摘要:汽轮机组长期低负荷运行,在变负荷运行时可采用定压运行和滑压运行两种运行方式。本文定性地分析并比较了2种运行方式对机组热经济性及安全性的影响,提出了定压运行和滑压运行两种运行的优越性和经济性。

关键词:汽轮机组;经济运行;滑压运行;热经济性安全性

随着国民经济的发展,电网的用电负荷和总的装机容量比以前发生了较大的变化,以及金融风暴对经济的影响导致对用电负荷的影响,最高负荷与最低负荷的差值越来越大,使汽轮机长期处于低负荷运行状态,偏离设计工况,热经济性大大降低。一般来说,影响机组低负荷运行热经济性的主要因素有:系统设计、设备状况、运行方式、运行人员的技术水平。只有运行方式可以人为随时调整。故汽轮机在变负荷运行时,不同的运行方式的特点及其对热经济性的影响对现场节能降耗具有十分重要的意义。

1 汽轮机的运行方式

火电机组的运行方式有定压运行和滑压运行方式之分。定压运行方式是指新蒸汽压力和温度保持不变,通过改变调节阀门开度控制机组负荷。滑压运行方式是指在任何负荷下将所有调节阀门全开,使部分负荷下节流损失最小。实际上,火电机组滑压运行主要采用是将所有调节阀门全开方式。还有一种滑压运行方式,即不是所有调节阀门全开,而是一部分调节阀门全开,一部分全关,这样在部分负荷时满足进汽量要求,也可以维持一定的主汽压力。文献[1]中指出,与全开所有调节阀滑压运行相比,全开部分调节阀滑压运行虽然可能使调节级效率降低,但因为调节级焓降的增加,整个机组的热经济性仍可能得到改善。

二、不同运行方式对经济性影响的分析

汽轮机长期低负荷运行,在变负荷运行时可采用定压运行和滑压运行两种运行方式。本文将这两种运行方式的特点,分析并比较了他们对热经济性的影响,围绕西夏热电厂汽轮机组经济运行这一论题,探讨汽轮机主机运行优化问题。

1、不同运行方式调节阀门压损的变化情况

定压运行调节阀门平均压损高于滑压运行调节阀门平均压损。这是因为当机组采用定压运行时,在部分负荷时,由于调节阀部分开启,会产生很大的节流损失,所以部分开启阀门的压损很大,导致调节阀门平均压损也很大,且负荷越低压损越大,但滑压运行时由于调节阀门全开,调节阀的蒸汽几乎没有受到节流,所以调节阀门损失很小,这是部分负荷时滑压运行经济性高于定压运行的主要原因之一。

2、不同运行方式对机组相对内效率的影响

为便于比较,设滑压运行与定压运行机组的设计初温、初压、再热温度、再热压力和流量等均相同,在变负荷工况下,设再热后的蒸汽温度等于设计值,各机的再热压损也基本相等,只要个机流量G相同,以中低压缸为一级组,则中压缸的进汽压力也必然相同。则在同一流量G 下,各种运行方式的中低压缸热力过程线都一样,热经济性比较也只需比较高压缸的热经济性了。实际上定压运行在负荷较低时,因高压缸排汽温度降低,进入中压缸的温度有所降低,进入中压缸的再热蒸汽温度也有所降低。2种不同运行方式在变负荷下主蒸汽温度、再热蒸汽温度不同,从而使得中低压缸的效率会受到影响。滑压运行机组高压缸在部分负荷时相对内效率高于定压运行机组,这是因为滑压运行时主蒸汽温度不变,虽然主蒸汽质量流量和压力都随负荷的减小而减小,但各种负荷下新汽容积流量基本不变。如50%额定负荷时的容积流量与设计值只相差2%左右,容积流量不变就使各级喷嘴、动叶出口流速不变,比焓降和内效率都不变。采用喷嘴配汽,蒸汽经过全开自动主汽门后,再经过依次开启的几个调节汽门,通向调节级。因此,部分负荷时,喷嘴配汽定压运行机组调节级效率下降较多。节流配汽定压运行机组在部分负荷下节流损失较大。

