周璐瑤， 徐 鋼， 白 璞， 許 誠(chéng)， 楊勇平

(華北電力大學(xué) 國(guó)家火力發(fā)電工程技術(shù)研究中心，北京 102206)

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1 000 MW超超臨界機(jī)組回?zé)岢槠^(guò)熱度多種利用形式的熱力學(xué)分析

周璐瑤， 徐 鋼， 白 璞， 許 誠(chéng)， 楊勇平

(華北電力大學(xué) 國(guó)家火力發(fā)電工程技術(shù)研究中心，北京 102206)

針對(duì)1 000 MW超超臨界機(jī)組抽汽過(guò)熱度過(guò)高的問(wèn)題，分析了一級(jí)外置式蒸汽冷卻器(簡(jiǎn)稱(chēng)外冷器)系統(tǒng)和二級(jí)外冷器系統(tǒng)的節(jié)能效果，并與小汽輪機(jī)相對(duì)內(nèi)效率分別為85%和90%的回?zé)崾叫∑啓C(jī)系統(tǒng)的節(jié)能效果進(jìn)行了比較，同時(shí)分析了不同負(fù)荷條件下蒸汽過(guò)熱度多種利用形式的節(jié)能效果.結(jié)果表明：在額定負(fù)荷工況(THA工況)下，回?zé)崾叫∑啓C(jī)系統(tǒng)的節(jié)能效果始終優(yōu)于外冷器系統(tǒng)；回?zé)崾叫∑啓C(jī)系統(tǒng)的節(jié)能效果隨著其相對(duì)內(nèi)效率的提高而提升，外冷器系統(tǒng)的節(jié)能效果隨著級(jí)數(shù)的增加而提升；負(fù)荷降低時(shí)，外冷器系統(tǒng)的節(jié)能效果有所改善，回?zé)崾叫∑啓C(jī)系統(tǒng)的節(jié)能效果有所下降；負(fù)荷降低至50% THA工況時(shí)，兩級(jí)外冷器系統(tǒng)與回?zé)崾叫∑啓C(jī)系統(tǒng)的節(jié)能效果相當(dāng).

超超臨界機(jī)組； 蒸汽過(guò)熱度； 外置式蒸汽冷卻器； 回?zé)崾叫∑啓C(jī)； 節(jié)能效果

我國(guó)以煤電為主的發(fā)電格局使得火電廠煤炭消耗量占煤炭總產(chǎn)量的一半以上[1]，如何進(jìn)一步提高火電機(jī)組的效率、減少其污染物排放量成為全社會(huì)越來(lái)越關(guān)注及火力發(fā)電行業(yè)亟待解決的問(wèn)題.隨著火電機(jī)組的快速發(fā)展，高參數(shù)超超臨界(USC)機(jī)組已成為行業(yè)主流[2].1 000 MW超超臨界機(jī)組由于主蒸汽和再熱蒸汽溫度較高，再熱后各級(jí)回?zé)岢槠^(guò)熱度可達(dá)200 K左右，使得再熱后各級(jí)回?zé)峒訜崞鞯钠畵Q熱溫差增大，不可逆損失變大，削弱了回?zé)岬墓?jié)能效果[3-4].針對(duì)1 000 MW超超臨界機(jī)組再熱后抽汽過(guò)熱度過(guò)高的問(wèn)題，主要有2種蒸汽過(guò)熱度利用形式，一種是采用外置式蒸汽冷卻器(即外冷器)，另一種是采用回?zé)崾叫∑啓C(jī).外冷器系統(tǒng)是使過(guò)熱度較高的回?zé)岢槠紫冗M(jìn)入外冷器，加熱溫度較高的給水，釋放出一部分熱量的蒸汽隨后繼續(xù)進(jìn)入回?zé)峒訜崞?，一方面可大幅降低進(jìn)入回?zé)峒訜崞鞯某槠^(guò)熱度，減小回?zé)釗Q熱過(guò)程的不可逆損失；另一方面可進(jìn)一步提高給水溫度，使機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性得到提升[5].回?zé)崾叫∑啓C(jī)系統(tǒng)則指汽輪機(jī)高壓缸的部分排汽不經(jīng)過(guò)再熱而是直接引入一臺(tái)單獨(dú)的汽輪機(jī)中，汽輪機(jī)中壓缸取消回?zé)岢槠?，相?yīng)的回?zé)岢槠麃?lái)自這臺(tái)回?zé)崾叫∑啓C(jī).由于這部分回?zé)岢槠唤?jīng)過(guò)再熱，過(guò)熱度可大幅降低，有效解決了中壓缸抽汽過(guò)熱度過(guò)高的問(wèn)題[6-7].外冷器系統(tǒng)的技術(shù)難度較小，且可以有效利用對(duì)應(yīng)抽汽級(jí)的過(guò)熱度，節(jié)能效果較好.采用回?zé)崾叫∑啓C(jī)的熱力系統(tǒng)能夠有效降低多級(jí)抽汽的過(guò)熱度，提高機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性.現(xiàn)有關(guān)于1 000 MW超超臨界機(jī)組外冷器的應(yīng)用僅限于一級(jí)外冷器[5].有關(guān)回?zé)崾叫∑啓C(jī)的研究?jī)H限于設(shè)定回?zé)崾叫∑啓C(jī)相對(duì)內(nèi)效率的節(jié)能效果研究[6-7].外冷器的級(jí)數(shù)和回?zé)崾叫∑啓C(jī)的相對(duì)內(nèi)效率會(huì)影響回?zé)岢槠^(guò)熱度的利用效果，進(jìn)而影響機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性.

