汽轮机性能测试及经济运行模型的建立

汽轮机性能测试及经济运行模型的建立

李仕光

中国能源建设集团广东火电工程有限公司 广东广州 510735

摘要：对汽轮机性能的测试，是根据其性能的反馈，找到优化其性能的方式，而在测试中，也会总结其出现的问题，针对问题给出解决方案，以此优化整个机组的运行。通过对汽轮机组开展经济性能测试，查找机组运行过程中影响性能提升的问题。对问题进行分析，提出改进意见，提升机组运行工况。

关健词：汽轮机性能测试；机组运行；经济运行模型

引 言

汽轮机是火电厂的主要设备，通过汽轮机性能试验可以获取汽轮机组的热力性能数据，这对于研究汽轮机运行的经济性和安全性，促进发电企业节能减排目标的实现具有重要意义[1]。在国家去产能调控及环保核查压力下，钢铁企业普遍加强了自发电量提升的要求。自发电量的提升不仅能够缓解企业成本压力，而且对完成节能减排任务起着至关重要的作用。对于纯燃煤气锅炉的发电机组，如何在调节管网煤气压力的同时兼顾发电效率，实现能源利用最大化已经成为亟待研究的课题之一。为提高发电的效率，需进行机组内汽轮机性能的测试。

1、现状及问题的提出

该试验与具体应用，是以莱钢能源动力为例，现有四大作业区10台汽轮发电机组。除两台干熄焦余热机组外，其余机组全部为锅炉纯燃煤气发电机组。受地域分散、锅炉纯燃煤气限制，汽轮发电机组承担着发电和平衡煤气管网压力的双重作用，由此出现了发电负荷波动频繁、机组运行效率低的问题。据统计，国内50 MW以下小型汽轮机效率多在25%~27%，效率高的机组可以达到30%左右。而我厂大部分机组平均效率在25%以下，与先进水平存在一定差距。如何提升机组运行效率成为提升汽轮机经济性能的一项重要工作。为进一步提高能源利用率，提高机组效率，对各汽轮机组进行了经济性能测试。

2、汽轮机性能测试的方式与创新点

2.1测试方式

开展性能测试的总体思路是通过性能测试寻找提升机组效率的方法，对工艺及计量仪表进行校准，确定最佳循环水量及温度；试验锅炉蒸汽参数对汽轮机组的影响，确定不同工况下各汽轮机组的最佳经济运行区间；建立全厂汽轮机组经济运行模型。主要方法就是以汽轮机汽耗作为考核基准，在满负荷、半负荷等几种常见负荷模式下，分别对纯凝、调整不同抽汽量等状态下的汽耗进行统计。同时在不同模式下对循环水量进行调整，观察记录汽轮机真空度变化，综合考虑循环水泵耗电量与汽轮发电量的关系，寻找最佳契合点。在能够实现单元制机组中，对锅炉侧参数进行统计。对主蒸汽温度、压力等对效率有的影响参数进行分析，缩小蒸汽温度、压力控制范围。模拟实际运行工况，对各机组实际运行效率进行实测和排序。依照效率高低规定不同生产模式下发电机负荷控制范围及机组启停顺序，建立经济运行模型。

测试汽轮机的性能，是基于测试了解汽轮机的性能，并找到优化性能的方法，优化工艺的使用，校准计量表，并明确各类因素对工程建设的影响，确定不同的工作情况下，各汽轮机的经济运行区间，最终构建经济运行模型。其运用的方式是，根据汽轮机现有的汽耗，把汽耗放到多个运行模式下，对不同工作状态下的汽耗进行统一处理。而根据多个模式，也可以调整具体的循环水量值，记录真空环境下，汽轮机的运行情况，让多个操作找到最佳的融合方式，同时，这也可以准确记录机组整体运行中，锅炉的侧参数。另分析锅炉温度、压力的变化对锅炉的影响，可根据最终的影响结果，调整温度与压力的控制范围。

此外，基于这一方式，也会模拟汽轮操作的基本情况，得到每个机组的基本运行效率，根据效率的高低，调整发电机的负荷，以此为依据，构建经济模型。

2.2创新点

上述方式是汽轮机组性能测试运用的主要方式，从中可以得到多个创新点。

融合单元制、母管制机组。在整个机组中，有一些机组采用的运行方式是母管制，虽然会记录锅炉的侧参数，但这一参数并不能反应出最终的结果。因此，为让结果直接反馈出来，是基于现有主力机组的的运行状态，进行单元制试验，其他机组的实验是供汽试验。试验操作中，会保证锅炉内有充足的煤气，可得到稳定的工艺参数，用得到的数值与标注数值比较后，发现存在的问题，并修改工艺仪表中错误的数据[1]。

2.3分析循环水量对效率的影响

循环水量对汽轮机的直接影响是，改变汽轮机的真空度。因为锅炉的循环水系统的模型是母管制，随着水泵使用量的增加，水泵的区域耗电量也随之增加，所以对影响的分析，是根据相应的公式，以及真空度等数值，找到水量循环的最佳方式，让整个机组的运行满足经济性提出的要求。具体实验中，会调整循环水泵的开启、停止运行，记录开启、停用的水泵数，以及随着数值变化机组真空度的变化情况，以及机组运行效率，把效率与电量使用数值对比后，找到最佳的供水方式。比如以一台50MW的发电机为例，如果减少一个水泵的使用，机组的真空度下降，从原有的88.4kPa变动为87.2kPa，水压也从0.15MPa变为MPa，而用数值对比后，得出其效率有一个百分点的下降，蒸汽消耗是一小时10t。但需注意的是，机组中内循环水泵的功率只有630kW，因此只减少一台水泵，机组的运行并未体现出经济性。

