1研究背景某电厂330 MW抽凝式热电联产机组的回热系统布置3台高压加热器和4台低压加热器,第四级抽汽带工业供汽负荷。机组额定工况下工业供汽负荷为200 t/h,最大工业供汽负荷为290 t/h。75%额定工况四抽蒸汽设计参数为376 ℃、0.74 MPa(表压,以下均相同),协议外供工业蒸汽参数为260~280 ℃、0.6~0.8 MPa,实际调控外供工业蒸汽参数为280 ℃、0.7 MPa,实际工业供汽平均负荷约185 t/h。实际工业抽汽减温水参数为31 ℃、1.6 MPa,一级减温水调门平均开度约50%,二级减温水调门为常闭状态。2022年8月31日工业抽汽供热工况如图1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.12.014.F001图12022年8月31日工业抽汽供热工况减温器型号为WY100~305-0.98~1.3/368~372.5-0.98~1.3/280,减温水管径DN50,减温水最大消耗量为20 t/h。2改造方式在原有工况下,高温抽汽与接近常温的机组凝结水大温差混合会造成热流做功的能力损失,即损失或可用能损失[1]。经过反复比对,选择回热系统中的三号高加疏水与抽汽进行小温差混合作为研究对象,以降低可用能损失为研究目的,与原工况进行对比,计算节能效果。选高加疏水作为调配工业抽汽水源,因为高加疏水温度近180 ℃,温度相对较高,满足本次研究优化的主要目的;高加疏水水质相对稳定,常年运行不会因水质问题造成减温器喷嘴堵塞引发次生问题;高加疏水压力为1.5 MPa,与凝泵出口压力接近,满足减温器运行要求;工业蒸汽管道与除氧器位置接近,自高加疏水管道引支管接入工业蒸汽管道的用料少、施工成本较低。高加疏水供热优化方案如图2所示。高加疏水供热优化可保持原凝结水来水管道不变,就近连通高加疏水Φ273 mm×10保温管道与原减温水Φ60 mm×5非保温管道,增加止回阀、截止阀及新增管道保温等。保持原减温器配套节流阀及电动执行机构不动,可满足新旧管道补水调配双路复用方式。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.12.014.F002图2高加疏水供热优化方案新增管路应预留二级减温器接口,管径设计应满足双减温器同时运行容量。在本研究效果实践验证的基础上,可继续进行二级减温器的相应减损研究和试验。3节能量计算3.1原工况可用能损失在原工况下,减温水量[2]为:mcw=ms(hs-hd)(hd-hcw) (1)式中:mcw——减温水的质量流量,kg/h;ms——过热蒸汽的质量流量,kg/h;hs——过热状态的焓值,kJ/kg;hd——减温后状态的焓值,kJ/kg;hcw——减温水在进口状态下的焓值,kJ/kg。代入工业抽汽和外供工业蒸汽质量流量及焓值等参数,计算可得,原工况下的凝结水系统来水流量约为12 t/h。原工况可用能Ex为:Ex=H-H0-273.15+T0S-S0 (2)代入相应焓熵值,计算可得原工况下工业抽气与凝结水汽水混合造成可用能损失约3 223 kW。凝结水作为减温水的可用能损失计算参数如表1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.12.014.T001表1凝结水作为减温水的可用能损失计算参数项目抽汽常温水工业供汽温度/℃37631280表压/MPa0.741.600.70流量/(t/h)173.07011.930185.000比焓/(kJ/kg)3 216.00131.313 017.00比熵/[kJ/(kg·℃)]7.4620.4507.220可用能/(kJ/kg)996.819 61.802 7869.935 6总焓/kW154 609.200 00435.146 75155 040.277 80总可用能/kW47 922.102 2705.974 10744 705.023 890可用能损失/kW3 223.052 488可用能效率/%93.273.2新工况可用能损失在对外工业供汽参数相同的工况下,采取三号高加疏水与原抽汽混合后,按照式(1)计算可得高加疏水流量约15 t/h。按照式(2)计算可得新工况汽水混合可用能损失约2 922 kW。高加疏水作为减温水的可用能损失计算参数如表2所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.12.014.T002表2高加疏水作为减温水的可用能损失计算参数项目抽汽高加疏水工业供汽温度/℃376179280表压/MPa0.741.500.70流量/(t/h)170.0015.00185.00比焓/(kJ/kg)3 2167603 017比熵/[kJ/(kg·℃)]7.4622.1207.220可用能/(kJ/kg)996.819 6132.735 6869.935 6总焓/kW151 875.6003 164.560155 040.278总可用能/kW47 074.805 61552.696 2944 705.023 89可用能损失/kW2 922.478 011可用能效率/%93.793.3节能量计算改凝结水为三号高加疏水与工业抽汽混合,根据表1和表2数据,可用能效率η提升约0.52%,单位可用能损失减少约300 kW。按机组全年运行带工业蒸汽负荷计算,年累计减少可用能损失W节约=300×3 600×24×365=9.460 8×109 kJ。机组配套锅炉效率按运营实际值91%计算,标准煤热值为29 307 kJ/kg,凝结水改高加疏水后年可节约标准煤M标准煤=9.460 8×109÷91%÷29 307÷1 000=354.74 t。机组抽汽最大供热能力增大约760×15÷3 216÷170=2.08%。4汽水调配控制抽汽管道布设有双套减温器,先期高加疏水可仅接入一级减温器,保持二级减温器凝结水管路不变。一级减温器调控工业供汽参数超标时,可及时启用二级减温器匹配凝结水减温。新工况未改变二级减温器及减温水管路、运行方式及控制逻辑,因此二级减温器在调整后对工业蒸汽指标调控仍保持原匹配因子和原调控能力不变,不受任何新调整影响。高加疏水调控工业蒸汽指标及二级减温水投入不力时,一级减温器可关闭高加疏水阀,开启原凝结水管路供水。一级减温器可以灵活启用新工况或随时恢复为原运行工况。待充分验证一级减温器新工况运行稳定后,可适时开展二级减温器匹配相应工况的研究和试验[3-7]。5问题分析取用高加疏水后,减温器进水增量有限,暂未考虑除氧器侧凝结水增量对凝结水泵出力的影响。减温器设计一般要求水压较高,该机组工业抽汽减温器设计减温水压为2.70~3.82 MPa,新选高加疏水和原工况凝结水压力均远小于设计参数。高加疏水作为水源匹配工业抽汽时,由于调配掺入水量增大,且水压小于设计值,容易造成喷嘴雾化不够、混合汽化不足,可能造成管道疏水量增加,由此增加一定的管道损失[8-11]。这要求未来进一步研究优化汽水调配控制模型,反复通过试验修正完善,最终取得用户可接受的最优供热参数。减温器原设计水温为50 ℃,设计DN50管径较小,最大进水流量仅20 t/h。减温器容量较小,供热负荷大时或机组接近额度工况时抽汽温度升高,会在一定限度上制约对增加高温水量的需求。鉴于常年运行不可中断工业热负荷的客户环境因素,只能等待机组检修甚至允许工业负荷停运时才有机会更换匹配性更好的减温器。6结语机组外供工业蒸汽参数恒定情况下,工业抽汽匹配高加疏水工况较工业抽汽匹配凝结水工况,热源可用能效率提升约0.52%,年可节约标准煤约350 t,机组最大工业蒸气供热能力增大约2.08%。研究成果具有普适性。系统改造工艺简易、工程量小、施工成本低、投资回报率高,可在热电联产机组中推广。如果将研究成果应用于高参数、大负荷供热工况或大容量减温生产过程工况,节能量将更为可观。

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