考慮到大型超超臨界火電機(jī)組需要調(diào)峰運(yùn)行，隨著負(fù)荷的變化，各級(jí)回?zé)岢槠倪^(guò)熱度也會(huì)隨之變化，因此如何高效地利用變負(fù)荷運(yùn)行條件下的過(guò)熱度更具現(xiàn)實(shí)意義[8-9].負(fù)荷降低時(shí)，不同級(jí)數(shù)的外冷器系統(tǒng)和不同相對(duì)內(nèi)效率的回?zé)崾叫∑啓C(jī)系統(tǒng)的節(jié)能效果會(huì)發(fā)生不同程度的變化.目前,關(guān)于變負(fù)荷條件下蒸汽過(guò)熱度多種利用形式的比較研究的公開(kāi)報(bào)道比較少見(jiàn).

鑒于此，筆者研究了外冷器級(jí)數(shù)和回?zé)崾叫∑啓C(jī)相對(duì)內(nèi)效率的變化對(duì)機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性的影響，首先討論了一級(jí)外冷器系統(tǒng)和二級(jí)外冷器系統(tǒng)的節(jié)能效果，并分析了回?zé)崾叫∑啓C(jī)系統(tǒng)在不同相對(duì)內(nèi)效率時(shí)對(duì)機(jī)組熱力性能的影響.在此基礎(chǔ)上，綜合分析比較了各系統(tǒng)在變負(fù)荷條件下的節(jié)能效果，為1 000 MW超超臨界機(jī)組在實(shí)際運(yùn)行時(shí)如何優(yōu)化利用抽汽過(guò)熱度提供理論支撐.

1 案例機(jī)組

選取典型1 000 MW超超臨界機(jī)組作為研究對(duì)象，其鍋爐為超超臨界參數(shù)變壓運(yùn)行直流鍋爐，汽輪機(jī)為N1000-26.25/600/600型超超臨界、一次中間再熱凝汽式汽輪機(jī)，具有8級(jí)非調(diào)整回?zé)岢槠?如圖1所示，1 000 MW超超臨界機(jī)組常規(guī)系統(tǒng)有8級(jí)回?zé)峒訜崞鳎?級(jí)高壓加熱器、1級(jí)除氧器和4級(jí)低壓加熱器.高壓加熱器具有蒸汽冷卻段，除氧器為混合式加熱器，低壓加熱器不設(shè)蒸汽冷卻段.1號(hào)、2號(hào)和3號(hào)高壓加熱器上端差分別為-1.7 K、0 K和0 K，各級(jí)低壓加熱器上端差均為2.8 K.各級(jí)回?zé)峒訜崞骶O(shè)有疏水冷卻段，下端差均為5.6 K.

