提高供热机组灵活性的低压缸零出力改造技术及工程应用

全性
低
针对小流量流动倒流卷吸问题
的低压缸零出力改造的技术成果及方法。
压
缸
小容积
零
流量工
出
况运行
力
安全性
，末级叶片抗水蚀金属层喷涂 处理。
……
技术难点
1、当末级的容积流量减小到一定程度，会诱发末
技 术
供热方 式平滑 切换控 制策略
辅助 系统 安全 适应 性
辅机安全运行保障措施 高真空保持措施
级叶片颤振，长期运行会导致叶片断裂。 2、低压缸流量少到一定程度，气流将不再推动叶 片做功，而会以惰性形态被动叶扇动排挤出叶片 通道，会导致叶栅通道局部出现高温区域，将使
需要 解决
对于火电机组的具体要求： 1、供热需求一定，降低电负荷或升高电负荷； 2、电负荷一定，提升供热能力； 3、降低改造费用； 4、减少检修运行维护量。
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课题支撑
1、提升供热机组电出力调节能力的蒸汽系统流程改造，国家重点研发计划项目“常规/供 热机组调节能力提升与电热综合协调调度技术”课题二，项目牵头单位为国网辽宁省 电力有限公司，西安热工院为课题二承担单位。
……
得通流部件许用应力下降、内缸受热变形。
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颤振风险
大桥 被风吹断
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颤振风险
大桥 被风吹断 不均匀的流场中, 叶片如有微弱的初始振动时, 就会不断地从汽流中吸取能量, 当能量足够大时, 便导致叶片振动增大, 即颤振发作。每台机组的风险点是不同的，切 不可只知其一，不知其二，盲目套用！！！！ 10MPa的交替应力，也是危险的！
2）在以上常CFD流动计算边界的基础上，对低压缸末级及次末级通流级开展非定常流动分析，得出 了不同动静叶片时空位置下动叶表面压力场。最后建立末级叶片的有限元模型，基于高精度差分拟合方 法将流场定常计算获得的叶片表面压力转化为有限元分析模型各个节点的压力，分别计算设计工况和低 负荷工况下低压末级叶片的蒸汽弯应力以及振动应力。最终对末级叶片的安全性进行了评估。
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技术原理
供热
蝶阀
ห้องสมุดไป่ตู้
中低压连通管
冷却蒸汽旁路
调节阀
中压缸
低压缸
低压缸零出力供热改造方案原则性系统图
发电功率，MW
350 300 250 200 150 100
50 0 0
额定锅炉负荷工况 最小排汽流量工况 低压缸零出力工况
最小锅炉负荷工况 纯凝工况 设计排汽流量工况
200
400
600
提高供热机组灵活性的
低压缸零出力技术
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提高供热机组灵活性的低压缸零出力改造技术及工程应用
一、课题背景
目
二、主要研究内容、成果及主要创新点
录
三、项目情况
四、经济效益分析
五、查新情况
六、推广前景
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课题背景
推进能源生产和消费革命，促进节能环保、清洁生产、清洁能源等绿色产业发展,构建清洁低碳、安全高效的能源体系， 增加清洁电力供应是国家政策的一贯要求。要消纳更多的新能源，电网需要具备更高的灵活性，然而我国目前电源结构中灵 活电源少，火电机组占比高，是导致调峰能力不足，是弃风弃光主要原因。
800
1000
供热抽汽流量，t/h
改造后热-电特性图
以全面安全评估为基础，进行集成化技术改造，采取一系列的安全措施，将原 进入低压缸的蒸汽用于供热，实现汽轮机低压缸零出力运行，机组发电出力显著 减小，供热能力大幅提升。供热需求量较低时，机组切换到原运行模式机组，发 电出力恢复。
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研究目标、内容、难点
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低压缸 进汽 600t/h
低压缸 进汽 16t/h
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某300MW机组末级长叶片动应力校核
1）低压缸进汽600t/h工况下， 该低压末级长叶片在凸肩区域和叶 顶区域存在较大动应力，最大动应 力分别为5.353、5.973 MPa；
2）低压缸进汽16t/h工况下， 叶片在凸肩区域和叶顶区域存在较 大的动应力，最大动应力分别为 1.119、1.008 MPa。
2、提高火电机组灵活性关键技术研究及示范，中国华能集团公司总部科技项目，西安热 工研究院有限公司为项目研发单位。
3、西安热工院节能中心自立课题“供热机组切除低压缸进汽研究。” 4、业主委托项目（2017）
国电龙华延吉热电有限公司2号机供热节能改造工程 北方联合电力有限责任公司临河电厂1号机组热电解耦切除低压缸进汽改造 国电投辽宁东方发电有限公司1号机低压缸零出力灵活性改造EPC总承包工程、 华能杨柳青发电有限公司7号机组低压缸零出力改造技术服务 华能黄台发电有限公司10号机低压缸零出力改造。
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安全分析
构建了基于多物理场耦合计算的低压缸极小流量计算模型，获得低压缸零出力状态下 流动特性，掌握了叶片动应力的分布规律，确定了极小流量的安全范围，并给出了规避风 险的技术要求。
1）基于CFD分析方法对低压全通流区域开展定常流动计算分析，迭代计算多种小容积流量下末级及 次末级通流区域鼓风态热流多元物理场，获得末级及次末级叶片进出口边界条件；并总结影响末级及次 末级鼓风温升的主要因素。
随着国家城镇化建设的快速推进，城市扩张带来集中供热热源的不足和清洁供热需求的不断增大，供暖安全形势严峻。
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课题背景
存在 问题
1、提升火电灵活性，以解决新能源消纳问题； 2、社会民生发展有提升供热能力的要求； 3、供热机组存在电力平衡与热力平衡难以协调的问题； 4、其他技术 1）水罐蓄热技术存在调峰能力有限、容量选型与实际匹配有难度、较大的风险源等问题； 2）电锅炉技术存在热经济性差，且投资较大的问题，供热可靠性增强； 3）双背压双转子和高背压直接供热技术存在停机切换或检修、改造费用大问题。
建模分析低压缸流场，计算不 同流量工况下流场分布。
研究目标
高风险部位进行安全性校核， 提出措施。
对现役机组通过技术创新与集成，研究出一整套不 更换低压转子实现零出力的改造技术，应用于实际
热电解 耦能力 及经济 性研究
汽轮 机本 体运 行安
针对低压缸鼓风增设冷却蒸汽 旁路系统和末级温度监测。
改造并能保证安全运行，最终形成一套能够提升供 热机组供热能力、运行灵活性、降低热-电耦合程度
3）由于低压缸零出力供热工况 下叶片的最大动应力小于设计工况 ，所以判断低压缸零出力供热工况 下叶片的动强度满足制造厂设计规 范要。