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发布时间: 2023-04-28 |
清洁安全发电 |
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金亚飞, 王渡, 魏佳倩 |
收稿日期: 2022-07-08
中图法分类号: TM621
文献标识码: A
文章编号: 2096-8299(2023)02-0131-06
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摘要
对1 000 MW二次再热BEST机组低压加热器（以下简称"低加"）疏水系统进行研究。通过对无疏水泵、1台疏水泵和2台疏水泵以及疏水泵在低加的不同位置确定了21种方案。利用Ebsilon软件对提出的21种方案进行仿真计算，比较分析不同疏水方案下机组的热经济性。结果表明：设置1台疏水泵时优选在11#低加设置疏水泵的方案，系统发电热耗率可达到6 986.640 kJ/kWh，比无疏水泵的方案减少了5.202 kJ/kWh；设置2台疏水泵时优选在8#和11#低加设置疏水泵的方案，系统发电热耗率可达到6 985.601 kJ/kWh，比无疏水泵的方案减少了6.241 kJ/kWh。
关键词
BEST机组; 低压加热器; 疏水系统; 经济性
JIN Yafei, WANG Du, WEI Jiaqian Abstract
The 1 000 MW secondary repurious BEST unit low-voltage heater hydrophobic system is studied, using Ebsilon software to simulate the proposed 21 different low-plus-hydrophobic arrangement schemes, and the thermal economy of the unit under different hydrophobic programs is compared.The results show that when a hydrophobic pump is provided, it is preferable to add a hydrophobic pump at No.11 low, and the system generates electricity consumption can reach 6 986.64 kJ/kWh, which is reduced by 5.202 kJ/kWh; When two hydrophobic pumps are provided, it is preferable to set up a hydrophobic pump at No.8 and 11, and the system power consumption rate can reach 6 985.601 kJ/kWh, which is reduced by 6.241 kJ/kWh comparing with the solution of no hydrophobic pump.
Key words
BEST unit; low plus; hydrophobic system; economy
低压加热器(以下简称“低加”)疏水系统稳定经济运行对火电机组有着重要的意义, 不同的疏水方式会对火电机组的热经济性产生影响。低加疏水系统设计存在一些问题: 如当低加疏水泵故障时, 只能被迫将高品质疏水通过逐级自流方式导入凝汽器; 高温的低加疏水导入凝结器后会提高机组凝结水温度, 影响机组真空, 导致真空下降, 降低机组运行效率等。低加疏水系统布置方式在火电机组的研究主要有: 文献[1]针对2台165 MW机组介绍了低加疏水系统在运行中的常见问题并提出几点治理建议; 文献[2-3]针对600 MW火电机组低加疏水逐级自流设计方案, 提出设置低加疏水泵在疏水可靠的情况下能减少冷源损失; 文献[4-8]介绍了660 MW机组疏水系统安装疏水泵和采取疏水逐级自流时对汽轮机热耗的影响, 但没有研究火电机组疏水泵和凝结水泵做功量的变化, 而且不同方案下的其他参数也会有所不同。目前对1 000 MW机组低加疏水泵的研究较少。由于对兆瓦级别机组方案进行热经济性研究十分重要, 因此, 本文以12级回热1 000 MW的BEST机组为例, 利用软件对各方案的热经济性参数进行分析, 得出了Ebsilon在8#和11#低加设置疏水泵方案最佳的结论。
1 BEST机组简介及建模
1.1 BEST机组简介
