热力发电厂加热器端差应达值初探

热力发电厂加热器端差应达值初探

【摘要】在电厂热力系统中，加热器作为重要辅机之一，影响整个发电厂经济性。对于其端差的确定影响其经济性考核，而制造厂给出的端差是额定工况下取得的，对于运行实际的指导作用十分有限。在运行实际中加热器端差受到加热器水位、管束清洁度等因素影响较大。本文通过分析、计算加热器端差的应达值，希望对加热器的运行优化调整、节能技术监督提供一些指导性的意见。

【关键词】加热器；端差；应达值；节能监督

0 引言

在电力行业中，发电机组以凝汽机为主，提高凝汽机组的运行经济性及安全性是当前节能工作的一项重要内容。加热器是重要的辅机之一，其运行水平直接影响电厂的热经济性。其中影响其经济型的主要因素有：加热器运行端差、抽汽压损、散热损失。抽汽压损与加热器安装高度、管路阻力、阀门压损有直接关系，而散热损失对其经济性影响几乎可以忽略不计。那么，换热端差就是衡量加热器性能优劣的主要指标，在换热面积一定的情况下，换热端差越小代表其换热性能越好，反之则越差。

端差具体分为加热器端差（TTD）和疏水端差（DCA），加热器端差也叫给水端差或上端差，其定义为加热器蒸汽入口压力下的饱和温度与给水出口温度的差值；疏水端差也叫下端差，其定义为离开加热器壳侧的疏水出口温度和进入管侧的给水进口温度之差。考虑到加热器上端差对机组经济性的影响远比下端差大，如果没有明确的说明，一般文献多指上端差。

根据经济性计算并考虑电厂热力系统，燃料费用和材质，德国大电厂技术协会推荐的最佳端差见表1。（带过热蒸汽冷却段的加热器的端差可以是负值。）

表1 最佳端差推荐表

1 监测加热器端差的意义

制造厂提供的加热器端差，实在额定工况下取得的设计端差，而在实际运行中加热器端差的应达值一直是困扰工程技术人员的难题，是加热器节能监督中较为容易忽视的问题，也是造成对加热器经济性、安全性评价失真的原因。当加热器运行时，其加热器端差的应达值并不等于设计端差，其应达值是随着工况变化而变化的[1]，即使加热器不在设计端差下运行并不说明加热器一定发生故障，而只要达到加热器端差应达值，加热器的运行状况是正常的[2]。

1.1 加热器端差对机组的经济性的影响

加热器端差对机组经济性的影响主要表现在端差值过高和过低都会使机组

的效率降低。这是由于端差的存在和变化增加了热交换的不可逆性，产生了额外的冷源损失，降低了装置的效率。在再热机组中，高加的端差变化通常不但影响新蒸汽等效焓降，而且还会通过影响再热器的吸热量进而影响循环吸热量。而且定量分析机组加热器端差对经济性的影响，还是是节能改造，完善运行方式和操作管理的一项重要技术。

端差的应达值就是对应的机组的效率最大值。因此确定端差的应达值就显得尤为重要通过分析不难发现，在达到端差应达值时，机组的效率有明显的提高。

1.2 加热器端差对机组的安全性的影响

本文主要是求解变工况下，加热器端差应达值。因而可以对汽轮机的效率进行实时在线监测。

另外端差值的变化主要是受到以下情况的影响：

1）运行参数偏离设计参数，如给水流量和给水温度等。2）过热段包壳与隔板有一定间隙部分蒸汽未经过换热管，短路流出疏水段。3）过热段包壳与隔板的焊接及进汽口套管与包壳板的焊接未完全焊好，有局部泄漏造成过热蒸汽未经过过热段管子直接进入凝结段。4）水室隔板螺栓未拧紧或焊缝开裂使入出口给水短路，温升大大降低给水端差过大。5）高加给水入﹑出口的自动旁路阀，即入口阀和出口止回阀的阀瓣密封不严造成给水泄漏，部分水未经加热器由进口直接到出口。

综上，如果在监测过程中，如果端差值与应达值相比，产生了较大的变动，我们也可以大致推测汽轮机出现了那些故障。这对汽轮机的安全运行是有很大的帮助的。

2 带蒸汽冷却段和疏水冷区段的加热器端差应达值

本文以具有蒸汽冷却器和疏水冷却器的三段式、加热器为例，对于凝结段，可以列出如下方程：

Q=Gdrη=（tw3-tw2）Gwcw=kA△tm（1）

式中：Q为凝结段总换热量，kJ/s；η为加热器热效率，一般取作常量0.98；Gd为加热器蒸汽流量，kg/s；r为蒸汽的汽化潜热，kJ/kg；tw2为凝结段给水入口温度，即疏水冷却段给水出口温度，℃；tw3为凝结段给水出口温度，即蒸汽冷却段给水入口温度，℃；Gw为加热器给水流量，kg/s；cw为凝结段给水平均定压比热，kJ/kg；k为凝结段假设传热系数；A为凝结段传热面积，m2；△tm为对数平均温差，K。

△tm=ln■（2）

式中：ts为饱和蒸汽温度，℃。

本文的计算是先假设凝结段的传热系数k，则可计算得到tw2、tw3的方程组。之后按公式，计算以tw2、tw3为基准的传热系数k’，其中可以对加热器实际运行管子数目和污垢系数进行设置，求解k/k’。若比值在100% ±1%之内，则说明假设的k值符合要求，进而求解加热器上、下端差；若比值在100%±1%之外，则重新选择凝结段传热系数，反复地进行上述计算，直至比值在100% ±1%之内。之后再进行上、下端差的计算。

可以求得

tw2=t■-ac/（a-1）（3）

tw3=t■-c/（a-1）（4）

式中a=exp[0.001tf2/Gwcw] c=rηGd/（Gwcw）

tf2为凝结段给水平均温度，℃。

在疏水冷却段中，根据热平衡可以列出如下方程：

（hd1-hd3）Gdη=（hw2-hw3）Gw（5）

式中：hw1为疏水冷却段入口焓值，kJ/kg；hw2为疏水冷却段出口焓值，kJ/kg；hd1为饱和水焓值，kJ/kg；hd3为疏水出口焓值，kJ/kg。在已知tw2和给水压力pw的条件下，可以查得hw2，进一步计算出h3，再次利用水与水蒸气性质表查出疏水出口温度t3，下端差可以表示成θ2=t3-tw1。

同理，在蒸汽冷却段中应用热平衡方程可以得到

（h1-h2）Gdη=（hw4-hw3）Gw（6）式中：hw4为加热器给水出口焓值，kJ/kg；hw3为凝结段给水出口焓值，kJ/kg；h1为蒸汽进口焓值，kJ/kg；h2为蒸汽冷却段蒸汽出口焓值（由于蒸汽在离开蒸汽冷却段时有一定的过热度，取h2=hs+80，此假设对计算的影响可以忽略，hs为饱和蒸汽焓值），kJ/kg。在已知tw3，ps的条件下，可以查得hw3，代入式中，可以计算得到hw4，在已知ps的情况下，可以查得给水出口温度tw4，上端差θ1可以表示成θ1=ts-tw4。

3 结论

本文旨在初步探讨加热器端差的计算方法，文中所用方法还有诸多不足，仅作抛砖引玉。希望可以对加热器节能监督中作为监督考核的目标值来最大限度提高机组运行的经济性。

【参考文献】