汽輪機(jī)性能測(cè)試及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模型的建立

馮惠平

（山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司能源動(dòng)力廠，山東萊蕪 271104）

前言

在國(guó)家去產(chǎn)能調(diào)控及環(huán)保核查壓力下，鋼鐵企業(yè)普遍加強(qiáng)了自發(fā)電量提升的要求。自發(fā)電量的提升不僅能夠緩解企業(yè)成本壓力，而且對(duì)完成節(jié)能減排任務(wù)起著至關(guān)重要的作用。對(duì)于純?nèi)济簹忮仩t的發(fā)電機(jī)組，如何在調(diào)節(jié)管網(wǎng)煤氣壓力的同時(shí)兼顧發(fā)電效率，實(shí)現(xiàn)能源利用最大化已經(jīng)成為亟待研究的課題之一。萊鋼能源動(dòng)力廠通過(guò)對(duì)已有汽輪機(jī)進(jìn)行性能測(cè)試，并根據(jù)生產(chǎn)節(jié)奏變化建立最經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行模型的方式，對(duì)這一課題進(jìn)行了探索。

1 現(xiàn)狀及問(wèn)題的提出

萊鋼能源動(dòng)力廠現(xiàn)有四大作業(yè)區(qū)10臺(tái)汽輪發(fā)電機(jī)組。除兩臺(tái)干熄焦余熱機(jī)組外，其余機(jī)組全部為鍋爐純?nèi)济簹獍l(fā)電機(jī)組。受地域分散、鍋爐純?nèi)济簹庀拗?，汽輪發(fā)電機(jī)組承擔(dān)著發(fā)電和平衡煤氣管網(wǎng)壓力的雙重作用，由此出現(xiàn)了發(fā)電負(fù)荷波動(dòng)頻繁、機(jī)組運(yùn)行效率低的問(wèn)題。據(jù)統(tǒng)計(jì)，國(guó)內(nèi)50 MW以下小型汽輪機(jī)效率多在25%～27%，效率高的機(jī)組可以達(dá)到30%左右。而我廠大部分機(jī)組平均效率在25%以下，與先進(jìn)水平存在一定差距。如何提升機(jī)組運(yùn)行效率成為提升汽輪機(jī)經(jīng)濟(jì)性能的一項(xiàng)重要工作。為進(jìn)一步提高能源利用率，提高機(jī)組效率，對(duì)各汽輪機(jī)組進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)性能測(cè)試。

2 性能測(cè)試方法

開(kāi)展性能測(cè)試的總體思路是通過(guò)性能測(cè)試尋找提升機(jī)組效率的方法，對(duì)工藝及計(jì)量?jī)x表進(jìn)行校準(zhǔn)，確定最佳循環(huán)水量及溫度；試驗(yàn)鍋爐蒸汽參數(shù)對(duì)汽輪機(jī)組的影響，確定不同工況下各汽輪機(jī)組的最佳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)間；建立全廠汽輪機(jī)組經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模型。主要方法就是以汽輪機(jī)汽耗作為考核基準(zhǔn)，在滿負(fù)荷、半負(fù)荷等幾種常見(jiàn)負(fù)荷模式下，分別對(duì)純凝、調(diào)整不同抽汽量等狀態(tài)下的汽耗進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。同時(shí)在不同模式下對(duì)循環(huán)水量進(jìn)行調(diào)整，觀察記錄汽輪機(jī)真空度變化，綜合考慮循環(huán)水泵耗電量與汽輪發(fā)電量的關(guān)系，尋找最佳契合點(diǎn)。在能夠?qū)崿F(xiàn)單元制機(jī)組中，對(duì)鍋爐側(cè)參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。對(duì)主蒸汽溫度、壓力等對(duì)效率有的影響參數(shù)進(jìn)行分析，縮小蒸汽溫度、壓力控制范圍。模擬實(shí)際運(yùn)行工況，對(duì)各機(jī)組實(shí)際運(yùn)行效率進(jìn)行實(shí)測(cè)和排序。依照效率高低規(guī)定不同生產(chǎn)模式下發(fā)電機(jī)負(fù)荷控制范圍及機(jī)組啟停順序，建立經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模型。

3 性能測(cè)試創(chuàng)新點(diǎn)

3.1 單元制機(jī)組與母管制機(jī)組相結(jié)合的模式

由于部分機(jī)組采用母管制運(yùn)行，鍋爐側(cè)參數(shù)影響不易直觀反映。為解決這一問(wèn)題，對(duì)主力機(jī)組調(diào)整運(yùn)行方式創(chuàng)造“單機(jī)單爐”單元制試驗(yàn)機(jī)會(huì)，其余機(jī)組采用母管制供汽模式進(jìn)行試驗(yàn)。在試驗(yàn)運(yùn)行過(guò)程中保證試驗(yàn)鍋爐煤氣用量，穩(wěn)定工藝參數(shù)，對(duì)比蒸汽溫度、壓力、流量等參數(shù)，對(duì)存在問(wèn)題的工藝儀表進(jìn)行修訂。

3.2 引入循環(huán)水量變化對(duì)效率的影響試驗(yàn)

