大型火力发电厂外置式蒸汽冷却

范文一：大型火力发电厂外置式蒸汽冷却器的技术经济分析

浙江电力

2015 年第 5 期 36 ZHEJIANG ELECTRIC POWER

大型火力发电厂外置式蒸汽冷却器的技术经济分析

田家平，林俊光，吴猛，光旭

(浙江省电力设计院, 杭州 310012)

摘要: 为了降低第 3 级抽汽的蒸汽过热度, 提高机组绝对热效率, 通过对各关键环节的优化设计, 提出了设置外置式蒸汽冷却器的技术方案。针对大型火力发电厂建议采用 33%,50%的主给水流量进入外置式蒸汽冷却器的串联方式, 外置式蒸汽冷却器布置在 3 号高加上方平台为宜。热经济性分析表明, 汽轮机热耗率和发电煤耗都有明显下降, 汽轮机绝对效率也有所提高。

关键词: 外置式蒸汽冷却器; 热力系统; 串联; 技术经济

+中图分类号: TK223.528:F403.7 文献标志码: B 文章编号: 1007-1881(2015)05-0036-03

Technical Economy Analysis of External Steam Cooler for Large Coal-fired

Power Plant

TIAN Jiaping LIN Junguang WU Meng GUANG Xu ,,,

(Zhejiang Electric Power Design Institute Hangzhou 310012 China) ,,

Abstract: In order to decrease steam superheat degree of the third extraction steam and increase absolute heat efficiency of units, this paper presents a technical solution of installing external steam cooler. the paper suggest that large coal-fired power plant adopt a series style that 33%,50% of feedwater enters into the exter- nal steam cooler and the external steam cooler be installed on the platform above No.3 high-pressure heater. It

is proved by overheat economy analysis that heat consumption rate of steam turbine and coal consumption for power generation are significantly reduced, and absolute efficiency of steam turbine is also improved. Key words: external steam cooler; thermal system; series; technical economy

0 引言 1 机组热力系统

图 1 给出了机组部分热力系统(含前 3 级抽汽大型火力发电厂热力系统中的回热加热器是

提高机组循环效率的重要设备, 其运行性能直接及高压给水 ), 其主要热力参数见表 1。如图 1 所

示, 第 1 级至第 3 级抽汽分别加热对应的 1 号至影响到整个机组的热经济性。再热器之后的各级

3 号高加中的给水, 其疏水逐级自流至除氧器, 抽汽的蒸汽过热度很大, 尤其是第 3 级抽汽, 过

高压给水通过这 3 级高加加热后进入锅炉省煤器。热度最大通常高于 250 ? 对应的回热加热器 ,,

由表 1 可以看出, 第 3 级抽汽温度为 515 ?, 其换热温差很大, 温差换热引起的不可逆损失也很

[ 1 ]对应的过热度高达 290 ?, 远高于第 1 级和第大, 从而影响机组的热经济性。

此外由于处于高温和高压差等最为恶劣的 ,

第 1 级抽汽第 2 级抽汽第 3 级抽汽工作环境 3 号高压加热器简称高加也成为回 ,()除氧器热设备中故障率最高的高加, 因此有必要降低第给水泵 3 级抽汽蒸汽的过热度, 这样不仅可以提高回热主给水系统的热效率, 还可以提高机组运行的安全性和 1 号加热器 2 号加热器 2 号加热器可靠性。以下对某 660 MW 超超临界机组提出了

疏水疏水疏水设置外置式蒸汽冷却器的技术方案, 并进行热经

图 1 某超超临界 660 MW 机组部分热力系统济分析。

浙江电力 37 2015 年第 5 期

表 1 某超超临界 660 MW 机组 3 级高加部分热力参数小, 虽然可以减小蒸汽冷却器尺寸和给水管道管

项目 1 号 2 号 3 号径, 但不利的是此时蒸汽冷却器内部温升较大, 抽汽温度/? 389.5 343.4 515 低负荷时蒸汽冷却器内部有可能出现局部汽化, -1抽汽比焓/(kJ?kg) 3 120 3 042 3 495.2 造成汽阻, 从而影响管内给水正常流动和换热。饱和水温/? 290.3 266.2 223.7 -1加热器出口给水比焓/(kJ?kg) 1 279 1 163.6 970.6 经过技术经济综合比较后认为对于 MW 660,-1疏水比焓/(kJ?kg) 1 193.4 987.3 829.1 超超临界机组, 串联外置式蒸汽冷却器给水流量

2 级抽汽的蒸汽过热度。采用外置式蒸汽冷却器约为主给水流量的 50%较为合适; 而对于 1 000 可以有效利用过高的第 3 级抽汽过热度, 提高机 MW 超超临界机组, 串联外置式蒸汽冷却器给水组的热经济性。流量为主给水流量的 33%左右较为适宜。

2.2 布置方式 2 外置式蒸汽冷却器的设计串联外置式蒸汽冷却器的布置方式主要有2

种: 布置在 3 号高加上方的独立平台; 布置在运 2.1 连接方式

外置式蒸汽冷却器主要有串联和并联 2 种连转层大平台。

接方式。由于连接方式不同其热经济效果也不 ,如果将蒸汽冷却器布置在 3 号高加的上方, 相同, 且有较大差异。一般来说, 外置式串联蒸疏水自流入 3 号高加, 外置蒸汽冷却器疏水系统汽冷却器的热经济性比并联高, 原因在于外置式简单, 无需配置蒸汽冷却器液位监测系统, 蒸汽串联蒸汽冷却器的进水温度比较高传热过程平 ,冷却器及 3 号高加的疏水共用 1 组调阀控制汽 ,均温差较小抽汽过热度得到充分利用效果显 ,,侧管道相对顺畅。万一蒸汽冷却器 U 型管泄漏,

但是给水系统阻力较大。并联方式能相对减著,水倒流入汽轮机的风险相对较低。但蒸汽冷却器少给水系统阻力, 但是蒸汽冷却器进水温度较串需要单独搭建平台, 给水管道布置相对复杂。联方式低, 传热温差大, 同时给水分流后进入下如果将蒸汽冷却器布置在运转层大平台, 给一级加热器的主给水流量减少, 相应的回热抽汽水管道布置较为简单, 同时对钢结构影响较小,

[ 2 ]量有所减少, 热经济相对较低。不需要另设蒸汽冷却器平台。但 3 号高加与外置

基于以上原因, 提出部分给水流量进入蒸汽蒸汽冷却器压差低, 外置蒸汽冷却器疏水无法排冷却器的串联方式, 剩余部分给水则通过节流孔入 3 号高加, 只能排入除氧器或凝汽器, 需要设板与进入蒸汽冷却器被加热后的给水混合后再进置较复杂的疏水系统。

入锅炉省煤器。图 2 是设置串联外置式蒸汽冷却综上所述, 考虑到机组安全、可靠、稳定运器后的部分热力系统。行等要素, 推荐蒸汽冷却器布置在 3 号高加上方

的独立平台。第 1 级抽汽第 2 级抽汽第 3 级抽汽

3 热经济性分析节流除氧器孔板设置串联外置式蒸汽冷却器后部分热力参数蒸汽冷却器给水泵主给水如表 2 所示。由表 2 可以看出, 第 3 级抽汽在蒸汽冷却器中的焓降为 498.8 kJ/kg, 锅炉给水焓升 1 号加热器 2 号加热器 3 号加热器

疏水疏水疏水 27.9 kJ/kg 对应的锅炉给水温升 5.6 ?。 , [ 3 ]通过热力计算得出设置串联外置式蒸汽 ,图 2 设置串联外置式蒸汽冷却器后高压给水系统

表 2 设置外置蒸汽冷却器后部分热力系统参数针对串联外置式蒸汽冷却器给水流量的分配蒸汽加热器项目问题, 如果通过蒸汽冷却器的设计给水流量过大, 冷却器 1 号 2 号 3 号

-1可能造成蒸汽冷却器尺寸较大外形粗短制造抽汽放热比焓降/(kJ?kg) ,,498.8 1 917.5 2 053.6 2 163.5 -1给水焓升/(kJ?kg) 疏27.9 110.6 196.1 143 上也比较困难, 成本较高, 同时给水管道应力计 -1水放热比焓降/(kJ?kg) - - 209.6 150.2 算更加复杂; 如果蒸汽冷却器的设计给水流量过

38 田家平等大型火力发电厂外置式蒸汽冷却器的技术经济分析 2015 年第 5 期 ,:

冷却器前后机组性能指标如表3 所示。 4 结论表 3 设置外置式蒸汽冷却器前后机组性能指标综上所述, 大型火电发电厂设置外置式蒸汽项目设置前设置后 -1汽轮机热耗率/(kJ?kWh) 7 322 7 304 冷却器能有效降低第级抽汽的蒸汽过热度 3,,

