二次再热汽轮机回热系统配置方案探讨研究论文电子版下载 第57卷第3期xx年6月汽轮机技术TURBINE TECHNOLOGYV0157No3Junxx二次再热汽轮机回热系统配置方案探讨李传胜，聂鑫(神华国华广投(北海)发电有限责任公司，北海536000)摘要为进一步提高二次再热机组的热效率，以某在建工程为例，根据二次再热机组的特点，通过理论分析和方案论证，给出超超临界二次再热汽轮机回热系统高效的配置方案。 关键词二次再热；回热系统；配置方案分类号TK262A1001-5884 (xx)03-0181-04Double ReheatTurbine HeatRecovery SystemSetup ProgramAnalysis LIChuansheng，NIE Xin(Shenhua GuohuaGuangtou(Beihai)Power GenerationCompany Limited，Beihai536000，China)AbstractTo furtherimprove thethermal ef iciency ofdouble reheatunits toa constructionpmject asan example，aording tothe technical basisfor regenerativesystem configuration，through theoreticalana lysis anddemonstrat ion program proposedsecondary ultra supereritical steam turbinereheat efficient heatrecovery systemconfig uration programKey wordsdoublereheat；regenerator system；setting scheme1工程概况广西北部湾经济区某地兴建一座煤炭能源基地，工程计划新建21000MW超超临界二次再热燃煤发电机组，目前工程已获得自治区核准并已进入初步设计阶段。 根据工程规划及初步设计原则，汽轮机型式按照超超临界压力、二次中间再热、单轴、五缸四排汽凝汽式进行相关设计，最高给水温度3283C、汽轮机人口额定参数(31MPa(a)60o620oC620)下其热耗为7085kJ(kWh)，循环冷却水系统采用海水直流冷却，除辅助蒸汽系统按母管制设计外，其余热力系统均采用单元制设计。 与常规超(超)临界一次再热百万机组相比，本工程选用的超超临界二次再热百万机组具有给水温度高、抽汽过热度高和高加水侧压力高等显著的热力学特点。 回热循环是减少火电机组冷源损失的重要手段，汽轮机回热系统选择是继蒸汽参数、机组类型后又一个影响机组热经济性的重要方面，而热效率高是二次再热技术的最大亮点，选择高效的汽轮机回热系统配置方案，对于提高二次再热机组的热效率具有重要意义。 2回热系统的基本理论根据朗肯循环的定义，提高平均吸热温度能够提高循环效率，因此采用二次再热技术比采用一次再热技术能进一步提高机组的热效率。 同理，采用更多的回热级数能进一步降低机组热耗，提高机组的经济性。 如果蒸汽吸热过程平均温温差较大，相应做功能力损失将较大，郎肯循环的热效率将降低。 采用回热循环，利用已在汽轮机中做过功的蒸汽来加热给水，提高回热循环的吸热平均温度，可使循环热效率得到有效提高?。 21给水回热效率计算根据热力学定律，无再热的蒸汽热效率为(一he)+(一hi)rh1一T=Olc(。 一r)+(。 一) (一)(h0一h)。 O(h0一h)主 (一)。 (h0一r) (1)叼r0。 (。 一)式中，为抽汽做功系数，Aa可叼为热系统循环效率；rr为朗肯循环效率，=；为凝汽份额；分别为加热器 1、 2、3?的抽汽份额；为初蒸汽焓；。 为凝汽器的乏汽焓；为加热器 1、2,3?的抽汽焓；r。 为凝汽器的凝水焓。 对于有再热的蒸汽循环效率计算如式 (2)所示(。 一ho)+(。 一+由)rh=L一(一J r)+(一hj+)=1xx-01-09作者简介李传胜(1963一)，男，辽宁抚顺人，高级工程师，从事发电及煤炭等技术的研究和管理。 182汽轮机技术第57卷(。 一+由)(。 一。 )+=_i一c壹(+啊) (2)z式中，A为有再热蒸汽的抽汽做功系数，A=Lhohs+由)L一；由为第J次再热蒸汽焓升；叼r为无再热的热系统循环效率。 其它符号与式 (1)相同。 由式 (1)及式 (2)可知，因叼总小于1，故有回热抽汽的蒸汽循环效率大于朗肯循环效率。 对于有再热的循环系统，按其数学表达式分子分母增加个数时，再增加同样的数，其增加幅度将减小，即回热系统效率的提高幅度比无再热时要低。 同样，一次再热比二次再热提高效率幅度要大。 同时，给水温度越高，抽汽做功系数提高，相应效率也得到提高。 从传热角度来说，给水温度越高，提高了吸热平均温度，传热温差越小。 另一面由于抽汽进入给水系统使得进入凝汽器的汽量减少，汽轮机的冷端损失降低，从而使得整个系统的热效率提高j。 22回热级数、给水温度与汽轮机效率的关系按做功能力法分析，有限级数的回热加热，在回热加热器中将引起有温差(Tr)的换热，从而产生回热过程的炯损及相应的附加冷源热损失。 但随着级数z的增加，减小，此不利影响将削弱。 