600MW汽轮机组运行方式优化研究

600MW汽轮机组运行方式优化研究

孙守明

孙守明

（国电双鸭山发电有限公司发电部黑龙江省155136）

摘要：针对影响汽轮机组效率的因素,研究了改变机组运行方式提高机组效率的途径。在分析了大量运行数据的基础上,将联合考虑负荷和阀点的运行优化方式应用于某600MW汽轮机组,得到该机组的最佳滑压曲线和最优运行方式。与以往滑压曲线相比,该滑压曲线更准确,更适用于机组实际运行工况,有利于提高机组的运行效率。

关键词：600MW汽轮机组运行方式优化

引言：

近年来,600MW及以上火电机组已成为电网的主力机组,其在电网中参加调峰运行已是大

势所趋。若机组长时间偏离设计工况运行,会导致运行经济性降低、存在安全隐患等诸多问题。在满足调峰需求的同时,保证机组的安全运行、提高机组运行经济性则成为人们关注的热点问题。汽轮机运行热耗率受通流部分特性、回热系统特性、环境条件、运行参数、高压调门特性以及运行方式等因素的影响。而对于已运行的机组,通流部分特性、运行参数已定,只有运行方式可以人为地改变。

1.600MW亚临界发电机组汽轮机的节能优化问题

1.1汽轮机的工作原理

作为一种以蒸汽为工质的旋转机械，汽轮机可以将蒸汽热能转换为机械能。而作为得到最广泛应用的原动机，汽轮机具有单功率大、效率高、运行稳定和寿命长的优点。就目前来看，汽轮机主要由汽缸、转子、叶栅、汽封、进汽阀、轴承、油系统、安全系统、滑销系统和控制系统等多个部分组成。在工作的过程中，汽轮机将利用进汽阀进行具有一定能量的蒸汽流量的调节，从而满足自身的功率需求。而在此基础上，汽轮机将利用喷嘴叶栅将进入汽缸的蒸汽热能转化成动能，并将这些动能进一步转化成机械能，从而利用蒸汽作用完成需要完成的任务。因此，从原理上来看，汽轮机是实现蒸汽内能向转子动能转换的设备。

1.2600MW亚临界发电机组汽轮机结构

亚临界600MW的汽轮发电机组，在火力发电行业得到了广泛的应用。在结构上，该汽轮机的通流部分由高、中、低压缸三个部分组成，其中的高压缸为单流和顺流高压缸。在工作的过程中，蒸汽将通过主汽阀和调节汽阀进入到高压缸，而每个高压缸都连有两个高压进汽接管，并且每个高压进汽接管都配有三只压力密封环，可以防止蒸汽的泄漏。在蒸汽进入到蒸汽室后，将通过喷嘴组和冲动式调节级和压力级从高压缸下半部分排汽口进入到锅炉再热器。而通过再热器后，蒸汽则要进入到中压缸。600MW的汽轮发电机组的中压缸为双流对称结构，所以蒸汽进入后将从两侧流经压力级，并最终从排汽口排出。在经过连接管后，蒸汽则将进入到低压缸。而机组的低压缸为反动式双流结构，所以蒸汽将在通流部分的中部进入，并分成两路流入到排汽口，并最终进入到凝汽器。此外，汽轮机本身具有四根转子，分别为高压转子、中压转子和两根低压转子。而四根转子临界转速低于工作转速，可以保证汽轮机组的平稳运行。

1.3汽轮机的节能优化问题

就目前来看，汽轮机的运行方式可以分成是滑压运行和定压运行。但是，在利用定压运行方式的情况下，系统存在着一定的节流损失。而将系统设定为滑压运行，则需要利用锅炉进行机组负荷的调整，继而难以满足电网的快速负荷要求。所以，大多数企业采用了负荷变压运行方式，既定-滑-定压运行方式，即在低负荷阶段采用定压运行，在中负荷阶段采用滑压运行，在高负荷阶段采用定压运行，从而吸取两种运行方式的优点。然而，就目前来看，汽轮机在顺阀运行时的效率比单阀运行要高，但顺阀运行却会出现机组振动增大、轴承温度过高和上下缸温差过大的问题。从热力循环理论对这一问题进行分析可以发现，汽轮机在滑压运行时，进汽阀的节流损失将得到降低，而汽轮机高压缸的焓降则越来越少、循环热效率降低，继而造成了机组内效率降低。因此，需要综合考虑这些因素，并进行合理的汽轮机滑压运行曲线的设计，才能使机组运行具有更高的经济性。

2.应用实例

2.1推荐测试的负荷

将上述理论运用于某电厂600MW机组运行优化研究,滑压运行在50%～90%额定负荷

段。主要考虑在50%以下负荷时,机组处于小流量运行工况,能耗较高,经济性较差;90%负荷以上,采用喷嘴调节方式,经济性差别实际甚小;定压运行循环效率高,经济性较好。参考国内同类试验,并结合该厂实际运行情况及机组在3阀和2阀全开时所能带的最大负荷,试验安排90%、80%、70%、60%、50%等负荷点,拟定以下工况,见表1。

表1某600MW机组定滑压运行试验工况

2.2测试内容与测试结果

每个工况的测试内容可以采取ASMEPTC6简化试验方法,准确测量汽轮机组热耗率。为了

便于与设计工况和相同负荷下各种运行方式进行比较,对试验热耗率和电功率进行相应修正。根据各试验工况修正后的热耗率和电力功率绘制热耗率与负荷的曲线。曲线一共分为5组,即定压运行曲线、常规滑压运行曲线、3阀点滑压工况曲线、2阀点滑压工况曲线、复合滑压工况曲线。

2.3最佳定滑压曲线形成

根据上述经济运行方式,即随着负荷的下降,经济运行方式转换是:定压-复合滑压-3阀点-复合滑压-3阀点-2阀点。考虑到试验的精度及该运行方式在操作上存在一定难度,阀门反复启闭会造成操作不便,并可能存在一定的安全隐患,在330～370MW负荷段,3阀点与2阀点滑压运行经济性相差不大,同时为避免阀门的反复启闭,采用2阀点滑压与300～330MW负荷段一致。最后结合现场可操作性、安全性及相应修正理论得到最佳滑压曲线,见图1(b)。为分析本文所用试验方法与以往试验方法所得到的定滑压性能曲线的不同之处,不包括复合滑压工况的常规最佳定滑压曲线,见图1(a),阀门开度依次为:580MW,定压;540MW,定压;480MW,3阀全开;420MW,3阀全开;360MW,3阀全开;300MW,2阀全开。

(2)图1(b)中曲线在420～480MW负荷间的最佳压力并不是直线上升的,而是呈现出近似水平的一段,并且每段斜率也不一样,这与图1(a)中曲线不同,与常规方法相比,该方法得到的

滑压曲线更精细,能够准确地找到机组经济运行方式。

(3)根据图1(b)中的最佳滑压曲线,可以确定机组在各负荷下的经济运行方式,见表2。

4.结语

在进行600MW亚临界发电机组汽轮机的节能优化时，可以通过试验得出汽轮机运行压力的优化曲线，然后根据曲线进行汽轮机运行压力的优化调整。而从试验结果可以看出，在负荷小于300MW时，机组可采用定压方式运行。在机组负荷在300MW到410MW和500MW到583MW之间，机组可以采用滑压方式运行。此外，在410MW到500MW和583MW到600MW之间，机组可以采用定压方式运行。而在新的运行曲线下，机组的供电煤耗将得到明显降低。

参考文献

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