汽轮机绝对效率/% 49.17 49.29 有效提高机组运行可靠性和热经济性。 -1发电标煤耗/(g?kWh) 267.74 267.08 (1)对于大型火力发电厂, 采用部分给水进

入外置式蒸汽冷却器的串联方式, 串联外置式蒸由表 3 可知, 设置外置式蒸汽冷却器后汽轮

汽冷却器给水流量为主给水流量的机热耗率由 7 322 kJ/kWh 下降到 7 304 kJ/kWh, 33%,50%之

对应的汽轮机绝对效率提高了 0.12%, 发电标煤间较为合适。

(2)建议外置式蒸汽冷却器, 布置在 3 号高耗下降了 0.66 g/kWh。

加上方的独立平台。以 660 MW 超超临界机组为例, 设置外置式

蒸汽冷却器经济性分析如表 4 所示。以单列高加 (3)以 660 MW 超超临界机组为例, 外置式计算给水管道规格 φ406.4 mm×45 mm 材料采 ,,蒸汽冷却器投运后每台机组汽轮机热耗率下降用 15NiCuMoNb5 6 -4 第 3 级抽汽管道规格 18 kJ/kWh 发电标煤耗下降 0.66 g/kWh 锅炉给 -,,,

水温度提高φ324.1 mm×15 mm, 材料采用 A335P22。土建费 5.6 ?。每年可节省燃煤费用 215.6 万用主要包括钢结构和基础支墩, 设备材料价格含元, 按初投资 525 万元计算, 2.4 年即可回收静态安装费用。由表 4 可以看出增设蒸汽冷却器增 ,投资。

加静态初投资 525 万元每年可以节省标煤量 ,参考文献: 2 395.8 t, 年节煤资金 215.6 万元。

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道(含保温)/万元 15

初投资/万元 525 收稿日期 :2015-03-18 年节省标煤量/t 2 395.8 作者简介: 田家平(1967), 男, 高级工程师, 主要从事火力年节煤资金/万元 215.6

静态投资回收年限/年 2.4 发电厂设计及工程管理工作。

注: 机组年利用小时按 5 500 h, 标煤价按 900 元/t 计算。 (本文编辑: 陆莹)

(上接第26 页)

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作者简介: 王祎(1980), 男, 工程师, 主要研究方向为继电 [ 3] 张海翔,吕飞鹏,廖小君.一种继电保护定值在线校核

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技专论,2013(17):315-316.

范文二：201306095-超超临界机组增设外置式蒸汽冷却器变工况分析0

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201306095-超超临界机组增设外置式蒸汽冷却器变工况分析

超超临界机组增设外置式蒸汽冷却器变工况分析

阚伟民1、宋景慧1、周璐瑶2、赵世飞2、徐钢2

(1. 广东电网公司电力科学研究院，广州，510080;2.华北电力

大学能源动力与机械工程学

院，北京，102206.)

摘要:本文基于常规超超临界机组热力系统，提出了对再热后

的第一级抽汽设置外置式蒸汽冷却器的设计方案，并对系统进行了热

力学分析，计算了系统的热经济性指标。在此基础上，本文对常规超

超临界机组热力系统和增设外置式蒸汽冷却器的系统在不同负荷下

进行热力学分析，计算得到系统的热经济性指标。研究结果表明:采

用外置式蒸汽冷却器的机组，在设计工况下热经济性比常规热力系统

机组的热经济性有所提高;而且在低负荷工况下运行时，外置式蒸汽

冷却器机组相比于常规系统的节能效果更加明显，因此更适合于变工

况条件下运行。

关键词:外置式蒸汽冷却器超超临界机组热经济性变工况

Analysis of the variable working condition of installing external

steam cooler for ultra-supercritical unit

KAN Wei-min1, SONG Jing-hui1, ZHOU Luyao2, ZHAO Shi-fei2, XU

Gang2

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(Guangdong electric power research institute, Guangzhou, 510080)

(School of power, energy and mechanical engineering in North China Electric Power University)

Abstract:

Based on the conventional ultra-supercritical power generation unit, this paper proposes a design scheme of installing external steam cooler of the first extraction steam after reheat.Thermodynamic and economic analysis between the conventional ultra-supercritical unit and the new master cycle system under different working conditions is conducted afterwards. The results show that installing external steam cooler has a better thermodynamic performance with great energy-saving effects than the conventional one. Besides, under the low-load working condition, the energy-saving effects are more obvious. Thus, installing external steam cooler for ultra-supercritical unit is very suitable for the low-load working condition.

Key words: ultra-supercritical unit, external steam cooler, thermodynamic and economic analysis, variable working condition

收稿日期:

基金项目:广东电网公司电力科学研究院科研项目“ 机组启停

和变负荷节能技术研究”(kh3826);国家自然科学基金联合基金项目

(U1261210);

作者简介:阚伟民，(1970-)，广东电网公司电力科学研究院，

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高级工程师，主要从事火电发电厂热能动力技术研究工作。邮箱:广州市东风东路水均岗8号广东电网公司电力科学研究院，510080。

1 引言

随着全球温室效应的日益加剧以及煤炭等化石燃料的日渐紧缺，如何进一步提高燃煤电站效率，减少二氧化碳排放成为全社会越来越关注且亟待解决的问题。在今后很长一段时间，发电化石燃料的主要构成仍是煤炭，高效清洁的燃煤发电仍是世界电力供应的主要方式[1]。

随着新材料技术的不断发展，进一步提高蒸汽初参数成为改善机组热效率的重要发展方向之一[2]。随之而来也出现了一些问题。由于现代大型燃煤电厂多采用设置内置式蒸汽冷却器的再热机组，随着主蒸汽温度和压力的进一步提高,再热后汽轮机中压缸抽汽的过热度也进一步升高，考虑到内置

式蒸汽冷却器对过热蒸汽利用有限，会造成再热之后的第一级抽汽过热度高达200?以上。过高的过热度使换热引起的?损失增加，导致机组热经济性受到了很大的影响[3]。

有鉴于此，本文基于常规超超临界机组热力系统，提出了设置外置式蒸汽冷却器的方案，并利用EBSILION软件对系统进行了热力学分析，计算了系统的热经济性指标。在此基础上，对常规超超临界机组热力系统和增设外置式蒸汽冷却器的超超临界机组热力系统进行不同负荷条件下的变工况运行热力学分析，结果表明增设外置式蒸汽冷却器的机组的热经济性在设计工况和变工况下均比常规热力系统机组的热经济性有所提高。

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2 外置式蒸汽冷却器热力系统

图1 常规超超临界机组热力系统图

Figure 1 General Ultra Supercritical Unit Thermal System schematic

对于超超临界机组而言，采用再热可提高机组热经济性，但是再热后的也导致了汽

轮机中压缸抽汽的过热度很高，将抽汽过热度很高的中压缸抽汽，用于预热温度相对较

低的凝结水或给水，会带来巨大的?损失，从而导致整个机组的热经济性降低，这个问题即是超超临界再热机组中比较突出的“过热问题”[4]。随着机组容量不断增长、参数不断提高，再热后汽轮机中压缸抽汽的过热度也进一步升高，导致整个机组热经济性受到很大的影响[5]。

为了解决这一问题，本文提出了增设外置式蒸汽冷却器的方案。增设外置式蒸汽冷却器是为了利用回热抽汽的过热度，在抽汽进入回热加热器之前释放一部分热量[6]，这样一方面既降低了抽汽过热度，使回热加热器?损减小;另一方面又可提高进一步提高给水温度，提高机组的热经济性。

根据与主水流的位置关系，外置式蒸汽冷却器的布置有串联和并联两种[7]，均可降低抽汽与给水之间的过热度，减少不可逆损失。相比较而言，串联式外置式蒸汽冷却器

有更高的经济型[8,9]。采用外置串联式蒸汽冷却器系统的特点是抽汽过热度可跨越几个抽汽能级, 使其被用于较高的能级。此外，由———————————————————————————————————————————————

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于增设外置式蒸汽冷却器与内置式相比，会使系统结构变得复杂，投资和维护工作量也会相应增加[10]，因此本文的回热系统采用一台外置式蒸汽冷却器,装设在过热度最大的再热之后第一级抽汽处。

增设蒸汽冷却器后的机组热力系统图，3#高压加热器的外置式蒸汽冷却器位于1#高压加热器的出口处，3#高压加热器的抽汽先进入外置式蒸汽冷却器释放一部分热量加热温度较高的给水，过热度降低后的蒸汽进入3#高压加热器加热温度较低的给水，这样就使得3#加热器抽汽过热度显著降低。同时提高了给水焓升的幅度，有利于减少锅炉内的换热温差，降低不可逆损失，提高锅炉的?效率。

