1 000 MW超超临界机组回热系统热经济性分析.pdf
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1、总第2 31 期2023年第9期经验交流1000MW超超临界机组回热系统热经济性分析李颖杰(大唐山西发电有限公司太原第二热电厂,山西太原0 30 0 0 0)摘要:针对N1000-25/600/600超超临界机组回热抽汽级数优化进行分析与研究,利用热平衡法及热力学方程,计算抽汽级数分别为8 段和9段时回热系统热经济性。结果显示,相比于8 段抽汽,9段抽汽的回热系统可使全厂热耗率降低2 8 5.1 2 kJ/(k Wh),全场发电标准煤耗率减少0.0 0 97 6 kg/(kWh),折合计算1 台机组2 0 年总收益,可增加2 6 1 0.6 0 万元。关键词:超超临界;回热系统;抽汽级数;热经
2、济中图分类号:TM5210引言能源与环境是人类赖以生存和发展的重要基础。大规模生产和使用煤炭、石油等化石能源,在推动社会经济发展的同时,也造成了严重的环境污染。例如,酸雨、全球气候变暖和臭氧层破坏等等。中国作为世界上最大的煤炭生产国和消费国,对于煤炭等化石能源的使用主要通过直接燃烧的方式进行利用。据统计,2 0 2 2 年1 一2 月份,全国火力发电量达到9863.7亿kWh,占全国发电量的7 5.0 6%,火力发电的主格局在短时间内难以改变。因此,对于火力发电而言,想要缓解能源与环境的矛盾,就必须积极响应国家的节能减排政策,进一步提升机组的发电效率,实现“双碳”目标。回热技术是超超临界燃煤发
3、电机组实现高效节能、可持续发展的有效途径之一。与常规发电机组相比,机组整体能耗得到了有效降低,循环热效率有了很大程度的提高1。回热系统中影响其热经济性的因素较多,如回热系统的给水温度、加热器的上下端差、疏水流动方式、抽汽次数及份额以及抽汽管道压损等,使得机组实际运行过程中热经济性的改善程度普遍低于理论分析结果 2-3。因此,国内外学者对此进行了大量研究,余兴刚等 4通过建立汽轮机定功率变工况计算模型,对6 2 0 MW机组在7 5%THA和5 0%THA工况下的回热系统运行状况对机组热经济性影响进行了定量分析,为机组节能诊断和检修工作提供了理论依据。孙德创等 5 利用Ebsilon软件搭建模型
4、,对百万二次再热机组回热系统抽汽级数进行优化研究,确定了高压侧加热器最优配置级数。税杨浩等 6 对超超临界1 0 0 0 MW汽轮机组的回热系统进行改进设计,并采用遗传算法优化了回热系统中各级抽汽参数,降低了机组热耗率。郭永斌等7 针对1 0 0 0 MW二次再热汽轮机组,将双机回热系统与常规回热系统进行比较分析,结果显示,双机回热系统将成为大容收稿日期:2 0 2 2-0 7-1 3作者简介:李颖杰(1 98 5 一),男,山西太原人,本科,毕业于北京理工大学,助理工程师,研究方向为电厂能源经济。现代工业经济和信息化Modern Industrial Economy and Informat
5、ionization文献标识码:A量高参数燃煤机组经济效率提升的必然趋势。柴小明等 8 基于火积耗散理论,对4种设计工况条件下的各级抽汽份额进行优化计算,结果显示,低工况下运行热经济性提高程度显著。上述研究中,回热抽汽次数对回热系统热经济性影响的分析甚少。因此,本文以1 0 0 0 MW超超临界机组回热系统为研究对象,利用热平衡方法,对其抽汽级数分别为8 段抽汽和9段抽汽时的回热系统热经济性进行定量计算和理论分析。1相关计算1.1加热器热平衡方程由各加热器的热平衡方程分别计算各级抽汽系数:(1)h;-hs,j式中tw为给水流量系数;hw,和hw,+1分别为j级和i+1级加热器给水出口的比恰,k
6、J/kg;n为加热器换热效率;h,和hs,分别为i级加热器抽汽和疏水的比恰,kJ/kg。1.2各热经济性指标计算1)机组热耗量Qo:Qo=Do(ho-hru)+Dqrh.式中:D。为新蒸汽量,kg/s;ho为主蒸汽恰值,kJ/kg;htw为锅炉给水焰,kJ/kg;D为再热器中蒸汽流量,kg/s;qm为蒸汽在再热器中的吸热量,kJ/kg。2)汽轮机热耗率qo:qo=Pe式中:P。为发电机输出功率。3)机组绝对电效率ma,el:na,el=904)机组热耗率qop:Total 231No.9,2023D0I:10.16525/ki.14-1362/n.2023.09.094文章编号:2 0 9 5
7、-0 7 48(2 0 2 3)0 9-0 2 8 2-0 3(2)(3)3 600(4)2023年第9期5)全厂热效率:Ncp=nbnpna,el:式中:n为电厂管道热效率;n为管道效率。6)全厂发电标准煤耗率:b.=0.1232回热系统改进前2.1传统回热系统基本参数以N1000-25/600/600型号机组的回热系统为研究对象,传统回热系统采用8 段抽汽回热,即“三高四低一除氧 回热模式,如图1 所示。其主蒸汽参数po为2 5 MPa,主蒸汽温度温度t为6 0 0,再热蒸汽温参数抽汽压力/MPa抽汽温度/抽汽比烩/(kJ/kg)饱和温度/抽汽过热度/加热器出口水温/加热器水侧压力/MPa
