汽輪機(jī)低壓加熱疏水系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

汽輪機(jī)低壓加熱疏水系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

1低加疏水系統(tǒng)1號(hào)和2號(hào)機(jī)車組由南京汽輪電機(jī)有限公司生產(chǎn)，其中sd-13。24。535.535.52，超高壓中央再熱，單軸，雙速晶流汽輪車。在7個(gè)不調(diào)整回?zé)岜玫那闆r下，必須提供2臺(tái)高壓加熱器（高壓）、1臺(tái)氧彌勒機(jī)和4臺(tái)低壓蒸汽機(jī)（低壓）。機(jī)組正常運(yùn)行過程中,低加的疏水方式為4號(hào)、3號(hào)低加逐級(jí)疏水自流至2號(hào)低加,2號(hào)低加疏水通過低加疏水泵送入凝結(jié)水管路,1號(hào)低加疏水通過U型管直接排至凝汽器。機(jī)組運(yùn)行過程中,由于低加疏水系統(tǒng)設(shè)計(jì)缺陷,使低加投運(yùn)非常困難,經(jīng)過對(duì)低加疏水系統(tǒng)的改進(jìn),機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全性大為提高。機(jī)組低加疏水系統(tǒng)見圖1。1號(hào)～4號(hào)低加抽汽分別對(duì)應(yīng)汽輪機(jī)七段～四段抽汽。2稀疏水系統(tǒng)的不足和處理(1)凝汽器底部火炬低加危急疏水及逐級(jí)疏水管路均引至凝汽器喉部,機(jī)組低負(fù)荷時(shí)采用的疏水方式為:4號(hào)低加通過逐級(jí)疏水至3號(hào)低加,再通過逐級(jí)疏水至2號(hào)低加,再由逐級(jí)疏水管路引至凝汽器喉部。負(fù)荷較低時(shí),2號(hào)低加抽汽壓力較低,其疏水無法克服管路靜壓流入凝汽器喉部,一旦投運(yùn)便會(huì)造成2號(hào)低加滿水,使2號(hào)低加無法投運(yùn)。停機(jī)后將2號(hào)低加逐級(jí)疏水通過危急疏水管路直接引至凝汽器喉部的管路改至凝汽器熱井,改后低加系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)隨機(jī)起動(dòng)。(2)號(hào)低加疏水對(duì)六段抽汽的影響由于1號(hào)低加沒有安裝空氣管路,機(jī)組運(yùn)行過程大量空氣積聚在1號(hào)低加汽側(cè),凝結(jié)水無溫升,而高品質(zhì)抽汽流量增加,對(duì)機(jī)組效率產(chǎn)生一定的影響。對(duì)此,在1號(hào)低加處加裝空氣管路。另外,將1號(hào)低加疏水U型管路與凝汽器連接位置降低,1號(hào)低加水位降低200mm。機(jī)組運(yùn)行過程中控制1號(hào)低加水位在抽空氣口下部,在額定負(fù)荷下1號(hào)低加進(jìn)水溫度為43.6℃,出水溫度為50.3℃,凝結(jié)水溫升正常,達(dá)到6.7℃。機(jī)組額定負(fù)荷運(yùn)行時(shí),2號(hào)低加凝結(jié)水溫升只有5℃左右,3號(hào)低加疏水逐級(jí)自流至2號(hào)低加,2號(hào)低加疏水溫度95℃高于其抽汽溫度,2號(hào)低加抽汽管壁溫度只有40℃,相當(dāng)于環(huán)境溫度,這說明2號(hào)低加的六段抽汽(六抽)根本沒有流量,3號(hào)低加疏水進(jìn)入2號(hào)低加后,2號(hào)低加凝結(jié)水溫升較小,3號(hào)、4號(hào)低加凝結(jié)水溫升相應(yīng)較高,使對(duì)應(yīng)的四抽、五抽流量增大,機(jī)組熱耗率相應(yīng)提高,對(duì)機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的影響較大。