图2 外置式蒸汽冷却器系统示意图

Figure 2 Ultra-supercritical unit installing external steam cooler

3 外置式蒸汽冷却器系统热力学分析

本文选取某典型1000MW一次再热超超临界机组作为案例机组，利用EBSILION软件进行模拟计算，得到设计工况下常规系统与外置式蒸汽冷却器系统的热经济性指标。其锅炉为超超临界参数变压直流锅炉，汽轮机为N1000-26.25/600/600型超超临界、

一次中间再热凝汽式汽轮机，具有8级非调整回热抽汽[11]。如图1所示，常规系统回热系统有8级回热抽汽，即3级高压加热器，1级除氧器，4级低压加热器。其中3#回热加热器的抽汽来自于再热后的第一级抽汽，具有较高的过热度。该段过热度较高的抽汽用来预热温度相对较低的锅炉给水，会带来较大的不可逆损失，从而使机组的热经济性降低。

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表1 THA工况下各级抽汽参数比较

Table1. The levels of extraction parameters in THA working condition

抽汽级数

抽汽压力 (bar)

1# 2# 3# 4# 5# 6# 7# 8#

74.84 55.55 22.93 11.07 5.58 2.413 0.64 0.25

常规系统抽汽温度 (?) 402.4 352.7 473.8 378.1 294.1 192.4 86.1 63.6

过热度 (?) 106.4 84.0 249.80 184.30 156.00 67.7 0.0 0.0

抽汽压力 (bar) 74.84 55.55 22.93 11.07 5.58 2.413 0.64 0.25

外置式蒸汽冷却器系统

抽汽温度 (?) 402.4 352.7 300.0 378.1 294.1 192.4 86.1 63.6

过热度 (?) 106.4 84.0 80.60 184.30 156.00 67.7 0.0 0.0

表1给出了设计工况下常规系统和外置式蒸汽冷却器系统的主

要抽汽参数，从表中可以看出，在常规系统中，3#回热加热器，即再

热后的第一级抽汽回热加热器，抽汽过热度很高，达到249.8?;而

在外置式蒸汽冷却器系统中，由于3#高压加热器的抽汽先被用来加

热温度较高的锅炉进口给水，蒸汽温度降低后在用来加热本级给水，

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抽汽过热度仅为76.0?，抽汽过热度大幅降低。图3和图4 更为形象的描述在传热过程中，3#

回热加热器中蒸汽与给水温差的变化。另外，外置式蒸汽冷却器系统也提高了锅炉给水温度，提高了平均吸热温度，机组的热经济性也得到了改善。

温度(

本文还对超超临界增设外置式蒸汽冷却器的系统和常规系统的变工况性能进行了分析。图5给出了常规系统和外置蒸汽式冷却器系统在不同负荷时3#回热加热器的

过热度的比较结果。从图中可以看出，随着符合的降低，常规系统的抽汽过热度有所增加，而外置式蒸汽冷却器系统的抽汽过热度却有所降低，这意味着随着符合的降低，增设外置式蒸汽冷却器改善3#抽汽过热度的效果更显著。

图3常规系统3#加热器T-Q图 Figure3 T-Q for 3# heater of

general system

温度

( )

图4 外置式蒸汽冷却器系统3#加热器T-Q图 Figure 4 T-Q for 3# heater of system installing external

steam cooler

表2给出了外置式蒸汽冷却器系统与常规系统的热经济性指标比较结果。设计工况下，增设外置式蒸汽冷却器比常规系统提高了———————————————————————————————————————————————

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0.11个百分点，发电煤耗降低了0.67g/kwh，节能效果显著。

表2 THA工况下热经济性比较

Figure 2 The thermodynamic and economic analysis In THA

working condition

热经济性指标

常规系统

外置式蒸汽冷却器系统

发电效率(%) 发电煤(g/kWh)

44.63 275.60

44.74 274.93

+0.11 -0.67 差值

图5 变工况3#回热加热器抽汽过热度

Figure 5 Extraction superheat of 3# heater in different loads

这是因为:当代大型燃煤发电机组在变负荷时通常采用滑压运行的方式。此时，当负荷降低时，蒸汽压力降低，但是蒸汽温度一般保持不变，由此导致常规系统中随着负荷的降低，抽汽过热度的迅速升高，这意味着采用常规热力系统的燃煤发电机组在低负荷运行时，抽汽过热问题比设计工况时更严重

[12,13]

。而从图5中不难发现，当增设外

4 外置式蒸汽冷却器变工况热力学分析

置式蒸汽冷却器时，燃煤发电机组在低负荷运行时即使采用滑压———————————————————————————————————————————————

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运行的方式，3#

回热加

热器的过热度也能有所降低，这表明增设外置式蒸汽冷却器有效地解决了3#回热加热器过热度迅速增大的问题，亦即:外置式蒸汽冷却器系统在低负荷时改善过热度的效果更明显。

图6 变工况最终给水温度

Figure 6 The final temperature of feed water in variable working

condition

图6给出了常规系统和外置式蒸汽冷却器系统在不同负荷时给水最终温度的比较结果，从图中可以看出，在变工况下，外置式蒸汽冷却器系统给水温度始终高于常规热力系统，表现出了优越的经济性。

通过对常规系统和外置式蒸汽冷却器系统进行不同负荷下的变工况分析，得到不同负荷工况时的热经济性指标。图7和图8分别给出了常规系统和外置式蒸汽冷却器系统在不同负荷工况下的发电效率和发电煤耗比较结果。从图7和图8中可以看出，随着负荷的降低，外置式蒸汽冷却器系统比常规系统发电效率的增加值随之变大，发电煤耗的降低值也随之变大。结合图5可以发现:正是由于外置式蒸汽冷却器系统在低负

荷条件下3#抽汽加热器过热度不升反降，相较于常规系统而言过热度有巨大改善。从而外置增其冷却器系统在低负荷下的节能效果更显著。

图7 不同负荷时发电效率(%)

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Figure 7 Power Efficiency in different loads(%)

图8 不同负荷时发电煤耗(g/kWh)

Figure 8 Coal consumption in different loads(g/kWh)

5 结论

(1)与超超临界燃煤发电机组的常规系统相比，外置式蒸汽冷却器系统的再热后第一级抽汽在抽汽先加热最终给水，在蒸汽温度下降后在加热本级给水，实现了能量的阶梯利用，结构变化很小，在系统设计及优化、设备制造、性能评价等方面都具有很好的特性。

(2)案例研究结果表明，超超临界燃煤发电机组的外置式蒸汽冷却器系统发电效率比超超临界燃煤发电机组的常规系统提高

0.11个百分点，发电煤耗降低0.67 g/kWh。与常规系统相比，外置式蒸汽冷却器系统中的3#回热加热器的抽汽过热度大大降低。( 3)随着负荷的降低，超超临界燃煤发电机组的外置式蒸汽冷却器系统的节能效果更加明显，当负荷降低至30%THA时，外置式蒸汽冷却器系统发电效率比超超临界燃煤发电机组的常规系统提高0.15个百分点，

发电煤耗降低1.01g/kWh。因此超超临界燃煤发电机组设置外置式蒸汽冷却器系统具有良好的变负荷特性、更适合于低负荷情况下的高经济运行。

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范文三：【doc】外置式蒸汽冷却器机组热力系统循环吸热量计算的研究

外置式蒸汽冷却器机组热力系统循环吸热

量计算的研究

第46卷第5期

2004年10月

汽轮机技术

TURBINETECHN0L0GY

Vo1.46No.5

0ct.2004

外置式蒸汽冷却器机组热力系统

循环吸热量计算的研究

李建刚,杨小琨,李丽萍,史跃灵

(1郑州电力高等专科学校,河南郑州450004;2郑州中岳电力有限公司,郑州

452477)

摘要:以常规热平衡方法为基础,经过严格的数学推导,首次将等效热降理论应用

于外置式蒸汽冷却器机组热力系

统循环吸热量计算的研究,并提出了相应的数学计算模型.经实例验证,该数学模

型简捷,准确,为外置式蒸汽冷

却器机组热力系统热经济性的定量计算和在线诊断奠定了基础.

关键词:外置式蒸汽冷却器;热力系统;循环吸热量;计算模型

分类号:TK262文献标识码:A文章编号:1001—5884(2004)05-0344-03

AStudyofCirculationHeatConculatingModelforThermalSystemwithOuterSteamCooler

LIJian-gang,YANGXiao-kun,LILi-ping,SHIYue-ling (1ZhengzhouElectricPowerCollege,Zhengzhou450004,China; 2ZhengzhouZhongyueElectricPowerCompanyLimited,Zhengzhou452477,China)

Abstract:Inthispapertheauthorsfirstapplybasictheoryofequivalentheatdroponcirculation

heatcalculatingmodelfor

thermalsystemwithoutersteamcoolerbymathematicalderivationstrictly.Accordingtothec

alculatingresultsofsomeas- tualexamples,thepresentmethodissimpleandaccurate.Foundationforthequantitativecalc

ulationanddiagnoseonlineof thermalsystemwithoutersteamcoolerisestablished.