机组采用带BEST小汽轮机的双机回热抽汽系统, 12级的回热抽汽采用“5高+ 1除氧器+ 6低”的配置方式。建立的12级回热的BEST系统机组热力系统如图 1所示。其中, B为锅炉, VHP为超高压缸, HP为高压缸, IP为中压缸, LP为低压缸, C为凝汽器, G为发电机, CP为凝结水泵。
1 000 MW二次再热BEST机组的加热器为表面式加热器, 设置内置式疏水冷却段, 采用逐级自流的疏水方式。11#与12#低加共同使用一个疏水冷却器, 最终流入凝汽器中。以无疏水泵方案为基准, 无疏水泵方案低加疏水系统工艺流程如图 2所示。
1.2 基于Ebsilon平台建立模型
基于热力系统仿真计算平台, 根据超超临界1 000 MW机组参数, 利用Ebsilon软件建立模型。表 1为5种工况点下机组设计值与模型仿真值的误差(误差不超过0.02%)。其中, THA表示热耗率验收工况。
表 1
机组5种工况下设计值与模型仿真值的误差
| 工况点 | 热耗率/(kJ·kWh-1) | 误差/% | |
| 设计值 | 仿真值 | ||
| 100%THA | 6 989 | 6 987.13 | 0.018 0 |
| 75%THA | 7 086 | 7 085.25 | 0.007 5 |
| 50%THA | 7 342 | 7 343.33 | -0.013 3 |
| 40%THA | 7 520 | 7 520.97 | -0.009 7 |
| 30%THA | 7 789 | 7 790.51 | -0.015 1 |
2 低加疏水方式不同方案工艺流程
2.1 设置1台低加疏水泵
在低加疏水系统管道上加装1台疏水泵, 以形成不同的疏水方案: 设置疏水泵的低加不安装内置式疏水冷却器, 方案1:在7#低加处设置疏水泵将疏水打到7#低加出口的主凝结水管道中, 8#、9#、10#、11#、12#低加疏水逐级自流, 方案1工艺流程如图 3所示。方案2到方案6依次将疏水泵设置在8#、9#、10#、11#、12#低加处。
2.2 设置2台低加疏水泵
在低加疏水系统管道上加装2台疏水泵。采用排列组合方式设置疏水泵的低加不安装内置式疏水冷却器。方案7分别在7#和8#低加设置疏水泵, 利用疏水泵将疏水打到加热器出口的主凝结水管道中, 其他低加疏水自流。其工艺流程如图 4所示。
各方案疏水泵设置情况如表 2所示。
表 2
各方案疏水泵设置情况
| 方案 | 7#低加疏水泵 | 8#低加疏水泵 | 9#低加疏水泵 | 10#低加疏水泵 | 11#低加疏水泵 | 12#低加疏水泵 |
| 1 | 有 | 无 | 无 | 无 | 无 | 无 |
| 2 | 无 | 有 | 无 | 无 | 无 | 无 |
| 3 | 无 | 无 | 有 | 无 | 无 | 无 |
| 4 | 无 | 无 | 无 | 有 | 无 | 无 |
| 5 | 无 | 无 | 无 | 无 | 有 | 无 |
| 6 | 无 | 无 | 无 | 无 | 无 | 有 |
| 7 | 有 | 有 | 无 | 无 | 无 | 无 |
| 8 | 有 | 无 | 有 | 无 | 无 | 无 |
| 9 | 有 | 无 | 无 | 有 | 无 | 无 |
| 10 | 有 | 无 | 无 | 无 | 有 | 无 |
| 11 | 有 | 无 | 无 | 无 | 无 | 有 |
| 12 | 无 | 有 | 有 | 无 | 无 | 无 |
| 13 | 无 | 有 | 无 | 有 | 无 | 无 |
| 14 | 无 | 有 | 无 | 无 | 有 | 无 |
| 15 | 无 | 有 | 无 | 无 | 无 | 有 |
| 16 | 无 | 无 | 有 | 有 | 无 | 无 |
| 17 | 无 | 无 | 有 | 无 | 有 | 无 |
| 18 | 无 | 无 | 有 | 无 | 无 | 有 |
| 19 | 无 | 无 | 无 | 有 | 有 | 无 |
| 20 | 无 | 无 | 无 | 有 | 无 | 有 |
| 21 | 无 | 无 | 无 | 无 | 有 | 有 |
3 THA工况下热经济性分析
3.1 不同方案热经济性
利用Ebsilon软件对21种方案热经济性进行计算分析, 结果如表 3所示。各方案中相同位置泵的效率保持一致, 发电热耗率以无疏水泵方案为基准。
表 3
21种方案经济性对比(以无疏水泵方案为基准)
| 方案 | 发电效率差/% | 发电热耗率差值/ (kJ·kWh-1) |
方案 | 发电效率差/% | 发电热耗率差值/ (kJ·kWh-1) |
|
| 无疏水泵 | 51.489 | 6 991.842 | 11 | 0.041 | -5.621 | |
| 1 | 0.014 | -2.063 | 12 | 0.032 | -4.445 | |
