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135（125）MW机组供热改造方案 |
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作者：沈阳飞鸿达节能设备技术开发有限公司 |
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135（125）MW机组是我国上世纪70年代生产的超高压再热式凝汽发电机组，很多大中型电厂都装有该机组。随着我国装机容量的增加，大机组的增加，相比该机效率是偏低的，在额定工况下该机组的发电标煤耗为280g/kw.h，而600MW机组在额定工况下的发电标煤耗为251g/kw.h，600MW机组比135MW机组在发 电量相同的情况下，可节能10%以上。为了节约能源，135MW机组面临着被关停的危险。为了有效地利用这些资源，在可能的条件，应将该型机组改造成供热机组。除了在中压缸到低压缸导管供生活用热外，将该型机改造成供工业用汽的方式大致有下面三种：
1、是将机组通流部分改造，加装旋转隔板，改成可调节抽汽汽轮机，该改造方法适用性强，所有机组都可以用这种方法进行改造，但改造成本高，中压缸转子及汽缸都要重新制造。
2、是从高排及再热器热端抽汽，经减温减压器供汽，这种方法简单，但热效率低，因为减温减压造成了蒸汽可用能损失，比不供热机组效率提高很少。
3、利用压力匹配器高科技新产品，用高于供汽压力（例如1.0MPa）的抽汽（高排或再热器热端排汽）抽吸低于供汽压力抽汽（例3#、4#回热抽汽），混合后供工业用汽。
下面对第三方案作较为详细的介绍和经济分析。
一、压力匹配器的原理和效率
压力匹配器的基本原理和蒸汽喷射压缩器相同，是利用高压蒸汽作动力来提升低压蒸汽的压力，为了适应抽汽供热的需要，与汽轮机的调节汽门的喷咀调节相似，压力匹配器采用多喷咀结构，根据外供汽量的大小，，调整喷咀开启的数量及开度大小，以保证在外供汽量变化时，压力匹配器保持较高的效率，压力匹配器的热力过程表示在焓熵图上如下：
图一 压力匹配器的热力过程图
在匹配器前工作流体的状态用A点来确定：焓为ip，压力为Pp；在匹配器前引射流体的状态用D点来确定：焓为iH，压力为pH，在喷射系数u给定的情况下，在匹配器出口压缩流体的焓ic根据能量守恒定律来确定：
在无损失的理想匹配器中，在i-s图上压缩流体的状态用直线AD与ic=常数之直线的交点C ’来确定，这点的熵是sc’。通过C ’点所作的等压线决定了在压力匹配器后压缩流体的压力pc’。
压力匹配器的实际过程具有损失，因此，在实际压力匹配器后压缩流体的熵值sc比sc’大，而压缩流体的压力pc比pc’低，压力匹配器中的损失愈小，压缩流体的压力pc愈接近于pc’。
进入匹配器的工作流体，在喷嘴里和在混合室的入口段上压力从pp膨胀到p2。
在膨胀末了，工作流体的状态用R点来确定。
由于（Hp+Hk）φ12热能转变成动能的结果，工作流体在圆柱形混合室入口截面上的速度达到wp2，速度系数 φ1是考虑工作流体的膨胀损失。这里，Hp和Hk是相应于工作流体从P1等熵膨胀到PH和从PH等熵膨胀到P2时的焓降。
在混合室的入口段上，引射流体从压力PH膨胀到压力P2。
在膨胀末了，引射流体的状态用M点来确定，由于HK φ42热能转变成动能的结果，在圆柱形混合室入口截面上引射流体的速度达到WH2，速度系数φ4是考虑引射流体的膨胀损失。
在混合室里，进行混合流体速度的均衡和压力的提高，在混合室末端，流体的状态用E点来确定，这时，流体具有平均速度W3和静压力P3。
往下，流体进入扩散器，在扩散器中，动能转换成势能或热能，在扩散器后流体的状态用C点来确定，流体的静压力等于Pc，它的焓等于ic，它的熵等于sc。
在取同样的喷射系数（u=不变量）或取同样的焓（ic=不变量）的情况下，在扩散器出口处，实际压缩器的压缩流体压力Pc低于理想压缩器的压缩流体的压力pc’（pc＜pc’），因为在实际压缩器中发生的过程是不完善的。
压力匹配器的效率我们可以用动力机械常用的等熵效率来定义压力匹配器的效率
式中：u——引射系数