Keywords:outersteamcooler;thermalsystem;circulationheat;calculatingmodel

0前言

外置式蒸汽冷却器因其设置灵活,既可降低本级加热器的换热温差,又能提高给水温度,降低机组热耗,从而获得更高的热经济性,在国内运行的大容量一次中间再热火电机组中得到了广泛的应用.由于采用了外置式蒸汽冷却器后,对应级的抽汽放热量不是全部用于加热本级给水,而是通过外置式蒸汽冷却器将一部分热量用于提高给水温度.因此,这类机组热力系统循环吸热量的计算方法不同于常规机组. 虽然,文献[1]给出了常规火电机组热力系统循环吸热量的计算思路,但其涉及到抽汽份额的计算;文献[2]认为文献 [1j常规火电机组热力系统循环吸热量有关再热器吸热量的计算应用到局部定量分析时存在一定的理论误差.特别是对大容量机组.等效热降理论具有快速准确和概念清楚的特点,被广泛用于常规凝汽机组,供热机组的经济性诊断.目前,等效热降理论应用于外置式蒸汽冷却器机组热力系统循环吸热量的计算方法还未见文献报导,而循环吸热量的快速准确汁算是此类机组节能分析改造和经济性在线诊断的重要基础.针对以上问题,经过严格的数学推导,建立了外置式蒸汽冷却器机组热力系统循环吸热量计算的数学计算模型,为此类机组热力系统循环吸热量的计算提供了快速准确的计算手段.

1外置式蒸汽冷却器机组热力系统循环吸

热量的计算通式

1.1串联外置式蒸汽冷却器机组热力系统循环吸热量的计

算通式

为使所建立的数学模型在理论上更具普遍性,以相应的回热加热器均带有外置式串联蒸汽冷却器(实际的或虚拟的,以下讨论中将给出有关确定系数)系统为例进行研究,机组的热力系统示意图如图1所示.

图1外置式串联蒸汽冷却器机组热力系统示意图若第级加热器所对应的第级抽汽在其外置蒸汽冷却器中放出的过热度热量为?,这样导致其lkg抽汽在加热器中的真实放热量不等于常规火电机组lkg抽汽的常规放热量 qj,即第级抽汽在第级加热器的真实放热量变为: 收稿日期:2004433.11

作者简介:李建刚(1956?),男,工学硕士,主要从事电站热力系统节能理论的教学与

科研工作.

第5期李建刚等:外置式蒸汽冷却器机组热力系统循环吸热量计算的研究345

q|t=q|一?h|(1

其中,?,=hj一7t,;表示第级加热器是否带有外置蒸汽冷却器的确定系数,若有则为1,否则为0.

若不考虑辅助汽水系统,经推导可得出带有外置式串联蒸汽冷却器机组热力系统的热平衡方程:

[,][]=[r](2)

其中,[r]=[rlr2…r:];[]=[l2…:];

矩阵[A]的表达式决定于机组热力系统的组成形式,其表达原则如同文献[3],仅其主对角元素为第级抽汽在第,级加热器的真实放热量叮J而非抽汽放热量gJ,,gJ等原始数据的整理原则同文献[1].

因回热拙汽在串联外置式蒸汽冷却器中放出一部分热量用于提高给水温度,使此类机组热力系统循环吸热量的计算不同于常规火电机组,其给水焓的计算通式为:

一

二

=,z+巧?(3)

串联外置式蒸汽冷却器机组热力系统循环吸热量的计算通式为:

q0:h0+OtwO"一

一

_三.

(ho+一,:)一?(+巧?)(4)

其中,表示第级抽汽是否经过再热的确定系数,再热前抽汽为1,否则为0.

12并联外置式蒸汽冷却器机组热力系统循环吸热量的计算通式

图2为相应的回热加热器均带有外置式并联蒸汽冷却器(实际的或虚拟的,将由相应的外置式蒸汽冷却器确定系数巧确定)机组的热力系统示意图,和Olri分别为第级加热器所对应的外置式并联蒸汽冷却器出口水焓与分流份额, 由热平衡可得:

(一tj)=?(5)

图2外簧式并联蒸汽冷却器机组热力系统示意图经推导具有并联外置式蒸汽冷却器机组热力系统给水焓的计算通式为:

(1一?,)tz+?,!,t:lJl

::=

巧一(?r,)(6)

则并联外置式蒸汽冷却器机组热力系统循环吸热量的计算通式为:

对于图2所示带有外置式并联蒸汽冷却器机组的热力系统,经推导可得出其相应的热平衡方程为: [][]=[r](8)

I—l

其中,[r]=[rir2…r:];rj=(1一?)rj.

1.3外置式蒸汽冷却器机组热力系统循环吸热量的计算通式对照(2)式和(8)式,(3)式和(6)式,(4)式和(7)式可以看出,带有外置式串联与并联蒸汽冷却器机组热力系统的对应表达式,其表达形式基本相同,仅相差外置式并联蒸汽冷却器分流份额的对应项而已.因此,可把(6)式,(7)式和 (8)式作为带有外置式蒸汽冷却器机组热力系统与循环吸热量计算有关的通用表达式;对于带有外置式串联蒸汽冷却器机组的热力系统,则.=0.

令:_0=.+一一t+蔫(毒.r,);=+?.

根据(7)式可得带有外置式蒸汽冷却器机组热力系统循环吸热量计算的通用表达式为:

Q.=Q.一[][.](9)

若不考虑外置式蒸汽冷却器的存在,(9)式即为常规火电机组热力系统循环吸热量计算的通用表达式. 2外置式蒸汽冷却器机组热力系统循环吸

热量的计算模型

21各级抽汽等效抽汽循环吸热砰和等效抽汽循环吸热份额

根据(8)式和(9)式可得:

Q.=Q.一[r『][',Q](10)

定义:[',Q]=[坪嵋…]=[[]][.]

(11)

假若热力系统各级引入纯热量g,应用文献[3]相同的方法可求得循环吸热量Q.的变化值:

?Q.=[g][',Q](12)

由上式可知,若仅有第级加入纯热量,则循环吸热量的变化值:

?Q0=g或=?Q0/qj'(13)

定义:=g,'(14)

由以上两式可以看出,[]中各元素表示带有外置式蒸汽冷却器机组热力系统第级加热器加入单位热量时循环吸热量Q0的变化值,可称之为等效抽汽循环吸热汾额, 与等效热降法中第级的等效抽汽效率'7具有相当的意义; 表示排挤第级加热器1kg抽汽时循环吸热量的增加值,可称之为等效抽汽循环吸热,与等效热降法中第级的等效热降日具有相当的意义.

2.2外置式蒸汽冷却器机组主系统循环吸热量的计算由以上分析可知,若不考虑辅助汽水系统,可用(11)式, (14)式和(10)式分别求得带有外置式蒸汽冷却器机组热力系统各级抽汽的,以及所要求的循环吸热量Q..虽然用(11)式可求得各级抽汽的,但由于矩阵计算中求逆运算不如求解线性方程组简便,故可根据(11)式求解: [A'][yQ]=[](15)

?t,

I兰+

k:?

c=;

346汽轮机技术第46卷

即可求得[1,Q].根据(15)式,(14)式和(10)式,可用文献 [1]计算常规火电机组等效热降逐级递推完全相同的简化计算方法分别求得各级的,以及所要求的循环吸热量 Q..

2.3辅助汽水系统的影响

经推导,辅助汽水工质和热量带入热力系统相关加热器时,其热平衡方程的一般矩阵形式为:

g]=[T] [A][]+[A][]+[A[,]+[?

(16)

其中,[=[九ota…r与[]=[l…r

分别表示进(出)系统的辅助汽流和水流;[A]为上三角矩阵,对角元素为进入第级加热器水侧的辅助水流所带入的热量,上三角元素值均为A=T,;[A为上三角矩阵,对角元素为进入第级加热器壳侧辅助汽流的真实放热量%= %一?,?=(一h/),?表示lkg第级辅助蒸汽经过外置蒸汽冷却器时的放热,表示第级辅助蒸汽是否经过外置蒸汽冷却器的确定系数,若经过则为1,否则为0,上三角元素的确定方法与(8)式中[A]的相应元素一致. 根据(10)式和(16)式,辅助汽水工质和热量带入系统必将引起Q.的变化,经推导可得:

Q.=[[A][a]+[A[a,]+[?g]][1,Q]

一

[?g][a一[?g]一[a;][?](17)

其中,[?]表示引入各级外置蒸汽冷却器的纯热量;[a =

[aa…a]表示进(出)汽轮机侧的辅助汽流,

[?g]=[?g?g…?g]表示1kg进(出)汽轮机侧的辅助汽流在锅炉中的吸热.