| 2 | 0.024 | -3.409 | 13 | 0.040 | -5.421 | |
| 3 | 0.029 | -4.010 | 14 | 0.046 | -6.241 | |
| 4 | 0.034 | -4.710 | 15 | 0.045 | -6.165 | |
| 5 | 0.038 | -5.202 | 16 | 0.037 | -5.086 | |
| 6 | 0.035 | -4.755 | 17 | 0.044 | -6.017 | |
| 7 | 0.025 | -3.481 | 18 | 0.044 | -6.065 | |
| 8 | 0.031 | -4.297 | 19 | 0.042 | -5.767 | |
| 9 | 0.037 | -5.155 | 20 | 0.043 | -5.959 | |
| 10 | 0.043 | -5.847 | 21 | 0.040 | -5.503 |
图 5为21种方案的发电热耗率对比。
由图 5可知: 方案1到方案6(设置1台疏水泵), 系统的发电热耗率呈现出先降低后升高的变化趋势, 在方案5处出现发电热耗率的低点6 986.64 kJ/kWh; 从方案7到方案11(设置2台疏水泵), 系统的发电热耗率同样呈现出先降低后升高的变化趋势, 在方案10处出现发电热耗率的低点6 985.995 kJ/kWh; 从方案12到方案15(设置2台疏水泵), 系统的发电热耗率同样也是呈现出先降低后升高的变化趋势, 在方案14处出现发电热耗率的最小值6 985.601 kJ/kWh。由图 5中出现的多个相同的变化规律可知, 在11#低加处设置疏水泵十分关键。
3.2 不同方案对机组热经济性影响
3.2.1 低加设置1台疏水泵对热经济性影响
对低加疏水系统进行方案改造时, 各方案主蒸汽流量保持不变, 由主蒸汽流量控制发电功率, 各个管道、设备的工质参数都根据改造后的系统计算得出。
由于疏水泵把疏水打到前一级加热器的凝结水进口管道中, 使凝结水的温度得到提高, 前一级加热器的凝结水焓升减少, 减少了加热器的抽汽量, 排挤的高压蒸汽会在汽轮机中继续做功, 从而提高机组的热经济性。设置1台疏水泵时各方案低加抽汽量、汽轮机做功量对比如表 4所示。
表 4
设置1台疏水泵时各方案低加抽汽量和汽轮机做功量对比
| 方案 | 低加抽汽量/(kg·s-1) | 汽轮机做功量/kW | ||||||
| 6#除氧器 | 7#低加 | 8#低加 | 9#低加 | 10#低加 | 11#低加 | 12#低加 | ||
| 无疏水泵 | 22.116 | 24.590 | 16.912 | 14.608 | 16.746 | 21.906 | 18.845 | 1 025 265.777 |
| 1 | -0.186 | -0.209 | 0.043 | 0.016 | 0.019 | -0.850 | 0.942 | 430.326 |
| 2 | 0.008 | -0.210 | -0.232 | 0.021 | 0.028 | -1.470 | 1.610 | 527.505 |
| 3 | 0.002 | 0.002 | -0.211 | -0.327 | 0.039 | -2.002 | 2.186 | 585.930 |
| 4 | 0.003 | 0.002 | 0.005 | -0.263 | -0.422 | -2.610 | 2.852 | 688.329 |
| 5 | 0.002 | 0.002 | 0.003 | 0.005 | -0.304 | -3.890 | 3.590 | 760.532 |
| 6 | 0.001 | 0.001 | 0.002 | 0.002 | 0.016 | -3.735 | 2.857 | 695.298 |
表 5为设置1台疏水泵时各方案泵耗功对比。
表 5
设置1台疏水泵时各方案泵耗功对比
| 方案 | (疏水泵+凝结水泵) 耗功/kW |
低加疏水泵/ kW |
凝结水泵/ kW |
减少的泵耗功和增加的汽轮机做功之和/kW |
| 无疏水泵 | 1 992.121 | 0 | 1 992.121 | 1 027 257.898 |
| 1 | -43.971 | 49.867 | -93.838 | 474.297 |
| 2 | -49.863 | 106.681 | -156.544 | 577.368 |
| 3 | -45.360 | 165.256 | -210.616 | 631.290 |
| 4 | -42.526 | 230.184 | -272.710 | 730.855 |
| 5 | -35.929 | 305.741 | -341.670 | 796.461 |