以热量法分析，当最高给水温度一定，汽轮机抽汽级数增加，意味着利用低压抽汽代替了部分高压抽汽，回热做功系数增加，热效率叼提高。 回热抽汽级数z与叼的数学表达式可简化为卜商一高+式中，h。 为省煤器出口水焓；为凝结水泵出口水焓；q为每h一厶级加热器抽汽的比放热量；M=。 g由式 (3)可知，加热器级数越多，循环效率越高但其增长率递减。 图1是汽轮机绝对内效率与回热级数及给水温度的关系图(图中，表示绝对内效率增量、表示给水温度、z表示给水回热级数)。 由图1可知 (1)对应不同回热级数存在一个最佳给水温度，使得汽轮机内效率最高； (2)对于一定的给水温度，存在一个最佳回热级数，使得汽轮机内效率最高； (3)随着给水加热级数的增加，由于更多地利用了低压抽汽做功，使得回热循环的热效率增加_71。 回热系统配置的技术依据影响汽轮机回热系统效率的基本参数有回热级数、给水温度、回热焓降分配、加热器类型、加热器端差及疏水收集方155夕。 I；01O0xx00C图1汽轮机绝对内效率与回热级数、给水温度间的关系图式、抽汽过热度利用方式、抽汽管道压降等，都将影响到回热过程的炯损，因而最终将影响汽轮机的热耗率。 二次再热汽轮机回热系统配置的技术依据就是要在一定的给水温度下，根据汽轮机的结构条件，确定合理的回热级数，尽量使各级加热器的温升相同9从而使循环热效率最高。 以下通过回热级数、给水温度、抽汽过热度利用方式和应对高加水侧压力提高等4个方面对回热系统配置的技术依据进行论述。 31回热级数当给水温度一定时，随着回热级数的增加，附加冷源热损失将减少，汽轮机内效率则相应提高。 回热级数增加意味着汽轮机抽汽口与回热加热器数量的增加。 选用级数较多的加热器、较低的加热器压损和端差、较高的给水温度等均会降低汽轮机的热耗，但投资费用相应有所增加。 因此，回热级数并非越多越好，应考虑到每增加一级加热器就要增加一定的设备费用，所增加的费用应能从节约燃料的收益中得到补偿，同时还要尽量避免整个热力系统过于复杂。 常规的超超临界参数一次再热百万机组一般采用8级抽汽回热(少数机组也采用9级抽汽回热，汽轮机中压缸需增加一级抽汽，同时增加一级低压加热器)，与超临界参数一次再热百万机组相比，回热级数相同但给水温度却提高10以上，使得加热器传热温差增加，这种回热系统配置方式在一定程度上牺牲了超超临界一次再热百万机组的热效率。 超超临界二次再热百万机组与超(超)临界一次再热百万机组相比，最高给水温度提高近30、汽轮机多出1个超高压缸，因此，汽轮机可以通过增加抽汽口并合理分配回热焓降来增加回热级数。 因此，采用二次再热技术为发电机组进一步提高循环效率提供了有利条件。 32给水温度提高锅炉省煤器入口的给水温度可以提高工质的平均吸热温度，能有效提高机组的经济性，降低机组发电煤耗。 但是由于给水加热温度提高，回热抽汽量也增加，对于相同的发电量来说，需要增加进入汽轮机中的新蒸汽量，当给水加热温度超过某一数值时，将使系统热耗率增大，从而使整个系统的循环热效率降低。 因此，对于一定的进汽压力，都存在相应的最佳给水温度使机组热效率达到最高。 而且，出第3期李传胜等二次再热汽轮机回热系统配置方案探讨183于锅炉安全考虑，给水温度也不能无限制提高，主要原因是 (1)更高的给水温度将造成锅炉省煤器系统的温压降低，增加省煤器的换热面积，使省煤器布置困难； (2)更高的给水温度将无法保证锅炉水冷壁进口形成一定的欠焓，当锅炉水冷壁系统存在温度偏差时，影响锅炉的安全运行。 33抽汽过热度利用方式加热器中的大部分换热是利用了蒸汽的汽化潜热，蒸汽的过热度没有得到充分利用。 常规百万机组热平衡图中第三级抽汽参数为23MPa和479C，这种抽汽的过热度很大，对应的回热加热器换热温差增大，温差换热引起的不可逆损失也增大。 通过在高过热度的高压抽汽管路上增设蒸汽冷却器的方式，可以充分利用抽汽的过热度，减少不可逆的换热损失，同时在各种负荷工况下都能在一定程度上提高给水温度。 二次再热汽轮机的高压缸和中压缸第一级抽汽的过热度较一次再热汽轮机有了大幅提高，而且二次再热机组在低负荷时抽汽过热度比额定运行工况更大，配置蒸汽冷却器对于二次再热机组更有实际意义。 蒸汽冷却器有内置和外置两种。 外置式蒸汽冷却器连入热力系统的方式灵活多样，可以直接提高给水温度，但是系统相对复杂，投资也相对较高。 外置式蒸汽冷却器有串联和并联两种连接方式(两种连接方式的系统图分别如图2和图3所示)，串联方式具有进水温度高、传热过程平均温差小、抽汽过热度利用充分、给水系统阻力大的特点。 外置式蒸汽冷却器并联布置与串联布置的特点正好相反，与传统的串联布置方式相比，外置式蒸汽冷却器并联布置不仅使得给水系统运行阻力小，而且因设备自重小使得工程投资大幅减少。 图2串联外置式蒸汽冷却器系统图图3并联外置式蒸汽冷却器系统图34应对高加水侧压力提高超超临界一次再热百万机组的高压加热器一般选用单列、卧式、u形管形式，单列高加相对于双列高加具有系统简单的特点，在高加水侧压力不高的常规一次再热机组中得到广泛应用。 二次再热超超临界百万机组高加水侧压力较高，各级高加汽侧压力和温度也有所提升，若采用单列高加方案，加热器管板厚度增加会导致设备制造难度增大，而且厚的管板还会使设备运行温差应力增大。 4回热系统配置的方案论证针对超超临界二次再热百万机组的热力学特点及二次再热汽轮机的结构