循環(huán)水量對(duì)汽輪機(jī)真空度的影響很大。由于循環(huán)水系統(tǒng)為母管制模式，啟停循環(huán)水泵的臺(tái)數(shù)又影響到區(qū)域耗電量的高低。根據(jù)真空度與汽輪機(jī)效率的經(jīng)驗(yàn)公式，可以合理控制循環(huán)水量，又保證機(jī)組的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。試驗(yàn)中通過(guò)調(diào)整循環(huán)水泵啟停臺(tái)數(shù)，記錄系統(tǒng)各機(jī)組真空變化情況，將機(jī)組效率變化與水泵電量消耗做對(duì)比，尋找各個(gè)區(qū)域內(nèi)循環(huán)水量最佳供應(yīng)模式。例如對(duì)一臺(tái)50 MW發(fā)電機(jī)測(cè)試時(shí)，當(dāng)停運(yùn)一臺(tái)循環(huán)水泵，發(fā)電機(jī)組真空降低由88.7 kPa降低至87.3 kPa；循環(huán)水壓力由0.16 MPa降低至0.12 MPa。測(cè)算機(jī)組效率降低1.4%，蒸汽消耗增加10t/h（折發(fā)電2500 kW)。而循環(huán)水泵功率僅為630 kW，所以退出一臺(tái)水泵運(yùn)行不經(jīng)濟(jì)。

3.3 利用凝結(jié)水量修正汽輪機(jī)用蒸汽量

受現(xiàn)場(chǎng)空間限制，個(gè)別機(jī)組用蒸汽計(jì)量安裝不符合要求。為了消除因計(jì)量?jī)x表引入的誤差，利用純凝工況下冷凝水量基本與蒸汽量一致的原理，通過(guò)便攜式流量計(jì)測(cè)量冷凝水量并對(duì)進(jìn)汽流量進(jìn)行修正。通過(guò)56 h測(cè)試發(fā)現(xiàn)一臺(tái)汽輪機(jī)進(jìn)汽流量偏高（18～19.5）%，及時(shí)對(duì)其記錄參數(shù)進(jìn)行了修正，獲得了該機(jī)組真實(shí)效率數(shù)據(jù)。

3.4 計(jì)量數(shù)據(jù)修正補(bǔ)償

根據(jù)流量參數(shù)修正公式，對(duì)固定溫壓補(bǔ)償?shù)牧髁繑?shù)據(jù)進(jìn)行修正。測(cè)試中蒸汽流量壓力設(shè)定參數(shù)為3.7～3.9 MPa，而實(shí)際運(yùn)行參數(shù)為 3.3～3.5 MPa，造成汽輪發(fā)電機(jī)組蒸汽流量數(shù)據(jù)失真，影響試驗(yàn)效果。利用修正公式對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了修正補(bǔ)償，通過(guò)計(jì)算該點(diǎn)修正系數(shù)為0.954，保證汽輪機(jī)進(jìn)汽量更加準(zhǔn)確。

式中：K——流量修正系數(shù)；

T1——表計(jì)溫度，℃）；

T2——實(shí)際溫度，℃；

P1——表計(jì)壓力，MPa；

P2——實(shí)際壓力，MPa。

3.5 對(duì)射水箱控制溫度進(jìn)行優(yōu)化

試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)各射水抽汽式汽輪機(jī)組射水箱溫度參數(shù)差異較大。查閱汽輪機(jī)相關(guān)資料后發(fā)現(xiàn)，射水抽汽式機(jī)組要求射水箱溫度低于26℃。試驗(yàn)中當(dāng)汽輪發(fā)電機(jī)組射水箱溫度由33.6℃降低至26.3℃，其真空度上升了1.7 kPa，汽輪機(jī)效率提升了2.2%。根據(jù)測(cè)試結(jié)果繪制了同一工況下射水箱溫度降低真空升高趨勢(shì)圖，見(jiàn)圖1。

圖1 同一工況下射水箱溫度降低真空升高趨勢(shì)圖

4 經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模型的建立

根據(jù)各機(jī)組性能測(cè)試結(jié)果的統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)能源動(dòng)力廠10臺(tái)汽輪發(fā)電機(jī)按照效率高低進(jìn)行了排序。對(duì)主力機(jī)組設(shè)定其發(fā)電負(fù)荷、抽汽量運(yùn)行區(qū)間以及其對(duì)應(yīng)鍋爐運(yùn)行參數(shù)控制范圍。要求在煤氣壓力充足的情況下，機(jī)組負(fù)荷波動(dòng)范圍不超過(guò)5 MW，蒸汽溫度±10℃、壓力±0.2 MPa。同時(shí)規(guī)定了當(dāng)不同數(shù)量及區(qū)域的高爐休風(fēng)、冬季采暖等特殊時(shí)段各區(qū)域各機(jī)組負(fù)荷壓減順序及最低負(fù)荷限度。在穩(wěn)產(chǎn)保供的前提下，最大限度的保證自發(fā)電量。

5 實(shí)施效果

通過(guò)汽輪機(jī)經(jīng)濟(jì)性能測(cè)試，對(duì)現(xiàn)有的汽輪發(fā)電機(jī)組影響效率提升的問(wèn)題進(jìn)行了分析，有針對(duì)性的開(kāi)展了能效提升工作。經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模型運(yùn)行后，月自發(fā)電量較同期增加約500萬(wàn)kWh，機(jī)組平均效率提升近1%，估算年可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤1.55萬(wàn)t，創(chuàng)造效益600余萬(wàn)元。同時(shí)社會(huì)效益也很可觀。經(jīng)過(guò)預(yù)算年可減少排放二氧化碳4.04萬(wàn)t,二氧化硫132.1t,氮氧化物115 t，環(huán)保效益同樣明顯。

[1]胡念蘇.汽輪機(jī)設(shè)備系統(tǒng)及運(yùn)行[M].北京:中國(guó)電力出版社，2010，1.

[2]張克舫.汽輪機(jī)技術(shù)問(wèn)答[M].北京:中國(guó)石化出版社，2006，6.

[3]劉凱.汽輪機(jī)試驗(yàn)[M].北京:中國(guó)電力出版社，2005，5.