造成這種現(xiàn)象的原因?yàn)榱閴毫^低,機(jī)組正常運(yùn)行過程中呈負(fù)壓狀態(tài),而3號(hào)低加進(jìn)入2號(hào)低加的疏水流量較大,參數(shù)較高,疏水沒有經(jīng)過充分的冷卻,造成3號(hào)低加疏水對(duì)六段抽汽的排擠。為了使2號(hào)低加按正常的方式疏水,2號(hào)低加原設(shè)計(jì)的疏水系統(tǒng)須進(jìn)行改進(jìn)。(3)抽管路頻繁發(fā)生振動(dòng)由于六抽管路沒抽汽進(jìn)入,抽汽管路中的蒸汽不斷被冷卻,大量疏水積聚在六抽U型管最低部,而疏水管路較細(xì),無法排盡管路的所有疏水。當(dāng)六抽管路疏水積至一定高度,一部分疏水進(jìn)入2號(hào)低加,由于六抽管路的積水量時(shí)大時(shí)小,六抽溫度及其管壁溫度隨之時(shí)高時(shí)低,造成六抽管道頻繁發(fā)生振動(dòng),對(duì)機(jī)組安全運(yùn)行造成很大的影響。機(jī)組運(yùn)行過程中,將3號(hào)低加疏水改引至凝汽器,2號(hào)低加疏水單獨(dú)進(jìn)入凝汽器,這樣六抽管路不斷有抽汽流過,2號(hào)低加進(jìn)汽溫度逐漸提高,凝結(jié)水出口溫度升高至77.2℃,抽汽管道振動(dòng)消除。(4)低加疏水泵汽蝕機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí),由于低加疏水泵出力低,出口流量?jī)H為10t/h左右,大部分低加疏水通過危急疏水管路回至凝汽器熱井,一方面對(duì)機(jī)組經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)生一定的影響,另一方面增加了凝結(jié)水泵的負(fù)擔(dān)。低加疏水泵原設(shè)計(jì)密封水取自泵出口逆止門前,疏水泵起動(dòng)前無密封水,疏水泵體也沒有設(shè)計(jì)抽空氣管路。由于機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)2號(hào)低加為負(fù)壓狀態(tài)(額定工況2號(hào)低加進(jìn)汽絕對(duì)壓力為0.0544MPa),空氣會(huì)從疏水泵軸端漏入泵體,造成疏水泵起動(dòng)后無法上水。另外,只要疏水泵入口閥處于開啟狀態(tài),空氣即會(huì)漏入真空系統(tǒng),對(duì)機(jī)組真空及凝結(jié)水溶氧造成較大影響,且疏水泵無法處于備用狀態(tài)。另外,2號(hào)低加疏水溫度高于2號(hào)低加六抽壓力對(duì)應(yīng)的飽和溫度,密封水進(jìn)入低加疏水泵入口便會(huì)產(chǎn)生汽化,無法起到密封作用,并使疏水泵出口壓力劇烈變化,汽蝕嚴(yán)重,無法上水和正常運(yùn)行。將低加疏水泵密封水改為凝結(jié)水(引自凝結(jié)水雜用水管路),低加疏水泵汽蝕現(xiàn)象明顯改善,出力明顯提高。但是,2號(hào)低加在無抽汽流量的情況下,疏水泵仍不能完全將全部疏水送至凝結(jié)水管路,有部分疏水通過危急疏水管路直接引至凝汽器熱井,這是一種非正常的運(yùn)行方式。若將2號(hào)低加維持較高水位,低加疏水泵出力增加,2號(hào)低加水位愈高,疏水泵出口流量愈大,一直到2號(hào)低加水位高至無法監(jiān)視時(shí),低加疏水泵流量才趨于正常。圖2為低加疏水泵出口流量隨2號(hào)低加水位變化曲線。試驗(yàn)表明,造成低加疏水泵出力低的主要原因有:(1)吸入管路彎頭太多且管路較長(zhǎng),吸入阻力太大;(2)低加疏水泵布置位置較高,2號(hào)低加汽側(cè)壓力較低,低加疏水泵吸入壓力低。3改進(jìn)前后低加參數(shù)對(duì)比針對(duì)2號(hào)低加凝結(jié)水無溫升及低加疏水泵存在的問題,采取了以下改進(jìn)措施:(1)將低加疏水泵管路直接接入泵吸入口,減小吸入阻力。