| 6 | -12.547 | 412.430 | -424.977 | 707.845 |
由表 5可知, 相比无疏水泵方案, 其他方案疏水泵和凝结水泵的耗功均减少。流经疏水泵的疏水量越大, 疏水泵增加的耗功越多; 而疏水泵的疏水量越大, 凝结水泵的流量越少, 凝结水泵耗功会降低。方案2中疏水泵和凝结水泵的总耗功最少, 比无疏水泵方案减少了49.836 kW。
总之, 安装1台疏水泵提高了机组的热经济性。方案1的热经济性低于其他方案的原因是: 方案1在7#低加处安装疏水泵, 它的疏水量和凝结水焓升都比较小, 所以热经济性低。
3.2.2 低加设置2台疏水泵对热经济性影响
以无疏水泵方案为基础选择2台低加设置疏水泵。表 6为各方案中低加抽汽量和汽轮机做功量对比, 表 7为各方案泵耗功情况。
表 6
设置2台疏水泵时各方案低加抽汽量和汽轮机做功量对比
| 方案 | 低加抽汽量/(kg·s-1) | 汽轮机做功量/kW | ||||||
| 6#除氧器 | 7#低加 | 8#低加 | 9#低加 | 10#低加 | 11#低加 | 12#低加 | ||
| 无疏水泵 | 22.116 | 24.590 | 16.912 | 14.608 | 16.746 | 21.906 | 18.845 | 1 025 265.777 |
| 7 | -0.165 | -0.291 | -0.045 | 0.023 | 0.031 | -1.467 | 1.613 | 670.100 |
| 8 | -0.178 | -0.203 | -0.075 | -0.158 | 0.042 | -1.998 | 2.191 | 755.517 |
| 9 | -0.181 | -0.205 | 0.050 | -0.163 | -0.242 | -2.607 | 2.856 | 881.841 |
| 10 | -0.183 | -0.207 | 0.046 | 0.022 | -0.206 | -3.702 | 3.594 | 983.717 |
| 11 | -0.184 | -0.208 | 0.045 | 0.019 | 0.036 | -3.643 | 3.053 | 951.966 |
| 12 | 0.011 | -0.207 | -0.289 | -0.058 | 0.039 | -2.001 | 2.187 | 730.221 |
| 13 | 0.011 | -0.208 | -0.228 | -0.099 | -0.137 | -2.610 | 2.852 | 873.330 |
| 14 | 0.010 | -0.208 | -0.230 | 0.026 | -0.146 | -3.593 | 3.589 | 993.632 |
| 15 | 0.009 | -0.209 | -0.231 | 0.024 | 0.042 | -3.587 | 3.166 | 982.777 |
| 16 | 0.004 | 0.003 | -0.208 | -0.393 | -0.048 | -2.611 | 2.850 | 743.062 |
| 17 | 0.004 | 0.003 | -0.209 | -0.323 | -0.089 | -3.500 | 3.587 | 879.469 |
| 18 | 0.003 | 0.003 | -0.210 | -0.325 | 0.049 | -3.535 | 3.263 | 886.736 |
| 19 | 0.004 | 0.003 | 0.006 | -0.261 | -0.492 | -3.395 | 3.588 | 842.943 |
| 20 | 0.003 | 0.003 | 0.005 | -0.262 | -0.416 | -3.468 | 3.373 | 871.109 |
| 21 | 0.002 | 0.002 | 0.003 | 0.005 | -0.302 | -3.377 | 3.498 | 804.638 |
表 7
设置2台疏水泵时各方案泵耗功对比
| 方案 | (疏水泵+凝结水泵)耗功/kW | 低加疏水泵1/ kW |
低加疏水泵2/ kW |
凝结水泵/ kW |
减少的泵耗功和增加的汽轮机做功之和/kW |
| 无疏水泵 | 1 992.121 | 0 | 0 | 1 992.121 | 1 027 257.898 |
| 7 | -63.083 | 49.703 | 43.810 | -156.596 | 733.183 |
| 8 | -68.148 | 49.881 | 92.984 | -211.013 | 823.665 |
| 9 | -70.879 | 49.876 | 152.682 | -273.437 | 952.720 |
