摘要：针对过热器减温水取水点由给水泵出口改至高压加热器出口的可行性问题，结合300ＭＷ机组具体参数，从经济性及安全性进行了分析，结果表明改造可提高机组运行的经济性，但会对机组运行的安全性造成一定影响，可为今后改造提供参考。
关键词：减温水；取水点；等效焓降；经济性；安全性
1 人工控制机组过热器超温的影响
在过热器出口汽温和过热器管壁温度的双重控制需求下，需要研究机组过热汽温的新型多目标控制方法，新型控制目标不仅仅是单一的控制过热汽温，而是综合出口温度控制和管壁金属温度控制的多目标控制方法。在接受运行人员设定的汽温设定值，对过热器出口温度进行正常调节的同时，根据当前过热器压力计算出金属壁温报警值，当实测金属壁温超过报警值或有超过报警值趋势时，优先调节金属壁温。
（1）运行人员操作强度明显增加
（2）经常由于人工操作不及时而使金属管壁长时间超温，影响设备安全。
（3）由于壁温变化特性和汽温变化特性存在很大区别，通过修改汽温设定值来干预壁温常常会造成耦合振荡，使整体的过热汽温控制品质大幅下降。
（4）为防止壁温超温，常常将汽温定值设置在较低的位置，平均汽温明显降低，机组运行效率降低。针对上述超临界机组过热汽温控制和金属壁温控制的现状和存在问题，迫切需要设计一种能够兼顾出口汽温控制和金属管壁温度控制需求的多目标控制策略，在获得良好的汽温控制品质的同时，能有效抑制壁温超温，使过热器金属壁温超温时间大大降低。
2 300MW机组过热器减温水系统概述
某电厂300ＭＷ汽轮发电机组汽轮机为亚临界、一次中间再热、凝汽式，给水系统由３台高加和２台汽动给水泵组成，给水泵出口母管至高加进口间有一路抽出作为锅炉过热器减温水。配套的锅炉为亚临界一次中间再热自然循环汽包炉。过热器系统设有三级喷水减温器，用来调节过热蒸汽温度[1]。一级减温器布置在低温过热器（简称低过）出口集箱至全大屏过热器进口集箱的连接管上；二级减温器布置在全大屏过热器出口集箱至后屏过热器进口集箱的连接管上，共２只；三级减温器布置在后屏过热器出口集箱至高温过热器进口集箱的连接管上，共２只。减温器均采用多孔喷管式，调温幅度通过调节喷水量控制。
改造方案。目前普遍认为取水点放在高加出口后主给水电动阀前是比较合理的方案，也是大多数电厂采取的改造方案。为了减小减温水使用对给水控制的扰动，将取水点放在给水流量孔板前。从高加出口、给水流量孔板之前引出一路新管路，依次经过手动截止阀、电动截止阀、逆止阀后接入原减温水电动阀后的管路。
3 经济性分析
3.1 取水点为给水泵出口对机组煤耗的影响
以等效焓降法分析取水点为给水泵出口，减温水不经过高压加热系统对机组经济性的影响[2]。喷水减温时，减温水分流量α不经过高加，减少了三级高加的回热抽汽，减少的抽汽在汽轮机中做功增加ΔＨ为：
（1）式中：τｒ为第ｒ级加热器给水的焓升，kj／ｋg；ηｒ为第ｒ级加热器的抽汽效率。1kg新蒸汽的吸热量增加ΔＱ为：
（2）式中：ｑｒ为第ｒ级加热器抽汽放热量，kj/kg；ΔＱｚｒ为第ｒ级加热器排挤１kg抽汽引起再热器吸热量的变化，k/ｋｇ。喷水减温使汽轮机效率相对降低Δηｉ为：
（3）式中：ηｉ为喷水减温前汽轮机效率；Ｈ为新蒸汽等效焓降，kj／ｋg。供电煤耗增加Δｂｂ为：
Δｂｂ＝ｂｂ×Δηｉ
（4）式中：ｂｂ为机组供电煤耗，g/（kw·ｈ）。机组供电煤耗取320g/（kw·ｈ），计算得到1t/ｈ减温水可以使机组供电煤耗增加0.013g／（kw·ｈ）。
3.2 取水点为高加出口对机组煤耗的影响
若从高加出口取水作为过热器减温水，因其不影响热力循环，如果忽略锅炉内部的微小变化，则经济性无变化[3]。
3.3 效益分析