2號(hào)機(jī)如此改進(jìn)后,低加疏水泵運(yùn)行正常,但這種改進(jìn)不能完全消除3號(hào)低加疏水流入2號(hào)低加排擠六抽現(xiàn)象,2號(hào)低加凝結(jié)水溫升低,使3號(hào)低加的五抽流量增大,影響機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性。(2)3號(hào)低加引至2號(hào)低加的疏水位置提高,使3號(hào)低加疏水在2號(hào)低加充分冷卻,從而減弱3號(hào)低加疏水對(duì)六抽的排擠現(xiàn)象。(3)低加疏水泵吸入口管路改接至3號(hào)低加,增加泵吸入口處壓力。機(jī)組正常運(yùn)行時(shí),低加疏水泵排去3號(hào)低加疏水,而2號(hào)低加疏水參數(shù)較低,可直接引至凝汽器熱井。1號(hào)機(jī)組采取這種改進(jìn)措施后,低加疏水泵出力正常,2號(hào)、3號(hào)低加凝結(jié)水溫升正常,比第1種措施經(jīng)濟(jì)性好。采用第3種措施,改進(jìn)前后低加參數(shù)對(duì)比見表1。從表1看出,低加疏水系統(tǒng)改進(jìn)前1號(hào)、2號(hào)低加凝結(jié)水溫升很小,3號(hào)、4號(hào)低加凝結(jié)水溫升較大,高品質(zhì)抽汽流量較大;改進(jìn)后,1號(hào)、2號(hào)低加凝結(jié)水溫升增大,3號(hào)、4號(hào)低加凝結(jié)水溫升較改造前減小,高品質(zhì)抽汽流量減少,較接近設(shè)計(jì)值。4經(jīng)濟(jì)分析4.1[]的[]公式[]熱力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性定量分析模型基于能效分布矩陣的熱力系統(tǒng)矩陣分析方法,采用常規(guī)熱平衡的矩陣表達(dá)形式為:[00[AV]Τ?0τ1τ2?τzq0][φ1φ2?φzη0]=[h1-hnh2-hn?hz-hnh0-hn-Π](1)上述矩陣簡(jiǎn)記為[B][η]=[Δh]或[η]=[B]-1[Δh]。式中:[AV]=[E-[Af][αf]D-[Aτ][aτ]D-[Δq]D]-1[A]]。其中:[E]為對(duì)角線元素為1的z階單位矩陣;[αf]D為第1類輔助汽水的對(duì)角線元素為αfi/τi的z階方陣;[aτ]D為第2類輔助汽水對(duì)角線元素為ατi/τi的z階方陣;[Δq]D為第3類輔助汽水對(duì)角線元素為Δqi/τi的z階方陣;Π=τb+∑αmi(hmi-hn)。[η]為待求矩陣,該矩陣中元素η0在數(shù)值上等于熱力系統(tǒng)的循環(huán)效率,局部定量分析中只需要將疏水系統(tǒng)改進(jìn)后的熱力系統(tǒng)按一定規(guī)則填入上述方程求出熱力系統(tǒng)改進(jìn)后的循環(huán)效率η′0,則熱力系統(tǒng)變化后循環(huán)效率的相對(duì)變化δηi=η′i-η0η0。由于能效分布矩陣方程中涉及了矩陣求逆和矩陣乘法運(yùn)算,人工計(jì)算較為繁瑣,本文采用了MATLAB6.5編制計(jì)算模塊,計(jì)算非常簡(jiǎn)便并且精度很高。4.2機(jī)組加熱器疏水系統(tǒng)原始數(shù)據(jù)根據(jù)能效分布矩陣填寫規(guī)則及N150—13.24/535/535型汽輪機(jī)組純凝汽額定工況熱力計(jì)算書,整理得機(jī)組加熱器疏水系統(tǒng)原始數(shù)據(jù)見表2。其它相關(guān)數(shù)據(jù)有:新蒸汽比焓值h0=3426.96kJ/kg,排汽比焓值hn=2392.77kJ/kg,給水泵比焓升τb=22.8kJ/kg,凝結(jié)水比焓值τn=144.29kJ/kg,熱耗率q=8145.5kJ/(kW·h),除氧器凝結(jié)水系數(shù)αH=0.8259819。