2.4外置式蒸汽冷却器机组实际系统循环吸热量的计算考虑了辅助汽水系统后,则外置式蒸汽冷却器机组实际系统循环吸热量的计算结果为:

Q.=Q.+?Q.(18)

3计算实例

对于如图3所示的法国300—17.8/540/540机组热力系统,用本文建立的循环吸热量计算模型所得计算结果与常规热平衡法完全一致.其计算结果列于表1,表2. N0.7No.6No.5No.4No.3No?2No?1 图3法国300—17.8/540/540机组热力系统图

表1各级抽汽,的计算结果

aQ0实际循环吸热量

项目蔷水羲嚣篓羹本方法常规法萋回收漏汽损失误差墓蓁z?.zs.zs-1.93-0.96os.708.. 4结束语

以常规热平衡方法为基础,经过严格的数学推导,首次将等效热降理论应用于外置式蒸汽冷却器机组热力系统循环吸热量的计算.经实例验证,本方法简捷,准确,为外置式蒸汽冷却器机组热力系统热经济性的定量计算和在线诊断提供了新的计算手段.

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(上接第343页)

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豇嫱M

图3执行周期为0的页

块的执行周期在功能块一前,故先执行功能块二,功能块二从功能块一中取到保存的变量,并输出,然后功能块一开始执行,刷新变量,并保存变量,准备下一次输出;当需要保存变量时,EVENT功能块调用此页,功能块二执行后,功能块一

再执行,得到变量并保存.

这样就可成功地直接用组态实现对变量的存储,而不必使用其它语言.

本文提出的这一方法已经成功地用于某电厂200MW汽轮机转子应力和寿命损耗在线监测系统中. 参考文献

[1]张保衡.大容量火电机组寿命管理与调峰运行[M].北京:水

利电力出版社,1988.

范文四：超超临界机组增设外置式蒸汽冷却器变工况分析

超超临界机组增设外置式蒸汽冷却器变工况分析

1 1 2 2 2，，，，阚伟民宋景慧周璐瑶赵世飞徐钢

(1 ，510080;广东电网公司电力科学研究院广州

2 ，102206) :华北电力大学能源动力与机械工程学院北京摘要基于常规超超临界

，，，机组热力系统提出了对再热后的第一级抽汽设置外置式蒸汽冷却器的设计方案并对系统进行了热力学分析计

。，算了系统的热经济性指标在此基础上对常规超超临界机组热力系统和增设外置式蒸汽冷却器的系统在不同

，。:，负荷下进行热力学分析计算得到系统的热经济性指标研究结果表明采用外置式蒸汽冷却器的机组在设计

;，工况下热经济性比常规热力系统机组的热经济性有所提高而且在低负荷工况下运行时外置式蒸汽冷却器机组相

，。 :;;比于常规系统的节能效果更加明显因此更适合于变工况条件下运行关键词外置式蒸汽冷却器超超临界机组热经济性变工况

:TM621 :A :1001-5884(2014)01-0063-03分类号文献标识码文章编号

Analysis of the Variable Working Condition of Installing External Steam Cooler

for Ultra-supercritical Unit

1 1 2 2 2KAN Wei-min，SONG Jing-hui，ZHOU Lu-yao，ZHAO Shi-fei，XU Gang

(1 Guangdong Electric Power ,esearch Institute，Guangzhou 510080，China;

2 School of Power，Energy and Mechanical Engineering in North China Electric Power University，Beijing 102206，China) Abstract:Based on the conventional ultra-supercritical power generation unit，this paper proposes a design scheme of installing external steam cooler of the first extraction steam after reheat, Thermodynamic and economic analysis between the conventional ultrasupercritical unit and the new master cycle system under different working conditions is conducted -

afterwards, The results show that installing external steam cooler has a better thermodynamic performance with great energy- saving effects than the conventional one, Besides，under the low-load working condition，the energy-saving effects are more obvious, Thus，installing external steam cooler for ultra-supercritical unit is very suitable for the low-load working condition,Key wo rds:ultra-supercritical unit;external steam cooler;thermodynamic and economic analysis;variable working

condition

，引起的损失增加导致机组热经济性受到了很大的影

,3, 响。0 前言

，，有鉴于此本文基于常规超超临界机组热力系统提出

随着全球温室效应的日益加剧以及煤炭等化石燃料的，EBSILION 了设置外置式蒸汽冷却器的方案并利用软件对，，日渐紧缺如何进一步提高燃煤电站效率减少二氧化碳排，。系统进行了热力学分析计算了系统的热经济性指标常规

。放成为全社会越来越关注且亟待解决的问题在今后很长 1 。，超超临界机组热力系统图如图所示在此基础上对常规，，一段时间发电化石燃料的主要构成仍是煤炭高效清洁的超超临界机组热力系统和增设外置式蒸汽冷却器的超超临 ,1,。燃煤发电仍是世界电力供应的主要方式界机组热力系统进行不同负荷条件下的变工况运行热力学

，，，随着新材料技术的不断发展进一步提高蒸汽初参数成分析结果表明增设外置式蒸汽冷却器的机组的热经济性 ,2,。为改善机组热效率的重要发展方向之一随之而来也出在设计工况和变工况下均比常规热力系统机组的热经济性

。现了一些问题由于现代大型燃煤电厂多采用设置内置式。有所提高

，蒸汽冷却器的再热机组随着主蒸汽温度和压力的进一步提

，，高再热后汽轮机中压缸抽汽的过热度也进一步升高考虑 1 外置式蒸汽冷却器热力系统

，到内置式蒸汽冷却器对过热蒸汽利用有限会造成再热之后

200? 。，的第一级抽汽过热度高达以上过高的过热度使换热对于超超临界机组而言采用再热可提高机组热经济 :2013-06-30收稿日期

:“ ”( kh3826 ); 基金项目广东电网公司电力科学研究院科研项目机组启停和变负荷节能技术研究国家自然科学基金联合基金项目

( U1261210)。

:(1970-) ，，。作者简介阚伟民高级工程师主要从事火电发电厂热能动力技术研究工作

，，1 图常规超超临界机组热力系统图性但是再热2 图外置式蒸汽冷却器系统示意图热温度相对较

，后也导致了汽轮机中压缸抽汽的过热度很高将抽汽过热，，低的锅炉给水会带来较大的不可逆损失从而使机组的热

，度很高的中压缸抽汽用于预热温度相对较低的凝结水或给。经济性降低1 表给出了设计工况下常规系统和外置式蒸汽冷却器，，水会带来巨大的损失从而导致整个机组的热经济性降3 号，，，系统的主要抽汽参数从表中可以看出在常规系统中，“,4,低这个问题即是超超临界再热机组中比较突出的过热问。、，随着机组容量不断增长参数不断提高再热后汽，，回热加热器即再热后的第一级抽汽回热加热器抽汽过热 ”题，轮机中压缸抽汽的过热度也进一步升高导致整个机组热经249, 8? ;，3 而在外置式蒸汽冷却器系统中由于，度很高达到,5,。号高压加热器的抽汽先被用来加热温度较高的锅炉进口给济性受到很大的影响，为了解决这一问题本文提出了增设外置式蒸汽冷却器，，水蒸汽温度降低后再用来加热本级给水抽汽过热度仅为。76, 0? ，。3 4 的方案增设外置式蒸汽冷却器是为了利用回热抽汽的过和图更为形象地描述抽汽过热度大幅降低图,6,，这。 3 号回热加热器中蒸汽与给水温差的变化，，在传热过程中热度在抽汽进入回热加热器之前释放一部分的热量，;样一方面既降低了抽汽过热度使回热加热器损减小另，，另外外置式蒸汽冷却器系统也提高了锅炉给水温度提高，一方面又可提高进一步提高给水温度提高机组的热经济，。了平均吸热温度机组的热经济性也得到了改善。性 1 THA 表工况下各级抽汽参数比较，根据与主水流的位置关系外置式蒸汽冷却器的布置有常规系统外置式蒸汽冷却器系统 ,7, ，，抽汽串联和并联两种均可降低抽汽与给水之间的过热度减抽汽压力抽汽温度过热度抽汽压力抽汽温度过热度级数 5 。，5 少不可逆损失相比较而言串联式外置式蒸汽冷却器有更?? ? ?,8，9, 10 Pa × 10 Pa ×。高的经济性采用外置串联式蒸汽冷却器系统的特点是1 74, 84 402, 4 106, 4 74, 84 402, 4 106, 4号，。抽汽过热度可跨越几个抽汽能级使其被用于较高的能级