过热器减温水取水点改造后：在THA工况下，使用1t/ｈ减温水比改造前节省煤耗约0.013ｇ/（kw.h）；同样可以计算得到在240MW工况下，节省煤耗约0.017ｇ/（kw.h）。改造增加公称直径为125ｍｍ、公称压力为32MPａ的电动截止阀、手动截止阀、逆止阀各１个，三通阀２个，管道、弯头若干，施工工期约15天，单台炉投资约45万元。根据日常运行减温水质量流量的不同，以年利用5000h.1tｈ减温水节省供电煤耗0.015ｇ／（kw.h）、煤价格750元/t计算。平均减温水质量流量在5t/h时，年节约成本约９万元，投资回收期约５年；减温水质量流量在25ｔ/h时，年节约成本约45万元，１年即可收回成本。
4 安全性分析
过热器减温水取水点改造后，减温水温度上升、压力下降，故减温水质量流量较改造前会有增加，最大可通流量减小。为确保安全，应对减温水管道材质、减温水质量流量进行核算。
4.1 减温水管道材质的核算
减温水取水点改造后，减温水温度会由170℃左右上升至280℃左右。经查，减温水管道及阀门材料均为20Ｇ，许用温度均在400℃以上，满足使用要求。但温度上升后，管道膨胀会有变化，应对支吊架进行校核，必要时须进行调整[4]。
4.2 减温水质量流量的核算
改造后减温水焓发生变化，单位质量减温水吸热量减少，调温需要减温水质量流量增加：原减温水焓ｈ＝716．15kj／kg；主蒸汽焓ｈｍ＝3407.11kj／kg；改造后减温水焓ｈ′＝1205.87kj／kg。因减温水吸热总量不变，可得：Ｑ×（ｈｍ－ｈ）＝Ｑ′×（ｈｍ－ｈ′）（５）式中：Ｑ为原减温水质量流量，t/h；Ｑ′为改造后所需减温水质量流量，t/ｈ。故得到：
（5）
即改造后所需减温水质量流量为改造前的1.22倍。因改造后减温水压力降低，在不提高给水压力的条件下，减温水系统所能通过的最大质量流量Ｑｍ降低为Ｑ′ｍ，根据流体力学原理，有如下关系：
（6）
式中：Δｐ、Δｐ′分别为质量流量为Ｑｍ和Ｑ′ｍ时，减温水系统的压降，Pａ。计算得到减温水质量流量最大值为改造前的0.83倍。因此，改造后减温水系统最大出力相当于改造前的0.68倍，即不提高给水压力的情况下，改造后减温水最大质量流量为78.9t／ｈ。若正常情况下减温水质量流量超出78.9ｔ/ｈ，不建议改造[5]。若正常情况下减温水质量流量不超过该值，可进行改造，并保留原管路，事故情况下切至原管路运行；且改造后喷水热控逻辑应根据新参数进行修改。
结语
总之，本文以某300ＭＷ机组为例，对过热器减温水取水点改造的经济性和安全性进行了分析。将取水点由给水泵出口改至高加出口可有效提高机组经济性，但改造后会造成减温水质量流量增大和最大出力减小的情况，对机组运行安全存在一定影响。改造应结合机组具体运行参数，尤其是日常减温水质量流量进行综合考虑。
参考文献：
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[3]潘存华.某300MW机组过热器、再热器爆管原因分析与处理方法[J].巢湖学院学报，2016，18（03）：92-96.
[4]郑伟，赵猛.300MW机组过热器喷水减温控制研究与改进[J].中国电力，2014，47（11）：26-29.
[5]杨占君，苗兴，袁芳.300MW机组锅炉屏式过热器爆管原因分析[J].中国特种设备安全，2014，30（05）：41-43.
论文作者:裴辉
论文发表刊物:《基层建设》2019年第19期
论文发表时间:2019/9/21
标签：温水论文; 机组论文; 流量论文; 煤耗论文; 过热器论文; 质量论文; 加热器论文; 《基层建设》2019年第19期论文;