提高机组循环效率的重要措施是采用回热循环,即在汽轮机中采用多级抽汽,逐级加热给水,使凝结水在进入锅炉以前先加热到一定的温度。汽轮机进汽量估算及汽轮机近似热力过程曲线拟定以后,就可进行回热系统的热平衡计算。
在分析回热系统时,需要确定给水温度、抽汽级数,以及加热器端差和抽汽管道压力损失。通常,提高给水温度、增加抽汽级数、降低加热器的端差和抽汽管道的压力损失,均能提高循环效率,但由于增加回热加热器、管道、阀门及水泵等设备,不仅使热力系统更加复杂,也增大了投资费用,循环效率的提高也具有明显的边际衰减效应。因此,必须从成本投入、效率提升、系统复杂度等多个方面综合进行技术经济性比较,合理确定这些参数。
对于给水温度,较高的给水温度会使锅炉排烟温度相应升高而降低锅炉效率。因此给水温度的选取要同时将循环热效率、锅炉效率及投资联系起来综合考虑。回热抽汽级数主要与蒸汽参数、给水温度及机组容量有关。
1.回热抽汽压力的确定
给水温度tfw和回热抽汽级数zfw确定之后,应根据机组的初参数和容量确定除氧器的工作压力。除氧器的工作压力与除氧效果关系不大,一般根据技术经济性和实用条件来确定。通常在中、低参数机组中采用大气式除氧器,高参数机组中采用高压除氧器并以凝汽器作为辅助除氧装置(过去也曾采用大气式除氧器和高压除氧器两级除氧)。
大气式除氧器的工作压力一般选择为略高于大气压力,即0.118 MPa;高压除氧器的工作压力一般为0.343~0.588 MPa;我国定压运行的高压除氧器工作压力为0.588 MPa。
2)抽汽管道压力损失Δpe
在确定加热器端差与各加热器的出口给水温度后,就可确定各加热器内抽汽凝结水的温度,继而可查得该温度下的饱和蒸汽压力,即各加热器内抽汽压力p'e,以及汽轮机各抽汽室的压力pe=p'e+Δpe。Δpe主要与管道内蒸汽流速和管道长度有关,除此之外,管道形状设计不合理也会增大管道压力损失。在进行热力设计时,要求Δpe不超过抽汽压力pe的10%,常取Δpe=(0.04~0.08)pe,级间抽汽时取较大值,高中压排汽时取较小值。抽汽管道直径应按汽流速度引起的压降不超过5%pe来选取,通常汽流速度在45~60 m/s范围内,下限适用于高压级抽汽,上限适用于低压级抽汽。
3)表面式加热器出口传热端差δt
由于金属壁的传热阻力,表面式加热器的给水出口温度tw2与回热抽汽在加热器中凝结的饱和水温t'e间存在着温差,此温差δt=t'e-tw2称为加热器的出口端差,又称上端差。减小δt可以提高热经济性,但会使加热器的面积增大,投资增加,因此要比较技术经济性后确定。大功率机组δt一般在1~3℃之间,中等功率机组δt可取3~6℃,随着机组功率的下降,加热器端差可进一步增大。一般无蒸汽冷却段的加热器取δt=3~6℃,有蒸汽冷却段的取δt=-1~2℃。(www.daowen.com)
4)回热抽汽压力的确定
在确定了给水温度tfw、回热抽汽级数zfw,上端差δt和抽汽管道压力损失Δpe等参数后,可根据除氧器的工作压力,确定除氧器前的低压加热器数和除氧器后的高压加热器数,同时确定各级加热器的比焓升Δhfw或温升Δtw。在结构可能的条件下,对于非再热机组,通常采用接近于等比焓升(等温升)的分配原则,每级加热器中给水的比焓升Δhfw和温升Δtw分别为
Δhfw=(hfw-h'c)/zfw
Δtw=(tfw-t'c)/zfw
式中:hfw为给水的比焓值;h'c为凝汽器中凝结水的比焓值;zfw为选择的回热抽汽级数。如果按照等温升分配原则,一般的Δtw为25±5℃;t'c和h'c分别为凝汽器中凝结水的饱和温度和比焓值。
这样,各级加热器的给水出口温度tw2也就确定了。根据上端差δt可确定各级加热器内的疏水温度t'e,t'e=tw2+δt。从水和水蒸气热力性质图表中可查得t'e所对应的饱和蒸汽压力、各加热器的工作压力p'e。考虑回热抽汽管中的压力损失,可求出汽轮机的抽汽压力pe,pe=p'e+Δpe。在汽轮机近似热力过程曲线中分别找出各抽汽点的比焓he,并将上述参数列成表格。
对于中间再热机组,由于再热后其蒸汽的过热度大大增加,针对这一情况,不能直接套用等温升的原则,要尽量调节加热器比焓升以降低再热后第一次抽汽压力,从而使得这股抽汽可以多做功以提高机组效率。
2.回热系统的热平衡初步估算
汽轮机回热系统热平衡计算的目的是确定汽轮机在设计工况下的汽耗量、各级回热抽汽量、汽轮机各级组的蒸汽流量及汽轮机装置的热经济性。
在完成上述参数选择后,就可以开始回热系统热平衡的初步估算。回热系统热平衡计算常用如下方法:在初步求得汽轮机进汽量D0的基础上,从高压加热器开始,依次对每个加热器列出热平衡方程,求出每个加热器的抽汽量ΔD,然后计算出通过汽轮机各级组的蒸汽流量,最后计算出装置热经济性,并绘制原则性热力系统图。此外,也可对n个加热器列出n个热平衡方程,再补充两个流量平衡方程,联立求解求得结果。只是当加热器数目较多时,这种方法不及前种方法简便。
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