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摘要：建立1000 MW超超临界火力发电机组高压加热器的上端差和下端差模型，利用能量梯度利用最优原则分析高加水位对机组运行的影响规律，优化高加水位和机组运行状态。结果表明高负荷下给水温度低于设计值约6℃，2号高加的上、下端差偏大。低负荷下，3号高加的下端差偏大。基于水位优化调整试验，1、2和3号高加的最佳水位分别为90 mm、80 mm和40 mm。提高经济性的调整措施包括维持最优高加水位，适当提高给水pH值和控制给水的含氧量。
关键词：超超临界发电机组；高压加热器水位；疏水温度；上端差；下端差
1 引言
高压加热器（简称高加）的运行状态不仅影响高加的运行效率，还影响机组运行的安全稳定性[1-3]。高加水位调整不当、结垢、泄漏或混入不凝结气体等原因，导致上、下端差偏大，本级抽汽热值并未充分利用，给水温度达不到设计值，机组效率降低[2-4]。同时在机组大幅加减负荷时，容易造成水位波动，整列高加有撤出的风险，影响系统的安全运行。
本研究拟建立1000 MW超超临界燃煤火力发电机组高压加热器的上、下端差模型，利用能量梯度利用最优原则分析高加水位对机组运行经济性和安全性的影响规律，优化高加水位和机组运行。本文的分析有助于了解高加运行的经济性和安全性指标，减少水位波动，降低高加上、下端差和煤耗，提高机组运行安全性和经济性。
2 系统结构与物理模型
高加采用依靠压差逐级自流方式正常疏水，由1号高加流入2号高加，2号高加流入3号高加，3号高加流入除氧器。高加中蒸汽的等压冷却过程包括过热蒸汽冷却段、凝结段和疏水冷却段。给水被加热的过程为等压加热过程，给水温度从THPin被加热到THPout。
高压加热器采用依靠压差逐级自流方式正常疏水，由1号高加流入2号高加，2号高加流入3号高加，3号高加流入除氧器。图1示出高加中蒸汽的等压冷却过程包括过热蒸汽冷却段A-B、凝结段B-C和疏水冷却段C-D。点A为回热抽汽的过热蒸汽，点B为饱和蒸汽，点C为饱和凝结疏水，点D为过冷凝结疏水。给水被加热的过程E-F为等压加热过程，给水温度从THPin被加热到THPout。
下端差或疏水端差ΔTL为：
ΔTL=THPdrainTHPin (1)
式中，THPdrain为疏水温度，THPin为高加入口给水温度。1~3号高加的下端差设计值均为5.6℃。
上端差或给水端差ΔTH为：
ΔTH=THPsatTHPout (2)
式中，THPsat为回热抽汽压力对应的饱和温度，THPout为高加出口给水温度。1~3号高加的上端差设计值分别为1.7℃、0℃和0℃，上端差为负值，说明给水出口温度高，热经济性好。
图1 负荷1003.4 MW时的2号高加给水温升和回热抽汽冷却的温熵图
加热器上、下端差的增大，不会直接导致热量的损失，但根据热力学第二定律，传热温差的增大会增大热交换的不可逆性，高品质的蒸汽被低效利用，产生额外的冷源损失，降低汽轮机运行的整体效率。
3 结果分析与问题排查
图1示出负荷1003.4 MW时的2号高加上端差ΔTH2为5.22℃，下端差ΔTL2为41.5℃，均远超设计值。机组运行时，高负荷下的给水温度低于设计值约6℃，换热效率低于设计值。因此需优化高负荷下的2号高加水位，降低端差，提高能量利用效率和给水温度。
表1示出负荷630 MW时，1~3号高加的疏水压差分别为1.4、2.2和0.72 MPa。3号高加的疏水压差最小，且除氧器位置高，3号高加疏水较为困难。3号高加疏水流量最大，水位波动较大，一旦触发危急疏水阀开启，易导致高加整列撤出。
结合设备运行状态，高加下端差偏大的原因包括：1）高负荷下，高加水位控制偏低；2）高加管束或隔板泄漏；3）加热器受热面和内壁结垢，传热阻力大；4）给水进水管道堵塞；5）加热器内聚集不凝结气体，热阻大；6）旁路阀门、三通阀门不紧，导致泄漏。
4 设备优化与运行调整
高加运行调整策略包括：1）避免打开高加的事故危急疏水阀，造成能量的“量”损失；2）能量梯度利用最优，避免端差太大，熵增造成能量的“质”损失增大。因此需寻找每台高加在各负荷下的最佳水位，降低端差，减少水位波动，提高给水温度，节能降耗，提高运行安全稳定性。
高加最优水位的试验策略包括：1）升高水位，减小加热器的有效换热面积，上端差略增大，下端差明显减小；2）降低水位，减小疏水淹没下层管道面积，蒸汽进入疏水冷却段，下端差增大；3）3个高加上、下端差分别最小，且尽量满足总端差最小。基于水位优化调整试验，1、2和3号高加的最佳水位分别为90 mm、80 mm和40 mm。
提高高加经济性的调整措施包括：1）高加维持试验最优水位；2）提高给水pH值，减少换热管结垢，促进表面形成氧化膜；3）控制给水含氧量，防止管道氧化腐蚀。提高高加安全性的调整措施包括：1）延长正常调节阀积分时间，调节阀不随水位波动大幅调整；2）3号高加水位危急疏水调节阀开启设定值由+25 mm增加至+50 mm；3）放宽水位报警值，报警值由±100 mm放宽到±150 mm。
图2和3示出3号高加水位整体优化和性能调整后，全负荷下平均上端差增大0.3℃，增加幅度较小，对性能影响不大；平均下端差降低了5.1℃，传热温差降低，高加换热运行效率提高。
图3 3号高加下端差随机组负荷的变化关系
5 结论
建立1000MW超超临界燃煤火力发电机组高压加热器的上端差和下端差模型，利用能量梯度利用最优原则分析高加水位对机组运行的影响规律，优化高加水位和机组运行状态。结果表明：
（1）高负荷下给水温度低于设计值约6℃，2号高加的上、下端差均远超设计值，换热效率下降。低负荷下，3号高加的下端差偏大。
（2）基于水位优化调整试验，1、2和3号高加的最佳水位分别为90mm、80mm和40mm。
（3）提高高加经济性的调整措施包括维持高加最优水位，适当提高给水pH值和控制给水的含氧量。提高高加安全性的调整措施包括延长正常调节阀积分时间，增加3号高加水位危急疏水调节阀开启值的正偏差，放宽水位报警值。
参考文献
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[2]吴豪,张路,包海斌,赵思嘉,赵俊杰.高压加热器的上端差和疏水端差分析与优化[J].工程技术,2016,4(10):299-300.
[3]杨涛,胥建群,周克毅,马琳,石永锋.电站给水加热器水位的优化运行[J].东南大学学报(自然科学版),2012,42(2):314-319.
[4]庞乐,郭佳雷,邴汉昆.高压加热器最佳运行水位的确定方法研究[J].发电技术,2014,35(3):14-17.
论文作者:温翔宇1,胡开杰1,朱小军1,王宁国1,俞路军1
论文发表刊物:《电力设备》2017年第15期
论文发表时间:2017/10/19
标签：疏水论文; 水位论文; 加热器论文; 机组论文; 温度论文; 负荷论文; 蒸汽论文; 《电力设备》2017年第15期论文;