摘要：文中对提高发电机组热经济性的必然性进行了阐述;对采用回热抽汽提高机组经济性的原因以及影响回热循环效率的因素进行了分析;并给出了抽汽率、回热循环的汽耗率、热耗率的计算方法，阐述了九级抽汽回热的可行性、抽汽点的分配方案及其可以取得的效益。
关键词：回热系统;九级抽汽；热经济性；660MW
1引言
2015年3月23日京能（锡林郭勒）发电有限公司2×660MW超超临界火电工程项目，获得国家能源局的批准。该项目地处草原，为极寒少雨地区。根据公司地域特点，并且为了响应国家的节能减排的政策，提高项目竞争能力，公司以“两低一高”（即低能耗、低污染物排放和高可靠性长周期运行）为标准，对机组的部分系统进行优化，确定了本公司机组的供电煤耗为289.25g/kw·h、水耗小于0.0255m3/s·GW的超低能耗指标和氮氧化物含量小于30mg/m3、烟气中的二氧化硫含量小于15mg/m3、烟气中的粉尘含量小于5mg/m3的超低排放指标，该指标是目前同规模空冷机组最好的，大大低于国家规定的标准。为了满足国家大环境及集团公司小环境的要求，机组的热经济性应该怎样提高、提高多少？则成为公司在设计施工阶段就应该解决的问题。而抽汽回热作为提高机组热经济性非常见效的途径，被如今所有火力发电机组所采用。为达到制定的指标，公司采用九级非调整回热抽汽系统，这在国内660MW的超超临界间接空冷机组中尚属首例。
2 抽汽回热循环的热经济性分析及计算
2、1经济性提高的原因分析
2.1.1采用回热循环后，整个热力循环分为了两大部分，第一部分蒸汽，作功后直至凝汽器，其热效率为朗肯循环的热效率；第二部分的蒸汽，从汽轮机中间级抽出的做了功的过热蒸汽送入高、低压加热器及除氧器，去加热凝结水或给水，提高了送入锅炉的水温，这部分蒸汽的热量没在凝汽器中被循环冷却水带走，因此这部分蒸汽的循环热效率可视为100%。所以整个回热循环总的热效率一定比相同参数下的未采用抽汽回热的效率高。
图1-1为具有一次抽汽回热循环的系统示意图[1]。
图1-2为一次抽汽回热循环的T-s图[1]。
图1-1 一次抽汽回热循环系统示意图图 1-2一次抽汽回热循环的T-s图
1-省煤器；2-炉膛水冷壁；3-过热器；4-汽轮机；5-发电机；6-凝汽器；7-凝结水泵；8-混合式加热器；9-给水泵
2.1.2抽汽率的计算
从进入汽轮机的1Kg蒸汽中所抽出的蒸汽量叫抽汽率[1]。以符号
表示。
抽汽率
是由加热器的热平衡方程所确定的。如不计散热损失，则
公斤所放出的热量，应等于（1－
）公斤凝结水所吸收的热量,见图1-1，即：
2.1.3回热循环的热效率计算[1]
2.1.4回热循环的汽耗率、热耗率[1]
总之，采用给水回热循环后能够提高汽轮机组的经济性，这是因为采用回热加热器后，汽轮机的总汽耗增大，热耗率和煤耗率下降，而热耗率和煤耗率下降所提高的经济性远大于汽耗增大所降低的经济性。汽耗之所以增大，是由于进入汽轮机的每千克蒸汽所做的功减少了；而热耗率和煤耗率的下降的原因是，温度提高后的给水送入锅炉后，减少了吸收燃料燃烧的热量（冷源损失大大减少），节约了燃料。另外，采用抽汽回热后，凝汽器需要冷凝的蒸汽量相应减少，则凝汽器的换热面积相应减少，循环水泵容量也可以减小，设备投资就可以减少。
2.2影响抽汽回热循环效率的因素
2.2.1回热级数及回热压力对热经济性的影响
理论上，在锅炉给水温度一定的状态下，抽汽回热的热效率将跟着回热级数的增加而有所提高[3]。然则随着抽汽级数的增加，其对热经济性提高的效果将逐次降低。因为随着抽汽压力的降低，蒸汽的饱和温度也降低，相应的被加热的给水温度提高有限，也就是说回热的作用在减少。当抽汽压力与排汽压力相等时，蒸汽的饱和温度等于凝结水的温度，已不可能加热给水。另外由于抽汽级数的增多，实际设备系统也相应增多，系统复杂造成运行操作困难、设备投入的资金增多。所以抽汽级数的选择要经过系统的经济核算、比较来确定。
2.2.2锅炉给水温度对热经济性的影响
从抽汽回热的T-s图（图1-2）中可看到，在初参数和终参数及设备系统不变的前提下，送入锅炉的水温越高，锅炉的传热温差就越小，从而使汽轮机的热耗量大为减少，则抽汽循环的热效率提高也就越多。当送入锅炉的水温在某一值使抽汽回热循环的热耗率为最低值时，这时的温度为最佳给水温度。而实际的最佳给水温度的选择，应该进行经济性的比较，只有采用回热循环提高的经济性超过随之而增加的设备投资时，才是最合适的。