圖1 1 000 MW超超臨界機(jī)組常規(guī)系統(tǒng)示意圖

Fig.1 Schematic diagram of the conventional system in 1 000 MW USC units

表1列出了額定負(fù)荷工況(THA工況)下常規(guī)系統(tǒng)的主要抽汽參數(shù).從表1可以看出，在常規(guī)系統(tǒng)中，3號(hào)～5號(hào)回?zé)峒訜崞鞯某槠^(guò)熱度很高，其中3號(hào)和4號(hào)回?zé)峒訜崞鞯某槠^(guò)熱度均超過(guò)200 K，達(dá)到285.9 K和211.8 K， 5號(hào)回?zé)峒訜崞鞯某槠^(guò)熱度也達(dá)到164 K.同時(shí)，這三級(jí)回?zé)峒訜崞鞯某槠麥囟确謩e達(dá)到504.9 ℃、396.1 ℃和325.4 ℃，不僅明顯高于三級(jí)對(duì)應(yīng)的抽汽飽和溫度，也明顯高于最終的給水溫度.

圖2所示為回?zé)峒訜崞髦姓羝艧岷徒o水吸熱過(guò)程的溫度-熵(T-S)圖，其中過(guò)程5-4-3表示蒸汽的放熱過(guò)程，過(guò)程1-2表示給水吸熱過(guò)程，換熱過(guò)程的熵增為ΔS，T0代表環(huán)境溫度.如果降低蒸汽的過(guò)熱度，其放熱過(guò)程變?yōu)?-7-3，給水吸熱過(guò)程為1-2，顯然換熱溫差減小，換熱過(guò)程的熵增減小了δS，不可逆損失減小，如圖2中陰影部分所示.

表1 常規(guī)系統(tǒng)THA工況下的各級(jí)抽汽參數(shù)

Tab.1 Extracted steam parameters of the conventional system under THA condition

抽汽級(jí)數(shù)抽汽壓力/MPa抽汽溫度/℃抽汽飽和溫度/℃抽汽過(guò)熱度/K18.08421.1293.7127.424.60341.6258.882.832.27504.9219.0285.941.11396.1184.3211.850.64325.4161.3164.160.36252.6139.7112.970.17169.5114.654.980.0895.792.13.6

圖2 回?zé)峒訜崞髡羝艧岷徒o水吸熱過(guò)程的T-S圖

2 回?zé)岢槠^(guò)熱度多種利用形式的熱力學(xué)分析

2.1 THA工況下的外冷器系統(tǒng)

外冷器系統(tǒng)的級(jí)數(shù)將影響蒸汽過(guò)熱度利用的節(jié)能效果，筆者針對(duì)1 000 MW超超臨界機(jī)組考慮2種外冷器系統(tǒng)，即一級(jí)外冷器系統(tǒng)和二級(jí)外冷器系統(tǒng).

從表1可以看出，3號(hào)回?zé)峒訜崞鞒槠^(guò)熱度最高，達(dá)285.9 K，考慮對(duì)3號(hào)回?zé)峒訜崞髟O(shè)置外冷器以降低本級(jí)回?zé)岢槠倪^(guò)熱度，即一級(jí)外冷器系統(tǒng).圖3所示為一級(jí)外冷器系統(tǒng)的熱力系統(tǒng)示意圖.外冷器設(shè)置在1號(hào)高壓回?zé)峒訜崞鞯某隹谔?，高溫?號(hào)回?zé)岢槠冗M(jìn)入外冷器釋放一部分熱量，用以加熱給水，使得抽汽過(guò)熱度顯著降低.隨后，溫度降低的蒸汽再進(jìn)入3號(hào)回?zé)峒訜崞骷訜彷^低溫度的給水[5].

