MW汽轮机组不同运行方式对经济性影响的分析

1300MW汽轮机组不同运行方式对经济性影响的分析温权锋（粤电集团有限公司沙角A电厂广东东莞523936）摘要：影响机组低负荷运行热经济性的主要因素有：系统设计、设备状况、运行方式、运行人员的技术水平等。其中只有运行方式可以人为调整。故研究汽轮机在变负荷运行时，不同运行方式的特点及其对热经济性的影响对现场节能降耗具有十分重要的意义。关键词：汽轮机组；运行方式；经济性随着经济的发展，人们消费水平的提高，生活用电的比重越来越大，电力负荷的峰谷差也日益增大，致使原来带基本负荷运行的机组也不得不参与调峰，这就使得其低负荷运行时间增加。汽轮机长期处于低负荷运行状态，偏离设计工况，热经济性大大降低。但在影响机组低负荷运行热经济性的主要因素中只有运行方式可以人为地进行调整。故研究汽轮机在低负荷运行时，运行方式对火电厂的经济性将产生很重要的影响。国内现有的大容量机组大多是按照基本负荷设计的，不能适应频繁的启停和变负荷，因此必须对机组的运行方式进行优化，以便使原来承担基本负荷的300MW机组也参与调峰运行。1汽轮机的运行方式火电机组的运行方式有定压运行和滑压运行方式之分。定压运行方式是指新蒸汽压力和温度保持不变，通过改变调节阀门开度控制机组负荷。滑压运行方式在理论和实践两方面存在分歧。按照传统的滑压运行定义“汽轮机滑压调节，在任何负荷下将所有调节阀门全开，使部分负荷下节流损失最小”。也就是说所有调节阀门全开，在任何负荷下都是通过调节主汽压力来调节负荷。实际上，火电机组滑压运行主要采用是将所有调节阀门全开方式。当然也有电厂采取调节阀门不开足，保持一定开度进行滑压运行，这样会带来节流损失，应用情况较少。还有一种滑压运行方式，即不是所有调节阀门全开，而是一部分调节阀门全开，一部分全关，这样在部分负荷时满足进汽量要求，也可以维持一定的主汽压力。现场运行实际采用的三种滑压运行方式中，第二种方式明显在经济性上劣于其余两种。2不同运行方式对经济性影响的分析沙角A电厂＃4、5号机组是上海汽轮机厂引进美国西屋公司技术制造的N300-16.7/538/538型机组，针对沙角A电厂300MW机组分别编写了喷嘴配汽定压运行和滑压运行汽轮机变工况程序，进行定压运行和4阀、5阀及6阀全开滑压运行的变工况计算。由于滑压运行时可流过的蒸汽量受限制，因而发出的最大功率受限制，达不到额定功率。故4阀全开滑压运行选择80%、70%、60%、50%、40%、30%共计6个工况点进行变工况计算。文中百分比是指变工况主蒸汽流量与额定工况主蒸汽流量之比。计算结果分析如下。2.1不同运行方式调节阀门压损的变化情况以3个全开调节阀门为例，介绍一下总的阻力系数kth确定方法，D0为主蒸汽流量，kg/s；D01、D02、D03分别为通过每个调节阀门的蒸汽流量，kg/s；kth为阀门组的总阻力系数，k1、k2、k3为每个调节阀门的阻力系数，MPa/(N·m2)；Δp0为调节阀门系统的压损，MPa。当3个调节阀门全开时，主蒸汽流过调节阀门的压力损失为2同样道理，对于由n个调节汽门组成的阀门组，当其全开时，阀门组的总阻力系数为可见，全开调节阀门数越多，总的阻力损失系数越小则滑压运行全开调节阀门压损和定压运行全开调节阀门压损就可由求出，而定压运行部分开启调节阀门压损由调节级变工况热力计算可求出。采用上述计算方法，得到调节阀门压损与主蒸汽流量的关系如图1所示。3图1调节阀门压损与主蒸汽流量的关系曲线由图1可看出，定压运行调节阀门平均压损高于滑压运行调节阀门平均压损。这是因为当机组采用定压运行时，在部分负荷时，由于调节阀部分开启，会产生很大的节流损失，所以部分开启阀门的压损很大，导致调节阀门平均压损也很大，且负荷越低压损越大，但滑压运行时由于调节阀门全开，调节阀的蒸汽几乎没有受到节流，所以调节阀门压损很小，这是部分负荷时滑压运行经济性高于定压运行主要原因之一。2.2不同运行方式调节级相对内效率变化根据汽轮机变工况热力计算程序可计算出调节级相对内效率随主蒸汽流量的变化关系，如图2所示。图2调节级相对内效率随主蒸汽流量的变化由图2可看出，滑压运行的调节级相对内效率始终保持在比较高的水平，且变化幅度很小，定压运行调节级相对内效率随负荷下降而急剧降低。这是因为滑压运行时，主蒸汽温度保持不变，同时由于新蒸汽压力降低，故容积流量基本保持不变，容积流量保持不变就使调节级喷嘴、动叶出口的流速不变，调节级的比焓降保持不变，速比也保持不变，所以调节级的相对内效率基本保持不变，而定压运行调节级的相对内效率随负荷的下降而急剧降低。