燃煤機(jī)組汽輪機(jī)能耗分析試驗(yàn)

＊王少華

（山東省石油天然氣管道保護(hù)服務(wù)中心 山東 250012）

引言

許多學(xué)者采用常規(guī)熱平衡法的熱力性能分析方法，結(jié)合實(shí)際電廠運(yùn)行情況，提出了一些改進(jìn)機(jī)組熱力性能的方法[1]。高昊天等人[2]對(duì)參數(shù)為31MPa/600℃/620℃/620℃的超臨界二次再熱機(jī)組進(jìn)行分析。研究結(jié)果表明，二次再熱機(jī)組可以將供電煤耗降低約9.22g/(kW·h)，同時(shí)提高機(jī)組凈效率約1.54%。Ust.Y[3]對(duì)二次再熱過(guò)程進(jìn)行了深入的理論計(jì)算，并成功獲得二次再熱對(duì)于機(jī)組熱力性能提升的定量效果。研究指出二次再熱和高蒸汽參數(shù)能夠顯著提高機(jī)組熱力性能。趙永明等[4-5]建立了常規(guī)與背壓式汽輪機(jī)熱力系統(tǒng)的模型，研究了不同一/二次再熱壓力對(duì)二次再熱機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性的影響，研究結(jié)果表明，提高一次再熱蒸汽壓力、同時(shí)降低二次再熱蒸汽壓力，有利于提高全廠效率。

本研究通過(guò)理論指導(dǎo)，根據(jù)機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行情況，進(jìn)行了全面的優(yōu)化試驗(yàn)。通過(guò)分析試驗(yàn)結(jié)果，可建立火電廠運(yùn)行操作系統(tǒng)，用于電廠的運(yùn)行指導(dǎo)。試驗(yàn)結(jié)果與機(jī)組控制系統(tǒng)相結(jié)合，改變?cè)械目刂茀?shù)，并通過(guò)繪制曲線來(lái)優(yōu)化熱控系統(tǒng)。優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果可直接應(yīng)用于機(jī)組的運(yùn)行，以提高機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，從而提高電廠的經(jīng)濟(jì)效益。

1.熱力性能試驗(yàn)

該汽輪機(jī)型號(hào)為N600-16.7/538/538，是亞臨界一次中間再熱機(jī)組。汽輪機(jī)為單軸、三缸四排汽、雙背壓的凝汽式汽輪機(jī)。給系統(tǒng)包括三臺(tái)高壓加熱器、一臺(tái)除氧器及四臺(tái)低壓加熱器。其中，汽動(dòng)給水泵小汽機(jī)的汽源為四段抽汽。

為使實(shí)驗(yàn)結(jié)果能夠更加準(zhǔn)確地反應(yīng)機(jī)組的熱力性能，在試驗(yàn)前需要全面消除系統(tǒng)中所有的缺陷，并對(duì)輔助設(shè)備進(jìn)行隔離。為了熱力試驗(yàn)的順利進(jìn)行，需要充分的調(diào)節(jié)試驗(yàn)運(yùn)行工況并選擇合理的試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)采集相關(guān)的數(shù)據(jù)，在進(jìn)行試驗(yàn)前機(jī)組上的測(cè)點(diǎn)位置如圖1所示。

圖1 熱力系統(tǒng)性能測(cè)試點(diǎn)

2.試驗(yàn)方法

(1)影響系數(shù)法試驗(yàn)方法

將4號(hào)高壓調(diào)節(jié)閥開(kāi)度設(shè)為0，加負(fù)荷至1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)高壓調(diào)節(jié)閥全開(kāi)，在3個(gè)調(diào)節(jié)閥全開(kāi)時(shí)，保持主蒸汽溫度為設(shè)計(jì)值，降低再熱蒸汽溫度至515℃，穩(wěn)定半小時(shí)，記錄相關(guān)參量半小時(shí)（第1工況）；保持再熱蒸汽溫度為設(shè)計(jì)值，降低主蒸汽溫度至515℃，穩(wěn)定半小時(shí)，記錄相關(guān)參量半小時(shí)（第2工況）。

(2)三閥全開(kāi)熱耗率試驗(yàn)方法

首先，將4號(hào)高壓調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度設(shè)為0，并使機(jī)組的三個(gè)高壓調(diào)節(jié)閥保持全開(kāi)，以確保機(jī)組負(fù)荷穩(wěn)定在約600MW。停止鍋爐的吹灰，關(guān)閉爐水加藥、聯(lián)箱放水、對(duì)外供水、暖風(fēng)器以及廠用蒸汽的閥門(mén)，以確?；?zé)嵯到y(tǒng)按照設(shè)計(jì)要求正常運(yùn)行，使機(jī)組成為一個(gè)純單元系統(tǒng)。同時(shí)，將進(jìn)汽參數(shù)調(diào)整為設(shè)計(jì)值，保持負(fù)荷和進(jìn)汽參數(shù)的穩(wěn)定性。

3.試驗(yàn)性能指標(biāo)的計(jì)算

通常情況下，汽輪機(jī)的運(yùn)行參數(shù)不可能完全等同于規(guī)定值，為了能夠在相同的熱力條件下進(jìn)行汽輪機(jī)性能與相關(guān)參數(shù)的比較，需對(duì)他們之間的偏差進(jìn)行修正[6]。在計(jì)算平均值時(shí)，應(yīng)取差壓讀數(shù)的平方根的平均值[7]。