圖3 1 000 MW超超臨界機(jī)組一級(jí)外冷器系統(tǒng)示意圖

Fig.3 Schematic diagram of the system with one outer steam cooler for 1 000 MW USC unit

4號(hào)回?zé)峒訜崞鞯某槠^(guò)熱度也超過(guò)200 K，達(dá)到211.8 K.為了充分利用高溫抽汽的過(guò)熱度，提出對(duì)3號(hào)和4號(hào)回?zé)峒訜崞魍瑫r(shí)設(shè)置外冷器，即二級(jí)外冷器系統(tǒng)，如圖4所示.4號(hào)外冷器設(shè)置在1號(hào)高壓回?zé)峒訜崞鞯某隹谔帲?號(hào)外冷器設(shè)置在4號(hào)外冷器的出口處.高溫蒸汽先進(jìn)入外冷器釋放部分熱量，加熱高溫給水，使得進(jìn)入回?zé)峒訜崞鞯恼羝^(guò)熱度顯著降低.

圖4 1 000 MW超超臨界機(jī)組二級(jí)外冷器系統(tǒng)示意圖

Fig.4 Schematic of the system with two outer steam coolers for 1 000 MW USC unit

使用汽水系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)軟件EBSILON對(duì)各系統(tǒng)進(jìn)行模擬分析，得到計(jì)算結(jié)果.模擬過(guò)程遵循能量守恒和質(zhì)量守恒定律，根據(jù)汽水系統(tǒng)熱平衡計(jì)算熱力過(guò)程的熱量、功量、循環(huán)效率和熱力狀態(tài)參數(shù)等物理量[10].各系統(tǒng)基于統(tǒng)一給定的假定條件，汽輪機(jī)高、中、低壓缸的相對(duì)內(nèi)效率分別為89%、91%、88%，鍋爐效率假定為93%，各級(jí)高壓加熱器的抽汽壓損為抽汽壓力的3%，除氧器各級(jí)低壓加熱器的抽汽壓損為抽汽壓力的5%.

表2列出了常規(guī)系統(tǒng)和2種外冷器系統(tǒng)的主要參數(shù)及熱力學(xué)節(jié)能效果的比較.由表2可以看出，一級(jí)外冷器系統(tǒng)的給水溫度提高至299.6 ℃，較常規(guī)系統(tǒng)高4.2 K，二級(jí)外冷器系統(tǒng)的給水溫度提高至300.9 ℃，較常規(guī)系統(tǒng)高5.5 K.設(shè)置外冷器后，給水溫度升高，二級(jí)外冷器系統(tǒng)的給水溫度比一級(jí)外冷器系統(tǒng)的給水溫度提升更為明顯.外置式蒸汽冷卻器系統(tǒng)的給水溫度提高，鍋爐的整體傳熱溫差減小，鍋爐的換熱不可逆損失減小.同時(shí)，設(shè)置外冷器后，相應(yīng)級(jí)回?zé)岢槠倪^(guò)熱度降低，回?zé)峒訜崞骷訜峤o水所需的抽汽質(zhì)量流量增大，因此一級(jí)外冷器系統(tǒng)的主蒸汽質(zhì)量流量較常規(guī)系統(tǒng)有所提高(由750.0 kg/s提高至754.1 kg/s)，二級(jí)外冷器系統(tǒng)的主蒸汽質(zhì)量流量較一級(jí)外冷器系統(tǒng)有所提高(由754.1 kg/s提高至755.3 kg/s).

與常規(guī)系統(tǒng)相比，一級(jí)外冷器系統(tǒng)的發(fā)電煤耗降低0.5 g/(kW·h)，二級(jí)外冷器系統(tǒng)的發(fā)電煤耗降低0.8 g/(kW·h).

