电厂汽轮机组变负荷运行安全经济性分析 赵志新

电厂汽轮机组变负荷运行安全经济性分析赵志新

发表时间：2019-06-06T08:53:08.757Z 来源：《电力设备》2018年第36期作者：赵志新1 刘冬梅2 [导读] 摘要：随着国民经济的发展和人民日常生活水平的提高，国家能源政策及产业结构的改变，电网中的用电负荷比以前发生了较大的变化，最高负荷与最低负荷的差值越来越大。

（1国电元宝山发电有限责任公司； 2国网内蒙古东部电力有限公司赤峰供电公司内蒙古赤峰 024000）摘要：随着国民经济的发展和人民日常生活水平的提高，国家能源政策及产业结构的改变，电网中的用电负荷比以前发生了较大的变化，最高负荷与最低负荷的差值越来越大。随着电网中这种负荷峰谷差值的出现及增大，逐渐产生了各种调峰方式和调峰机组，而且调峰机组的容量也越来越大。目前国家能源政策及电力产业结构正随着国民经济的发展和能源结构的变迁而改变。越来越多的火电机组将面临

电网调峰以及消纳新能源发电的任务，这就要求机组不仅能够在低负荷下高效率运行，而且要保证低负荷运行时的安全性。

关键词：汽轮机；变负荷；热经济性随着国民经济的迅速增长和用电结构的变化，我国电网负荷的峰谷差越来越大，大容量机组需要参与电网调峰运行的时间也越来越多，机组经常处在变负荷运行状态。汽轮机组变负荷运行时，偏离设计工况，热经济性和安全性会明显降低，如何在确保机组安全运行的前提下，提高机组在部分负荷下的热经济性是一个亟待解决的问题。影响机组变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。所以研究电厂汽轮机组在变负荷下不同运行方式对机组的影响具有十分重要的意义。通过对不同运行方式的比较，选择合理的运行方式，可以大大改善机组的经济性和运行安全性。

一、汽轮机变负荷运行的原理

从热力循环的角度分析，影响机组经济性的主要因素有循环的热效率和汽轮机的相对内效率．机组在低负荷运行时，当主蒸汽压力较高时，进汽节流损失大，汽轮机相对内效率较低，给水泵耗功较大，但是循环的热效率较高；当主蒸汽压力较低时，进汽节流损失小，汽轮机相对内效率较高，给水泵耗功较小，但是循环的热效率较低．所以只有在汽轮机相对内效率提高所带来的效益大于循环热效率降低的影响时，单元机组汽轮机的绝对内效率才有可能提高。也就是说，低负荷运行的压力参数必然存在一个最佳值，使机组在不同负荷下都保持较高的经济性。根据以上理论分析，在不同典型负荷下采用热力试验的方法来确定单元机组最佳运行参数；在同一负荷下，通过试验计算出不同压力下机组的热耗率；以此为比较基准，修正后热耗率最低时对应的压力点即为最佳压力点．

二、汽轮机变负荷运行方式

在机组变负荷运行中，通常有定压和滑压两种运行方式。

1、定压运行方式。定压运行是在主蒸汽压力、温度等进汽参数保持不变的情况下，通过改变进汽调节阀的开度来进行机组负荷的调节。定压运行的汽轮发电机组可以采用节流配汽，也可以采用喷嘴配汽。节流配汽调节也称单阀方式，通过同时开启调节阀进行调节；喷嘴配汽调节也称顺序阀方式，是通过各个调节阀按顺序依次启闭改变进汽度，进行负荷的调节。在变负荷下，定压运行方式由于调节阀的开度变小，节流损失增加，使热经济性下降，同时使通流部分的蒸汽温度和汽缸温度发生变化，影响机组设备运行的稳定和安全［3］。

2、滑压运行方式。相对于定压运行，滑压运行时调节阀处于全开或者开度不变，根据负荷的波动调节进入锅炉的燃料量、给水量以及空气量，从而使锅炉出口处的蒸汽压力和流量随着负荷的变化而变化，这个过程中蒸汽温度不变，从而实现发电功率的调节。汽轮机滑压运行时，机组功率的变化是通过调节主蒸汽压力的大小来实现的，故主蒸汽压力与机组功率的变化同步。

汽轮机滑压运行方式有纯滑压运行、节流滑压以及复合滑压3 种方式。其中，纯滑压运行和节流滑压运行既可以采用节流配汽，也可以采用喷嘴配汽，而复合滑压运行方式一般采用喷嘴配汽。