2.4根据凝结的水量修正蒸汽量

因受现场环境的限制，一些机组所占的空间有限，所以其蒸汽计量装置的安装有误，与安装规范不符。所以，为避免因为计量表的数值错误出现的误差，可用凝结水与蒸汽量等量的原则，用便携式流量计测量凝结水的水量，根据水量的多少，调节蒸汽量的数值。比如检验以太汽轮机时，试验人员共花费56h，发现它的进气流量较高，随后，马上对相应的参数加以修正，最终得到了真正的数据。

2.5采集数据并用计算修正补偿

数据的采集是使用数据采集器，构建采集系统，以此得到数据，完成计算。数据采集器的使用，是用编写的设备NI CDAQ采集，建立数据化平台，在平台内放入不同的模块与接口。其具有的优势是，平台操作具有可操作性，不会被外界环境干扰，且平台也不会被震动影响，可在不同的环境中使用。具体采集中，会使用不同型号的设备，比如IMP、NI CDAQ，前者的具体规格是：分辨率为16位，采样率是20S·s-1，适用工作环境的温度是最低温为-20℃，最高温是70℃，初步实现网络实时性的传输，后者的分辨率是16位，采样率为200kS·s-1，适用的工作环境是，最低温是-20℃，最高温是55℃，实现网络高效的实时传输。基于此构建信息采集系统，是构建分散数据采集系统，制作便携的数据采集仪，完成数据采集。

数据采集后，技术人员会计算参数，修正数据，即以固定温压补偿为例，是用采集仪收集到机组的温度变化值并计算后，可修正温压补偿的数据。即试验进行中设定的蒸汽流量压力参数范围在3.7到3.9之间，但数据采集并分析后，得到其运行压力在3.3到3.5之间，根据流量参数修正公式，对固定温压补偿的流量数据进行修正。测试中蒸汽流量压力设定参数为3.7~3.9 MPa，而实际运行参数为3.3~3.5 MPa，造成汽轮发电机组蒸汽流量数据失真，影响试验效果。利用修正公式对数据进行了修正补偿，通过计算该点修正系数为0.954，保证汽轮机进汽量更加准确。

式中： ----量修正系数；

----表计温度；

----实际温度；

----表计压力，MPa;

----实际压力，MPa。

2.6对射水箱控制温度进行优化

试验过程中发现各射水抽汽式汽轮机组射水箱温度参数差异较大。查阅汽轮机相关资料后发现，射水抽汽式机组要求射水箱温度低于26℃。试验中当汽轮发电机组射水箱温度由33.6℃降低至26.3℃，其真空度上升了1.7 kPa，汽轮机效率提升了2.2%。根据测试结果绘制了同一工况下射水箱温度降低真空升高趋势图，见图1。

图1同一工况下射水箱温度降低真空升高趋势图

3、经济运行模型的建立

经济运行模型的构建，是根据每个机组的运行情况，综合数据与试验，对接受试验的调查进行排序，以此确定所有机组中的主力机组，调整其最佳的发电负荷，明确可使用的抽汽量，设定运行参数。同时，要求如果可使用的煤气充足，机组负荷的变化应控制在一定范围内，即不可超出5MW，蒸汽的温差是10℃，压力的差值是0.2MPa，而在此基础上，也明确进入特殊时段后，不同区域机组的最低负荷，保证自身发电量的充足[2]。

4、应用

该试验与具体应用，对现有的10个机组进行了分析，这些机组中有8台为锅炉纯煤气燃气机组，这些机组的作用是，在发电与煤气之间平衡，其实际运行中，运行的效率较低。而用分析循环水量对效率的影响、并用误差修正进汽量后，优化了这些机组的运行，提升了性能，并针对机组的运行情况，有针对性的开展了能效提升工作。经济运行模型运行后，月自发电量较同期增加约500万kWh，机组平均效率提升近1%，估算年可节约标准煤1.55万t，创造效益600余万元。同时社会效益也很可观。经过预算年可减少排放二氧化碳4.04万t,二氧化硫132.1t,氮氧化物115 t，环保效益同样明显，也减少了污染物的排放。

5、结束语

汽轮机性能测试与经济运行模型的建立，是各企业根据国家相关政策提出的要求，以及企业自身汽轮机组的运行，选择适合的方案完成试验，以对机组的使用情况有基本掌握，提升性能，优化机组的运行。而这一方式下，也会帮助企业完成预设的目标，增加可得到的综合效益。

参考文献

[1]汽轮机设备系统及运行[M].中国电力出版社,胡念苏,2009

[2]汽轮机技术问答[M].中国石化出版社,张克舫,2006

[3]汽轮机试验[M].中国电力出版社,刘凯主编,2005

[4]数据采集器在汽轮机性能试验数据采集中的应用[J].方立军,张晗,郭江龙,王妍飞,张晓博,曹通.电站系统工程.2015(03)

[5]汽轮机性能试验无线数采系统开发与应用[J].张世海,晋风华,姜延灿,兰中秋.湖南电力.2014(06)