大机组深度调峰运行的可靠性与经济性研究方式的探讨_赵竣屹

第4期(总第127期)

2005年8月

山　西　电　力

SHAN X I

　EL EC T RIC POW ER N o.4(Ser.127)

Aug .2005

大机组深度调峰运行的可靠性与经济性研究方式的探讨

赵竣屹1,孟江丽2

(1.山西省电力公司调通中心,山西太原　030001; 2.山西电力科学研究院,山西太原　030001)

摘要:对大型火电机组参与深度调峰运行的可靠性与经济性进行了研究,并就其深度调峰运行的研究方式、方法进行了有益的探讨。

关键词:火力发电机组;经济调度;优化运行;安全评估中图分类号:TM 31 文献标识码:B 文章编号:1671-0320(2005)04-0027-02收稿日期:

2005-05-18,修回日期:

2005-06-20

作者简介:赵竣屹(1965-),男,山西太原人,1986年毕业于太原工学

院热能动力系,高级工程师;

孟江丽(1964-),女,山西太原人,1986年毕业于太原工学院热能动力系,高级工程师。

近年来我国电源点建设步伐加快、电力用户供电需求发生变化,各电网峰谷差逐年增大。由于电网发展和经营形式的需要,在满足电网安全、稳定的基础上,对电网调峰的综合经济性指标提出了更高的要求,这就需要对调峰经济性进行广泛深入的研究和探讨。经济调峰时段虽占整个电网时段的1/3但对电网的经济运行效益远远超过1/3,一般调峰幅度为30%～50%,从经济角度考虑对30%～50%区间机组出力的合理优化,会产生很大的经济效益。在此情况下机组的经济性和安全性都会受到很大的影响,有必要通过理论计算和相关的试验研究对整套机组作出综合的评价,并可靠地指导机组将来的运行。

1　电网经济运行的方式

电网经济运行的方法主要有基本负荷法、最佳

点加负荷法、等微增原理、协调方程式法、动态规划法、线性规划法、潮流最优化法等,各种方法均主要以发电成本或煤耗进行目标优化。不同的方法,其附加约束条件与数量不同,准确性与可操性不尽相同,但最基本的是电厂机组实际运行中的煤耗特性曲线。但实际运行中的煤耗特性并非简单的线性关系,只有通过机组实际运行试验确定机组可经济安全调峰的负荷区间,并确定机组在此负荷区间最佳经济安全运行方式,拟合出机组实际运行中最佳安全经济调峰曲线。应用多项式回归方法求得各台

机组的发电标准煤耗量与负荷的函数关系,可根据上述不同调峰方式的要求,对此曲线进行分段、多段折线、微分等建模处理,实现机组的负荷优化分配,进一步实现机组实时调峰运行及可视化操作。由此可见机组(尤其是大机组)实际运行中的调峰能力以及在调峰区间的最佳经济性、可靠性是电网调峰的基础。

2　大机组深度调峰的能力及经济性

省电网要求省调电厂现役机组应具有50%的调峰能力,新建改建机组应具有60%的调峰能力。现役大多数机组是按带基本负荷运行设计的,要进一步提高火电机组调峰能力,就必须对机组深度调峰的能力与可靠性、经济性进行研究。2.1　锅炉调峰能力

锅炉调峰能力受到锅炉低负荷的稳定燃烧的制约,需通过一系列的试验来确定,如最低稳燃负荷试验。机组深度调峰运行会涉及到锅炉在变负荷和低负荷运行工况下的水循环安全性,在变负荷时汽包、过热器和再热器的适应性,旁路系统容量和辅机的适应性;空气预热器的积灰和腐蚀、尾部烟道的腐蚀等问题,应进行变负荷和低负荷水循环可靠性试验及变负荷一、二次汽温适应性等试验。

锅炉在变负荷和低负荷运行工况下的经济性,可通过锅炉在额定负荷的90%,80%,70%,60%,50%以及最低稳燃负荷工况下测取锅炉实际热效率。

2.2　汽轮机及其系统深度调峰的经济性

事实上,汽轮机及其系统的经济性是影响电厂发电煤耗的主要因素。机组要适应较大幅度的变工

况运行,其调峰区段的经济性直接影响电厂的发电煤耗及电网的调峰经济性。

影响循环效率的主要因素有机组运行的相对内效率和循环的各项初参数。若机组循环的各项不可逆损失小,则机组的相对内效率高;若机组循环的各项初参数接近或达到设计值,机组的经济性就好。机组在较高负荷运行时,采用定压运行方式,机组的各项运行参数接近设计经济工况,进汽节流损失小,机组的相对内效率较高;机组在低负荷运行时,若仍采用定压运行方式,虽机组的运行初参数接近设计经济工况,但进汽流量减少,节流损失增大,汽流扰动增大通流效率降低,机组的相对内效率降低。

