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超超临界二次再热机组热力系统优化分析

作者：赵晓军

来源：《企业科技与发展》2018年第02期

【摘 要】对于大型超超临界二次再热系统回热抽汽温度高、过热度大等情况，通过采用优化后具备回热式小汽轮机的超超临界二次再热热力系统，利用EBSILON软件对常规二次再热系统和优化后的热力系统进行仿真计算，最终优化后系统的抽油过热度大幅度下降。为对优化后系统的经济性做出进一步验证分析，运用?分析理论，对常规二次再热热力系统和经过优化的系统的抽汽回热系统的指标进行了全面的计算和对比分析。 【关键词】超超临界；二次再热；抽汽过热度；小汽轮机；分析

【中图分类号】TM621 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2018）02-0095-02 0 引言

近年来，随着我国能源形势不断紧张，火电机组逐步向着高参数大容量方向发展[1]。超超临界二次再热技术可以进一步提高火电机组初参数，进而提高机组经济性，是当今火电机组研究的一个重要发展方向[2]。同时，经过锅炉两次再热器加热也导致回热系统的抽汽参数升高，抽汽过热度也会提高，增加了回热加热器的不可逆损失。为了进一步提高二次再热机组的热经济性，需要优化利用回热抽汽过热度[3]。 1 超超临界常规二次再热系统

超超临界二次再热机组，汽轮机包括五缸四排汽单轴，由高压缸（HP）、第一再热中压缸（IP1）、第二再热中压缸（IP2）及2个低压缸（LP1、LP2）共5个汽缸组成，效率分别为90%、91.5%、91.8%、92%，共10级抽汽回热，额定背压取为4.5 kPa，一次再热和二次再热蒸汽压损均为10%，锅炉效率为94%，管道效率为99.1%，厂用电率为3.5%[4]。系统主要参数如下：发电功率为1 000 MW；主汽门前蒸汽压力与温度分别为31 MPa、600 ℃；主蒸汽进汽量为2 629.5 t/h；一次再热后蒸汽压力与温度分别为10.09 MPa、610 ℃；二次在热后蒸汽压力与温度分别为3.084 MPa、610 ℃；给水温度为315 ℃。 2 抽汽过热度优化的热力学原理

加热器内蒸汽放热与给水吸热的热力过程如图1所示。Ten为环境温度，c-d-e为蒸汽放热过程，a-b为给水吸热过程，换热阶段熵增是△S。抽汽温度下降后，蒸汽放热过程为f-g-e，能够观察到换热温差大幅度降低，换热阶段熵增减小量δS，为图1阴影处，熵增降低，换热期间不可逆损失降低，机组更具热经济性。 3 二次再热MC系统

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在高压缸排汽引入一个增设的独立的抽汽背压式小汽轮机，该小汽轮机用来驱动发电机和给水泵。汽轮机高压缸内部分排汽将直接进入小汽轮机内，机组汽轮机中压缸取消回热抽汽，相应回热抽汽来源于其背压式小汽轮机[5]。上述几级回热抽汽省去了再热过程，过热度得到明显降低，可有效解决常规二次再热系统中压缸抽汽过热度过高、加热器不可逆损失大的问题[6]。

4 结果分析

4.1 回热抽汽过热度优化结果

本文利用EBSILON软件对常规超超临界二次再热系统和经过优化的二次再热MC系统进行仿真计算，并基于?分析理论，全面对比和分析2种热力系统的热力学性能，结果见表1和表2。

将二次再热MC系统与常规二次再热系统抽汽过热度相比，因为常规二次再热机组第2～7级过热度最高，且二次再热MC系统因为高压缸部分排汽直接进入回热式小汽轮机，第2～7级抽汽都来源于小汽轮机，因此相比于常规二次再热系统，第2-7级抽汽过热度大幅度降低。常规系统内过热度处在峰值的第2级、第4级抽汽过热度有了明显降低，即85.4 ℃、41.77 ℃，而第6级和第7级抽汽过热度则降低至0 ℃。这表明二次MC系统避免了常规二次再热系统出现的抽汽时温度高、过热度大等现象，实现了二次再热机组经济性的提升。 4.2 分析计算结果

2个系统的回热系统都为10级抽汽系统，通过运用?分析理论计算其加热器的指标，表3为计算结果。

通过分析表3中的数据得出，2种热力系统内第1～5级加热器?效率很高，都超过了90%；对第7～10级加热器效率来说，将随着抽汽压力温度的降低而逐渐降低。可以观察到2个系统内第2～7级加热器损差异很大，其中损差异最大的为第3级和第6级加热器。而与常规系统相比，MC系统内第3级和第6级加热器损则分别降低2.19 MW与2.55 MW。 将2个系统同一级加热器?效率相比，在第2～7级加热器损效率方面，MC系统较常规系统均有显著提升，尤其是其第6级、第7级加热器效率高出8.73%与5.38%，其他级加热器效率则差不多。2个系统加热器之所以出现了损和效率差异，原因是MC系统内有独立的回热式小汽轮机，以此取代常规系统内的中压缸抽汽，且这几级抽汽没有通过再热器再热，则抽汽时的温度、过热度等都会降低，加热器换热温差也随之下降，进而使损减小和效率上升。 5 结论

通过EBSILON仿真计算得出经过优化的超超临界二次再热MC系统相对于常规超超临界二次再热系统，回热系统抽汽温度出现了下降，达到了优化抽汽过热度的目的，减少了加热器

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内热换的不可逆损失，同时也提高了机组的安全性。基于?分析原理，计算得出二次再热MC系统第2～7级加热器?损?效率较常规系统有了很大的提升，表明二次再热MC系统在降低抽汽过热度的前提下保证了换热器的经济性，进一步提高了机组运行的经济性。 参 考 文 献

[1]毛健雄.中国火电技术的发展方向和世界超超临界技术的最新发展[J].热电技术，2011（4）：1-8.

[2]高昊天，范浩杰，董建聪，等.超超临界二次再热机组的发展[J].锅炉技术，2014，45（4）：1-3.

[3]殷亚宁.二次再热超超临界机组应用现状及发展[J].电站系统工程，2013（2）：15. [4]火电厂热系统定量分析[M].西安：西安交通大学出版社，1985. [5]杨世铭，陶文铨.传热学[M].第4版.北京：高等教育出版社，2006.

[6]张方炜，刘原一，谭厚章，等.超临界火力发电机组二次再热技术研究[J].电力勘测设计，2013（2）：34-39.