2.3不同运行方式高压缸相对内效率变化根据汽轮机变工况热力计算程序可计算出高压缸相对内效率随主蒸汽流量的变化关系，如图3所示。图3高压缸相对内效率与负荷的关系由图3可看出，各种运行方式的高压缸相对内效率的变化趋势和调节级相对内效率的变化趋势保持一致。这是因为调节级本身就是高压缸的一部分，调节级焓降在整个高压缸焓降4中占有很大的比例，因此高压缸相对内效率变化总的方向同调节级相对内效率的变化方向是一致的，定压和滑压运行的相对关系也比较一致；只是无论是滑压运行还是定压运行，高压缸效率的变化比调节级变化的幅度更小一些，这是因为高压缸除了调节级以外还有压力级，而压力级变化的剧烈程度要小于调节级，因此导致高压缸效率的变化同调节级效率的变化幅度并不完全一样。2.4不同运行方式高压缸排汽温度变化根据汽轮机变工况热力计算程序可计算出高压缸排汽温度随主蒸汽流量的变化关系，如图4所示。图4高压缸排汽温度与主蒸汽流量的关系从图4可以看出，定压运行随着主蒸汽流量的降低高压缸排汽温度急剧降低。相对于定压运行，滑压运行时高压缸排汽温度变化要小得多，从图4中变化规律可见，高压缸排汽温度随着主蒸汽流量的降低而略有增加。这是因为滑压运行时，随着主蒸汽流量的降低，滑压运行主蒸汽压力也随之降低，由于主蒸汽温度不变，所以滑压运行主蒸汽比焓增大，由于主蒸汽压力和高压缸排汽压力都随主蒸汽流量成比例降低，故压比保持不变，所以由压比随决定的高压缸理想比焓降也不变，由于高压缸效率随主蒸汽流量也基本不变，故高压缸排汽比焓增加，高压缸排汽温度也随之增加。2.5不同运行方式蒸汽在再热器中吸热量变化在再热蒸汽温度一定的情况下，根据汽轮机变工况热力计算可得出蒸汽在再热器中吸热量随主蒸汽流量的变化关系，如图5所示。图5蒸汽在再热器吸热量与主蒸汽流量的关系由图5中可看出定压运行时每kg蒸汽在再热器中吸热量随主蒸汽流量的降低而升高，这是由于高压缸排汽温度随主蒸汽流量的降低而降低，导致高压缸排汽焓也随主蒸汽流量降5低而减少，从而导致每kg蒸汽在再热器中吸热量随主蒸汽流量的降低而升高。而滑压运行时，随着主蒸汽流量的降低，高压缸排汽温度和高压缸排汽焓也随之增加，导致每kg蒸汽在再热器中吸热量随主蒸汽流量的降低而降低。2.6不同运行方式给水泵耗功变化情况给水泵耗功对汽轮机运行经济性有很大影响，根据汽轮机变工况热力计算，可得出给水泵耗功随主蒸汽流量的变化关系。在滑压运行时，由于蒸汽初压随着主蒸汽流量的降低而降低，给水泵出口所需的压力也就大大降低，同时由于使用了变转速给水泵，使得汽轮机给水泵可以通过改变转速来调节给水流量，因此可以节约更多的功率。从中可清楚的得出滑压运行时汽轮机给水泵所消耗的功率，要比定压运行小得多，且主蒸汽流量越低，两者的差距越大。2.7不同运行方式理想循环效率变化根据汽轮机变工况热力计算可得出理想循环效率与主蒸汽流量的变化关系，如图6所示。图6理想循环效率与主蒸汽流量的关系由图6可看出，滑压运行和定压运行的理想循环效率都随主蒸汽流量的降低而降低，但滑压运行的理想循环效率降低的幅度较大，这是由于初压降低的缘故。2.8不同运行方式热耗率的变化定压运行和滑压运行的热耗率都随主蒸汽流量的降低而升高。但6阀全开滑压运行的热耗率高于5阀全开滑压运行的热耗率，5阀全开滑压运行的热耗率高于4阀全开滑压运行的热耗率。这说明虽然5只或6只阀门全开，高压调门压损明显下降，高压缸缸效率提高，但这时主蒸汽参数偏低，机组循环热效率下降导致的热经济性下降大于压损减小带来的益处，这样运行方式下的机组热经济性并不很理想。在整个负荷区域，6阀全开滑压运行的热耗率高于定压运行；在40%负荷以下，5阀滑压运行的热耗率低于定压运行；在80%负荷以下，4阀滑压运行热耗率低于定压运行。3结论通过对沙角A电厂300MW机组不同运行方式下的调节阀门压损、高压缸排汽温度、蒸汽在再热器中的吸热量、给水泵耗功、理想循环热效率等各项指标进行了比较分析。从分析结果得出，同一主蒸汽流量下，4阀全开滑压运行机组热经济性高于5阀全开滑压运行热经济性，5阀全开滑压运行热经济性高于6阀全开滑压运行热经济性，即滑压运行时减少调节阀门全开个数更有利于热经济性的提高。6附言：作者简历：姓名：温权锋出生年：1976年性别：男籍贯：广东省梅县学历：本科学位：学士从事工作和研究方向：电厂汽机运行管理联系方式：地址：广东省东莞市虎门镇沙角A电厂运行管理室邮编：523936电话：[phone]手机：[phone]邮箱：[e-mail]