汽轮机的配汽方式及优化

汽轮机的配汽方式及优化

【摘要】总结了汽轮机的经济中配汽方式。通过对现有的汽轮机的配汽方式考察，对实际运行中出现的问题做了相应的研究。综合分析配汽方式对汽轮机经济性和安性的影响，提出了汽轮机配汽的综合优化设计方法，为汽轮机配汽改造和新机组的配汽设计提供了系统的理论指导和参考。

【关键词】汽轮机；配汽；优化设计；不平衡汽流力

1.目前国内的配汽方式及利弊

汽轮机的配汽方式对机组的安全性和经济性有着重要的影响，汽轮机流通部分是按经济功率设计的。运行中，外界负荷不断改变，为了保证机组出力与用户所需要的功率相适应，必须利用配汽机构来改变汽轮机组的出力。由汽轮机功率的方程式可以知道，为了调节出力，可以调节进入汽轮机的蒸汽量，也可以调节蒸汽在汽轮机中的做工能力。不同的配汽方式可以实现蒸汽量和做工能力的改变。常用的配汽方式有：喷嘴配汽、节流配汽、旁通配汽。

1.1喷嘴配汽

汽轮机的第一级设为调节级，并将调节级的喷嘴分成4个组或更多组。每一喷嘴组都有1个独立的调节汽门供汽。根据机组负荷和运行方式不同，各调门可顺序开启或同时开启。

顺序开启时，蒸汽从锅炉中出来后首先经过全开的自动主汽门，而后经由一次开启的几个调节汽门进入汽轮机的第一级即调节级。当负荷很小时，只开启一个调节汽门，部分进汽度最小，随着负荷的增大，第一个调节汽门的开度也在不断的加大，当它接近全开时，打开第二个调节汽门，部分进气度增大，依次类推，直到所有汽门全开时，汽轮机接近满负荷运行（由于存在进汽损失，各汽门已全开时也是部分进汽）。

同时开启时，同时调节各个汽门的开放大小，可以理解为是节流调节。

喷嘴配汽的特点是通过多个调节汽门的顺序开启，减小部分负荷时调节汽门的节流损失；调节级结构变化，但调节级后结构不变。只有部分开启的那个调节汽门的蒸汽节流较大，而其余全部开启的汽门已经减到最小。由此可以看出在部分载荷工作时，喷嘴调节的经济性较好。

1.2节流配汽

节流配汽是进入汽轮机的所有蒸汽都通过一个调节汽门（在大容量机组上为了防止汽门的尺寸过大，可能用几个同时启闭的汽门来代替），对蒸汽进行调节，然后进入汽轮机。利用调节汽门的节流、等焓过程，由一个或多个调节汽门同时

开启来改变汽轮机的进汽量和焓降。

部分载荷时，调节汽门开度小，蒸汽的流量很小，功率减小，阀后压力决定于流量比，进汽温度基本保持不变。随着载荷不断增大，达到最大载荷时，调节汽门全开，进汽量最大，功率最大。采用节流配汽的汽轮机，不设专门的调节级，调节汽门后的压力即为汽轮机的进口压力。在汽轮机背压保持不变时，节流后通流部分的有效焓降减小，相对内效率下降。

节流配汽的优点有：没有调节级，结构比较简单制造成本较低；在工况变动时，各级比焓降变化不大（末级除外）；定压运行流量变化时，各级温度变化较小，负荷适应性较好；现代大型节流配汽汽轮机若是滑压运行，则既可用于承担基本负荷，也可用于调峰；若定压运行，则只宜承担基本负荷。

1.3旁通配汽

旁通配汽主要用于船舶和工业汽轮机，通过设置内部或外部旁通阀增大汽轮机的流量，增大汽轮机的功率输出或增大汽轮机的抽汽供热量。设置一个旁通阀，用于加强工矿的时候开启。

