随着国家节能降耗工作的不断深入，提高主、再热蒸汽温度是改善机组能耗水平的重要途径。主蒸汽、再热蒸汽温度提升后，各级抽汽温度、抽汽量发生相应变化，有些加热器换热面积无法满足新要求，影响机组回热系统换热效果，容易造成给水温度偏低等问题。本文分析了蒸汽温度提升对加热器的影响，对加热器的实际换热能力进行分析计算，通过对抽汽流量进行优化设计，避免了4台加热器的更换，减少项目投资费用600余万元，取得显著效果。

1 抽汽参数变化对加热器换热影响 1.1 蒸汽参数提升技术背景

根据国家发改能源[2014]2093号文件相关要求，300 MW等级亚临界机组的煤耗水平很难满足要求，进行能效提升改造后需要实现供电煤耗低于310 g/(kW·h)的目标。对机组煤耗、改造费用、技术风险等因素进行综合分析，蒸汽参数提升改造是300 MW等级亚临界机组改善能耗指标的重要措施^[1]。

亚临界机组蒸汽参数提升改造是在维持主蒸汽再热蒸汽压力不变，提高主蒸汽、再热蒸汽温度。蒸汽温度提升可提高机组经济性，若提升幅度较大，超出设备温度承受范围则需要更换，增加了项目投资^[2-3]。蒸汽参数提升应结合设备材质、机组改造计划、项目投资等因素，确定参数提升的具体数值。

汽轮机主蒸汽、再热蒸汽温度提高后，对汽轮机和回热抽汽系统影响较大，汽轮机抽汽温度和流量变化较大，现有加热器换热能力能否满足要求需要进行核算。抽汽参数优化设计发挥了现有加热器换热能力，并就抽汽参数优化对汽轮机热耗率的影响进行定量计算，综合评价抽汽参数优化效果^[4-6]。

1.2 影响因素分析

机组在投产设计阶段，各段抽汽参数为加热器的设计进汽参数，在保证汽轮机热耗率的前提下兼顾了加热器的换热效果。当主蒸汽、再热蒸汽温度提升后，各级抽汽参数、抽汽量发生相应变化，部分加热器原有换热面积无法满足需求，若不增加换热面积，会影响回热系统换热效果，造成机组给水温度偏低等问题^[7-9]。

在热力学第二定律、等效焓降等理论基础上，建立了机组回热抽汽系统和汽轮机热耗率计算程序，得出抽汽参数对汽轮机热经济性的影响，计算加热器抽汽流量公式如下

$\begin{aligned}& {F_{g,n}}\left( {{h_{g,n}} - {h_{d,n}}} \right) + {F_{d,n}}_{ - 1}\left( {{h_{d,n}}_{ - 1} - {h_{d,n}}} \right) + \\& \quad \quad {F_{v,n}}\left( {{h_{v,n}} - {h_{d,n}}} \right) = {F_{w,n}}\left( {{h_{w,{{\rm{out}},n}}}- {h_{w,{{\rm{in}},n}}}} \right)\end{aligned}$

式中：F_g,n为n级抽汽量，kg/h；h_g,n为n级加热器进汽焓，kJ/kg；h_d,n为n级加热器疏水焓，kJ/kg；F_d,n−1为n−1级加热器疏水量，kg/h；h_d,n−1为n−1级加热器疏水焓，kJ/kg；F_v,n为n级加热器其他进汽量，kg/h；h_v,n为n级加热器其他进汽焓，kJ/kg；F_w,n为n级加热器进出水流量，kg/h；h_w,out,n为n级加热器出水焓，kJ/kg；h_{w, in,n}为n级加热器进水焓，kJ/kg。

2 加热器换热能力计算分析 2.1 加热器换热能力分析

以国内某电厂330 MW亚临界机组为例进行抽汽参数变化对抽汽回热系统的影响分析，该机组汽轮机型号为N330-16.7/537/537，共8级抽汽，系统配置3台高压加热器、4台低压加热器和1台除氧器。