表2 THA工況下外冷器系統(tǒng)和常規(guī)系統(tǒng)的主要參數(shù)和熱力學(xué)性能的比較

Tab.2 Comparison of major parameters and thermal performance between conventional system and outer cooler system under THA condition

參數(shù)常規(guī)系統(tǒng)一級(jí)外冷器系統(tǒng)二級(jí)外冷器系統(tǒng)主蒸汽質(zhì)量流量/(kg·s-1)750.0754.1755.3主蒸汽壓力/MPa26.2526.2526.25主蒸汽溫度/℃600600600再熱蒸汽壓力/MPa555再熱蒸汽溫度/℃600600600給水壓力/MPa32.732.732.7給水溫度/℃295.4299.6300.9機(jī)組出功/MW100010001000發(fā)電煤耗/(g·kW-1·h-1)272.3271.8271.5煤耗降低值/(g·kW-1·h-1)0.50.8

2.2 THA工況下的回?zé)崾叫∑啓C(jī)系統(tǒng)

由表1可見(jiàn)，在常規(guī)系統(tǒng)中，3號(hào)～5號(hào)回?zé)峒訜崞鞯某槠^(guò)熱度均較高.為了充分利用再熱后蒸汽的過(guò)熱度，提出了降低多級(jí)抽汽過(guò)熱度的回?zé)崾叫∑啓C(jī)系統(tǒng)，如圖5所示.在回?zé)崾叫∑啓C(jī)系統(tǒng)的汽水系統(tǒng)中，汽輪機(jī)高壓缸的部分排汽不再進(jìn)入鍋爐進(jìn)行再熱，而是直接引入一臺(tái)單獨(dú)的回?zé)崾叫∑啓C(jī)中，原系統(tǒng)中再熱后的三級(jí)抽汽(3號(hào)、4號(hào)、5號(hào))現(xiàn)在均來(lái)自回?zé)崾叫∑啓C(jī)，不再經(jīng)過(guò)再熱過(guò)程，過(guò)熱度大大降低[11].

圖5 1 000 MW超超臨界機(jī)組回?zé)崾狡啓C(jī)系統(tǒng)示意圖

Fig.5 Schematic diagram of the small turbine regenerative system for 1 000 MW USC unit

表3列出了1 000 MW超超臨界機(jī)組常規(guī)系統(tǒng)和回?zé)崾叫∑啓C(jī)系統(tǒng)的主要參數(shù)及熱力學(xué)性能比較結(jié)果.由表3可以看出，在THA工況下，當(dāng)回?zé)崾叫∑啓C(jī)的相對(duì)內(nèi)效率為85%時(shí)，設(shè)置回?zé)崾叫∑啓C(jī)后，主蒸汽質(zhì)量流量較常規(guī)系統(tǒng)的750.0 kg/s提高至770.3 kg/s.設(shè)置回?zé)崾叫∑啓C(jī)后，再熱后三級(jí)抽汽(3號(hào)、4號(hào)、5號(hào))的過(guò)熱度均有所降低，這三級(jí)回?zé)峒訜崞魉璧某槠|(zhì)量流量同時(shí)增加，因此回?zé)崾叫∑啓C(jī)系統(tǒng)的主蒸汽質(zhì)量流量較常規(guī)系統(tǒng)明顯增大.與常規(guī)系統(tǒng)相比，回?zé)崾叫∑啓C(jī)系統(tǒng)的發(fā)電煤耗降低1.6 g/(kW·h).

表3 THA工況下回?zé)崾叫∑啓C(jī)系統(tǒng)和常規(guī)系統(tǒng)的主要參數(shù)和熱力學(xué)性能的比較

Tab.3 Comparison of major parameters and thermodynamic performance between conventional system and small turbine regenerative system under THA condition

參數(shù)常規(guī)系統(tǒng)回?zé)崾叫∑啓C(jī)系統(tǒng)相對(duì)內(nèi)效率85%相對(duì)內(nèi)效率90%主蒸汽質(zhì)量流量/(kg·s-1)750.0770.3769.4主蒸汽壓力/MPa26.2526.2526.25主蒸汽溫度/℃600600600再熱蒸汽壓力/MPa555再熱蒸汽溫度/℃600600600給水壓力/MPa32.732.732.7給水溫度/℃295.4295.4295.4機(jī)組出功/MW100010001000發(fā)電煤耗/(g·kW-1·h-1)272.3270.7270.4煤耗降低值/(g·kW-1·h-1)1.61.9

