配汽机构对汽轮机组经济性的影响及优化研究

第57卷第6期2015年12月汽轮机技术TURBINETECHNOLOGYV0L_57NO6DEC2015配汽机构对汽轮机组经济性的影响及优化研究宗绪东，孙奉仲1华电国际技术服务中心，济南250014；2山东大学，济南250061摘要分析了配汽机构节流损失影响汽轮机组经济性的机理，指出节流损失导致汽轮机理想焓降的降低、做功能力下降。组成配汽机构的各个部件，包括主汽门、调节汽门、滤网、预启阀等，与节流损失的形成均有关系，部件的特性和配汽方式也会影响汽轮机配汽机构的节流损失。分析了节流损失产生原因，并提出了减少损失的技术路线。关键词配汽机构节流损失；优化分类号TK2637文献标识码A文章编号10015884201506047503STEAMDISTRIBUTIONDEVICEEFFECTANDOPTIMIZATIONONTHEECONOMYOFSTEAMTURBOUNITZONGXUDONGSUNFENGZHONG1HUADIANPOWERINTERNATIONALCORPORATIONLIMITEDTECHNOLOGYSERVICECENTER，JINAN250014，CHINA；2SHANDONGUNIVERSITY，JINAN250061，CHINAABSTRACTTHISPAPERANALYZETHEEFFECTOFTHEVALVEGEARTHROTTLINGLOSS0NTHEECONOMYOFSTEAMTURBOUNIT，INDICATINGTHATTHETHROTTLINGLOSSISTHEREASONTOTHEDECREASEOFTHEIDEALENTHALPYDROPANDTHELOSSOFTHEWORKABILITYCOMPONENTSOFTHEVALVEGEARINCLUDINGTHETHROTTLEVALVE，THEINTERCEPTORVALVEANDTHESTEAMDISTRIBUTIONMETHODCALLAFFECTTHETHROTTLINGLOSSMOREOVER，THECAUSEOFTHETHROTTLINGLOSSISANALYZEDANDTHEMEANSTOREDUCETHETHROTTLINGLOSSAREPROPOSEDKEYWORDSVALVEGEAR；THROTTLINGLOSS；OPTIMIZATION0前言汽轮机配汽机构包括主汽门、调速汽门、传动机构、导汽管等。配汽机构的各部件本身存在缺陷，会导致蒸汽产生节流损失。而配汽机构的配汽方式、重叠度的设置、定滑压运行方式等也会造成蒸汽产生节流损失，使机组热耗率升高。本文对汽轮机配汽机构部件特性和调节方式进行了探讨，分析了配汽机构节流损失产生的原因及对机组经济性的影响，提出了优化及解决的技术路线。1蒸汽节流影响经济性的机理当新蒸汽流经主汽门和调速汽门时，蒸汽将与阀门和蒸汽流道发生摩擦，使进入第一级喷嘴的压力降低。同时，若阀门开度小将会导致直接产生蒸汽节流使蒸汽压力降低，由此产生的节流损失称为进汽节流损失。蒸汽节流为等焓熵增过程，节流后蒸汽压力和温度均降低，如图1所示。P为节流前蒸汽压力，T，为节流前蒸汽温度，P为节流后蒸汽压力，T。为节流后蒸汽温度，为未节流理想比焓降，为节流后理想比焓降，因节流造成的理想比焓降损失8H。蒸汽的理想比焓降和实际比焓降降低，导致做功能力下降，高压缸效率降低，进而影响机组的经济性。常规计算的在主汽门前，终状态点选在矗图1蒸汽节流过程HS图高压缸排汽后，此高压缸效率实际上包括了配汽机构的节流损失。只有将初状态点选择在高调门后，计算的数值才是真正的高压缸效率。国产带调节级的300MW机组高压缸效率设计值为85一86，低于中、低压缸效率56个百分点，主要是受配汽机构的节流损失和调节级效率低两方面因素影响。2配汽机构节流损失产生原因21汽轮机配汽机构部件存在缺陷汽轮机主汽门、调速汽门、传动机构、导汽管及其附属部件工作不正常，会直接产生蒸汽的节流损失。211主汽门滤网堵塞或孔径设计过小锅炉大修后，蒸汽吹管不彻底等原因造成氧化皮等杂物堵塞主汽门滤网，造成主汽门后压力降低。收稿日期20150507作者简介宗绪东1972，男，山东人，山东大学硕士，高级工程师，研究方向火电厂节能降耗技术。