(1)主汽流量

式中，Gs為經(jīng)新汽壓力和溫度修正后的主汽流量，kg/h；tG為測(cè)得的主汽流量，kg/h；ps為額定主汽壓力，MPa；vs為額定工況下主汽的比容m3/kg；tp為試驗(yàn)時(shí)主汽壓力MPa；tv為試驗(yàn)時(shí)主汽比容，m3/kg。

(2)汽耗率

式中，d為汽耗率，kg/(kW·h)；D為主汽流量，kg/h；N為機(jī)組發(fā)出的電功率，kW。

(3)機(jī)組發(fā)電煤耗與供電煤耗

式中，ηgl為鍋爐效率，%；ηgd為管道效率，%。

式中，bft為發(fā)電煤耗，g/(kW·h)；kC為廠用電率，%；bft為供電煤耗，g/(kW·h)。

(4)高、中、低壓缸效率的計(jì)算

式中，1h為汽缸進(jìn)口焓，kJ/kg；2h為汽缸出口焓，kJ/kg；h2s為汽缸出口等熵焓，kJ/kg；iη為高、中、低壓缸效率，%。

4.試驗(yàn)結(jié)果分析

(1)影響系數(shù)法試驗(yàn)

為了確定高、中壓缸之間的軸封漏汽量，本研究采用了3閥全開(kāi)的影響系數(shù)法試驗(yàn)。分別調(diào)節(jié)主蒸汽和再熱蒸汽溫度，對(duì)高、中壓缸間軸封的漏汽量定量分析。影響系數(shù)法試驗(yàn)的計(jì)算示意圖，如圖2所示。試驗(yàn)結(jié)果表明，中壓缸冷卻蒸汽流量占中壓缸進(jìn)汽流量的比例為2.091%（與設(shè)計(jì)值1.001%相比，高出1.091個(gè)百分點(diǎn)）。

圖2 影響系數(shù)法試驗(yàn)計(jì)算示意圖

(2)三閥全開(kāi)工況機(jī)組熱耗率試驗(yàn)

為了反映汽輪機(jī)本體的經(jīng)濟(jì)性，三閥全開(kāi)工況機(jī)組熱耗率試驗(yàn)進(jìn)行了系統(tǒng)隔離，計(jì)算結(jié)果同時(shí)進(jìn)行系統(tǒng)修正和參數(shù)修正。圖3為大修前后三閥全開(kāi)工況試驗(yàn)結(jié)果。

圖3 三閥全開(kāi)時(shí)工況試驗(yàn)分析

由圖3可知，經(jīng)系統(tǒng)修正和參數(shù)修正的汽輪機(jī)熱耗率大修后為8146.5kJ/(kW·h)，比設(shè)計(jì)熱耗率7844.0kJ/(kW·h)高302.5kJ/(kW·h)；比大修前熱耗率8255.5kJ/(kW·h)降低109.0kJ/(kW·h)。系統(tǒng)修正和參數(shù)修正后的數(shù)據(jù)代表排除熱力系統(tǒng)和運(yùn)行參數(shù)變化的影響，只表示汽輪機(jī)本體變化導(dǎo)致的機(jī)組熱耗率的變化，所以說(shuō)由于汽輪機(jī)本體即高、中、低壓缸效率，軸封漏汽量變化使汽輪機(jī)熱耗率較大修前降低109.0kJ/(kW·h)。

5.結(jié)論

隨著燃煤火電機(jī)組數(shù)量的迅速增加，大量的煤炭被用于發(fā)電。本文在通過(guò)影響系數(shù)法試驗(yàn)時(shí)，測(cè)得高壓缸至中壓缸冷卻蒸汽流量占中壓缸進(jìn)汽流量的比例為2.091%，比設(shè)計(jì)值高了1.09個(gè)百分點(diǎn)。

（1）大修后3VWO工況的高壓缸和中壓缸效率分別為85.13%和91.64%，與大修前相當(dāng)。大修后修正到設(shè)計(jì)容積流量的低壓缸效率比大修前提高了3.05個(gè)百分點(diǎn)。

（2）在正常運(yùn)行狀態(tài)下，機(jī)組在負(fù)荷600MW工況進(jìn)行大修后僅進(jìn)行參數(shù)修正后的熱耗率為8176.0 kJ/(kW·h)，比大修前僅進(jìn)行參數(shù)修正后的熱耗率降低了111.0kJ/(kW·h)。在負(fù)荷480MW工況下，大修后機(jī)組僅進(jìn)行參數(shù)修正后的熱耗率為8347.7kJ/(kW·h)，比大修前僅進(jìn)行參數(shù)修正后的熱耗率降低了89.5 kJ/(kW·h)。

（3）機(jī)組在正常運(yùn)行狀態(tài)，負(fù)荷360MW工況下，修后機(jī)組修正后廠用電率比大修前機(jī)組修正后廠用電率低0.04%、發(fā)電煤耗低7.69gec/(kW·h)、供電煤耗為低27.11gec/(kW·h)。

從影響汽輪機(jī)熱耗率的各項(xiàng)因素可以得出，低壓缸效率偏離設(shè)計(jì)值和排汽壓力的變化對(duì)機(jī)組熱耗率的影響最大，其次是高、中壓缸效率偏離設(shè)計(jì)值、軸封漏汽量、中壓缸冷卻蒸汽量。