大型汽轮机组运行方式优化试验研究及经济性分析

大型汽轮机组运行方式优化试验研究及经济性分析

李　明,黄丕维,焦庆丰,徐　曙,邱应军,蒋北华

(湖南省电力公司试验研究院,湖南长沙410007)

摘　要:介绍了汽轮机组2种基本的运行方式:定压运行和滑压运行。比较不同运行方

式的经济性。通过开展300MW和600MW机组滑压运行优化试验,得出机组不同负

荷下合理的运行方式和最佳滑压曲线,达到了降低机组供电煤耗、提高经济效益的目

的。

关键词:汽轮机;滑压运行;经济性;优化

中图分类号:T K26 文献标识码:A 文章编号:100820198(2008)0120027204

收稿日期:2007212214R esearch on test of large steam turbine units optimal operation and economy analysis

L I Ming,HUAN G Pi2wei,J IAO Qing2feng,XU Shu,Q IU Y ing2jun,J IAN G Bei2hua

(Hunan Electric Power Test and Research Institute,Changsha410007,China)

Abstract:Two basic operation modes of turbine unit s,constant pressure and sliding pressure operation,were intro2 duced.The economies of two operation modes were compared.The reasonable operation mode and optimized sliding pressure curves of unit s under different loads were gained by300MW and600MW unit s sliding pressure optimization test s,which lowered power supply coal consumption and improved economy benefit.

K ey w ords:steam turbine;sliding pressure operation;economy;optimization

1　前　言

近年来,国民经济增长迅速,社会电力需求日益提高,用电结构发生较大变化,电网负荷昼夜峰谷差越来越大,大容量机组需要参与电网调峰运行,而随着国家宏观调控及电源建设的快速发展,电力供需矛盾已趋缓和,火电机组利用小时数逐年降低,低负荷运行时间增加。汽轮机长期低负荷运行,偏离设计工况,热经济性大大降低,提高机组在低负荷下的经济性是一个亟待解决的问题。如何在确保机组安全运行的前提下,使机组保持最佳运行工况,从而最大限度地降低供电煤耗是市场经济对发电企业提出的现实要求。国内现有的大容量机组大多数按照基本负荷设计,不能适应频繁的启停和变负荷,因此必须对机组运行方式进行优化,以提高机组低负荷运行的经济性。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、运行方式等,其中只有运行方式可人为调整。因此,研究汽轮机变负荷运行时,不同运行方式的特点及对热经济性的影响,对发电企业节能降耗具有十分重要的意义。

2　汽轮机的运行方式

2.1　定压运行方式

定压运行指汽轮发电机组在正常运行时,主蒸汽压力保持额定值,不随负荷变化而变化。定压运行的汽轮机可采用节流配汽,也可采用喷嘴配汽。节流配汽是通过调节汽门的节流来改变进汽量以达到所需负荷;喷嘴配汽是通过几个调节汽门改变进汽度来改变负荷,节流只作用在单个阀门上。

2.2　滑压运行方式

滑压运行主要有纯滑压运行、节流滑压运行和复合滑压运行3种方式。前2种运行方式既可用于节流调节、全周进汽的机组,也可用于喷嘴调节、

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第28卷/2008年第1期湖　南　电　力节能降耗专栏

部分进汽的机组;复合滑压运行则一般用于喷嘴调节的机组。

纯滑压运行时,在汽轮机的整个负荷变化范围内,所有的汽轮机调节汽门保持全开,完全靠汽轮机进汽压力的变化来控制机组的出力。由于纯滑压运行无法利用锅炉的蓄热能力,负荷响应比定压运行慢许多,所以不适合参与电网调频。

为克服纯滑压运行时负荷响应迟缓的缺点,可预先给予全开的调节汽门一定的节流(通常为额定负荷的5%～15%),负荷缓慢变化时,调节汽门开度不变;而负荷突然升高时,可立即全开调节汽门,利用锅炉内的蒸汽蓄热,快速增加负荷,此即节流滑压运行方式。因调节汽门经常有节流,略微降低了机组的经济性。

