（热能工程专业论文）100mw机组低真空深度调峰试验研究.pdf

华北电 力大学 ( 北京) 硕十学位论文目 录 摘要 随着我国经济的迅速发展，消费者用电结构的变化， 电网容量的不断扩大，以 及电厂燃料成本连续上升，电网的调峰问题日益突出，主要表现为调峰能力不足， 低负荷助燃油量大幅度增加，以及机组寿命损耗增大等，电网的调峰工作已成为电 网安全稳定及经济运行的制约因素之一。 本文提出一种新的调峰方式， 即国产 1 0 0 m w 机组低真空深度调峰。 该方式不经 过设备改造、锅炉不投油助燃，通过降低汽轮机凝汽器真空实现机组深度调峰。在 大量现场试验数据的基础上，本文对低真空调峰方式的安全性、可靠性、经济性等 进行了充分分析、论证，并与其他常用调峰方式进行了详细对比，说明了低真空调 峰方式在各方面的优越性。 关键词:汽轮机组，低真空运行，调峰，安全性，经济性 ab s t r a c t t h i s p a p e r p u t f o r w a r d o n e k i n d o f n e w l o a d - r e g u l a t i o n me t h o d , n a m e l y s t e a m t u r b i n e l o w - v a c u u m l o a d - r e g u l a t i o n m e t h o d .t h i s n e w w a y h a s s u c c e s s f u l l y a c h i e v e d d e e p - l o a d - r e g u l a t i o n a i m o n l 0 0 mw u n i t ,w h i l e n o t r e f o r m i n g c u r r e n t e q u i p m e n t a n d n o t f i r i n g t h e h e l p i n g - c o m b u s t i o n o i l i n t h e f u r n a c e b a s e d u p o n t h e l a r g e a m o u n t o f s t a t i s t i c s t h r o u g h s t u d y i n g a n d r e s e a r c h i n g o n t h e s i t e , t h i s p a p e r h a s a n a l y z e d a n d p r o v e d t h e s a f e t y， r e l i a b i l i t y , a n d e c o n i m y o f t h e l o w - v a c u u m m e t h o d , d e m o n s t r a t e d t h e s u p e r i o r i t y t o t h e o t h e r s u n d e r d e t a i l e d c a l c u l a t i n g k e y w o r d s:s t e a m t u r b i n e u n i t s , l o w - v a c u u m o p e r a t i o n , p e a k - l o a d r e g u l a t i o n , s a f e t y , e c o n o m y a n a l y s e b a i y o n g j u n ( t h e r m a l p o w e r e n g i n e e r i n g ) d i r e c t e d b y p r o f , f u z h o n g g u a n g 华北电力大学 ( 北京)硕士学位论文 第一章绪 论 .1 电网调峰的现状 电能的生产具有鲜明的特征，由于其不易贮存的特点，决定了发电、供电及配 电过程需要同时进行，不可分割。随着消费者用电量的波动、变化，电网的供电负 荷需要随时调整才能保证电能的质量及系统的安全及稳定运行。 习惯上把改变发电 机组负荷以适应电网供求电量平衡的调整手段叫做电网调峰。通常，电网一天内的 负荷曲线可以分为三个阶段，即基本负荷、中间负荷及尖峰负荷段，下图为比较典 型的日负荷曲线形状，不同负荷段的划分如图所示。 ( %) / !z !了 :厂 _二 _ 二 不 刃 丫 / 尖 月 峰 负 _ 五 j - - - - - - 一 一 .厂 才 一_ 之_ 乞 _ _ _ _ _ _ _ _ _ . 