采用喷射泵疏水方式的回热系统热经济性分析--火电厂节能理论

第一篇：采用喷射泵疏水方式的回热系统热经济性分析--火电厂节能理论

采用喷射泵疏水方式的回热系统热经济性

分析

摘要: 火电厂热力系统不同疏水方式对机组的经济性有很大影响。本文分析了不同疏水方式的优缺点，介绍了喷射泵的工作原理，提出了采用喷射泵的回热系统疏水方式，拟定了采用喷射泵疏水方式后机组的原则性回热系统简图，基于常规热平衡法，确定了喷射泵出口混合焓，并建立了机组热经济性指标的计算模型。以某300MW机组为例，计算了喷射泵的喷射系数，并对采用不同疏水方式机组的热经济性进行了比较，结果表明，采用喷射泵疏水方式机组的热经济性明显高于采用逐级自流疏水方式机组的热经济性。对热力系统的节能改造及 经济运行具有重要的指导意义, 可为热力系统的节能改造提供定量数据支持。

关键词:汽轮机组;回热系统;疏水方式;喷射泵;热经济性

引 言

根据对现运行机组的统计,低压加热器的疏水连接系统主要有采用疏水泵连接、疏水逐级自流、疏水冷却器等几种连接方式。不同的疏水方式,在安全与经济性方面具有不同的特

[1]点。目前凝汽式汽轮机组回热系统广泛采用的疏水方式有疏水逐级自流和疏水逐级自流与疏水泵混合型式，这两种型式安全可靠性较好结构简单，但其热经济性均低于采用疏水泵的[2]回热系统的热经济性。而采用疏水泵的回热系统安全可靠性低，在实际中一般不采用。因

此，研究一种可靠性好经济性高的回热系统疏水方式具有重要的意义。

在原有回热系统疏水方式的理论基础上，提出了采用喷射泵的回热系统疏水方式，首先介绍了喷射泵的工作原理，然后以某300MW机组为例，拟定了采用喷射泵疏水方式后机组的原则性回热系统简图，建立了喷射泵工作流体流量的计算模型，并基于常规热平衡法，建立了喷射泵出口混合焓及机组热经济性指标的计算模型，计算了喷射泵的喷射系数及采用不同疏水方式机组的热经济性。

1.回热系统疏水方式分析

凝汽式汽轮机组的给水回热加热系统中，除除氧器之外，其余加热器均为表面式加热器，表面式加热器的疏水方式影响机组经济性的高低。回热系统的基本疏水方式有疏水逐级自流

[2]和采用疏水泵两种。

回热系统采用疏水逐级自流的疏水方式，是利用相邻加热器之间的压力差将加热器的疏水依次从压力高的加热器中自流入压力较低一级的加热器中，最后一级加热器的疏水自流入除氧器或汽轮机的凝汽器中。图1为采用疏水逐级自流疏水方式的回热系统简图。这种疏水方式，系统简单，安全可靠性较好，运行维护方便，是目前应用最普遍的疏水方式。但这种疏水方式其疏水进入下一级加热器要释放热能，排挤了部分低压抽汽，使机组经济性降低回热系统采用疏水泵的疏水方式，是利用疏水泵将疏水直接送入该加热器出口的主凝结水管道中。这种疏水方式因其疏水和主凝结水混合后可以减少该加热器的出口端差，其经济性仅次于采用混合式加热器系统 但这种疏水方式设有疏水泵，系统复杂，安全可靠性低，耗厂用电，表面式加热器全部采用疏水泵的连接系统一般不采用。

回热系统有时采用疏水逐级自流与疏水泵混合型式，这图1采用疏水逐级自流疏水方式的回热系统简图种型式是在末级或次末级加热器疏水量大的地方采用疏水泵，其余加热器采用疏水逐级自流这种疏水方式安全可靠性较好，机组经济性较低。