（1）纯滑压运行。在机组负荷变化范围内保持调节阀全开，完全依靠汽轮机进汽压力的变化实现负荷的调节。此时，当机组功率确定后，将通过改变给水量、锅炉燃料量等参数来控制进入汽轮机主蒸汽流量和压力，从而适应机组功率的改变［1］。这种运行方式的优点是调节阀无节流损失，提高了变负荷下的机组效率，同时也会减小机组设备由于进汽不均导致的热应力变化。但其缺点是，由于锅炉调节的滞后性，快速响应能力差，所以不能够满足电网调峰的需求，所以目前电厂也较少采用。

（2）节流滑压运行。节流滑压运行是在纯滑压运行基础上的优化，从而提高机组的快速响应能力。具体方法是，常态下汽轮机调节阀门在全开的基础上关小5%-15%，以备负荷的突变。当机组担任调峰任务负荷需要变化时，此时先对调节阀门开度进行调节，待锅炉的调整跟进后，就恢复调节阀的位置。这样就能在一定程度上解决锅炉对负荷变化响应慢的问题［2］。从运行方式中可以明显看出节流滑压运行的特点。其优点在于能够很好地适应机组负荷的变化，有利于机组参与电网调峰任务；缺点在于节流阀部分开启造成的节流损失，进而导致的调节级效率下降问题。但由于调节级中焓降的增加，使整个机组的热经济性仍然有提高的可能。

（3）复合滑压运行。复合滑压运行方式是在变负荷运行中将定压运行与滑压运行相结合的一种运行方式，即定－滑－定运行方式。电厂汽轮机组变负荷运行中采用喷嘴配汽的复合滑压运行方式具有较好的经济性和安全性。具体方法是，在负荷较高的区间保持接近机组额定压力的定压运行，即通过调节汽门开度来调节负荷；当负荷在中间区间变动时，让两个或者三个调节阀门全开进行调节，必要时也可以通过开关数个阀门进行调节；当机组运行至较低负荷区间时，恢复到低压力下的定压运行。复合滑压运行的特性曲线如图所示。

机组在变负荷中采用复合滑压运行方式能够保持较好的热经济性，同时也能保证较好的负荷响应能力。但在电厂实际运行中，滑压运行与定压运行的切换临界负荷问题一直备受关注，所以说有必要对机组在变负荷运行过程中不同运行方式下的热经济性和安全性问题进行研究。

三、汽轮机变负荷运行热经济性及安全性分析

1、汽轮机变负荷热经济性计算原理。汽耗率、热耗率以及绝对电效率是评价汽轮机组运行热经济性的重要指标。以下将分别介绍参数的计算方法。

（1）汽耗率指机组每产生1kW•h 的电能汽轮机所消耗的蒸汽量，汽耗率的计算如下：

（2）热耗率指机组每产生1kW•h 的电能汽轮机所消耗的蒸汽热量，不同类型的机组的热耗率计算如下：对无再热机组，热耗率计算为：

2、汽轮机变负荷安全性分析。汽轮机组的安全性是机组运行的首要前提，所以机组参与低负荷调峰后，其在变负荷下运行的安全性也是必须要考虑的因素之一。汽轮机在变负荷下运行时，可以通过分析调节级温度和高压缸排汽温度随负荷的变化来进行机组运行安全性的评估［2］。调节级温度的变化以及高压缸排汽温度的变化会导致设备部件温度分布不均匀，进而导致设备部件产生额外的热应力。设备长期在这种热应力的作用下，不仅会影响设备的使用寿命，而且会危及机组运行的安全性。

热应力的计算公式如下：

设备的弹性模数及膨胀系数在不同负荷下的变化较小，可以忽略。故设备所受的热应力与温度变化量成正比，即变负荷下设备温度变化量越大，其承受的热应力也越大。

随着新能源发电比例的升高，大量机组不仅要面临电网调峰的任务，而且还要承担消纳新能源的任务。这就要求机组能够在比较经济且安全的情况下变负荷运行。汽轮机变负荷下存在定压运行和滑压运行两种方式。出于对经济性及安全性的考虑，不同的机组在不同的负荷下应采用不同的运行方式，从而达到既保证机组安全性，又最大化地提高运行经济性的目的；

参考文献：

［1］马晓芳．汽轮机变负荷运行时经济运行方式的研究［J］．电站系统工程，2012，18（6）：6．

［2］陈汝庆．汽轮机原理及运行［M］．北京：中国电力出版，2012：61 － 66．

［3］裘烈钧．大型汽轮机运行［M］．北京：水利电力出版社，2013：73 － 79．

［4］杨建明，潘志强，孙玮恒． 300MW 机组自动滑压运行的实施［J］．华东电力，2013，44（10）：32 － 35．