超临界供热机组凝汽器补水雾化方案优化研究

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　　摘  要：超临界供热机组将凝汽器的正常运行化学补水通过喷嘴雾化处理后以一定角度补入凝汽器中可以有效提高机组热经济性。通过这种技术可以有效提高补水换热效率，提高机组真空，大幅度降低凝结水过冷度，从而有效降低凝结水中溶氧量进一步提高低压回热系统热经济性，优化超临界机组运行经济性指标，最终达到降低机组发电煤耗目的。
　　关键词：凝汽器  补水雾化  喷嘴  流场数值模型
　　中图分类号：TK264.1   文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2020）01（c）-0058-03
　　Abstract： The supercritical heating unit can effectively improve the thermal economy of the unit by feeding chemical water into the condenser at a certain Angle after atomizing the normal operation of the condenser through the nozzle.Through this technology， the efficiency of water replenishment and heat exchange can be effectively improved， the vacuum of the unit can be improved， the degree of supercooling of condensate can be greatly reduced， the dissolved oxygen in the condensate can be effectively reduced， the thermal economy of the low-pressure regenerative system can be further improved， the economic index of the operation of the supercritical unit can be optimized， and finally the coal consumption of the unit can be reduced.
　　Key Words： Condenser; Replenishment atomization; Nozzle; Numerical model of flow field
　　通过计算和经验分析可以得出凝汽器运行压力、凝结水过冷度与机组热经济性比例关系一般如下：凝汽器的压力升高1kPa会使汽轮机的汽耗量增加1.5%～2.5%。凝结水的过冷度增加1℃，1℃的过冷度会造成凝结水溶氧量增加100μg/L，机组煤耗量将增加0.13%。降低主凝结水的过冷度和含氧量可以提高回热系统热经济性。
　　凝汽器补水雾化技术改造可以有效降低凝结水的过冷度，减少凝结水中溶氧量，有效提高低压回热系统热经济性，该文以某350MW超临界供热机组凝汽器补水雾化技术改造作为研究对象。
　　1  研究背景
　　某热电厂C350-24.2/0.343/566/566型超临界供热机组凝汽器型号为上汽N-23500型，单壳体，对分双流程、表面式，冷却面积23500m2，设计背压4.9kPa，汽侧设计压力0.098MPa，水侧设计压力0.4MPa，冷却水量45477.9m3/h。凝汽器补水系统设有启动补水和运行补水二套控制调节管路，补水来自厂房内除盐水母管，启动补水用于机组启动过程，该部分水量约为锅炉BMCR工况的25%。运行补水用于机组正常运行中，补充正常运行的汽水损失，该部分补水量较小（见图1）。
　　机组运行正常补水量在37t/h左右。正常补水进水管道为φ133×5通过调节阀或旁路并入φ245管道接入凝汽器补水接口，在凝汽器内采用φ245×10补水管上打了许多小孔，化学补水从小孔中以水柱的形状喷出。此种补水方式无法使温度较高的排汽与低温补水在喉部实现有效换热，或者说排汽的潜热没有足够放热给低温的补水，低温补水也无法吸收排汽的热量而被加热，导致机组热经济性下降，从而导致凝结水过冷度和含氧量增加。
　　2  喷嘴雾化数值模型研究
　　2.1 喷嘴喷雾理论
　　喷嘴通过在内部安装能够产生涡流的带环形槽的垫片或车铣加工出旋转流道使液体在离心力作用下，以呈一定大小的圆锥喷雾角从喷孔喷出，形成圆锥形雾化带，理论覆盖范围可以根据喷雾角和喷嘴长度尺寸计算得出，计算公式如下：
　　
　　在实际喷雾中，有效喷雾角度会因水的粘度、喷嘴流量、喷射压力和喷射距离等因素变化。一般来说，与理论范围相比实际喷雾的覆盖范围比要小，喷嘴喷雾覆盖范围应该有1/4～1/3的重叠区域，从而能够使喷雾效果分布均匀。
　　2.2 喷嘴内流动以及喷雾的数学模型
　　FLUENT提供两种雾滴破碎模型：泰勒类比破碎（TAB）模型和波致破碎模型。对于泰勒类比破碎模型创建喷雾模型：选择pressure-swirl-atomizer（压力旋流雾化模型）。
　　假设条件为350MW级机组，汽轮机末级排汽量为D=D0（1-∑α-αs），喉部入口尺寸49.1m2，主蒸汽流量为D0，各级抽汽份额为∑α，工质损失为αs，喉部入口蒸汽温度34.5℃，排汽压力5.39kPa，该压力下蒸汽比容26.27m3/kg，干度0.93。凝汽器化学补水温度22℃～25℃，补水流量19t/h时，数值计算表如表1所示。
　　3  凝汽器化学正常补水雾化技术方案
　　該案例采用双排喷嘴布置方式，两排之间间距1m。按补水量45t/h设计，单个喷嘴流量不变，需要布置的喷嘴个数为40个，分别在低压加热器两侧各布置两排，单排喷嘴个数为10个，布置高度1.85m，间距1m，喷嘴采用顺向45°角交叉布置方式，喷嘴采用直径为φ6压力式高压旋转雾化结构喷嘴。4根φ57×5化学正常补水母管接自原机组φ133×5正常补水管道后，增加单独流量孔板对流量进行测量;补水管道上安装补水控制电磁阀和检修隔离真空手动门，补水管道材质采用304不锈钢，管道上交叉45°开12个孔（预留2个）安装雾化喷嘴。具体布置如图2所示。
　　4  凝汽器补水雾化后经济性研究
　　补水在凝汽器中实现雾化的热经济效益变化可以分为两部分：一部分是因为提高真空可带来的热经济性收益，另一部分是因为过冷度变化和低加回热系统提高热交换率带来的热经济性收益。
　　4.1 真空变化的热经济性收益
　　若暂不考虑提高真空对热经济指标的影响，采用该技术后凝汽器真空提高、凝结水过冷度减小、凝结水溶氧量降低，低压加热器传热效果增强，提高除氧器除氧加热效果减少高压抽汽量等均可使机组热经济性提高，一般可降低煤耗0.3g/kW·h以上，机组年利用小时数按5000h计算，1台350MW机组年节省标煤450t，每吨标煤如按600元计算，则年节省燃料费用27万元。
　　5  结语
　　凝汽器正常补水雾化可以使化学补水有效吸收汽轮机循环的汽化潜热，降低冷源损失，提高机组真空和循环效率，降低凝结水中含氧量，进一步提高回热系统低压加热器热交换效率和除氧效果，有助于提高电厂热经济性指标，降低一次能源消耗，最终提升电厂盈利能力。
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