2．采用喷射泵的回热系统疏水方式

2．1 喷射泵的工作原理

图1.采用疏水逐级自流疏水方式的回热系统简图

喷射泵是一种广泛应用于能源化工航空航天交通运输等诸多工业部门的动力设备，其突出的优点在于提高引射流体的压力而不直接消耗机械能。同时，由于喷射泵具有结构简单，没有运转构件，易于密封，工作可靠等特点，已经越来越多的被科研与工程设计人员所重视

[3]。

喷射泵是利用具有一定压力的工作流体来引射另一种流体的设备，主要由工作喷嘴吸入室混合室和扩压室等几部分组成，具体结构简图见图2所示具有一定压力pp的工作水流，经喷嘴射入吸入室，喷嘴出口压力降为吸入压力ps，将压力能转换为动能，在喷嘴出口形成流速较高的射流 由于射流质点的横向紊动和扩散作用，与周围的介质进行动量交换并将其带走，使吸入室形成低压，从而将被引射流体吸入，在混合室中流体充分进行动量交换，以使其出口外的液流速度尽可能趋于均匀然后经扩压室使流体流速降低，压力增加，扩压管出口处压力为pd。

2．2 采用喷射泵疏水方式的回热系统

采用喷射泵疏水方式的回热系统中，喷射泵的工作流体为部分给水，引射流体为某加热器疏水，经喷射泵抽吸混合后进入相邻的高一级加热器1号低压加热器和1号高压加热器的疏水经疏水泵分别引入除氧器和给水管道 采用这种疏水方式疏水进入高一级加热器，排挤了部分高压抽汽，使回热抽汽在汽轮机中的做功增加，提高了机组的热经济性以某300MW机组为例，回热系统采用喷射泵疏水方式后，其原则性系统简图见图3，图4所示。图3所示的回热系统中各加热器均设有疏水冷却器，而图4所示的回热系统中各加热器无疏水冷却器。

2．3 采用喷射泵疏水方式机组的热经济性计算

2．3．1 喷射泵工作流体流量的计算

回热系统疏水方式采用喷射泵后，由于喷射泵的工作流体为某加热器出口部分给水，因此进入高一级加热器的给水量发生了变化，在计算回热系统各段抽汽量时，需计算喷射泵工作流体的流量。

在引射流体流量Gs已知的情况下，喷射泵工作流体的流量为 [4]

GpGs

（1）

式中，为引射系数，即被引射流体的流量Gs与工作流体流量Gp之比。[5]

图2 喷射泵结构简图工作喷嘴;2 吸入室;3 混合室;4 扩压器

图3 采用喷射泵疏水方式有疏水冷却段的回热系统简图

图4 采用喷射泵疏水方式无疏水冷却段的回热系统简图

[6]

喷射泵引射系数的计算方法有多种，在面积比m已知的条件下，最优引射系数为：

b（2）2a

其中，a(23)2d1m(222)H p4pm

1b2(2

23)d p

(22

3)c[2

122pppdd] p

其中，mppff222，f3为混合室截面积，m；f1为工作喷嘴出口面积，m312，f1f1pd1为工作喷嘴损失系数，2为吸入室损失系数，pp为工作流体与被引射流体进入泵时的压力差，Pa，pd为被引射流体经喷射泵后压力的增加值，Pa，3为混合式损失系数，4为扩压管损失系数;p、H、d分别为工作流体、被引射流体、喷射泵出口混合流体的比体积，m3。

2．3．2 加热器抽汽量的计算

以某j 级加热器为例，参考图4，抽吸第(j +1)级加热器的疏水需工作流体的流量为 Gp(j1)Gs(j1)

(j1)（3）

式中，Gs(j1)为第(j +1)级加热器的疏水量，kgh。

进入第j 级加热器的疏水流量为

Gd(j1)Gp(j1)Gs(j1)

