深度调峰对汽轮机设备影响的分析及建议

深度调峰对汽轮机设备影响的分析及建议

葛永永

国能宁东第一发电有限公司 宁夏 银川 灵武 750408

摘要：现今深度调峰发展越来越快，已经成为运行主要内容，随着调峰方式不同其安全性能、深度以及灵活都各不相同。在调峰运行过后，会产生大量的热量，汽轮机金属温度产生周期性的改变，造成设备使用寿命降低，各种辅助机运行稳定性也随之降低。需要对其开展优化工作，确保机组能够正常、稳定以及高效运行，增强汽轮机使用寿命。

关键词：深度调峰；汽轮机设备；影响

引言：汽轮机属于一种透平机械，能够使气体热能与机械功发生转化。具体转化过程为，通过将对煤炭进行处理，使其成为煤粉，然后利用煤粉来加热锅炉，使锅炉中的水变成水蒸气，进入到高压缸，之后开展二次加热，使其进入中压缸内，通过中压缸内蒸汽使汽轮机发电。近年来，我国发展越来越快，居民和第三产业占据电力消费比重逐渐增加，造成电力消费结构发生相应变化，为此我国发布众多与大型燃煤机组调峰相关政策，鼓励各个电企业对机组调峰进行创新和完善，但是随着机组调峰的深入，各种问题逐渐凸显，对汽轮机和辅助都产生一定影响，需要对其进行分析和研究，寻找解决方法。

1. 深度调峰概述

所谓调峰主要就是指，在用电高峰时期，电网会超出其能承受负荷，为使电网能够正常运行，让用电功率能够平衡，发电部门会对发电机做出相应改变，从而适应当前电负荷，这就是调峰，常见的调峰方式有以下三种。

1. 变负荷调峰。这种调峰方式主要是对机组负荷进行改变，以此来适应不同负荷的电网。当电网高峰时期出现，电网负荷超出时，机组就会在额定出力下运行，或者在最大连续出力的情况下运行；当电网负荷出现低谷时，机组也能够在低负荷下运行；在电网负荷产生一定变化过程中，机组可以快速地对负荷进行升降。这种运行方式的优势：能够最大程度减小设备寿命损耗；并且其操作简单，只有在负荷过低时，才需要操作水泵、凝结水泵、循环水泵等。缺点，这种调峰方式，调峰深度一般能够到40%，当负荷率过低时会大量消耗煤炭等，对经济会产生一定的不利影响^[1]。

第二，两班制调峰，主要就是利用启、停部分机组来对电网负荷进行调整。当电网负荷在低估时期，停用部分机组，下一次投入运行则是在电网负荷的高峰时期出现之前。这种运行方式的优势，这种调峰方式能够将负荷降低至零，具有很强的优越性。缺点，由于两班制调峰特殊性质，导致其在一般情况下部分机组每天需要停用7个小时左右。这也导致机组在每天会频繁地启停，造成机组寿命降低，另外，在运行时需要大量的设备，极易出现安全问题，灵活性也相对较差，在锅炉点火之后需要60min～90min才能满负荷热启动^[2]。

第三，少汽无负荷调峰，这种运行方式，主要就是在负荷的低谷时段，把机组负荷进行降低，到零为止，但不会从电网当中解列，让发电机带进行无功运行；并提供少量参数较低的蒸汽给汽轮机，热量主要是用冷却鼓风摩擦来产生的，到下一次电网负荷增加过程中再转换发电方式，使发电机带开始有功运行。少汽无负荷调峰方式的安全性、复杂性、灵活性都处于两班制和变负荷调峰之间，但是其调峰深度与两班制调峰相同都可以将负荷降低到零。

二、调峰深度对汽轮机设备的影响

（一）深度调峰对设备主体的影响

在深度调峰运行过程中，当负荷降低到30%或者更低之后，对汽轮机的缸温以及缸温差都具有重要影响。不同负荷情况下，高压调门开度以及汽轮机各级段压降都会发生相应变化，这也就导致通流部分产生变化。低压通流部分，因为进入其中的汽温度相对不高，各个监视段温度不会产生较大变化；而高压通流以及中压通流这两部分，由于其需要对汽门节流进行调节，并且压降变化相对较快等各种原因，导致温度会发生很大改变，特别是在定压运行以及高压调门节流情况较为严重的背景下，对高压通流部分温度会产生很大影响，温度出现下降状况^[3]。如果不及时进行改进和完善，仍旧长期频繁运行深度调峰，就算使用滑压的方式运行深度调峰，并对负荷升降速度进行管控，也会因为缸温出现周期性变化，从而导致低周疲劳产生，甚至会使部分密封部件受到破坏，如：汽缸中出现分面张口情况、导汽管密封遭到破坏，进而造成汽轮机漏汽，汽缸内部温差过大、温度过高、汽缸形状发生改变等各种问题，会使汽轮机使用寿命降低。