4.3熱力系統(tǒng)循環(huán)效率計(jì)算根據(jù)機(jī)組的熱力系統(tǒng),其主系統(tǒng)能效分析矩陣為:[q1τ1τ1τ1τ1τ1τ1τ1q2γ2γ2τ2τ2τ2τ2q3γ3τ3τ3τ3τ3q4τ4τ4τ4τ4q5γ5γ5τ5q6γ6τ6q7τ7q0][η1η2η3η4η5η6η7η0]=[h1-hnh2-hnh3-hnh4-hnh5-hnh6-hn+σ(1-η0)h7-hn+σ(1-η0)h0-hn+σ(1-η0)-Π](2)對(duì)主系統(tǒng)來說,[Af][αf]D=→0;[Aτ][aτ]D=→0;[Δq]D=→0;則[AV]=[A],Π=τb。將原始數(shù)據(jù)帶入矩陣計(jì)算得熱力系統(tǒng)循環(huán)效率η0=0.4468966750。對(duì)于熱經(jīng)濟(jì)問題,一般采用熱經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的相對(duì)變化,以熱力系統(tǒng)熱經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)為基準(zhǔn),只分析熱力系統(tǒng)改進(jìn)后相對(duì)于熱力系統(tǒng)循環(huán)效率η0的變化,即每增加輔助汽水或熱力系統(tǒng)改進(jìn)前、后的循環(huán)效率的相對(duì)變化,即δηi=η′0-η0η0,則機(jī)組熱耗率的變化Δq=q×δηi。4.4qf2122355疏水泵從2號(hào)低加移至3號(hào)低加,并且2號(hào)低加疏水直接進(jìn)入凝汽器熱井,則3號(hào)低加變?yōu)榛旌鲜郊訜崞?2號(hào)低加為表面式加熱器且疏水直接進(jìn)入1號(hào)低加水側(cè)。A=[q1γ1τ1τ1τ1τ1τ1τ1q′2τ′2τ′2τ′2τ′2τ′2τ′2q′3γ′3τ′3τ′3τ′3τ′3q4τ4τ4τ4τ4q5γ5γ5τ5q6γ6τ6q7τ7q0]Af=[0γ1τ1τ1τ1τ1τ1τ1qf2τ′2τ′2τ′2τ′2τ′2τ′20γ′3τ′3τ′3τ′3τ′30τ4τ4τ4τ40γ5γ5τ50γ6τ60τ70]αf=[0γ1τ1τ1τ1τ1τ1τ1α′2/τ′2τ′2τ′2τ′2τ′2τ′2τ′20γ′3τ′3τ′3τ′3τ′30τ4τ4τ4τ40γ5γ5τ50γ6τ60τ70]Aτ=[qτ1γ1τ1τ1τ1τ1τ1τ10τ′2τ′2τ′2τ′2τ′2τ′20γ′3τ′3τ′3τ′3τ′30τ4τ4τ4τ40γ5γ5τ50γ6τ60τ70]αf=[α′2/τ1γ1τ1τ1τ1τ1τ1τ10τ′2τ′2τ′2τ′2τ′2τ′20γ′3τ′3τ′3τ′3τ′30τ4τ4τ4τ40γ5γ5τ50γ6τ60τ70]Π=τb式中:q′2=q2-(τ2s-τ1o);τ′2=τ2-Δτ2;q′3=q3+(τ3s-τ2o);τ′3=τ3+Δτ3+Δτ2;α′2=(αΗ-α3-α4)×τ′2q′2;γ1=τ2s-τ1s;qf2=0;qτ1=τ2s-τn;γ′3=γ3+τ3s-τ2o。疏水泵位置改變后對(duì)熱耗率影響根據(jù)矩陣計(jì)算結(jié)果為:η′0=0.4472841698;δηi=η′0-η0η0=0.087%?Δq1=q×δηi=7.1kJ/kg。4.52332號(hào)低加凝結(jié)水溫升提高25℃,端差降低25℃,凝結(jié)水出水比焓值增加約100kJ/kg,則:τ″2=τ2-100;τ″3=τ3+100。將τ″2,τ″3分別代替式(1)中的τ2,τ3而其它參數(shù)不變,經(jīng)計(jì)算2號(hào)低加端差變化對(duì)熱耗率的影響為:η″0=0.4440511916;δηi=η″i-η0η0=0.637%?Δq2=q×δηi=51.9kJ/kg。4.63e0633:2-403號(hào)低加凝結(jié)水溫升提高10℃,端差降低10℃,凝結(jié)水出水比焓值增加約40kJ/kg,則τue0873=τ2-40;τue0874=τ4+40。將τue0873,τue0874分別代替式(1)中的τ3,τ4而其它參數(shù)不變,經(jīng)計(jì)算得低加端差變化對(duì)熱耗率的影響為:ηue0870=0.4463837959;δηi=η?i-η0η0=0.115%,Δq3=q×δηi=9.4