再熱機組熱力循環效果的評價及其演算法研究

隨著機組容量和參數的不斷提高，汽輪機熱力系統的連接形式日趨複雜。充分挖掘汽輪機熱力系統節能潛力日益引起人們的關注。
汽輪機熱力系統回熱效果的提高，可以有效地改善再熱機組的經濟性。抽汽過熱度的利用以及表面式加熱器疏水熱量的利用是影響回熱效果重要因素，這種定性分析結論已被人們普遍接受。但在現有的經濟指標體系中，回熱效果都間接地用熱效率等熱經濟指標來表示。探討回熱效果的評價指標，尋找回熱效果評價指標與汽輪機熱效率之間的關係是本文的主題。
2　回熱作功比與汽機熱效率計算模型
2．1　循環的複合與熱效率計算
圖1是單級回熱的凝汽機組示意圖（對多級回熱的凝汽機組亦可等價為單級回熱的情形^［1，2］）。
對圖1（a），加熱器無疏水排向凝汽器。則：
回熱汽流作功為

W_r＝a_r·（h₀－h_r）　（kJ／kg）（1）

凝汽流作功為

W_c＝a_c·（h₀－h_c）　（kJ／kg）（2）

回熱循環熱耗率為

H_Rr＝1（3）

凝汽流循環熱耗率為

對圖1（b），回熱系統有疏水排向凝汽器，抽汽熱量中的一部分隨疏水進入凝汽器，並表現為附加冷源損失。這時，回熱作功比的定義需要修正，以保證回熱汽流熱耗率H_Rr＝1。

本文將該疏水放熱量折算為凝汽流量，並定義扣除該折算凝汽流量的回熱汽流量為當量回熱汽流量，相應的功為當量回熱汽流作功；而實際凝汽流量加折算凝汽流量定義為當量凝汽流量，相應的功則為當量凝汽流作功。則上述式（3）～（7）依然成立。即：
疏水放熱折算凝汽流量為

汽機內效率為

2．2　再熱機組汽機的當量回熱作功比與內效率計算模型
當末級疏水排向熱井、末級加熱器配置DP或使用重力自流混合式加熱器時，則d_b＝0。即：
疏水放熱折算凝汽流作功為

回熱汽流熱耗率為

3　再熱機組熱力系統節能改造中的回熱效果分析

汽輪機回熱系統是由各種類型的加熱器組成的，其中主要是表面式加熱器。由於存在傳熱端差和疏水自流排放，不僅造成抽汽的熱量未能充分用於本級給（凝）水的加熱，而且因疏水熱量的自流排放，造成高壓抽汽對低壓抽汽的排擠，降低了回熱效果。需要從使用蒸汽冷卻器（SC）利用抽汽過熱度和使用疏水冷卻器（DC）或疏水泵（DP）利用疏水熱量水等方面著手完善回熱效果。
3．1　國產N125機組原設計系統（原方案）
根據圖2，原設計熱力系統由7級回熱加熱器組成，2隻高加，4隻低加，1隻除氧器。1、2號高加和4號低加（中壓缸第二段抽汽）裝有蒸汽冷卻器SC；2號高加（使用高壓缸排汽）裝有疏水冷卻器DC；6號低加（次末級加熱器）裝有疏水泵DP；7號低加（末級加熱器）疏水排向凝汽器。

可見原系統蒸汽過熱度的利用比較完善；但疏水熱量的利用有待分析。
3．2　疏水泵DP位置的調整（方案1）
在低加範圍內使用DP，其節能效果取決於疏水熱量的有效利用。對於4隻低加的情形，通常在居中的2隻低加中比較選擇，本方案討論5號低加裝置DP的效果。
3．3　末級疏水熱量回收至熱井（方案2）
末級疏水排向凝汽器會造成附加冷源損失，本方案討論將疏水排向熱井。
3．4　低壓加熱器（帶DP的加熱器除外）加裝DC，使疏水溫度下降2℃（方案3）
本方案分析在4、5和7號低加使用疏水冷卻器的效果。
3．5　疏水泵DP前置、末級疏水熱量回收、使用疏水冷卻器DC（方案4）
本方案在方案二的基礎上，分析在4、6號低加裝置DC（因5號加熱器使用DP，故不再考慮使用
DC），並將末級疏水排向熱井，考察其效果。
3．6　疏水泵DP原位、末級疏水熱量回收、使用疏水冷卻器DC（方案5）
本方案在原方案的基礎上，分析在4、5號低加裝置DC（因6號加熱器使用DP，故不再考慮使用
DC），並將末級疏水排向熱井，考察其效果。
計算結果見表1～表3。
在表2中，循環吸熱量與循環放熱量的差等於循環功，即第1行與第2行的差等於第7行，表明熱平衡計算是正確的；因疏水排向凝汽器，疏水放熱折算凝汽流作功W_d＞0，但當量回熱作功比仍與熱效率具有對應的關係，即第11行（依據當量回熱作功比計算的汽機內效率）與第3行（反平衡汽機內效率）數值相等，說明當量回熱作功比的定義及相應的效率模型推導正確。
由表3計算結果，當量回熱作功比與汽機內效率存在很好地一致性對應關係，說明依本文定義修改後的當量回熱作功比可以回熱效果作為評價指標。
由表4可見，末級低加疏水熱量的利用，低加疏水冷卻器的使用和疏水泵位置的調整都不同程度地影響到循環熱經濟性，這種影響與回熱作功比同方向變化且可以由回熱作功比度量。

4　結論

（1）針對再熱機組，修正了回熱汽流作功的定義，提出當量回熱作功比的計算模型，算例表明上述概念和模型是正確的；
（2）根據當量回熱作功比的物理意義及其與汽機熱效率之間存在的對應的關係，該指標可以作為回熱效果的定量計算指標；
（3）計算結果表明，充分利用抽汽過熱度和疏水放熱量，可以提高當量回熱作功比，改善經濟性。

參考文獻：

［1］　王培紅，等（Wang Peihong，et al）．等效抽汽法及其在汽輪機回熱循環分析中的應用（Equivalent extraction steam method usingfor analysis efficiency of regeneration turbine cycles）［J］．汽輪機技術（Turbine Technology），1992，34（3）：22－27．
［2］　王培紅，等（Wang Peihong，et al）．等效抽汽法在再熱機組中的應用（Equivalent extraction steam method using for analysisefficiency of reheater urbine cycles）［J］．汽輪機技術（Turbine　Technology），1996，38（6）：35－38．
［3］　鄭體寬（Zheng Tikuan）．熱力發電廠（Thermal power plant）［M］．中國電力出版社（China Power Industrial Press），1995．
［4］　王培紅，等（Wang Peihong，et al）．評價蒸汽動力循環經濟性的新指標－回熱作功比（Anew performance of evaluation the steam circulation－the rate of regeneration work）［J］．東南大學學報（Journal of Southeast University）,1998,28(11):61-64.