| 10 | -69.197 | 49.872 | 223.696 | -342.765 | 1 052.914 |
| 11 | -53.444 | 49.870 | 323.421 | -426.735 | 1 005.410 |
| 12 | -61.088 | 106.542 | 43.256 | -210.886 | 791.309 |
| 13 | -67.397 | 106.700 | 99.198 | -273.295 | 940.727 |
| 14 | -68.755 | 106.692 | 167.148 | -342.595 | 1 062.387 |
| 15 | -57.557 | 106.687 | 262.228 | -426.472 | 1 040.334 |
| 16 | -54.713 | 165.072 | 53.245 | -273.030 | 797.775 |
| 17 | -58.732 | 165.275 | 118.320 | -342.327 | 938.201 |
| 18 | -51.503 | 165.267 | 209.391 | -426.161 | 938.239 |
| 19 | -49.552 | 229.974 | 62.475 | -342.001 | 892.495 |
| 20 | -46.895 | 230.212 | 148.673 | -425.780 | 918.004 |
| 21 | -98.889 | 305.455 | 78.589 | -482.933 | 903.527 |
安装2台疏水泵对机组热经济性产生的影响与安装1台疏水泵对机组影响的原理相似。在2台疏水泵共同作用下, 各方案的参数产生不同的变化。方案7使得7#低加的抽汽量有所减少, 但因为流经疏水泵的疏水量比较少, 同时12#低加的抽汽量增加, 方案7的效果不好。方案10减少的10#和11#低加抽汽量较多, 效果在方案7到方案11中是最好的。方案14减少了8#、10#、11#的低加抽汽量, 机组经济效益高, 比方案15排挤的高压抽汽多, 且汽轮机的做功量与无疏水泵方案相比增加了993.632 kW, 增加的做功量最多, 发电热耗率比无疏水泵方案低6.241 kJ/kWh。
从泵耗功的角度看, 安装2台低加疏水泵时机组的疏水泵和凝结水泵总耗功都会减少[9]。与无疏水泵方案相比, 虽然增加了疏水泵的耗功, 但凝结水泵的耗功减少。由表 7可知: 方案21中疏水泵和凝结水泵耗功的总量最小, 比无疏水泵方案减少了98.889 kW。疏水泵安装在7#低加时, 方案10的效果最好; 当疏水泵不安装在7#低加时, 方案14的效果最好。方案14排挤的高品质7#和8#低加抽汽量与汽轮机做功量多于方案10, 并且减少的泵耗功和增加的汽轮机做功之和增加了1 062.387 kW。综合考虑, 安装2台疏水泵时的最佳方案为方案14。
4 变工况下不同低加疏水方案热经济性分析
针对不同方案的变工况(100%THA、75%THA、50%THA、40%THA、30%THA), 以无疏水泵方案变工况的发电热耗率为基准, 以其他方案与无疏水泵方案的差值衡量各方案效果, 差值为负数表示与无疏水泵方案相比热耗率减少, 正数表示热耗率增加。
图 6为低加设置1台疏水泵时各方案在各负荷下的发电热耗率变化值。
由图 6可知, 各低加疏水改造方案在各负荷下的热耗率值均比无疏水泵方案降低, 但随着负荷的降低, 各方案热耗率的减少值也降低。因此, 低加设置1台疏水泵时各方案在变负荷时方案5的发电热经济性比较好。
图 7为低加设置2台疏水泵时各方案在不同负荷下的发电热耗率的变化值。
由图 7可知, 低加设置2台疏水泵时各方案在变负荷时, 方案14的热经济性高于其他方案。
5 结论
(1) 本文利用Ebsilon热力系统仿真计算平台搭建超超临界1 000 MW的BEST机组模型。BEST机组各工况的设计值与模型仿真值的误差不超过0.02%, 表明计算结果真实可靠。
(2) 对1 000 MW二次再热BEST机组低加疏水系统的21种方案进行比较。得出: 设置1台疏水泵时优选在11#低加设置疏水泵的方案, 系统发电热耗率比无疏水泵的方案减少了5.202 kJ/kWh; 设置2台疏水泵时优选在8#和11#低加设置疏水泵的方案, 系统发电热耗率比无疏水泵的方案减少了6.241 kJ/kWh。
(3) 随着机组负荷的降低, 各方案热耗率的减少值下降。但在11#低加设置疏水泵的方案和在8#和11#低加设置疏水泵的方案, 在变负荷时的发电热经济性优于其他方案。
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