蒸汽参数提升后，各加热器进汽温度和流量变化明显，加热器进汽压力变化不明显^[10-11]。蒸汽参数提升前、后各加热器参数对比情况如表1所示。

从表1可以看出，由于各加热器进汽参数及进汽量发生了相应变化，现有换热面积是否可以满足要求需要进一步核算^[4]。结合机组性能试验数据，对加热器实际运行效果进行计算分析，并将实际运行效果、参数提升后换热量要求与加热器设计换热量进行比较，加热器设计换热量按100%进行分析，计算结果如表2所示。由表2可以看出，蒸汽参数提升后，1号高压加热器换热面积增加3.76%，3号高加换热面积增加24.45%，6号低压加热器换热面积增加55.59%，其余加热器换热面积有不同程度的减少。

2.2 加热器改造必要性分析

蒸汽参数提升后，对各加热器换热面积有不同要求，结合各加热器实际运行效果，对加热器改造必要性进行分析。

2.2.1 高压加热器换热能力分析

1号高压加热器进汽温度由394.4 ℃升高到422.55 ℃，进汽压力由6.417 MPa降低到6.391 MPa，进汽量由73.72 t/h减少到73.37 t/h。加热器进汽温度增加28.15 ℃，进汽压力略有降低，进汽流量变化较少。通过性能试验发现，1号高压加热器的实际换热量达到设计值的108.65%，参数提升后加热器换热量为设计值的103.76%，1号高压加热器现有换热能力可以满足参数提升后的要求。

2号高压加热器进汽温度由327.5 ℃升高到347.74 ℃，压力由3.92 MPa降低到3.726 MPa，进汽量由68.59 t/h增加到71.20 t/h。2号高压加热器设计工况、实际运行工况和改造后工况的比值为100:87.34:89.89，给水在2号高加内部的换热量只达到了设计值的87.34%，2号高加的换热量达不到设计水平，无法满足参数提升改造后对换热的要求，必须进行更换。

3号高压加热器进汽温度由435.9 ℃升高到472.73 ℃，压力由1.808 MPa降低到1.746 MPa，进汽量由34.18 t/h升高到46.14 t/h。3号高加设计工况、实际运行工况和改造后工况的比值分别为100:114:124.45，给水在3号高加内部的换热量达到了设计值的114%，参数提升改造后给水在3号高加的换热量增加24.45%，目前的换热量可以达到设计要求，但无法满足参数提升后换热量的需求。

2.2.2 低压加热器换热能力分析

5号低压加热器进汽温度由235.4 ℃升高到265.18 ℃，进汽压力由0.378 5 MPa降低到0.377 3 MPa，进汽量由40.02 t/h下降到34.14 t/h。5号低加设计工况、实际运行工况和改造后工况的比值分别为100:104.98:86.58，给水在5号低加内部的换热量达到了设计值的104.98%，参数提升改造后给水在5号低加的换热量减少13.42%，目前的换热量可以满足参数提升后换热量的需求。

6号低压加热器进汽温度由137.1 ℃升高到176.6 ℃，进汽压力由0.142 9 MPa升高到0.164 9 MPa，进汽量由25.18 t/h升高到37.87 t/h。6号低加设计工况、实际运行工况和改造后工况的比值分别为100:115.97:155.59，给水在6号低加内部的换热量达到了设计值的115.97%，参数提升改造后给水在6号低加的换热量增加55.59%，目前的换热量无法满足参数提升后换热量的需求。

7号低压加热器进汽温度由89.5 ℃降低到82.64 ℃，进汽压力由0.068 9 MPa降低到0.052 7 MPa，进汽量由27.42 t/h下降到25.63 t/h。7号低加设计工况、实际运行工况和改造后工况的比值分别为100:89.57:95.72，给水在7号低加内部的换热量达到了设计值的89.57%，参数提升改造后给水在7号低加的换热量减少4.28%，目前的换热量无法满足参数提升后换热量的需求。