变工况下,机组滑压运行,汽轮机全周进汽,节流损失最小,新蒸汽与再热蒸汽在较大范围内易于稳定,热力设备受到热冲击较小,机组在低负荷时主汽的容积流量基本不变,漏汽损失、湿汽损失减小,循环的相对内效率基本不随负荷的降低而降低,从而保证了机组滑压运行的经济性。

机组滑压运行时,其主汽阀开度不变,即通流面积不变,根据弗流盖尔公式初压随着新蒸汽流量的变化而变化,新蒸汽流量由调节阀的开度来决定。此外,单元机组滑压运行在低负荷时还受到机组运行方式、热力系统、给水泵运行等因素影响,因此,应通过试验的方法来确定定—滑—定的运行的负荷范围及滑压的经济参数,找出定—滑—定的优化运行方式。

单元机组在变负荷运行时是采用定压或滑压运行;从定压到滑压的参数如何选择,定、滑压运行的经济性问题就显得尤为重要。通过热力试验的方法研究机组变负荷运行中定、滑压运行方式及最佳滑压参数的确定。

3　大机组深度调峰汽轮机的安全性评估

拟定出机组定—滑—定的最佳经济运行方式,那么,原设计带基本负荷的机组参加深度调峰,采用此方式运行,机组处于变工况下运行,汽轮机通流部分的气动特性与原设计发生了较大的偏离,机组运行会产生即时及潜在的安全问题。如滑压运行会带来汽轮机的低周疲劳,影响机组寿命;低负荷运行低压末几级叶片易诱发动叶片颤振;工况变化,低压叶片水蚀状况发生变化;回热系统中除氧效果的变化给通流腐蚀状况带来变化;低负荷运行危及给水泵的运行安全性。此外,排汽缸温度的变化会引起汽缸标高的变化,轴系振动的变化等。对于调峰用汽轮机经常处于小容积流量工况运行,当机组在小容积流量下工作时,低压缸末级气动特性将恶化。末级气流发生脱流可能导致叶片气动弹性失稳,发生失速颤振,这是高背压机末级叶片损坏的重要原因。同时,动叶根部回流,可能使湿汽中水滴随汽流倒流冲刷动叶根部出汽侧,产生侵蚀,危及叶片安全。因此运用成熟的一元和三元流计算方法对试验的典型工况点进行通流部分计算,以弄清实际运行工况下,汽轮机通流部分的热力特性及汽动特性,对以下几个方面进行分析研究,评价定—滑—定最佳经济运行方式的安全性,为机组将来安全的运行提供可靠指导,并以此曲线为建模基础,首先实现电厂机组之间负荷优化分配,以实现机组实时深度调峰可视化操作。

4　机组深度调峰试验研究

4.1　机组深度调峰试验及研究应开展的项目

a)试验研究机组定—滑—定经济运行方式,滑压运行起止经济负荷点及滑压运行经济压力,在试验中监测轴系振动的变化确定机组的即时安全性。

b)采用一元流计算方法计算汽轮机通流部分试验的典型工况点的热力特性,综合分析深度调峰工况通流部分各级热力参数变化对动静叶各方面产生的影响,对热力系统、汽轮机本体的影响。

c)采用三元流计算方法计算低负荷下低压缸气动特性,分析低压叶片水蚀状况及末级叶片会发生颤振的可能性。

d)末级动叶片强度评价。

e)高温高压厚壁元件(包括汽包、联箱和主要蒸汽管道)在变负荷和低负荷工况下的安全性试验。

f)变负荷和低负荷锅炉水动力的稳定性试验。

g)变负荷一、二次汽温适应性试验。

h)锅炉低负荷稳燃技术试验。

4.2　机组深度调峰试验及研究应得到的结论

通过机组试验得到机组电负荷与锅炉热效率关系曲线、机组电负荷与锅炉主参数关系曲线、机组定—滑—定经济运行曲线、锅炉高温高压厚壁元件壁温差与机组电负荷变化关系曲线。

机组深度调峰时,汽轮机处于小容积流量下运行,低压缸气动特性恶化,采用三元流对低压缸进行小容积流量特性计算分析得到末级脱流高度随容积流量变化曲线、末级根部反动度随容积流量变化曲线、末级相对容积流量随背压变化曲线、低压末级水蚀特性估算分析、末级叶片的寿命损耗计算分析、拟定采用的定—滑—定经济调峰运行方式对机组寿命的损耗分析、计算论证,拟定机组调峰应采用经济滑压运行方式的安全评估。

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