△hv ——驱动蒸汽等熵膨胀到吸入蒸汽压力时的焓降
△h2 ——吸入蒸汽等熵压缩到输出压力时的焓升。
和压力匹配器等价的装置是用背压蒸汽透平拖动蒸汽压缩机，如图三所示：
图二 蒸汽透平拖动压缩机装置图
压力匹配器的效率可以和透平压缩机的效率相媲美。
例如用2.4MPa、390℃的蒸汽，将0.5MPa、250℃的抽汽提高到1.0MPa， △h2=175.6KJ/kg，△hv =376.2KJ/kg，u=0.5
则压力匹配器的等熵效率为
该效率和用蒸汽透平拖动压缩机的效率相当，小型背压透平的效率大约为0.70 ,蒸汽压缩机的效率大约为0.65，透平压缩机组的效率为0.70×0.65=0.455。但透平压缩机组的设备及运行维护费用则大大高于压力匹配器。
二、改造方案
根据制造厂提供的热平衡图（图三附后）可以计算各抽汽口的抽汽量，根据各抽汽口的抽汽参数计算热化发电量。
改造方案主要有两个：一是利用再热器出口蒸汽抽吸三、四级回热抽汽口的多余蒸汽，供工业用汽；二是利用一、二级高压加热器抽汽口蒸汽抽吸三、四级回热抽汽口多余蒸汽。
根据一、二、三、四级回热抽汽口的管径及抽汽参数，一、二级回热抽汽的全部最大抽汽量在额定负荷时分别为20t/h及56.6t/h，在75%负荷时分别为20t/h及48t/h，在50%负荷时分别为12t/h及34t/h。三、四级回热抽汽口扣除除氧器及回热加热用汽外，在额定工况下还可以分别抽出蒸汽14t/h及44t/h，在75%的工况下分别可抽出11.5t/h及33t/h，50%负荷时驱动蒸汽无力抽吸，因此抽汽量全部为零。
下面分别从再热器热端及一、二级高加抽汽作驱动蒸汽抽吸三、四级回热抽汽，外供1.0MPa，300℃，80t/h，计算各抽汽口抽汽量及增加热化发电量。数据列表如下：数据汇总表
 高排抽汽，根据上海汽轮机厂提供的数据，在额定负荷时最多可抽30t/h，80MW时可抽18t/h，单用高排抽汽满足不了80t/h供汽的要求。
第一方案在再热器热端抽汽可以满足80t/h供汽的要求，和高排汽混合已没有必要，两汽混合也会使管道复杂化。
在由1#、2#高加抽汽口抽汽，在额定和75%负荷时可以满足80t/h供汽要求，在50%负荷时，1#、2#高加抽汽再加高排15t/h抽汽总供汽量为61.35t/h。
经济效益分析：在再热器热端抽汽，增加热化发电量9475KW，热化发电量的煤耗为150g/kw.h左右，可使135MW机组的发电热耗从1960.3kcal/kw.h下降到1900kcal/kw.h，全年运行6000小时，可节煤6942吨。
用1#、2#高加抽汽，增加热化发电3611KW，可使切除高加后的发电耗热从2015.2kcal/kw.h下降到1990kcal/kw.h，而该值大于热端抽汽方案。
1#、2#高加抽汽口由于蒸汽压力、温度不同，分别抽吸3#、4#回热抽汽，需要2台压力匹配器。
根据以上分析推荐使用第一方案，原则系统图如下：
1、减温器本体 2、减温水调节阀3、压力匹配器本体4、压力变送器
5、热电阻 6、电动执行器 7、DCS系统 8、安全阀
图四 利用再热器出口蒸汽抽吸三、四级回热抽汽口蒸汽混合升压供汽原则性系统图
江西某发电厂利用高排抽吸三抽回热抽汽向外供热的压力匹配器已投入运行，效果良好。
参考文献：
[1]索科洛夫：喷射器，科学出版社1977。
[2]王汝武：一种新型可调节抽汽汽轮机，全国化工热工设计技术中心站论文集，2006年年会。(end)
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| 文章内容仅供参考
(投稿)
(4/7/2008) |
| 作者简介： |
王汝武，男，中国省份 沈阳市东陵区长青街泉园三路69号321
电话： 024-24210215，
王汝武，江苏沛县人，（男），1938年生。1963年毕业于哈尔滨工业大学动力机械系，1966年西安交通大学热动专业研究生毕业。一直从事蒸汽热能动力领域专业工作。历任沈阳汽轮机厂总工程师、辽宁省节能中心...
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