2. 低压通流部分安全性受到影响

深度调峰运行下，当容积流量降低时，汽流就会走静叶的内部并朝向根部涌去，而在动叶片内部气流则偏向外缘，对动叶片根部具有一定影响，可能会造成动叶片根部脱流，动叶片外缘与喷嘴之间的间隙处出现涡流，极易出现各种风险，如：鼓风、叶片颤振以及低压末级动叶片被水蚀等。为了使低压通流部分运行安全受到保障，当前，汽轮机低压缸的最小排气量，会受到一定限制，但是不同商家制造出的汽轮机，对最小排气量的具体规定差别很大，例如哈汽型汽轮机，C250/N300-16.67/537/537/0.4型号排汽流量最小需要在140t/h左右，而CLN600-24.2/566/566型号汽轮机排汽流量最小则为270t/h左右。

（三）对机组经济性产生影响

在深度调峰运行过程中，各个辅机以及机组运行工况会出现一定改变，与最初规定设计值出现大幅度偏离情况，造成汽轮机热耗率、供电煤耗率等各种经济性指标都会受到影响，经济效益大幅度降低。

（四）对相关辅助设备使用寿命影响

在对机组进行调峰时，机组负荷会发生改变，这也会导致给水泵内部介质温度以及压力受到影响，产生相应变化。在机组负荷量上升的过程中，除氧器压力、温度就会相应提升，低温泵体内会流入温度较高的水，造成热冲击。而当机组负荷降低时，泵体内部介质温度也会发生变化，受到热冲击。当泵体长期承受热冲击，必然降低给水泵的使用寿命，减少经济效益^[4]。

机组负荷在降低或者上升时不仅给水泵会受到影响，回热加热器也会受到一定影响，温度、压力等各种参数出现变化，在机组负荷出现大幅度升降时，回热加热器将承受交变应力。回热加热器当中的金属部件长期承受这种交变应力，使用寿命大大减少。因此，在机组变负荷之前，需要对负荷变化率进行严格管控。在回热加热器解列之后，投入使用过程中，要根据规定温度上升速率对进汽阀开启度控制。各个回热加热器在进行连续排汽时，需时刻保持通顺，防止加热器内部不凝结气体出现排出不及时情况，让换热效率得到有效提升，增强金属部件使用寿命。

三、深度调峰运行建议

（一）分析和研究深度调峰运行中可能会出现的问题

在开展机组负荷深度调峰之前，需要对机组主副设备可能存在的问题进行统计梳理，分析深度调峰缺陷，择机处理，不断地对主辅设备运行方式开展改善措施，对逻辑进行控制，例如：除氧器水位、小机汽源、给水泵最小流量阀、加热器水位以及轴封供汽系统等，使各个设备都能够充分适应深度调峰，让机组运行稳定性得到保障。另外，要结合深度调峰相关政策，研究机组具体深度调峰能力，从安全性、稳定性、经济效益等各个方面开展评估，从而合理对机组长期深度调峰目标值进行制定和规划。

（二）利用亚临界机组提升经济效益

在对机组开展深度调峰时期，由于汽轮机的特殊性质，导致机组具体运行工况与最初设计工况出现很大程度偏离，这对机组运行过程中安全性会产生不利影响，经济效益降低，同时，还会使机组寿命损耗速度加快，严重降低机组实际使用寿命。因此，要不断地对深度调峰技术进行研究和创新，积极地展开深度调峰相关试验，确保深度调峰能够安全、高效运行。如果只考虑机组经济性，在开展时可以充分利用亚临界机组，通过对亚临界机组深度调峰、超临界机组深度调峰等进行分析，可以明显观察到亚临界机组在深度调峰时经济性指标下降相对较小，因此可以多安排亚临界机组开展深调峰工作。

结束语：综上所述，当前我国深度调峰已经被广泛普及，但是在深度调峰期间，各种辅助设备和汽轮机可能会出现偏离最初设计工况的现象，对机组运行安全产生不利影响，降低设备使用寿命，需要对深度调峰技术进行深入分析，合理制定深度调峰目标值，对各个环节进行严格管控，确保深度调峰能够稳定运行。

参考文献：

[1]张彬,赵金涛,崔燕君.燃煤火电机组深度调峰交易收益测算模型与分析[J].河南科技,2020,39(34):76-79.

[2]陈宇,应光耀,包劲松,马思聪,顾正浩,鲍文龙,汤谦勇.浙江省燃煤机组深度调峰汽轮机设备影响分析[J].浙江电力,2019,38(10):100-105.

[3]侯荣利.600MW机组深度调峰设备危险点研究[J].河南科技,2019(29):39-42.

[4]吴瑞康,华敏,秦攀,包劲松,楼可炜,丁阳俊,樊印龙.燃煤机组深度调峰对汽轮机设备的影响[J].热力发电,2018,47(05):89-94.