机组运行方式的优化

机组运行方式的优化

1 前言

汽轮发电机组为核心的大型发电厂是能源转换的重要方式，又是消耗一次能源的大户。汽轮发电机组在能量转换过程中，由于存在着各种能量损失，燃料具有的能量不可能全部转变为发电机发出的电能，因此，通常用各种效率和热经济指标来衡量、评价机组中能量转换过程的完善程度。影响机组热经济性的因素很多，归纳为：主要设备的内在性能和机组运行管理水平。就电厂而言如何提高发电机组的经济性，关键在于优化机组的运行方式，减小机组运行的节流损失，有效提高机组的运行参数。

2 机组滑压运行的优势

纯滑压运行的汽轮机，由于没有低效率的调节级，不仅在额定负荷时，可较定压运行热经济性提高0.4%左右，而且在低负荷时，也较定压运行的经济性为高。单元机组的热经济性，可以近似输出净功率的循环实际效率（机组的绝对内效率）来表示，它决定于汽轮机的相对内效率、循环的热效率和给水泵的耗功。

1）两种运行方式下汽轮机的相对内效率比较如图1所示，定压运行时ηri 随负荷降低而显著下降；滑压运行时，ηri与负荷基本无关，不会随负

荷减少而降低。这是因为滑压运行是全周进汽节流损失小、蒸汽容积流

量基本不变，漏汽损失小、末级湿度减小等。

图1：两种运行方式下汽轮机的相对内效率

2）低负荷下的循环热效率ηt，一般情况机组的滑压运行都较定压运行为低。虽然这时再热汽温度较定压运行为高，可以使ηt有所提高，但由于

新蒸汽压力随负荷减小而降低，使ηt减小较多。根据水蒸汽的特性，设

计工况时蒸汽参数愈低，它的下降也愈显著。

3）总的来说，机组的毛绝对内效率ηi=ηtηri，只有在蒸汽初参数足够高和负荷较低时，滑压运行汽轮机的ηi才有可能比定压运行喷嘴调节汽轮

机为高。

4）给水泵是单元机组能耗最大的辅机。其功率约占主机容量的2%~7%。因此降低给水泵的功率对发电的热耗和效率影响很大。单元机组滑压运行

时，给水泵亦滑压运行，低负荷时它的压力流量都同时降低，因而耗功

将明显下降。在50%负荷时，滑压运行给水泵的耗功仅为定压运行时的

55%。

因此在低负荷时考虑了给水泵的耗功后，机组的热经济性（净的绝对内效率）更有利于滑压运行。图2为一台滑压运行汽轮机，相对于定压运行喷嘴调节汽轮机的热经济性比较图。图中以净热耗率的相对值Δq来表示热经济性。由图上可以看出：蒸汽初参数低于12.5MPa的采用滑压运行，除额定负荷附近，并没有经济性的好处；蒸汽初参数为18MPa的滑压运行汽轮机，除50%以外负荷时，均比定压运行时热耗率低；25MPa初参数的汽轮机，则在整个负荷变化范围内比定压运行喷嘴调节汽轮机的热耗率低。

图2：滑压运行汽轮机理论计算的热经济性

3 机组运行方式的确定

通过对机组滑压运行优势的分析，只有超临界机组采用全周滑压运行方式具有好的经济性。而对于亚临界机组，从机组的经济性、稳定性和安全性等方面综合考虑采用定-滑-定的综合滑压运行方式更为合适，通过修正机组的初压曲线使机组达到最佳运行状态更具有实质性意义。

国产300MW~600MW级采用喷嘴节流调节的亚临界汽轮机组通常所采用综合滑压运行方式，在0~40%和90%~100%工况范围内为定压运行，在40%~90%工况范围内为滑压运行，综合滑压运行方式为两种情况：第一种情况是具有恒定的节流调节量10%，实际滑压与自然滑压的比值为1.1，即Pact=1.1Pnat；第二种情况是实际滑压和自然滑压有5%~10%的平移，即Pact=Pnat+5%~10%，具有5%~10%的节流调节量。如图3所示：

图3：机组滑压运行方式

确定机组采用哪种滑压运行方式的依据是根据机组采用顺序阀运行时调节阀的开度。对配置四个调节阀的汽轮机组，滑压起点通常分为二阀起滑、三阀起滑和四阀起滑。滑压曲线如图4所示：

图4：不同滑压点曲线

相同的负荷三阀起滑的主汽压力比二阀起滑的主汽压力低，相应给水泵耗功少，但整个循环热效率低。四阀起滑的主汽压力比三阀起滑的主汽压力更低，相应给水泵耗功更少，但整个循环热效率更低。因此不同滑压方式在各个负荷下的经济性如何主要看循环效率降低与给水泵耗功减少谁占优势。大量试验表明，二阀起滑经济性最好。

在负荷小于90%THA时，有二个阀开启，第三和第四个阀关闭，滑压运行时开启的二个阀也都处于全开情况下，因此节流损失小。在90%负荷以上二个阀全开，第三个阀开始开启，在100%THA工况三个阀基本处于全开位置，节流损失小；在负荷变化时，第三个阀门顺序开大或关小，只有第三个阀处于非全开状态而存在节流损失，因此对整个机组来说有较小的节流损失。当负荷大于100%THA时，有三个阀全开，第四个阀处于非全开状态，也有较小的节流损失。

4 机组滑压运行曲线的汽耗率修正

通常根据机组的负荷指令确定滑压运行方式后，机组在设计工况下运行具有最好的经济性，但由于机组运行参数的变化，如蒸汽温度的变化、背压的变化，特别是目前广泛投运的空冷机组，背压受季节、环境温度、风力、风向、湿度等因素的影响变化较大，机组的汽耗率增加，使机组在滑压运行时，第三阀就处于非全开状态，增加了机组滑压运行时的节流损失，不利于机组的经济运行。

确定机组的滑压运行方式，并适应机组运行参数的变化，保证机组最佳的经

济性，曾提出过多种不同的方法，如热力试验，采用蒸汽流量取代机组负荷指令确定压力定值，采用机组的背压或循环水温度进行压力修正等等，都与机组的控制原理相违背或者不利于工程实施。

汽轮机的经济性指标是以其进汽量和进汽压力匹配为基础的，笔者提出的利用汽耗率对机组的滑压运行曲线进行修正，保证了机组滑压运行的最好经济性。通常在协调控制系统中，根据自动控制原理机组的滑压运行曲线是根据机组的负荷指令形成的，当机组的汽耗率发生变化时，根据机组的汽耗率修正机组的滑压比例，始终保证汽轮机组的进汽量与机组的进汽压力相匹配，始终保证高压调汽门运行在最佳的工作点，保证机组运行较小的节流损失和控制系统的稳定。即：

⎥⎦

⎤⎢⎣⎡∆-⨯⎥⎦⎤⎢⎣⎡++=t n t t U S T S T N D N P 100100)1(1)1(12100，如图5所示： 式中：

P 0：压力设定值

N 0：负荷指令

N t ：机组负荷

D t ：主汽流量

ΔU t ：节流量

5 结论

利用汽耗率对机组运行方式的优化，效果显著，机组的汽耗率每增加1%，通过对机组运行曲线的优化，可提高主汽压力0.1667MPa ，机组的热耗降低5KJ/KWh ，约降低煤耗0.25g/KWh 。如图5所示：