进入第j 级加热器的给水流量为

GwjGw(j1)Gp(j1)(4)第j 级加热器的抽汽量为

GjGwjwjGd(j1)j

qj（5）

式中，wj为给水在第j 级加热器焓升，kJkg，wjhwjhw(j1)；j为疏水在第j 级加热器的放热量，kJkg，jhd(j1)hsj；qj为抽汽第j 级加热器的放热量，kJkg，qjhjhsj； 其中hwj、hw(j1)、hsj、hj分别为第j 级加热器的出口水焓、进口水焓、疏水焓抽汽焓，kJkg;hd(j +1)为进入第j 级加热器的疏水焓，即喷射泵出口混合流体焓，其 计 算 公 式 为hd(j1)(Gp(j1)hw(j1)Gs(j1)hs(j1))Gd(j1)

2．3．3 机组热经济性指标计算

根据式(5)可得，第j 级加热器的抽汽份额为

jGj

G0

（6）式中，G0 为主蒸汽流量，kgh

则凝汽式汽轮机组的电功率为

PelG0(1jYjsgjYsgj)Himg(7)

j1j1zz

1式中，Yj 为蒸汽在汽轮机内膨胀时第j 段抽汽做功不足系数;sgj为蒸汽在汽轮机内膨胀时第j 段轴封及门杆漏汽份额;Ysgj为蒸汽在汽轮机内等熵膨胀时第j 段轴封及门杆漏汽做功不足系数;Hi 为汽轮机的有效焓降，kJkg;z为加热器的级数;z1为轴封漏汽段

数;m、g 分别为机械效率和发电机效率。

全厂热效率为cp3600Pel（8）Qcp

式中，Qcp为全厂热耗量，kJh

煤耗率为

b0.12

3cp（9）实例计算

以某300MW亚临界机组为例，按定功率方式对回热系统采用疏水逐级自流疏水方式机组采用喷射泵疏水方式(加热器无疏水冷却段和加热器有疏水冷却段)机组的抽汽份额和热经济性指标分别进行了计算，计算简图参见图

1、图3、图4所示 计算结果见表1、表2。

表1某300MW亚临界机组采用不同疏水方式回热系统的抽汽份额

从表1可以看出，回热系统疏水方式采用方案

2、方案3与采用方案1相比，第1、第2段抽汽份额减小了，而部分低压抽汽量增加，说明采用喷射泵疏水方式后排挤了高压抽汽而增加了低压抽汽，因此机组的热经济性会提高，该结论也可从表2中数据看出。

从表2可以看出，方案2与方案1相比，机组煤耗率减小了0.52g/(kW h)，而方案3与方案1相比，机组煤耗率减小3.27g/(kW h)可见，采用喷射泵疏水方式后机组的热经济性比采用疏水逐级自流疏水方式机组的经济性高。

对已投运的机组，回热系统疏水方式可将逐级自流疏水方式改造为方案3疏水方式，机组的热经济性可明显提高而对于新建机组，回热系统疏水方式可采用喷射泵无疏水冷却段的回热系统，虽然煤耗率降低只有0.52g/(kW h)，但由于无疏水冷却段，使加热器结构简单化，可减少一次性投资。

表2 某300MW亚临界机组采用不同疏水方式回热系统的经济性指标

4.结论

（1）介绍了目前凝汽式汽轮机组回热系统的基本疏水方式，分析了其优缺点 提出了回热系统采用喷射泵的疏水方式。

(2)介绍了喷射泵的工作原理，以某300MW机组为例，拟定了回热系统采用喷射泵疏水方式后的原则性热力系统图 基于常规热平衡法，建立了喷射泵工作流体流量的计算模型，建立了喷射泵出口混合焓及机组热经济性指标的计算模型。以某300MW亚临界机组为例，计算了喷射泵的喷射系数及采用不同疏水方式机组的热经济性 计算结果表明，回热系统采用喷射泵疏水方式机组的热经济性高于采用疏水逐级自流疏水方式机组的热经济性，同时，回热系统采用喷射泵疏水方式(加热器有疏水冷却段)机组的热经济性明显高于采用疏水逐级自流疏水方式(加热器有疏水冷却段)机组的热经济性。

参考文献：

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