2.汽轮机配汽设计优化

2.1对称对角进汽保证安全

通过对配汽不平衡汽流力产生的机理分析知，非对称进汽导致了调节级配汽不平衡汽流力的产生，从而使机组存在配汽安全隐患，影响机组的安全性和经济性，因此，配汽优化的最基本思想是采用完全对称进汽的配汽方式，消除配汽过程中不平衡汽流力的产生。采用对角进汽，虽然不是全周进汽，但进汽是对称的，同样可以完全消除配汽不平衡汽流力，由于任意时刻只有部分调节阀存在节流损失，对角进汽的调节级效率会明显高于节流调节，因此兼顾机组安全性和经济性，是理想的喷嘴配汽方案。

2.2综合优化提高配汽效率

在对角对称进汽保证安全的前提下，将机组的调峰变负荷过程中效率最优作为机组配汽设计的目标，可进一步对配汽设计进行优化，提高运行经济性。主要优化手段如下：

（1）对角与顺序相结合的配汽方式对称对角进汽能完全消除配汽不平衡汽流力，当负荷继续升高时，出于效率的考虑，为了进一步降低节流损失，提高机组在高负荷区域的调节级效率，保持顺序阀方案调节级效率高的优势。阀门组重组根据机组经常运行的负荷区段和机组各喷嘴组的喷嘴数的差异，调整阀门的开启次序，设计最优的配汽方案，使这些负荷点附近调节阀门处于全开或不开状态，减小配汽节流损失，最大限度的提高机组经常运行负荷区段的调节级效率。

(2）增加配汽阀点配汽润点是指阀门进汽不存在节流损失的功率点，汽轮机运行在这些功率点效率达到最高。由不同的调节阀门单独供汽，按照负荷的需要依次开启各阀门，这样就会存在几个阀门全开的功率点。阀点越多，汽轮机在整个负荷区的总体效率就越高。现代DEH调节系统配汽方式采用程序的方式实现，可方便进行配汽方式的切换，利用阀门重组的思想设计出多种在不同负荷区段具有高效率的配汽方式，通过DEH的阀门管理和517切换可大大增加配汽阀点，最大限度的提高机组在多个负荷区的效率。

(3)堵喷嘴有些汽轮机原有的设计思想主要用于承担基本负荷，在低负荷段没有将提高效率作为设计目标，配汽机构的设计主要考虑了缩短油动机行程、保证流量特性有良好的线性等问题。

(4)减小阀门重叠度。由于每个调节阀门的流量要受到其它方面的影响，为了保证总的流量特性具有良好的线性度，使汽轮机具有合适的不等率，以确保动态调节品质，满足电网一次调频的稳定性的需要，阀门的开启要有一定的重叠度。为使总的流量特性有较好的线性度，需在前一阀门流量特性线性度变差之前开启第二个阀门，这就产生了阀门的重叠度。若能将阀门的流量特性的线性段延长，将会减小阀门的重叠度，提高效率。

3.结论

不同的配汽方式各有利弊，可以根据锅炉运行的不同时段选用不同的方式，各种方式相结合来达到高效。针对电厂汽轮机组运行过程中的发现的实际问题进行理论和实验分析，找出了问题原因在于不平衡汽流力的存在。分析后阐明了不平衡汽流力对机组运行安全性和经济性的影响，并可知道调节级配汽不平衡汽流力随着主汽压力的升高将不断增大。提出通过改变汽轮机进汽顺序，采用对称进汽的方式进行配汽优化，消除不平衡汽流力，起到了解决安全问题和提高效率的目的。■

【参考文献】

［１］于达仁,刘占生.汽轮机配汽设计的优化.海尔滨.动力工程.第27期.

［２］李强,刘金福.汽轮机配汽设计优化技术.海尔滨工业大学.

［３］裴东升,韦红旗.汽轮机组配汽方式的推荐.南京东南大学.汽轮机技术.第50卷.第六期.

［４］康松,杨建明,胥建群.中国电力出版社.汽轮机原理.