2 55, 55 352, 7 84, 0 55, 55 352, 7 84, 0号，，此外由于增设外置式蒸汽冷却器与内置式相比会使系统 ,10,3 22, 93 473, 8 249, 80 22, 93 300, 0 80, 60号，，因此，结构变得复杂投资和维护工作量也会相应增加4 11, 07 378, 1 184, 30 11, 07 378, 1 184, 30号，本文的回热系统采用一台外置式蒸汽冷却器装设在过热度 5 5, 58 294, 1 156, 00 5, 58 294, 1 156, 00号。最大的再热之后第一级抽汽处，，2 3 增设蒸汽冷却器后的机组热力系统图如图所示号 6 2, 413 192, 4 67, 7 2, 413 192, 4 67, 7号

1 号高压加热器的出 7 0, 64 86, 1 0, 0 0, 64 86, 1 0, 0号高压加热器的外置式蒸汽冷却器位于

3 号高压加热器的抽汽先进入外置式蒸汽冷却器释放 8 0, 25 63, 6 0, 0 0, 25 63, 6 0, 0，号口处，一部分热量加热温度较高的给水过热度降低后的蒸汽进入 2 表给出了外置式蒸汽冷却器系统与常规系统的热经，3 3 号高压加热器加热温度较低的给水这样就使得号加热

。，济性指标比较结果设计工况下增设外置式蒸汽冷却器比。，器抽汽过热度显著降低同时提高了给水焓升的幅度有利，, 11 , 67 00 系统提高了个百分点发电煤耗降低了常规，，于减少锅炉内的换热温差降低不可逆损失提高锅炉的g /( kW?h) ，。节能效果显著。效率

2 外置式蒸汽冷却器系统热力学分析

1 000 MW 本文选取某典型一次再热超超临界机组作为

，EBSILION 软件进行模拟计算得到设计工况，案例机组利用

。下常规系统与外置式蒸汽冷却器系统的热经济性指标其 , N1000 轮机为，锅炉为超超临界参数变压直流锅炉汽、，26, 25 /600 /600 型超超临界一次中间再热凝汽式汽轮机具 ,11,，8 。1 级非调整回热抽汽所示常规系统回热系统如图有，，，8 3 1 4 级回热抽汽即级高压加热器级除氧器级低压有 3 号回热加热器的抽汽来自于再热后的第一。，加热器其中T , Q 3 3 图常规系统号加热器图，。级抽汽具有较高的过热度该段过热度较高的抽汽用来预

:1 65第期阚伟民等超超临界机组增设外置式蒸汽冷却器变工况分析，况下外置式蒸汽冷却器系统给水温度始终高于常规热力系

，。统表现出了优越的经济性

T , Q 4 3 图外置式蒸汽冷却器系统号加热器图 2 THA 表工况下热经济性比较 6 图变工况最终给水温度 g / ( kW?h) ，% ，热经济性指标发电效率发电煤通过对常规系统和外置式蒸汽冷却器系统进行不同负 44, 63 275, 60常规系统，。荷下的变工况分析得到不同负荷工况时的热经济性指标44, 74 274, 93外置式蒸汽冷却器系统 7 8 和图分别给出了常规系统和外置式蒸汽冷却器系统图+ 0 , 11 , 0 , 67 差值 7 。在不同负荷工况下的发电效率和发电煤耗比较结果从图，，8 和图中可以看出随着负荷的降低外置式蒸汽冷却器系

，统比常规系统发电效率的增加值随之变大发电煤耗的降低 3 外置式蒸汽冷却器变工况热力学分析 :5 可以发现正是由于外置式蒸汽冷。值也随之变大结合图， 3 号抽汽加热器过热度不升反降却器系统在低负荷条件下本文还对超超临界增设外置式蒸汽冷却器的系统和常

。相较于常规系统而言过热度有巨大改善从而外置式蒸汽 5 给出了常规系统和。规系统的变工况性能进行了分析图 3 号回热加热器的过。冷却器系统在低负荷下的节能效果更显著外置蒸汽式冷却器系统在不同负荷时

。，，热度的比较结果从图中可以看出随着负荷的降低常规

，系统的抽汽过热度有所增加而外置式蒸汽冷却器系统的抽

，，汽过热度却有所降低这意味着随着负荷的降低增设外置。3 号抽汽过热度的效果更显著

式蒸汽冷却器改善

7 图不同负荷时发电效率 5 3 图变工况号回热加热器抽汽过热度这是因为当代大型燃煤发电机组在变负荷时通常采用。，，，滑压运行的方式此时当负荷降低时蒸汽压力降低但是，蒸汽温度一般保持不变由此导致常规系统中随着负荷的降，，低抽汽过热度迅速升高这意味着采用常规热力系统的燃 ,12，13,，煤发电机组在低负荷运行时抽汽过热问题比设计工况时更，。5 中不难发现当增设外置式蒸汽冷却器而从图严重，时燃煤发电机组在低负荷运行时即使采用滑压运行的方，，3 式号回热加热器的过热度也能有所降低这表明增设外置 8 图不同负荷时发电煤耗 3 号回热加热器过热度迅速增式蒸汽冷却器有效地解决了

，:大的问题亦即外置式蒸汽冷却器系统在低负荷时改善过 4 结论。热度的效果更明显6 ，图给出了常规系统和外置式蒸汽冷却器系统在不同 (1) 与超超临界燃煤发电机组的常规系统相比外置式

) ( 68 下转第页，，负荷时给水最终温度的比较结果从图中可以看出在变工

H = 10，= 0( 7，选取预测时域 α 据式参考轨迹指数根r

。12 ()PFC 设计控制器

，PFC PID 为说明控制器的效果选取工程实践中控制

AMIGO( Approximate MIGO) PID 方法整定的控制器与本、器。K= 20 ，K= PFC PID 文采用的进行对比程控制器为工P I 15，K= 0。AMIGO K= 45，K= 27，K= 0。PID 法控制器为 D P I D ，。，PFC 3 甩负荷时转速动态如图所示当模型失配时控制 T= s 。器依然有较好的控制性能当油动机实际时间常数，0, 4s，T= 0, 045 s PFC 时控制器在蒸汽容积实际时间常数v 。4 所示模型失配时的转速曲线如图

，PFC 由仿真结果可见控制器在甩负荷时的动态性能远

，，、 PID 4 5 PID 控制器其中图和图中的表示工程参数优于 * 。，PIDMIGO PFC A表示整定参数在甩负荷时控制器作用 3 100% 图突减负荷时转速曲线

5, 6% ，。2s 稳定时间为，下瞬态调速率为

4 结论

，本文针对某凝汽式汽轮发电机组进行了仿真建模并利

。，PFC PFC 控制器对其转速进行了调节仿真结果表明控用

，，，制器计算速度快计算简单具有良好的控制品质鲁棒性较

，，强在负荷突变的情况下转速的稳定时间和超调量满足预。PID 控制器同时该，设技术指标远优于常规工程中采用的，30MW 某型汽轮机组上初步进行了试验试算法在南汽的某，验结果与仿真结果基本一致表明该算法可以成功地应用于 4 ，图模型失配时转速曲线业出版社。DEH 控制系统中凝汽式汽轮机2010,

, D, :参考文献,2,EH ,D,刘正毅孤岛运行汽轮机北京控制策略与仿真研究，2012,北京交通大学 ,1, ，，, ,M,, :郭钰峰徐志强于达仁汽轮机调节原理北京机械工 ,3, J, ,ichalet，D, O’onovan, Predictive Functional Control: Princi-

ples and Industrial Applications,M,, Springer Verlag，2009,

)( 65 上接第页 ,J,, ，1994，(2) :10 , 14，29,蒸汽冷却器系统的再热后第一级抽汽在抽汽先加热最终给华北电力技术

,3, , ,M,, :，2008,郑体宽热力发电厂北京中国电力出版社，，水在蒸汽温度下降后再加热本级给水实现了能量的阶梯 ,4, , ,M,, :马芳礼电厂热力系统节能分析原理北京水利水电出，，、、利用结构变化很小在系统设计及优化设备制造性能评，1992,版社。,5, ，, , ,M,, :，1991,价等方面都具有很好的特性沈士一等汽轮机原理北京中国电力出版社，(2) 案例研究结果表明超超临界燃煤发电机组的外置 ,6, ，，，, 李建刚杨小琨李丽萍等外置式蒸汽冷却器机组热力系统式蒸汽冷却器系统发电效率比超超临界燃煤发电机组的常 ,J,, ，2004，46 (5 ):344 , 循环吸热量计算的研究汽轮机技术，0, 110, 67 g /( kW? h)。个百分点发电煤耗降低346, 规系统提高3 号回热加热，与常规系统相比外置式蒸汽冷却器系统中的,7, Pierre Ploumen，Gerard Stienstra，Hans Kamphuis, ,eduction of

