再热机组对回热经济性的影响

《再热机组对回热经济性的影响》

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再热机组对回热经济性的影响

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摘要：高温超超临界二次再热机组中，经过二次再热削弱了热力系统回热的效果，同时增大了汽轮机抽汽过热度。本文采用回热汽轮机优化高温超超临界二次再热机组回热系统。以外置串联式蒸汽冷却器作对比，参考相关文献中分别建立的外置串联式蒸汽冷却器和回热汽轮机的计算模型的实例计算结果，研究二者对常规超超临界机组及高温超超临界二次再热机组热力系统热经济性的影响。结果表明：应用回热汽轮机后汽轮机效率大于原热力系统的汽轮机效率；按照目前小汽轮机内效率90%为参考，当作为高温超超临界二次再热机组第5、6 级加热器汽源时，可使发电厂标准煤耗降低0.633 g/(kW·h)，当作为常规超超临界再热机组除氧器汽源时，可使汽轮机效率提高约0.25%，标准煤耗降低约0.689 g/(kW·h)；相比于设置蒸汽冷却器，利用回热汽轮机能够更加合理、充分地利用抽汽过热度，能够更大程度地提高回热系统热经济性，节能潜力较大。

［关键词］：回热汽轮机；二次再热；蒸汽冷却器；回热系统；过热度；热经济性；汽源；标准煤耗

为降低污染物排放，提高发电效率，实现煤的洁净利用，越来越多的国家开始注重提高燃煤电厂的热经济性，高参数、大容量仍是火电机组今后的发展方向。目前我国在役超临界机组的再热温度已达到600 ℃，而正在研究的高温超超临界机组再热温度将达到700 ℃。在700 ℃材料尚未成熟之前，采用更高参数的二次再热技术能大幅提高机组效率。二次再热在技术上具有先进性、成熟性。相对于超超临界机组，采用二次再热技术能够使机组的热效率提高约1%~2%。

再热会使再热热段的回热抽汽过热度升高，增大换热过程的不可逆损失，从而削弱回热效果，降低机组热经济性。随着二次再热机组陆续投产，尤其是一二次再热参数的提高，这种影响会更加明显。目前采用的内置或外置式蒸汽冷却器只能部分利用抽汽过热度，而不能从根本上解决问题。

目前电厂中普遍采用蒸汽冷却器来利用加热器抽汽过热度，将能量品味较高的蒸汽过热度热量用在较高能级的加热器上，避免蒸汽过热度直接降落到本级加热器上，从而降低过热蒸汽在热交换过程中的不可逆损失，提高机组的热经济性。外置串联式蒸汽冷却器利用抽汽过热度加热回热系统给水，提高锅炉给水温度，从而提高机组经济性。

一、以一次中间再热并具有回热的循环为例从做功能力法的角度来分析

熵分析法或㶲分析法是以燃料化学能的做功能力被利用的程度来评价发电厂的热经济性，由于它的定量计算复杂，使用起来不方便、不直观，一般用于发电厂热经济性定性分析，以便从本质上指导技术改进方向。

1kg 煤的产气量 kg 汽/kg 煤

△e=(e in +e q )-(w a +e out )=T en △s kj/kg

一次再热循环在T-S 图中的表示如图所示。可以看出，蒸汽经中间再过热以后，其乏汽的干度明显提高了。再热循环的吸热平均温度将高于基本的朗肯循环。使整个再热循环的热效率有所提高。

回热汽轮机是将高压缸排汽分为3 路，一路经过一次再热器再热后进入中压缸，一路去第7 级高压加热器，另一路直接进入回热汽轮机。用回热汽轮机的抽汽口代替中压缸各级抽汽口作为原各级加热器汽源，可以大大降低抽汽过热度，进一步减小蒸汽再热对回热过程的削弱作用。回热汽轮机工作原理是第 3 级加热器汽源为回热汽轮机抽汽，第 4 级加热器汽源为回热汽轮机排汽，通过对原有回热系统的改造提高回热系统热经济性。

中间再热对热经济的影响

1再热对汽轮机相对内效率的影响

再热使排气湿度下降，湿气损失下降，相对内效率上升

2再热对汽轮机理想内效率的影响

当：附加循环吸热过程平均温度>基本循环吸热过程平均温度，理想热效率上升 3采用中间再热，蒸汽初压上升单机容量上升，汽轮机总汽耗量下降。

30101-h h h q h q g b fw b -≈=

ηη）（111max T 1T q q e en q t -===ηϖ

二、以一次中间再热并具有回热的循环为例从传热过程分析的角度来分析 显然，抽气的过热度愈高，不可逆传热损失愈大

建立回热汽轮机对热力系统影响的数学模型，计算回热汽轮机作为除第8 级、第7 级加热器以外其他任意一级加热器汽源时，其对回热系统热经济性的影响。由于回热汽轮机内效率未知，将其作为循环变量，逐渐改变回热汽轮机内效率，计算出相应汽轮机组效率变化以及相应的标准发电煤耗变化值，从而确定回热汽轮机对回热系统热经济性的影响。