2.2.3蒸汽的中间再热对回热效果的影响
当机组采用中间再热后，使进入汽轮机中压缸的蒸汽温度大大提高，中压缸以后的各级抽汽焓值和温度也相应提高。在给水温度不变的情况下，中压缸以后各级抽汽量都将减少，而进入凝汽的器汽流相应增加，冷源损失增加，也就是说在采用再热后，回热循环热效率相对减少了，图1-3为有无再热对回热效果的影响[1]。由图可以看出，有中间再热的机组采用给水回热的效果不如无再热机组的大。
图1-3有无中间再热对回热效果的影响
3 九级抽汽回热的方案
3.1九级抽汽回热的可行性
根据热力学原理及影响抽汽回热过程热经济性主要因素的分析，可知抽汽回热的级数越多，机组的抽汽回热循环热效率就越高。抽汽回热总热量的分配目标是，使汽轮发电机组循环热效率达到最高，与此相对应的各级参数，就是最佳的分配参数。抽汽参数的安排应当是：高参数的蒸汽尽可能少抽，而低参数的蒸汽则尽可能多抽。而汽轮机的抽汽点是根据热量的分配目标确定的，用于高压加热器和除氧器的抽汽由汽轮机的高压缸和中压缸的中间级及高压缸的排汽引出，而用于低压加热器的抽汽由汽轮机的中压缸排汽及低压缸的中间级引出。而九级抽汽回热布置，不违反上述原则，所以是可行的。
3.2抽汽点的分配
九级抽汽回热的布置方式为：3台高压加热器（另：#3高加采用蒸汽外置式冷却器）、1台除氧器、5台低压加热器。
来自汽轮机高压缸中间级的第一级抽汽供给#1高压加热器；来自高压缸排汽的第二级抽汽供给#2高压加热器；来自汽轮机中压缸中间级的第三级抽汽先供给#3高加外置式蒸汽冷却器，基本消除过热度后再供给#3高压加热器；来自汽轮机中压缸中间级的第四级抽汽供给除氧器、给水泵汽轮机和辅助蒸汽系统用汽；来自中压缸排汽的第五级抽汽供给#5低压加热器和厂房采暖用汽；来自汽轮机低压缸中间级的第六、第七、第八、第九级抽汽分别供给#6～#9低压加热器用汽。如图2-1所示。
图2-1九级抽汽回热系统布置图
3.3采用九级回热可取得的效益
如果在机组本体结构形式完全一致的情况下，经过热力计算，采用九级抽汽回热的汽轮机比常规七级抽汽回热的汽轮机可降低机组热耗25kJ/kWh，即降低供电煤耗1.772 g/kWh。机组的热效率得以提高。
两台660MW的机组如果年有效利用小时数按5500小时计算，则年发电量为:5500×66×103×2=7.26×109kWh；如果燃煤热值按14.11MJ/kg计算，则两台机组每年可节约标准煤为：1.772 g×7.26×109=12864.7t；如果标准煤的单价按300元/吨计算，则两台机组每年可节约费用12864.7×300=385.9万元。在两台机组寿命期内（30年），收益约1.16亿元，提高了电厂收益。
根据国家环保总局发布的《排污收费制度》中，给出的大气污染物排放系数为：SO2为0.0165吨/吨标煤；NOX为0.0156吨/吨标煤；CO2为0.67吨/吨标煤；烟尘为0.0096吨/吨标煤[4]。则每年节约标准煤12864.7吨，可以减少SO2排放量约212.3吨；减少NOX排放量约200.7吨；减少CO2排放量约8619.3吨；减少烟尘排放量约123.5吨。减少这些大气污染物，既有利于环保，又可以减少脱硫、脱硝原材料（石灰石、尿素）的用量，达到了节能增效的目的。
4 结语
采用九级抽汽回热方案，既可以确保电网安全、降低煤耗、节约能源，又可以减少烟尘、SO2、CO2和NOX等排放，有利于环保，增加效益。此方案的推广，将创造很大的经济效益，具有显著的社会效益，对节能减排有着非常重要的意义。并在行业内树立了典型，对其他同类型燃煤发电机组起到了很好的示范和借鉴作用。
参考文献：
[1]《汽轮机设备运行技术》.北京：水利电力出版社，1985
[2]张磊、马明礼.超超临界火电机组丛书《汽轮机设备与运行》.北京：中国电力出版社，2008
[3]叶涛.《热力发电厂》.北京：中国电力出版社,2004
[4]《排污收费制度》.北京：中国环境科学出版社
[5]广东电网公司电力科学研究院.1000MW超超临界火电机组技术丛书《汽轮机设备及系统》.北京：中国电力出版社，2010山西省电力工业局.
[6]吴季兰.《汽轮机设备及系统》.北京：中国电力出版社,2006,256～268
论文作者:彭晓军1,陈永2
论文发表刊物:《电力设备》2019年第4期
论文发表时间:2019/7/5
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