476汽轮机技术第57卷阀门设计手册规定，主汽门滤网所有孔径面积之和与主汽门喉部通径面积比应14185，因此主汽门滤网孔径不能过小。某超超临界660MW机组主汽门滤网孔径仅为3MM，而且孔径极不规则，导致主汽门前后压损达到04MPA。212主汽门设计通径偏小机组主汽门设计通径偏小，同样会造成主汽门压损大。如上汽厂300MW机组主汽门通径为600MM，哈汽厂300MW机组主汽门通径为470MM。相比而言，上汽厂机组主汽门压损要低。213高调门通径与喷嘴组通流截面不匹配汽轮机每个高调门均控制一组喷嘴，高调门通径与喷嘴组通流截面应互相匹配。以上海汽轮机厂H156型300MW机组为例，高调门设计通径面积是喷嘴通流板面积的22倍。高调门通流面积大，喷嘴通流面积小，主蒸汽压降发生在喷嘴处，为膨胀做功的过程；喷嘴通流面积过大，高调门通流面积小，会导致高调门开度过小，蒸汽压降发生在高调门处，转换为节流损失，为等焓熵增过程，造成高压蒸汽的做功能力降低。214主汽门、高调门预启阀提升铰接部件磨损，导致主阅下沉，有效行程达不到设计行程主汽门及高调门的预启阀均通过铰接部件与主阀连接，详见图2。正常运行中预启阀受汽流冲击不停抖动，铰接部件容易磨损并出现空行程。此时油动机行程达到100，但主阀行程未开到位，从而造成节流。某300MW机组运行中1号、2高调门开度均为100，高调门前压力相同，但2号高调门后压力偏低03MPA。停机检查发现2号高调门预启阀铰接部件磨损严重，导致主阀行程未开到位。215主汽门、高调门镶嵌阀座上移主汽门、高调门阀座是通过紧力面镶嵌在阀壳上，蒸汽流经渐扩通道时对阀座产生反作用力。当其克服紧力后会导致阀座上移，造成通流面积缩小，节流损失增大，详见图2。图2主汽门结构图22汽轮机配汽方式不合理汽轮机配汽方式有喷嘴配汽、节流配汽、复合配汽3种。在THA工况，采用3种配汽方式的机组基本能够达到设计值。但由于汽轮机均参与调峰，机组负荷率在7080之间，如果配汽方式不合理会造成节流损失增大，高压缸效率降低，机组经济性降低。221喷嘴配汽存在的问题带调节级汽轮机一般采用喷嘴配汽方式，当负荷变化时，通过依次开启或关闭高调门来改变调节级的通流面积，从而控制进入汽轮机的蒸汽流量。当工况变化时，调节级始终为部分进汽，在任一工况下只有部分蒸汽节流，高压缸效率相对较高。喷嘴配汽机组存在以下问题会导致机组经济性降低。1高调门重叠度设置偏大采用喷嘴调节的汽轮机高调门重叠度设置，应在满足一次调频前提下，阀门的总升程与主汽流量是个线性的关系J。实际运行中，为提高机组负荷响应速度或其它原因，部分机组高调门重叠度设置偏大。某机组在第一顺序开启的阀门开度为50时，第J颐序开启的阀门即开启，第J颐序开启阀门开度为30时，第三顺序开启阀门开启，从而造成较大的节流损失。2高调门流量特性不良高调门流量特性不良会导致机组负荷与控制指令呈非线性，既影响机组负荷的正常调节，又影响机组的一次调频性能。3机组滑参数运行方式不合理滑压运行是以降低热力学效率的代价，来降低高调门的节流损失和给水泵耗功。有的机组在进行定滑压优化试验时未考虑定阀位点，导致定滑压曲线未达到最佳，造成机组经济性降低。4安全原因采用单阀调节方式喷嘴配汽的机组运行中因某一调门卡涩或轴承振动、温度异常，被迫采用单阀调节方式，会造成高压缸效率大大降低。222节流配汽存在的问题上汽西门子汽轮机无调节级，配置两个高调门，运行中采用全周进汽补汽阀技术，即节流调节方式。机组在95负荷以下，即采取滑压运行方式，通过改变锅炉主汽参数来改变负荷。德国西门子汽轮机设计节流配汽，高调门保持5节流。但国内很多机组在协调方式运行时，高调门开度在3337范围，造成节流损失较大。主要原因是机组设置的负荷一压力曲线与机一炉实际性能存在偏差，即理论计算设计的数据与机组实际的性能没有完全吻合，其次高调门全开不能满足调节品质的要求。223复合配汽存在的问题东方13立机组采用复合配汽方式，在接近额定负荷95以上时采用喷嘴调节，1号、2号、3号高压调速汽门全开，汽轮机节流损失最小，经济性最好。在95及以下负荷时均采用节流调节，4个高压调速汽门始终处于节流状态，产生较大节流损失，造成机组经济性降低。3解决方案对于配汽机构本身部件存在问题，应从设计、检修等方面采取措施解决；对于配汽方式的问题，应通过高调门优化等进行解决。