CO2 Emissions of Coal Fired Power Plants by Optimizing Steam 。器的抽汽过热度大大降低，(3) Water c随着负荷的降低超超临界燃煤发电机组的外置式 ycl ,J,, Energy Procedia，2011，4:2074 , 2081,

,8, ，，, 30% 刘志真李岩程新华装设外置式蒸汽冷却器的再热机组负荷降低至，蒸汽冷却器系统的节能效果更加明显当,J,, 再热之后第一级抽汽位置对热经济性的影响汽轮机技，THA 时外置式蒸汽冷却器系统发电效率比超超临界燃煤发，2004，46(5) :382 , 384，387,术，0, 15 1, 01 个百分点发电煤耗降低电机组的常规系统提高,9, , 胥传普外置并联式蒸汽冷却器系统最佳给水分流系数的研 g /( kW?h)。因此超超临界燃煤发电机组设置外置式蒸汽 ,J,, ，1990，(3) :65 , 68,究电站辅机、冷却器系统具有良好的变负荷特性更适合于低负荷情况下 ,10, , 胥传普外置串联式蒸汽冷却器系统接入系统方式的研究。,J,, ，1992，(4) :16 , 21，29,的高经济运行江苏电机工程

,11, , ,J,, ，刘堂礼超临界和超超临界技术及其发展广东电力参考文献 2007，(1) :19 , 22，50, ,1, Yue Lin, Dynamics of Clean Coal , red Power Generation Develop- ,12, Jorgen Bugge，Sven Kjaer，,udolp Blum et, High , efficiency Coal ment in China ,J,, Energy Policy，2012，15(1) :138 , 142, , fired Power Plants Development and Perspectives,J,, Energy， ,2, ，，, 于淑梅张树芳边立秀蒸汽冷却器不同连接方式的研究 2006，31(10 /11):1437 , 1445,

范文五：201306095-超超临界机组增设外置式蒸汽冷却器变工况分析0

超超临界机组增设外置式蒸汽冷却器变工况分析

11222阚伟民、宋景慧、周璐瑶、赵世飞、徐钢

(1. 广东电网公司电力科学研究院，广州，510080;2.华北电力大学能源动力与机械工程学

院，北京，102206.)

摘要:本文基于常规超超临界机组热力系统，提出了对再热后的第一级抽汽设置外置式蒸

汽冷却器的设计方案，并对系统进行了热力学分析，计算了系统的热经济性指标。在此基础

上，本文对常规超超临界机组热力系统和增设外置式蒸汽冷却器的系统在不同负荷下进行热

力学分析，计算得到系统的热经济性指标。研究结果表明:采用外置式蒸汽冷却器的机组，

在设计工况下热经济性比常规热力系统机组的热经济性有所提高;而且在低负荷工况下运行

时，外置式蒸汽冷却器机组相比于常规系统的节能效果更加明显，因此更适合于变工况条件

下运行。

关键词:外置式蒸汽冷却器超超临界机组热经济性变工况

Analysis of the variable working condition of installing external

steam cooler for ultra-supercritical unit

11222KAN Wei-min, SONG Jing-hui, ZHOU Luyao, ZHAO Shi-fei, XU Gang

(Guangdong electric power research institute, Guangzhou, 510080)

(School of power, energy and mechanical engineering in North China Electric Power University)

Abstract:

收稿日期:

基金项目:广东电网公司电力科学研究院科研项目“ 机组启停和变负荷节能技术研究”(kh3826);国家自然科学基金联

合基金项目(U1261210);

作者简介:阚伟民，(1970-)，广东电网公司电力科学研究院，高级工程师，主要从事火电发电厂热能动力技术研究工作。

邮箱:广州市东风东路水均岗8号广东电网公司电力科学研究院，510080。

式蒸汽冷却器对过热蒸汽利用有限，会造成1 引言

再热之后的第一级抽汽过热度高达200?以

随着全球温室效应的日益加剧以及煤上。过高的过热度使换热引起的?损失增

[3]炭等化石燃料的日渐紧缺，如何进一步提高加。，导致机组热经济性受到了很大的影响燃煤电站效率，减少二氧化碳排放成为全社有鉴于此，本文基于常规超超临界机组会越来越关注且亟待解决的问题。在今后很热力系统，提出了设置外置式蒸汽冷却器的长一段时间，发电化石燃料的主要构成仍是方案，并利用EBSILION软件对系统进行了热煤炭，高效清洁的燃煤发电仍是世界电力供力学分析，计算了系统的热经济性指标。在

[1]应的主要方式。此基础上，对常规超超临界机组热力系统和

随着新材料技术的不断发展，进一步增设外置式蒸汽冷却器的超超临界机组热提高蒸汽初参数成为改善机组热效率的重力系统进行不同负荷条件下的变工况运行

[2]要发展方向之一。随之而来也出现了一些热力学分析，结果表明增设外置式蒸汽冷却问题。由于现代大型燃煤电厂多采用设置内器的机组的热经济性在设计工况和变工况置式蒸汽冷却器的再热机组，随着主蒸汽温下均比常规热力系统机组的热经济性有所度和压力的进一步提高,再热后汽轮机中压提高。

缸抽汽的过热度也进一步升高，考虑到内置2 外置式蒸汽冷却器热力系统

IPLP×2HP

1#2#5#3#4#6#7#8#

图1 常规超超临界机组热力系统图

Figure 1 General Ultra Supercritical Unit Thermal System schematic

轮机中压缸抽汽的过热度很高，将抽汽过热对于超超临界机组而言，采用再热可提

度很高的中压缸抽汽，用于预热温度相对较高机组热经济性，但是再热后的也导致了汽

[8,9]低的凝结水或给水，会带来巨大的?损失，。采用外置串联式蒸汽冷有更高的经济型

却器系统的特点是抽汽过热度可跨越几个从而导致整个机组的热经济性降低，这个问

题即是超超临界再热机组中比较突出的“过抽汽能级, 使其被用于较高的能级。此外，[4]由于增设外置式蒸汽冷却器与内置式相比，热问题”。随着机组容量不断增长、参数

会使系统结构变得复杂，投资和维护工作量不断提高，再热后汽轮机中压缸抽汽的过热

[10]度也进一步升高，导致整个机组热经济性受也会相应增加，因此本文的回热系统采用[5]一台外置式蒸汽冷却器,装设在过热度最大到很大的影响。

的再热之后第一级抽汽处。为了解决这一问题，本文提出了增设外

增设蒸汽冷却器后的机组热力系统图，置式蒸汽冷却器的方案。增设外置式蒸汽冷

却器是为了利用回热抽汽的过热度，在抽汽3#高压加热器的外置式蒸汽冷却器位于1#

[6]高压加热器的出口处，3#高压加热器的抽汽进入回热加热器之前释放一部分热量，这

先进入外置式蒸汽冷却器释放一部分热量样一方面既降低了抽汽过热度，使回热加热

器?损减小;另一方面又可提高进一步提高加热温度较高的给水，过热度降低后的蒸汽

进入3#高压加热器加热温度较低的给水，这给水温度，提高机组的热经济性。

样就使得3#加热器抽汽过热度显著降低。同根据与主水流的位置关系，外置式蒸汽

[7]时提高了给水焓升的幅度，有利于减少锅炉冷却器的布置有串联和并联两种，均可降

内的换热温差，降低不可逆损失，提高锅炉低抽汽与给水之间的过热度，减少不可逆损

的?效率。失。相比较而言，串联式外置式蒸汽冷却器

IPLP×2HP

12345678

########

图2 外置式蒸汽冷却器系统示意图

Figure 2 Ultra-supercritical unit installing external steam cooler

一次中间再热凝汽式汽轮机，具有8级非调3 外置式蒸汽冷却器系统热力学

[11]。如图1所示，常规系统回热整回热抽汽

分析

系统有8级回热抽汽，即3级高压加热器，

本文选取某典型1000MW一次再热超1级除氧器，4级低压加热器。其中3#回热超临界机组作为案例机组，利用EBSILION加热器的抽汽来自于再热后的第一级抽汽，软件进行模拟计算，得到设计工况下常规系具有较高的过热度。该段过热度较高的抽汽统与外置式蒸汽冷却器系统的热经济性指用来预热温度相对较低的锅炉给水，会带来标。其锅炉为超超临界参数变压直流锅炉，较大的不可逆损失，从而使机组的热经济性汽轮机为N1000-26.25/600/600型超超临界、降低。

表1 THA工况下各级抽汽参数比较

Table1. The levels of extraction parameters in THA working condition

常规系统外置式蒸汽冷却器系统

抽汽级数抽汽压力抽汽温度过热度抽汽压力抽汽温度过热度

(bar) (?) (?) (bar) (?) (?)