隨著技術(shù)的發(fā)展，為了適應(yīng)大型超超臨界機(jī)組回?zé)嵯到y(tǒng)，回?zé)崾叫∑啓C(jī)的相對(duì)內(nèi)效率可進(jìn)一步提高.當(dāng)回?zé)崾叫∑啓C(jī)的相對(duì)內(nèi)效率為90%時(shí)，THA工況下，1 000 MW超超臨界機(jī)組回?zé)崾叫∑啓C(jī)系統(tǒng)的主蒸汽質(zhì)量流量較常規(guī)系統(tǒng)的750.0 kg/s提高至769.4 kg/s.與常規(guī)系統(tǒng)相比，回?zé)崾叫∑啓C(jī)系統(tǒng)的發(fā)電煤耗降低1.9 g/(kW·h).

3 變負(fù)荷條件下的進(jìn)一步討論

3.1 變負(fù)荷條件下1 000 MW超超臨界機(jī)組回?zé)岢槠^(guò)熱度多種利用形式的節(jié)能效果

為了適應(yīng)供電形勢(shì)發(fā)展的需要，大型超超臨界火電機(jī)組需要承擔(dān)調(diào)峰任務(wù).目前通常采用滑壓運(yùn)行方式，即當(dāng)負(fù)荷降低時(shí)，主蒸汽壓力降低，但主蒸汽溫度基本保持不變(負(fù)荷在40% 以上THA工況)[12].滑壓運(yùn)行將導(dǎo)致回?zé)岢槠^(guò)熱度隨著負(fù)荷的降低而迅速升高，使得采用常規(guī)系統(tǒng)的超超臨界機(jī)組在低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，抽汽過(guò)熱問(wèn)題比設(shè)計(jì)工況下更嚴(yán)重.

針對(duì)上述問(wèn)題，以案例機(jī)組為研究對(duì)象選取4種典型工況，利用EBSILON軟件對(duì)各工況進(jìn)行模擬，對(duì)比分析了常規(guī)系統(tǒng)、2種外冷器系統(tǒng)和回?zé)崾叫∑啓C(jī)系統(tǒng)在不同負(fù)荷(即THA工況、75% THA工況、50% THA工況和40% THA工況)下的熱力學(xué)性能,主要針對(duì)超超臨界機(jī)組回?zé)岢槠^(guò)熱度不同回收利用形式的節(jié)能效果進(jìn)行分析比較，假定機(jī)組的各缸效率和鍋爐效率不變，在同一基準(zhǔn)下的分析結(jié)果具有一定參考價(jià)值.暫未考慮由變工況條件引起的機(jī)組各缸效率和鍋爐效率的小幅變化.

表4列出了不同負(fù)荷運(yùn)行條件下1 000 MW超超臨界機(jī)組常規(guī)系統(tǒng)和2種外冷器系統(tǒng)的發(fā)電效率.由表4可以看出，隨著負(fù)荷的降低，1 000 MW超超臨界機(jī)組常規(guī)系統(tǒng)和2種外冷器系統(tǒng)的發(fā)電煤耗逐漸增加.一級(jí)外冷器系統(tǒng)的發(fā)電煤耗始終低于常規(guī)系統(tǒng)，二級(jí)外冷器系統(tǒng)的發(fā)電煤耗始終低于一級(jí)外冷器系統(tǒng)的發(fā)電煤耗.