3、不同运行方式对循环热效率的影响

因为滑压运行时在部分负荷下的锅炉平均吸热温度随吸热压力下降而下降,而冷源平均放热温度不变,从而使其理想循环效率低于定压运行时的理想循环效率。定压运行时,由于新蒸汽保持额定参数,循环热效率不受负荷变化的影响,但随着负荷的降低,调速汽门开度逐渐减小,进汽节流损失逐渐增大;此外,定压运行时在变工况下各级速比偏离设计最佳值,影响到高压缸的相对内效率,高压缸效率的降低导致机组相对内效率降低,带来机组经济性的下降。汽轮机滑压运行时,调速汽门全开或保持较大的开度,相对于定压运行方式节流损失较小,理论和实践上都已证明:滑压运行方式高压缸各级容积流量、理想焓降和温度随负荷变化很小,各级速比仍能保持在最佳区域内,因而各级内效率不受负荷变化的影响。

定压运行时,负荷变化时循环热效率不变,但随着负荷的降低,机组相对内效率下降,循环效率就会降低。与定压运行相比,汽轮机在低负荷滑压运行时,进汽节流损失和漏气损失较小,且末级湿度减小,使得机组的相对内效率较定压运行有较大的提高。汽轮机滑压运行,在机组相对内效率提高的同时,机组的循环热效率随之下降,但由于相对内效率的增长幅度大于循环热效率的下降幅度,使得机组的循环效率增加,因而在低负荷工况下,机组滑压运行的经济性要优于定压运行。同时,汽轮机滑压运行,随着负荷的降低,系统内压力降低,这有利于机组内漏量和外漏量的减少,对机组的经济性有改善作用。

4、不同运行方式对给水泵耗功的影响

机组滑压运行在部分负荷下的锅炉给水压力降低,用变速给水泵就可降低给水泵耗功。超高压机组给水泵功率占主机发电功率2%左右,这是一个不小的数值。因此,在考虑汽轮机滑压运行热经济性时就必须考虑给水泵耗功的变化。本机组采用液偶变速给水泵。当主汽压力降低时,给水通过给水泵的焓升会减少。给水泵消耗的功率会下降。滑压运行时汽轮机给水泵所消耗的功率,要比定压运行小得多,且主蒸汽流量越低,两者的差距越大。

三、不同运行方式对安全性的影响

当不同运行方式调节级级后温度变化时, 汽轮机各零部件内温度分布不均匀或汽轮机各零部件变形受到约束,就会在汽轮机各零部件中产生热应力。热应力的大小与零件温度变化值成正比。可见温度变化幅度越大,产生的热应力就越大。因此可用温度变化值来表征热应力的大小。定压运行随着负荷的降低调节级后温度急剧降低,温度变化幅度大,转子热应力较大,对于机组的安全性有较大的影响,因此,在机组的运行过程中必须限制变负荷的速度,以避免负荷变化过于剧烈导致较大的热应力和热变形。限制机组变负荷的速度,就会影响机组参与电网一次调频的能力,对于电网频率的稳定和供电品质的提高是不利的。相对于定压运行,滑压运行调节级级后温度不是随着机组负荷的降低而降低,而是随着负荷的降低而略有增加,而且温度变化的幅度很小,转子热应力较小,因此变负荷速率可以较大,大大的提高了机组参与电网一次调频的能力。

四、结论

1、当机组采用定压运行时,在部分负荷时,由于调节阀部分开启,会产生很大的节流损失,导致调节阀门平均压损也很大,且负荷越低压损越大;滑压运行时由于调节阀门全开,调节阀的蒸汽几乎没有受到节流,所以调节阀门损失很小,定压运行调节阀门平均压损高于滑压运行调节阀门平均压损。

2、对机组的实际运行,可采用复合滑压的运行方式,但何时由定压运行切换到滑压运行更经济,则不仅需要进行汽轮机、各主要辅机及其系统的变工况理论分析,而且还需要一定的实验确定。

3、滑压运行时,由于调节级级后温度基本不随主蒸汽流量变化,转子热应力较小;与定压运行相比,滑压运行1段和2段抽汽温度较高,会对高压加热器的安全性产生不利影响。

4、在滑压运行方式中,初压的确定也是一个很重要的问题。只有选取最佳的初压,才能使滑压运行的优越性得到充分的发挥。而初压的确定也需要进行汽轮机、各主要辅机及其系统的变工况理论分析。

参考文献

1 沈仕一,庄贺庆,等.汽轮机原理.北京:水利电力出版社.1992

2 杨勇平,王加璇.火电机组耗重特性的在线确定与机组间负荷最优分配.电站系统工程,1995

3、东方汽轮机厂C200/140-12.75/0.245/535/535型汽轮机使用说明书