复合滑压运行是滑压与定压相结合的一种运行方式,采用这种运行方式时,在高负荷区,通过改变调节汽门开度来调节负荷,保持定压运行;在中间负荷区,让最后1个(或2个)调节汽门关闭,进行滑压运行;而在低负荷区,则又进行较低压力水平下的定压运行。复合滑压运行方式既可保持高负荷区的较高热效率,缓解锅炉的热应力,又防止了低负荷区的经济性过多下降,同时使机组在高负荷区有较好的一次调频能力,为国内电厂广泛采用。实际上,这也是制造厂推荐的运行方式。文中所讨论的滑压运行,均指复合滑压运行。

3　不同运行方式的分析比较

3.1　对汽轮机安全性的影响

相对于定压运行,滑压运行能降低汽轮机负荷变动时的热应力,从而改善对负荷快速变化的适应性。滑压运行时,随着负荷(流量)的变化,高压缸各级的压力近似与流量成正比变化,但各级温度基本不变,因此汽轮机通流部分金属温度变化较小,转子、汽缸、管道阀门的热应力(热变形)也就较小,从而提高了汽轮机运行的可靠性和快速加减负荷的性能。同时锅炉受热面和主蒸汽管道经常在低于额定条件下工作,可提高锅炉侧设备的使用寿命。3.2　对汽轮机内效率的影响

定压或滑压运行对锅炉效率的影响不大,但汽轮机定压运行时,在部分负荷下主蒸汽要受到不同程度的节流损失;滑压运行时,部分负荷下调节级进汽面积基本保持不变,其调节级效率降低较少,调节级之外的其余各压力级效率基本与定压运行相等,机组负荷降低时高压缸效率的降低很小。对低压缸而言,滑压运行减少了末级排汽湿度,提高了低压部分的相对内效率。3.3　对循环热效率的影响滑压运行时,机组在部分负荷下的锅炉平均吸热温度随吸热压力下降而下降,而冷源平均放热温度基本不变,从而使其理想循环效率低于定压运行。其降低的数值与机组的设计初压、再热蒸汽压力以及不同运行方式引起的主蒸汽温度、再热蒸汽温度变化等有关。3.4　对再热汽温的影响

滑压运行时,汽机高压缸排汽压力与相应负荷下定压运行时的排汽压力近似相等,但排汽温度基本与额定负荷时差不多,高压缸排汽焓值高,每千克蒸汽在锅炉再热器中所需吸收的热量也少,有利于保持再热汽温;另外,2种运行方式下,再热蒸汽温度相差不大,滑压运行时再热器吸热量减少,在一定程度上降低了机组的热耗率。3.5　对给水泵耗功的影响在滑压运行时,由于蒸汽初压随着主蒸汽流量的下降而降低,给水泵出口压力也就大大降低,因此可以节约更多的功率。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。

综上所述,汽轮机在额定负荷下定压运行具有优势,只有在较低负荷下滑压运行才更有优越性,因此大容量机组采取复合滑压运行可使机组保持在最佳运行工况,对热经济性有益。采用复合滑压运行方式时,何时由定压运行切换到滑压运行更经济以及初压的确定,是机组保持最佳状况的关键。因此,加强对各种大型机组滑压运行方式的试验研究,积累经验和数据,确定机组最佳的滑压运行曲线,对于保障机组安全经济运行、降低供电煤耗是非常必要的。

4　滑压运行试验情况及数据分析

湖南省电力公司试验研究院自2006年底开始进行了大容量机组的滑压运行试验研究,研究对象为容量等级从300MW 到600MW 、参数等级从亚临界到超临界的发电机组。试验时,每种类型选取

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82・节能降耗专栏湖　南　电　力第28卷/2008年第1期