表4 不同負(fù)荷條件下外冷器系統(tǒng)和常規(guī)系統(tǒng)發(fā)電煤耗的比較

表5列出了不同負(fù)荷運(yùn)行條件下1 000 MW超超臨界機(jī)組常規(guī)系統(tǒng)和回?zé)崾叫∑啓C(jī)系統(tǒng)的發(fā)電煤耗.由表5可以看出，隨著負(fù)荷的降低，1 000 MW超超臨界機(jī)組常規(guī)系統(tǒng)和回?zé)崾叫∑啓C(jī)系統(tǒng)的發(fā)電煤耗均逐漸提高，回?zé)崾叫∑啓C(jī)系統(tǒng)的發(fā)電煤耗始終低于常規(guī)系統(tǒng).當(dāng)回?zé)崾叫∑啓C(jī)的相對(duì)內(nèi)效率提高至90%時(shí)，機(jī)組的發(fā)電煤耗在不同負(fù)荷條件下均進(jìn)一步降低.

表5 不同負(fù)荷條件下回?zé)崾叫∑啓C(jī)系統(tǒng)和常規(guī)系統(tǒng)發(fā)電煤耗的比較

3.2 變負(fù)荷條件下回?zé)崾叫∑啓C(jī)系統(tǒng)和外冷器系統(tǒng)的分析比較

為了確定不同負(fù)荷條件下不同系統(tǒng)的節(jié)能效果，綜合比較了2種外冷器系統(tǒng)和不同相對(duì)內(nèi)效率的回?zé)崾叫∑啓C(jī)系統(tǒng)的發(fā)電煤耗相對(duì)于常規(guī)系統(tǒng)發(fā)電煤耗的降低值.

如圖6(a)所示，當(dāng)回?zé)崾叫∑啓C(jī)的相對(duì)內(nèi)效率為85%時(shí)，在THA工況和75% THA工況下，回?zé)崾叫∑啓C(jī)系統(tǒng)的發(fā)電煤耗降低值均高于外冷器系統(tǒng)；在50% THA工況下，二級(jí)外冷器系統(tǒng)的發(fā)電煤耗降低值高于回?zé)崾叫∑啓C(jī)系統(tǒng)；在40% THA工況下，一級(jí)外冷器系統(tǒng)的發(fā)電煤耗降低值高于回?zé)崾叫∑啓C(jī)系統(tǒng).當(dāng)回?zé)崾叫∑啓C(jī)的相對(duì)內(nèi)效率達(dá)到90%時(shí)，3種系統(tǒng)與常規(guī)系統(tǒng)發(fā)電煤耗的降低值如圖6(b)所示，回?zé)崾叫∑啓C(jī)系統(tǒng)在不同負(fù)荷條件下的發(fā)電煤耗降低值均高于一級(jí)外冷器系統(tǒng).當(dāng)負(fù)荷降低到40% THA以下時(shí)，二級(jí)外冷器系統(tǒng)的發(fā)電煤耗降低值高于回?zé)崾叫∑啓C(jī)系統(tǒng).由此可見(jiàn)，低負(fù)荷條件下，外冷器系統(tǒng)與回?zé)崾叫∑啓C(jī)系統(tǒng)的節(jié)能效果相當(dāng)，甚至更好.

低負(fù)荷條件下，回?zé)嵯到y(tǒng)的凝結(jié)水質(zhì)量流量和凝結(jié)水溫升均大幅下降，抽汽質(zhì)量流量更是加速減小，導(dǎo)致抽汽質(zhì)量流量占主蒸汽質(zhì)量流量的比例也明顯減小.因此，回?zé)崾叫∑啓C(jī)系統(tǒng)在低負(fù)荷條件下的各級(jí)抽汽質(zhì)量流量加速下降，利用蒸汽過(guò)熱度的節(jié)能效果隨之減弱.外冷器系統(tǒng)則有所不同，低負(fù)荷條件下常規(guī)系統(tǒng)送入鍋爐的給水溫度大幅降低，導(dǎo)致鍋爐的不可逆損失增加,而外冷器系統(tǒng)利用抽汽過(guò)熱度提高了給水溫度，在一定程度上可有效抑制低負(fù)荷下鍋爐不可逆損失的增加，從而提高鍋爐和全廠的熱力學(xué)性能，外冷器系統(tǒng)仍然能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能效果的提升.

