煤电厂汽轮机回热系统的优化

郭小龙

（山西西山热电有限责任公司， 山西 太原 030022）

引言

回热系统作为煤电厂的重要组成部分，其布置形式和热损耗大小直接影响着整个发电厂的效益[1]。本文重点对煤电厂汽轮机回热系统进行优化，在保证发电量的同时，解决环境污染和能耗较大的问题。

1 影响汽轮机回热系统经济性的主要因素及优化策略

本文重点研究内容为对煤电厂回热系统的优化，需从多个层面对导致煤电厂汽轮机回热系统能耗过大、资源利用低等问题的原因进行分析。例如：汽轮机回热系统本身结构是否存在可优化的空间，对汽轮机回热系统的生产工艺能否进行调整优化，使汽轮机回热系统机组的效益最大化，最终达到节能的目的。

1.1 主要影响因素

结合实践经验和理论分析，综合得出影响煤电厂汽轮机回热系统经济性的主要因素包括回热抽气级数、加热器的给水焓升的分配以及给水温度等[2]。

1.1.1 给水温度

通常可通过采用回热循环的手段提升汽轮机的给水温度，提升回热系统的机组效率。但是，在实际生产中，在给定抽气级数一定的情况下，随着给水温度的增加，机组的效率并不是越来越大的。理论上存在一个最佳温度，可保证在热耗率最小的情况下使其绝对内效率达到最大。

1.1.2 回热抽气级数

理论上讲，当汽轮机机组负荷不变的情况下，随着回热抽气级数的增加，汽轮机组对通过低压抽气加热方式给水的利用率增加。也就是说，随着回热抽气级数的增加，汽轮机机组回热系统对应的绝对内效率是增加的。但是，回热抽气级数的增加，对应设备的投入成本也会明显增加[3]。因此，回热抽气级数参数的确定，需综合考虑设备投入成本和绝对内效率。

1.1.3 给水焓升分配

在实际生产过程中，由于汽轮机涉及的各个加热器的给水焓升分配不均匀，导致各个加热器对应的抽水量不同，最终导致汽轮机机组的绝对内效率和经济性发生变化。因此，在实际生产中需保证给水焓升的分配达到最优，即达到提升绝对内效率和节能的目的。一般可采用焓降分配法、平均分配法和几何分配法对给水焓升进行最优化分配。

1.2 优化策略

综合上述给水温度、回热抽气级数以及给水焓升分配三类因素对汽轮机机组回热系统经济性的影响进行研究，并结合实践生产经验制定如下优化策略：

1）结合当前国内汽轮机机组的相关情况和经济性要求，给水温度可保持不变。

2）结合当前汽轮机回热系统的最佳给水温度、出水温度以及加热器进水温度，可通过等温升分配方式对汽轮机机组的回热抽气级数进行优化。同时，鉴于与汽轮机相匹配的加热器的温升属于一个范围值，对应的回热抽气级数也在一定范围内浮动。值得注意的是，回热抽气级数一般为整数[4]。

3）在对回热抽气级数优化的基础上，基于等焓升分配理论对给水焓升进行优化分配。

2 汽轮机回热系统的优化

以660 MW 的汽轮机为例，开展对其回热系统进行优化，所研究的汽轮机具体型号为N660-27/600/620。

本文所研究的汽轮机回热系统包括3 个高压加热器、4 个低压加热器、除氧器、疏水冷却器以及轴封的加热器。根据提出的优化策略，分别对回热抽气级数和回热给水焓升进行优化。

2.1 回热抽气级数的优化

结合优化策略，给水温度不属于本次优化的范畴，给水温度依然采用原回热系统的289.7 ℃，对应除氧器的出水温度为186.5 ℃，低压加热器对应的进水温度为34.5 ℃。根据等温升分配原则得出对应的高压回热抽气级数为3～4 级，低压回热抽气级数为4～6 级。低压回热系统中包含了除氧器，即仅低压回热抽气级数为3～5 级。综上所述，本回热系统的高低压加热器对应的抽气级数为7～10 级。考虑到当抽气级数为7 时对应的热经济性最差，因此，本回热系统优化后的抽气级数确定在8～10 级的范围之内。

由于抽气级数为整数，因此，具体对8 级、9 级、10级回热系统的效果进行对比，对比结果如表1 所示。

表1 不同级数回热系统优化效果对比

对回热抽气级数优化后，系统对应的气耗量和热耗量均降低，其中10 级回热系统对应的气耗量和热耗量效果最明显。但是，综合优化后的收益率为9 级回热系统所对应的效益最佳。因此，将优化后汽轮机回热系统抽气级数确定为9 级，具体的优化方式为增加一级低压抽气和一台低压加热器。

2.2 给水焓升分配的优化

在对抽气级数优化的基础上，基于等温分配原则对给水焓升进行优化分配。回热抽气级数优化后对应的各个加热器和除氧器的给水焓升情况，如表2 所示。除氧器和各低压加热器的给水焓升变化不大，而高压加热器对应的给水焓升变化较大。因此，重点对高压加热器的给水焓升进行优化，使各个高压加热器的给水焓升相对均匀。

表2 优化后给水焓升量

高压加热系统给水焓升优化分配后，汽轮机回热系统的经济性对比如表3 所示。

表3 汽轮机回热系统经济性对比

对回热抽气级数和给水焓升优化分配后，汽轮机回热系统的气耗量、热耗量以及标准煤量均减小，系统对应的绝对内效率明显提升。

3 结语

本文重点对660 MW 汽轮机组回热系统的回热抽气级数和给水焓升进行优化，以达到节能和提升设备效率的目的。通过研究，将优化后汽轮机回热系统抽气级数确定为9 级，具体的优化方式为增加一级低压抽气和一台低压加热器。对高压加热系统给水焓升优化分配两项措施，对回热系统进行优化。优化后，回热系统的绝对内效率明显增加，对应的气耗量、热耗量以及标准煤耗量均降低。