8号低压加热器进汽温度由66.7 ℃降低到60.84 ℃，进汽压力由0.027 0 MPa降低到0.020 7 MPa，进汽量由34.56 t/h下降到28.14 t/h。8号低加设计工况、实际运行工况和改造后工况的比值分别为100:88.56:82.76，给水在8号低加内部的换热量达到了设计值的88.56%，参数提升改造后给水在8号低加的换热量减少17.24%，目前的换热量可以满足参数提升后换热量的需求。

通过上述分析可以看出，1号高压加热器和5、8号低压加热器换热量可以满足参数提升需求，2、3号高压加热器和6、7号低压加热器换热量无法满足换热需求，

3 抽汽参数优化设计

通过计算分析可知需要增加换热面积或更换加热器。更换4台加热器投资费用高，为减少投资和改善机组运行经济性，可进行参数优化工作^[12]。本文在不降低机组给水温度的情况下，对各段抽汽参数进行优化计算，并对抽汽位置进行合理分配。

3.1 抽汽参数优化措施

机组中压缸第5级后为3段抽汽，抽汽温度为435.90 ℃，抽汽压力为1.808 MPa；蒸汽参数提升后，中压第5级后蒸汽温度为463.60 ℃，蒸汽压力为1.800 MPa，中压第6级后蒸汽温度为440.80 ℃，蒸汽压力为1.590 MPa。将中压第6级后蒸汽作为3号加热器汽源，加热器进汽温度提高5 ℃左右，接近加热器设计进汽温度，换热效果更佳，有利于加热器运行的安全性和经济性。

将机组3段抽汽参数调整后，结合各加热器换热能力，进行加热器换热能力计算，以加热器原设计值为100%考虑，加热器实际计算值、蒸汽参数提升值和优化值分别进行对比，结果如图1所示。

抽汽参数优化后，加热器的换热能力曲线与加热器实际换热量曲线相吻合。各加热器的换热量为实际运行值的96.41%~103.19%，符合加热器目前的换热能力；2、7、8号加热器实际换热能力为设计值的87.34%、89.57%和88.56%，通过检修提效等措施提高2、7、8号加热器换热水平3%以上，与抽汽参数优化后加热器换热能力相匹配。

3.2 参数优化经济性分析

抽汽参数优化之前，2、3号高压加热器和6、7号低压加热器换热面积无法满足要求，更换加热器费用高达600万元左右。通过抽汽参数优化，充分发挥加热器现有换热能力，各加热器进汽参数更合理，与各加热器实际换热能力相匹配，使加热器的换热能力满足蒸汽参数提升后对加热器的要求，减少改造投资费用约600万元。

4 结论

汽轮机主蒸汽、再热蒸汽温度提高后，对汽轮机和回热抽汽系统影响较大，汽轮机抽汽温度和流量变化较大，现有加热器换热能力能否满足要求需要进行核算，在充分发挥现有加热器换热能力基础上对抽汽参数进行优化设计，取得显著效果。

1) 结合汽轮机运行参数对加热器换热能力进行计算，发挥现有加热器换热能力，优化抽汽流量与加热器换热能力匹配。

2) 汽轮机主汽、再热蒸汽温度提高后，4台加热器换热面积不足，抽汽参数优化充分发挥了加热器换热能力，使2、3号高压加热器和6、7号低压加热器避免被更换，节约机组改造费用约600万元。

汽轮机抽汽参数优化将加热器换热能力和项目投资等因素进行分析，充分发挥加热器现有能力，降低了汽轮机热耗率，减少了改造投资，是在蒸汽参数提升改造项目基础上对抽汽参数的优化设计，是节能改造项目的优化整合，属于深度节能的范畴，为电厂节能提效改造提供了新思路。