1# 74.84 74.84 402.4 106.4 402.4 106.4

2# 55.55 55.55 352.7 84.0 352.7 84.0

3# 22.93 22.93 473.8 249.80 300.0 80.60

4# 11.07 11.07 378.1 184.30 378.1 184.30

5# 5.58 5.58 294.1 156.00 294.1 156.00

6# 2.413 2.413 192.4 67.7 192.4 67.7

7# 0.64 0.64 86.1 0.0 86.1 0.0

8# 0.25 0.25 63.6 0.0 63.6 0.0

表1给出了设计工况下常规系统和外置回热加热器中蒸汽与给水温差的变化。另式蒸汽冷却器系统的主要抽汽参数，从表中外，外置式蒸汽冷却器系统也提高了锅炉给可以看出，在常规系统中，3#回热加热器，水温度，提高了平均吸热温度，机组的热经即再热后的第一级抽汽回热加热器，抽汽过济性也得到了改善。

热度很高，达到249.8?;而在外置式蒸汽

冷却器系统中，由于3#高压加热器的抽汽先

被用来加热温度较高的锅炉进口给水，蒸汽

温度降低后在用来加热本级给水，抽汽过热

度仅为76.0?，抽汽过热度大幅降低。图3

和图4 更为形象的描述在传热过程中，3#

温度

(,)

450

本文还对超超临界增设外置式蒸汽冷400

350却器的系统和常规系统的变工况性能进行300了分析。图5给出了常规系统和外置蒸汽式250

冷却器系统在不同负荷时3#回热加热器的200换热率

(MW)100过热度的比较结果。从图中可以看出，随着10203050704060

图3常规系统3#加热器T-Q图符合的降低，常规系统的抽汽过热度有所增

Figure3 T-Q for 3# heater of general system 加，而外置式蒸汽冷却器系统的抽汽过热度温度却有所降低，这意味着随着符合的降低，增(,)

450设外置式蒸汽冷却器改善3#抽汽过热度的400

效果更显著。 350

300

250

200

换热率150(MW)102030405060708090

图4 外置式蒸汽冷却器系统3#加热器T-Q图

Figure 4 T-Q for 3# heater of system installing external

steam cooler

图5变工况3#表2给出了外置式蒸汽冷却器系统与常回热加热器抽汽过热度规系统的热经济性指标比较结果。设计工况Figure 5 Extraction superheat of 3# heater in different loads

下，增设外置式蒸汽冷却器比常规系统提高这是因为:当代大型燃煤发电机组在变了0.11个百分点，发电煤耗降低了

负荷时通常采用滑压运行的方式。此时，当0.67g/kwh，节能效果显著。

负荷降低时，蒸汽压力降低，但是蒸汽温度表2 THA工况下热经济性比较

Figure 2 The thermodynamic and economic analysis In THA 一般保持不变，由此导致常规系统中随着负working condition

荷的降低，抽汽过热度的迅速升高，这意味热经济性指标常规系统外置式蒸汽冷差值

却器系统着采用常规热力系统的燃煤发电机组在低发电效率(%) 44.63 44.74 +0.11

负荷运行时，抽汽过热问题比设计工况时更发电煤(g/kWh) 275.60 274.93 -0.67

[12,13] 严重。而从图5中不难发现，当增设外4 外置式蒸汽冷却器变工况热力置式蒸汽冷却器时，燃煤发电机组在低负荷

运行时即使采用滑压运行的方式，3#回热加学分析

热器的过热度也能有所降低，这表明增设外荷条件下3#抽汽加热器过热度不升反降，相置式蒸汽冷却器有效地解决了3#回热加热较于常规系统而言过热度有巨大改善。从而器过热度迅速增大的问题，亦即:外置式蒸外置增其冷却器系统在低负荷下的节能效汽冷却器系统在低负荷时改善过热度的效果更显著。

果更明显。

图7 不同负荷时发电效率(%)

Figure 7 Power Efficiency in different loads(%) 图6 变工况最终给水温度

Figure 6 The final temperature of feed water in variable working

condition

图6给出了常规系统和外置式蒸汽冷却

器系统在不同负荷时给水最终温度的比较

结果，从图中可以看出，在变工况下，外置

式蒸汽冷却器系统给水温度始终高于常规

热力系统，表现出了优越的经济性。

通过对常规系统和外置式蒸汽冷却器图8 不同负荷时发电煤耗(g/kWh)

()Figure 8 Coal consumption in different loadsg/kWh 系统进行不同负荷下的变工况分析，得到不同负荷工况时的热经济性指标。图7和图85 结论

分别给出了常规系统和外置式蒸汽冷却器

(1)与超超临界燃煤发电机组的常规系统系统在不同负荷工况下的发电效率和发电

相比，外置式蒸汽冷却器系统的再热后第一煤耗比较结果。从图7和图8中可以看出，

级抽汽在抽汽先加热最终给水，在蒸汽温度随着负荷的降低，外置式蒸汽冷却器系统比

下降后在加热本级给水，实现了能量的阶梯常规系统发电效率的增加值随之变大，发电

利用，结构变化很小，在系统设计及优化、煤耗的降低值也随之变大。结合图5可以发

设备制造、性能评价等方面都具有很好的特现:正是由于外置式蒸汽冷却器系统在低负

性。

术,2004,05:344-346. (2)案例研究结果表明，超超临界燃煤发

A Study of Circulation LI Jiangang,YANG Xiaokun,etc.电机组的外置式蒸汽冷却器系统发电效率Heat Conculating Model for Thermal System with Outer

Steam Cooler[J], Turbine Technology, 2004,05:344-346. 比超超临界燃煤发电机组的常规系统提高

[7] Pierre Ploumen, Gerard Stienstra, Hans Kamphuis. 0.11个百分点，发电煤耗降低0.67 g/kWh。Reduction of CO2 emissions of coal fired power plants by

optimizing steam water cycl [J]. Energy Procedia 与常规系统相比，外置式蒸汽冷却器系统中

2011,4:2074-2081.

的3#回热加热器的抽汽过热度大大降低。 [8] 刘志真,李岩,程新华. 装设外置式蒸汽冷却器的再热机

组再热之后第一级抽汽位置对热经济性的影响[J]. 汽(3)随着负荷的降低，超超临界燃煤发电

轮机技术,2004,05:382-384+387.

机组的外置式蒸汽冷却器系统的节能效果LIU Zhizhen,LI Yan,CHENG Xinhua,Analysis of

Thermal Economic Benefits of First Stage Extraction 更加明显，当负荷降低至30%THA时，外置Location after Reheat of Reheat Steam Turbine Set with 式蒸汽冷却器系统发电效率比超超临界燃Outside Steam Cooler [J]. Turbine Technology

2004,05:382-384+387 煤发电机组的常规系统提高0.15个百分点，

[9] 胥传普. 外置并联式蒸汽冷却器系统最佳给水分流系

发电煤耗降低1.01g/kWh。因此超超临界燃数的研究[J]. 电站辅机,1990,03:65-68.

XU Chuanpu, Research of optimal water diversion 煤发电机组设置外置式蒸汽冷却器系统具

coefficient of outer parallel steam cooler [J] Power Station 有良好的变负荷特性、更适合于低负荷情况Auxiliary Equipment, 1990,03:65-68

[10] 胥传普. 外置串联式蒸汽冷却器系统接入系统方式的下的高经济运行。

研究[J]. 江苏电机工程,1992,04:16-21+29. XU Chuanpu,Research of the mode access to the system 参考文献 of outer parallel steam cooler [J], Jiangsu Electrical [1] Yue Lin. Dynamics of clean coal-,red power generation Engineering, 1992,04:16-21+29 development in China [J]. Energy Policy ,2012 , 15(1): [11] 刘堂礼. 超临界和超超临界技术及其发展[J]. 广东电138-142. 力,2007,01:19-22+50. [2] 于淑梅,张树芳,边立秀. 蒸汽冷却器不同连接方式的研LIU Tangli,The technology and development of SC and 究[J]. 华北电力技术,1994,02:10-14+29. USC [J], Guangdong Electric Power, 2007,01:19-22+50 YU Shumei,ZHANG Shufang,BIAN Lixiu, Analysis of steam [12] Jorgen Bugge,Sven Kjaer,Rudolp Blum et.High-efficiency cooler with different connection. NORTHCHINA ELECTRIC coal-fired power plants development and POWER,1994,02:10-14+29. perspectives[J].Energy,2006,31(10/11):1437-1445. [3] 郑体宽.热力发电厂[M].北京:中国电力出版社,2008.

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