乏汽温度120益，绝对压力0.18MPa，对应比焓2708.05kJ/kg，温度51益、压力0.87MPa凝结水对应比焓214.33kJ/kg，82.9益对应饱和水比焓347.12kJ/kg，乏汽回收量设为Q1，则(换热效率取95%)(Q1伊2708.05垣46.4伊214.33)伊95%越(46.4垣Q1)伊347.12，则乏汽回收量Q1越3.54t/h。4.2一级抽汽量一级抽汽加热2#高加。一级抽汽平均温度408.6益，压力2.52MPa，根据2#高压加热器热平衡计算模型，带入相关数据得出一级抽汽量D1=13.30t/h。4.3二级抽汽量二级抽汽加热1#高加。二级抽汽平均温度377.6益，压力1.42MPa，给水泵出口焓=除氧器出口水焓值+给水泵焓升20kJ/kg[2]=678.48kJ/kg，根据1#高压加热器热平衡计算模型，带入相关数据得出二级抽汽量D2=10.66t/h。4.4三级抽汽量三级抽汽主要用于加热除氧器和锅炉暖风器，除氧器额定工况设计加热蒸汽量为1.06t/h，而锅炉暖风器设计加热蒸汽流量为3.966t/h，两者之和5.026t/h，而本次试验时显示抽汽量平均值为5.30t/h，故计算选取三级抽汽量D3=5.30t/h。4.5四级抽汽量4.5.1低位热能回收装置投运时四级抽汽加热4#低加。四级抽汽温度为227.1益，压力0.44MPa，4#低压加热器入口水温119.0益，出口水温137.8益，凝结水压力为0.87MPa。凝结水流量N4=主蒸汽流量原一级抽汽量原二级抽汽量原三级抽汽量垣乏汽回收量越207.0原13.30原10.66原5.3垣3.54越181.28t/h，热平衡计算模型如图2所示。图24#低加热平衡计算模型由此得热平衡计算方程为：D4（h4-h4忆）浊=N4（hn4忆-hn4）优则：D4=1浊hn4忆-hn4h4-h4忆N4悠带入相关数据得四级抽汽量D4=6.75t/h。4.5.2低位热能回收装置停运时，根据热平衡计算模型带入相关数据得出四级抽汽量为6.59t/h。4.6五级抽汽量4.6.1低位热能回收装置投运时五级抽汽加热3#低加。五级抽汽温度为171.2益，压力0.18MPa，3#低压加热器入口水温97.3益，出口水温119.0益，凝结水压力为0.87MPa。凝结水流量N3由两部分组成，一部分是回收装置来的，其水量N=46.4+3.54=49.94t/h，温度为82.9益，另一部分是2#低加出口来的，其水量N2=主蒸汽流量原一级抽汽量原二级抽汽量原三级抽汽量原低位热能回收装置使用凝结水量越207.0原13.30原10.66原5.30原46.40越131.34t/h，热平衡计算模型如图3所示。图33#低加回收装置投运时热平衡计算模型3#低加出口N3hn3忆五级抽汽D5h5疏水D5+D4h5忆4#低加疏水D4h4忆回收装置出口Nh2#低加出口N2hn2忆50冶金动力METALLURGICALPOWER2014年第11期总第177期2#低加出口N2hn2忆六级抽汽D6h61#低加出口N1hn1忆七级抽汽D7h7疏水D4+D5+D6+D7h7忆疏水D4+D5+D6h6忆D4+D5+D6h6忆D4+D5h5忆1#低加入口N1hn1由此得热平衡计算方程为：[D5（h5-h5忆）+D4（h4忆-h5忆）]浊=N3伊hn3忆-N2伊hn2忆-N伊h忧则：D5=N3伊hn3忆-N2伊hn2忆-N伊h浊-D4h4忆-h5忆h5-h5忆(4)带入相关数据得四级抽汽量D5=8.85t/h。4.6.2低位热能回收装置停运时，根据热平衡计算模型带入相关数据得出五级抽汽量为9.08t/h。4.7六级抽汽量与七级抽汽量因六级抽汽量影响七级抽汽量，同时抽汽量又影响低加疏水泵出口疏水量，进而影响进入2#低加入口凝结水的构成，因而联立求解。4.7.1低位热能回收装置投运时六级抽汽加热2#低加。