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分别以某高温超超临界1 000 MW 二次再热机组和某常规超超临界1 000 MW 一次再热机组为例，计算了外置串联式蒸汽冷却器对回热系统热经济性的影响，通过煤耗偏差分析其利用抽汽过热度时的节能效益。

在某高温超超临界二次再热机组中，第6 级高压加热器抽汽过热度达到了297.78 ℃，在该级加热器中应用外置串联式蒸汽冷却器，利用其抽汽过热度加热给水，经过计算获得蒸汽冷却器从第6 级抽汽中带走热量721.29 kJ/kg，使得锅炉给水温度提高了6.41 ℃，而第6 级加热器出口给水加热不足Δεj 为31.27 kJ/kg，从而得出发电标准煤耗率降低0.46 g/(kW·h)，节能效果较为显著。

在某常规超超临界机组中，第3 级加热器抽汽过热度为277.62 ℃，在该级设置外置串联式蒸汽冷却器，利用其抽汽过热度加热给水，经过计算获得蒸汽冷却器从第3 级抽汽中带走热量587.78 kJ/kg，使得锅炉给水温度提高了4.65 ℃，而第3 级高压加热器出口给水加热不足Δj 为12.37 kJ/kg，从而得出发电标准煤耗降低0.62 g/(kW·h)。

一、针对高温超超临界二次再热机组，应用回热汽轮机优化其原有的热力系统，分别计算回热汽轮机作为第6 级加热器和第5、6 级加热器汽源（回热汽轮机完全代替中压缸抽汽，其抽汽作为第6 级高压加热器汽源，排汽作为第5 级加热器（即除氧器）汽源）时回热系统热经济性的变化。

可见：随着回热汽轮机效率的提高，发电厂标准煤耗率逐渐降低；按照目前回热汽轮机效率90%计算，发电厂标准煤耗降低0.324 7 g/(kW·h)，此时利用回热汽轮机的经济效益低于外置串联式蒸汽冷却器。由图3b)可见：随着回热汽轮机效率的提高，发电厂标准煤耗逐渐降低；相比于图3，此时回热汽轮机对煤耗的影响更大；取回热汽轮机效率为90%时，发电厂标准煤耗可降低0.633 g/(kW·h)，相比于利用蒸汽冷却器，此时回热汽轮机节能潜力更大。

二、针对某常规超超临界1 000 MW 一次再热机组，利用回热汽轮机优化原有的回热系统，分别计算了回热汽轮机作为第 3 级高压加热器汽源和作为除氧器汽源（回热汽轮机抽汽作为第3 级高压加热器汽源，其排汽作为第4 级加热器即除氧器汽源）时汽轮机效率(以Δb 计)的变化。结果可见，随着回热汽轮机效率的升高，原热力系统汽轮机效率逐渐升高，呈线性增长趋势，但此时的最高效率仍然低于原热力系统汽轮机效率。

可见该方案下机组经济性不升反降，不利于回热系统的优化改造。由图4b)可见：汽轮机效率随着回热汽轮机效率变化仍然呈线性增长趋势；当回热汽轮机效率大于0.7 时，应用回热汽轮机后汽轮机效率大于原热力系统中汽轮机效率；按照目前小汽轮机内效率90%为参考，此时能使汽轮机效率提高约0.25%，标准煤耗降低约0.689 g/(kW·h)；相比于设置蒸汽冷却器，更加合理地利用了抽汽过热度，对提高机组经济性效果更加显著。

用回热汽轮机作为第3 级和第4 级加热器汽源时，回热汽轮机排汽干度为0.999 4；当为第5 级加热器提供抽汽时回热汽轮机排汽干度下降至0.963 6，排汽进入了湿蒸汽区，对加热器安全经济运行不利。针对该机组进行回热优化时，回热汽轮机只能作为第3、4 级加热器汽源，此时对机组经济性提高最大。

结论：针对高温超超临界二次再热机组抽汽过热度较大的特点，分别采用外置串联式蒸汽冷却器以及回热汽轮机 2 种方式，合理利用抽汽过热度，降低热交换过程的不可逆损失，提高回热系统热经济性。通过对某高温超超临界1 000 MW 二次再热机组以及某常规超超临界1 000 MW 一次再热机组进行计算表明，利用回热汽轮机能够更加合理、更加充分地利用抽汽过热度，节能潜力较大，能