第6期宗绪东等配汽机构对汽轮机组经济性的影响及优化研究47731汽轮机配汽机构部件不正常解决方案311部件设计方面主汽门滤网、主汽门通径设计应符合规范要求，高调门通径与喷嘴组通流截面应匹配。对于已投入运行的机组，应利用机组大修机会进行改造。312设备老化方面1加强锅炉大修后吹管程序控制，防止因吹管不彻底造成杂物堵塞主汽门滤网。2机组大修时应对主汽门进行解体检查，清除滤网杂物；将主汽门、调速汽门预启阀吊出，对其行程进行测量，发现异常进行处理；检查主汽门、高调门阀座是否移位，如移位应进行复位。32汽轮机配汽方式不合理解决方案321喷嘴配汽优化方案1对调门流量特性进行优化，合理设置调门重叠度，在满足一次调频前提下，使阀门的总升程与主汽流量呈线性关系。2进行定滑压优化运行试验时应考虑阀位状态，根据机组负荷、主汽压力等确定三阀点、二阀点。3运行中某一调门卡涩应利用机组停机机会及时处理；对于在顺序阀下轴承振动、瓦温异常问题，应进行原因分析，通过改变高调门开启顺序或采取增大轴承载荷，提高轴瓦稳定性等措施解决。322节流配汽优化方案上汽西门子汽轮机优化方式有调门开度优化和调门全开滑压两种模式。1通过优化负荷一压力曲线将调门的开度调高，由3337增大到4555之间运行，并对一次调频控制回路进行优化。在减少机组节流损失的同时，保证机组的AGC控制和一次调频速率。2外高桥、宁海、漕泾等电厂，配置了基于凝结水调负荷的节能型机组协调控制系统，利用了机组凝结水系统中的蓄能，并与锅炉燃烧率的控制合理结合，通过调节凝结水流量调整机组负荷。由于凝结水调节负荷能力有限，当电网频率低需要加负荷时，通过开补汽阀来实现；当电网频率高需要减负荷时，通过关高调门来实现。此种调节方式，高调门基本处于全开状态，在满足电网负荷要求的同时，有效提高了机组变负荷的经济性。323复合配汽优化方案将汽轮机复合配汽方式改为喷嘴配汽方式，即采用顺序阀调节方式，可以降低节流损失，提高机组经济性。目前华电国际邹县发电厂1000MW机组、华电芜湖发电有限公司660MW机组已改完，根据优化后试验报告，机组在各负荷点热耗率平均约降低30KJKWH，供电煤耗率下降1GKWH以上，取得了明显的效果。4结论配汽机构的节流损失对汽轮机组的经济性影响较大。以往，大多从配汽方式角度进行分析和研究。本文从配汽机构部件和配汽方式两方面进行了研究，针对不同类型的机组进行了分类，分析了造成配汽机构节流损失大的全部原因，制定了有针对性的解决方案。建议机组运行中应加强对配汽机构节流损失的监控及诊断，提高机组经济性。参考文献1朱大林，曾孟雄汽轮机组调节系统的重叠度与节流损失J三峡大学学报，2001，2321551562文贤馗，申自明汽轮机控制系统改造中阀门重叠度的研究J热力发电，2003，53徐亚涛，李志儒，马庆中，等国产大型汽轮机配汽机构节能优化调整的试验研究J山西电力，2005，335上接第474页偏高约50，主要原因是1由于测点布置位置的原因，使得压差测量值中包含了换热器外的部分管道的流动阻力，这部分约占了偏高值的3646；因此，考虑这部分阻力后，实际测量的换热器压差报警值可以适当提高。2换热器压差设计计算时，应该对设计误差给予足够重视，应考虑一定的裕度系数。4结论1影响换热器压差的因素较多，对其运行压差高的原因需要进行系统的分析。2造成该电厂RRLSEC换热器压差高的原因是压差测点布置不当以及设计误差。建议将换热器压差报警值适当提高，以消除因压差测点布置位置对压差数值的影响。参考文献1KEMERJ，SJOGRENS，SVENSSONLWHEREPLATEEXCHANGERSOFFERADVANTAGESOVERSHELLANDTUBEJPOWER,1987，13153582徐云武，黄长山，吴晋英，等板式换热器的清洗J清洗世界，2010，26I39433李勇，许家通，等压水堆核电厂蒸汽管道内湿蒸汽的流动特性研究J汽轮机技术，2015，57125284倪晓华，萧渊板式换热器的换热与压降计算J流体机械，2002，30322255孔文彬，马小明，江楠板式换热器板片失效分析J压力容器，2011，28942466曹智鹏，张朝文，戴忠华，等大亚湾核电站RRIFSEC热交换器压差