(a) 小汽輪機(jī)相對(duì)內(nèi)效率為85%

(b) 小汽輪機(jī)相對(duì)內(nèi)效率為90%

Fig.6 Comparison of energy saving effect between outer cooler system and small turbine regenerative system with different relative internal efficiencies

4 結(jié) 論

(1)在較高負(fù)荷條件下運(yùn)行時(shí)，回?zé)崾叫∑啓C(jī)系統(tǒng)的節(jié)能效果優(yōu)于外冷器系統(tǒng)；低負(fù)荷條件下外冷器系統(tǒng)的節(jié)能效果有所改善，回?zé)崾叫∑啓C(jī)系統(tǒng)的節(jié)能效果下降.如果提高回?zé)崾叫∑啓C(jī)的相對(duì)內(nèi)效率，可以提升回?zé)崾叫∑啓C(jī)系統(tǒng)的節(jié)能效果.

(2)在THA工況和75% THA工況下，回?zé)崾叫∑啓C(jī)系統(tǒng)的發(fā)電煤耗降低值高于二級(jí)外冷器系統(tǒng)，二級(jí)外冷器系統(tǒng)的發(fā)電煤耗降低值始終高于一級(jí)外冷器系統(tǒng)，回?zé)崾叫∑啓C(jī)系統(tǒng)的節(jié)能效果更好.

(3)在50% THA工況下，回?zé)崾叫∑啓C(jī)的相對(duì)內(nèi)效率為85%時(shí)，二級(jí)外冷器系統(tǒng)的發(fā)電煤耗降低值高于回?zé)崾叫∑啓C(jī)系統(tǒng)；在40% THA工況下，一級(jí)外冷器系統(tǒng)的發(fā)電煤耗降低值高于回?zé)崾叫∑啓C(jī)系統(tǒng).

(4)當(dāng)回?zé)崾叫∑啓C(jī)的相對(duì)內(nèi)效率達(dá)到90%時(shí)，回?zé)崾叫∑啓C(jī)系統(tǒng)在不同負(fù)荷條件下的發(fā)電煤耗降低值均高于一級(jí)外冷器系統(tǒng)；只有當(dāng)負(fù)荷降低到40% THA工況時(shí)，二級(jí)外冷器系統(tǒng)的發(fā)電煤耗降低值才高于回?zé)崾叫∑啓C(jī)系統(tǒng).

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Thermodynamic Analysis on the Superheating Degree Utilization Modes of 1 000 MW Ultra-supercritical Units

ZHOU Luyao, XU Gang, BAI Pu, XU Cheng, YANG Yongping

(National Thermal Power Engineering & Technology Research Center, North China Electric Power University, Beijing 102206, China)

To solve the problem of too high superheating degree of extracted steam in 1 000 MW ultra-supercritical (USC) units, the energy saving effect of two systems respectively with one or two steam coolers was analyzed and compared with that of the small turbine regenerative system in the case of 85% and 90% internal efficiency of the small turbine. Meanwhile, the energy saving effect was analyzed for various utilization modes of the superheating degree under different loading conditions. Results show that the energy saving effect of small turbine regenerative system is always better than that of outer cooler system under THA load condition. The energy saving effect of small turbine regenerative system increases with the rise of internal efficiency, while that of outer cooler system improves with the rise of cooler stages. When the load decreases, the energy saving effect of small turbine regenerative system declines, while that of outer cooler system rises. When the load reduces to 50% THA state, the energy saving effect of both the systems is equivalent.

ultra-supercritical unit; superheat degree of steam; outer steam cooler; small turbine regenerative system; energy saving effect

2016-06-03

2016-08-01

國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973計(jì)劃)資助項(xiàng)目(2015CB251504)；國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51476053, U1261210)

周璐瑤(1990-)，女，安徽淮北人，博士研究生，研究方向?yàn)殡娬竟?jié)能. 徐 鋼(通信作者)，男，副教授，工學(xué)博士，電話(Tel．)：010-61772824；E-mail：xgncepu@163.com．

1674-7607(2017)06-0495-06

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