8、加热器出口水比烩/(kJ/kg)疏水冷却器疏水温度/疏水冷却器疏水比烩/(kJ/kg)2.2抽汽级数改进前热经济性1)机组热耗量:Qo=Do(ho-hw,1)+D mq mh=2 782.70 103 (3 475.10-1 320.70)+2 782.70 (1-0.171 7)604.2 103=7 387.68 GJ/h。2)汽轮机热耗量:Qo=7 387.68 10qo=Pe汽轮发电机组绝对电耗率:n.-3.6003)q03 600=0.49。7 387.684)全厂热效率:ng=n.n,n*=0.99 0.92 0.49=0.44。5)全厂热耗率:qp=3=8 111.20 kJ/0
9、.44(kWh)。6)全厂发电标准煤耗率:b0.277 15 kg/(kWh)。3回热系统改进后3.1抽汽级数改进后基本参数基于常规“三高四低一除氧”回热系统,在低压缸李颖杰:1 0 0 0 MW超超临界机组回热系统热经济性分析3 600qcpna.ei表1N1000-25/600/600超超临界机组最大连续工况下详细参数H1H28.244.82430.50351.603219.903079.70297.10261.70133.4089.90298.80261.7031.3131.311 320.701 142.90267.30224.601 170.90965.70=7 387.68 kJ/
10、(kW h)。1 000 0003.6003 6000.1230.123nep0.44283度t为6 0 0,汽轮机排汽恰为347 5.1 kJ/kg,锅炉效(5)率m为0.93,管道效率n为0.99,汽轮机机械效率mm为0.99,发电机效率m,为0.99。当回热系统采用8(6)段抽汽时,其相关参数如表1 所示。2L(7)BHI图1 N1000-25/600/600机组改进前原则性热力系统H3H42.271.17499.20392.703.462.503.246.20219.00183.30280.20209.40219.00183.30/189.8031.31949.20777.70/821
11、.60195.40832.10H4H2H3H5H60.650.36315.80243.003.093.902.951.60159.40136.90156.40106.10156.60134.102.802.80661.00564.50139.70115.10588.10482.90上添加增加抽汽口,采用9级回热。改进后的原则性系统图如图2 所示。BH4OH5HIH2图2 N1000-25/600/600机组改进后原则性热力系统根据相关参数,在增加9级抽汽后,利用热平衡计算方法得到各段抽汽详细参数,如表2 所示。3.2改进前后热经济性1)机组热耗量:Qo=Do(ho-hw.,1)+D mqmh=
12、2 720.59 103 (3 475.10-1 320.70)+2 720.59 103 (1-0.171 7)604.20=7 222.78 GJ/h。2)汽轮机热耗量 g0=%=7 22.78 x.10%H5H70.16162.402.796.70112.3050.10109.502.80459.8092.60388.00H3DH6H7H8Pe1 000 000HH80.0791.702.663.7089.801.9087.002.80366.5041.50174.002LH9LSGDECDEL凝汽器4.50/5.702.328.5035.20/35.90147.50/152.802C现
13、代工业经济和信息化第1 3卷表2 N1000-25/600/600超超临界机组最大连续工况下9级抽汽各原始参数参数抽汽压力/MPa抽汽温度/抽汽比恰/(kJ/kg)饱和温度/抽汽过热度/加热器出口水温/加热器水侧压力/MPa加热器出口水比烩/(kJ/kg)疏水冷却器疏水温度/疏水冷却器疏水比烩/(kJ/kg)7 222.78 kJ/(kWh)。3)汽轮发电机组绝对电耗率:n=3.600=0.50。7 222.784)全厂热效率:ng=mmgn=0.990.920.50=0.46。5)全厂热耗率:qep=7 826.08 kJ/0.46(kWh)。6)全厂发电标准煤耗率:b。0.267 39 k
14、g/(k W h)。4回热系统改进前后结果分析回热系统改进后,各级加热器水侧温升比较如表3所示。表3改进后各级加热器水侧温升加热器H1H2H3 H4H5H6H7H8H98级回热38.032.632.533.7 27.525.226.050.29级回热37.142.735.726.722.5 24.622.524.826.3由表3可知,当N1000-25/600/600机组为8 段抽汽回热系统时,8 号低压加热器凝结水温升高达51.1,除氧器和其他3级低压加热器的凝结水温升分别为2 6.7、2 2.5、2 4.6 和2 2.5,差别在2 倍左右,各加热器中工质温升数值偏离等温升最佳分配原则较明显
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