加热器端差对超临界机组的热经济性影响分析

江高潮

大唐淮北发电厂 安徽淮北 235000

摘要：随着社会对清洁能源需求的呼声日益高涨，大批以风电为代表的清洁能源产业投入运营。但已投产的部分风电产业由于其产能较低已严重困扰了企业运营。本文以安徽某风电场为例，分析了影响该风电场产能的主要因素，并提出两种技改方案，为该风电场后续提质增效工作提供了一定参考。

关键词：风电机组；提质增效；经济性；计算模型

0 引言

加热器是火电机组热力系统的重要设备，直接影响机组的热经济性，主要影响因素包括端差、抽汽压损、散热损失、切除加热器和给水部分旁路等。其中，出口端差 是指加热器汽侧压力下饱和温度 与该级加热器出口水温 之差，又称上端差，反映加热器的回热效果，同时也反映加热器自身的传热效果。

1计算模型的理论基础及推导建立

本文依据机组质量平衡和能量平衡方程推导出上端差变化对机组循环热效率相对变化率影响的通用敏感度系数计算模型。通过敏感度系数可以方便地分析各级加热器上端差变化对机组循环热效率相对变化率的影响。

根据小扰动理论以及火电机组汽水分布通用矩阵方程、比内功方程、循环吸热量方程及煤耗率计算公式，上端差变化属于小扰动。当第i级加热器的上端差发生扰动时，会使得该级加热器出口水焓变化，从而导致各级加热器的抽汽量的变化，甚至影响到锅炉给水温度，而机组其余运行参数基本不变，推导得出：

(1)

式中：

—机组循环吸热量微分； —各个小锅炉内工质焓降所组成的行矩阵； —各个小锅炉内工质流量对各级抽汽系数的微分算子； —各级抽汽系数的微分； —每个小锅炉内工质流量所组成的列矩阵； —各个小锅炉内工质焓降对各级加热器出口水焓的微分算子； —各级加热器出口水焓的微分。

(2)

式中：

—机组比内功的微分； —是每个小汽轮机的焓降所组成的行矩阵； —各个小汽机内工质流量对各级抽汽系数的微分算子。

(3)

式中：

—发电标准煤耗率； —发电标准煤耗率的变化率； —发电标准煤耗的微分； —机组循环吸热量； —机组的比内功。

根据公式(1)-(3)，计算出上端差变化对机组煤耗影响的相对变化量，并将计算结果整理成，

(4)

式中：

—不同工况下各级加热器上端差变化造成的机组煤耗率相对变化量（其中：i=1～8，表示该机组第i级加热器），该值为正时表示煤耗增加，为负时表示煤耗降低； —发电标准煤耗率，g/kW∙h； —第i级加热器的上端差变化量。 —某工况下该机组第i级加热器的上端差敏感度系数（即上端差每增大1℃对机组煤耗率相对变化率的影响）。通过敏感度系数可以方便地分析各级加热器上端差变化对机组煤耗的影响。

3.3 应用实例及计算结果分析

3.3.1 上端差敏感度系数分析

选用该电厂国产660MW凝汽式机组（如图1-1）所示，为实际算例，型号为CLN660-24.2/566/566。用本文方法和常规热平衡法分别计算了不同工况下各加热器上端差变化对机组煤耗影响的敏感度系数及其平均值，依据该平均值数据绘制了上端差敏感度系数图谱（见图1和图2）。

图1该机组各加热器上端差敏感度系数比较图

图2 该机组各典型工况下上端差敏感度系数趋势图

结合本机组上端差敏感度系数图谱，可以直观、方便地看出：

(1)在相同工况下，各级加热器上端差变化对机组煤耗影响的敏感度系数不同，即机组煤耗变化对各加热器端差变化的敏感程度不同。按敏感度系数由大到小将加热器编号依次排序为：1号，6号，5号，8号，7号，2号，3号。由此可得，对于该电厂所示机组，在现场运行监督和检修维护时，都最应该重点关注的是1号加热器，因为它的敏感度系数最大，其值是其余各加热器的1.4~3.3倍，所以当各级加热器上端差变化量相同时，它对机组煤耗的影响也最大，如能及时监督与调整，采取措施减小其端差变化，对机组运行经济性的提高效果也最明显。在电厂客观条件允许的情况下，再依次关注6号，5号，8号，7号，2号，3号加热器及其上端差变化。

(2)同一级加热器在不同工况下的上端差敏感度系数相差不大，它们与各自平均值的正负相对误差都小于4.68%，可见上端差敏感度系数的大小并未随机组负荷的增大而明显增大或减小，因此，上端差敏感度系数可视为热力系统的固有属性。

(3)将各级加热器的上端差变化量均增加到28℃，依照本文方法计算所得各级加热器上端差敏感度系数与按照常规热平衡方法计算所得结果的相对误差均在5%~6%左右。可见本文方法不仅可用于监测该电厂机组各加热器正常运行状态下的端差变化对机组煤耗变化的影响，还可以用于监测事故状态下的影响，完全可以满足实际中工程应用的需要。因此，能适用本文方法计算的上端差变化上限为28℃。

3.3.2 上端差变化对煤耗的影响分析

收集了该电厂机组当前运行中的一组实际端差数据，利用本文方法和常规热平衡法分别计算了当前各级加热器上端差变化对机组煤耗影响的具体数值，并计算了采用这两种方法计算所得结果的相对误差。依据计算结果，绘制了图3。

图3 该机组各加热器上端差变化对机组煤耗影响比较图

通过对比分析可知：

(1)在该机组当前的端差变化情况下，1号加热器对机组煤耗的影响最大，其端差增大使机组热经济性下降的最多；其次按影响由大到小依次为6号、5号、8号、7号和3号、2号加热器。因此，电厂中该机组此时节能降耗的重点在于加强运行中对1号加热器端差变化的监督与调控，及时采取措施减小其端差变化，提高机组热经济性，达到节能降耗的目的。

(2)利用本文方法计算上端差变化对机组煤耗影响所得的数值与利用常规热平衡法计算所得的数值相比，最大相对误差仅为100%负荷时3号加热器所对应的0.6046%；这表明本文计算方法误差很小，足以满足实际中工程应用的需要。