一 又 下 _ _ 二 一: 一 : 一 . r 从 一 性 合; 遗 一 _止 中 间 负 荷 _ _ _ _ 一一一一1 基 本 负 荷 ， 0 4 8 1 2 1 6 图1 - 1 典型的电网日负荷曲线 2 0 2 4小时 通常对于不同负荷段内的负荷波动，采取不同的调峰手段。一般情况下尖峰负 荷由坝库式水电机组、抽水蓄能机组、燃气轮机组或柴油发电机组承担，年运行小 时大约在5 0 0 2 0 0 0 小时内;中间负荷通常由火电机组承担，此类机组应具有良 好 的启停特性、 低负荷特性、 快速变负荷能力及较好的热经济性，机组年运行小时数 在 2 0 0 0 - 4 0 0 。之间;基本负荷一般由核电或按接带基本负荷设计的机组来承担， 这类机组负荷变动能力较差， 低负荷时经济性低， 如果参与电网调峰， 往往需要经 过必要的技术改造，通过试验才能制定出适合机组结构特点的调峰运行方式。 1 . 1 . 1 发达国家电网调峰工作现状 由于调峰工作直接关系到电网的安全与稳定运行， 虽然采取的方法与手段各不 相同，但世界各国都对电网的调峰问题特别重视。西方发达国家为了解决电网的调 华北电力大学 ( 北京)硕士学位论文 峰问题，提高电网的安全稳定性，大都从电网的结构设计、网内机组构成比例以及 消费者用电政策等方面综合考虑，来化解电网的供需矛盾，尽量缩小电网峰谷差， 这样不仅有利于电厂运行经济性的提高，而且有利于电网的稳定与安全。国外采用 的调峰手段主要包括: 扩大电网的容量或相邻电网之间的互连，是解决电网调峰问题的一种手段， 例如，北美地区美加大电网，西欧大电网及日本南北电网的互连。通过增加容量或 电网互连可以增大突变负荷的平衡能力，增大系统的抗扰动能力。 增加网内调峰机组的容量，例如开发水电机组、增加燃气轮机组或专为调峰 运行设计的火电机组等。电网内的机组类型配比十分重要，日本可开发利用的水电 资源十分有限，但水电机组仍然占到装机总量的2 0 % 左右。 通过建设抽水蓄能机组、蓄能电站和电网需求侧管理等手段。 这些手段的综 合使用，可以大大地降低电网峰谷差，有效缓解电网的供需矛盾。 1 . 1 . 2国内及蒙西电网调峰工作现状 电网调峰是电力生产最基本的工作之一，上世纪 8 0年代末随着国民经济的起 飞，国内各电网就初步显露出调峰能力不足的现象。单个电网容量过小以及网内机 组配置的极不合理，造成决大多数电网都面临调峰能力不足的问题。蒙西电网几乎 所有机组都是火电机组， 而且都是按照基本负荷设计， 这些机组参与调峰相当困难， 暴露出很多问题。 其他电网也大同小异， 电网结构的不合理增加了电网调峰的难度。 为了适应新形势的要求，原能源部及时印发了 加强电网调峰工作若干规定等文 件以加强电网的调峰工作。 到上世纪末，随着第三产业和人民生活用电量的迅速增长， 特别是城市降温负 荷及采暖负荷都在大幅增加，并且国家取消了限制用电的措施，电网的负荷特性发 生了很大变化，负荷特性曲线越来越陡，尖峰突出，低谷下降，各电网峰谷差进一 步拉大 ( 参见表 1 - 1 ) 。 根据国外经验， 随着经济发展，人民生活水平的提高，电网 峰谷差还会继续拉大。 面对调峰工作出现的新情况，国家电力公司在 1 9 9 8年 1 2月 3 0日举行的全国 电网规划工作会议上，再次明确强调各电网应搞好电网的调峰工作，各网省电力公 司应把编制调峰规划作为编制国家 “ 十五”电力发展规划和国家电力公司电力发 展规划中的一项重要内容， 将调峰问题与加快电力结构调整有机地结合起来，强调 各电网应根据具体情况采取切实有效的行政、 经济、技术等方面措施增加机组的深 度调峰能力。 由于我国经济在相当长的时期内仍将保持快速增长， 用电量变化幅度和装机容 量的不断增加，电网峰谷差还会继续拉大， 所以今后需要参与调峰的机组会越来越 多，机组的调峰幅度也将更大。 华北电力大学 ( 北京)硕士学位论文 表1 - 1 , 1 9 8 2 年和2 0 0 2 年我国部分电附峰谷差对照表 时间项目 东北 电网 华东 电网 华 北 电网; p 中 已 网 广东 电网 蒙西 电网 王 9 8 2 最高负荷 ( m w ) 6 3 6 07 3 7 53 9 4 0 4 1 5 0 1 1 7 3 0 最 低 负 荷( m w ) 4 2 0 05 5 2 0 2 7 4 031 0 0 8 8 0 峰谷差( m w ) 2 1 6 0!1 8 5 5 1 2 0 0 ， 。 5 。 8 5 0 峰谷差率 ( % ) 3 4 .0 2 5 2 3 0. 52 5， 3;4 9， 1 平均 ( % )3 7 . 9 2 0 0 1 1 最高负荷 ( m w ) 2 1 8 0 0 4 2 3 1 0 3 2 5 2 0 12 7 1 2 0 3 0 0 2 03 7 5 0 最低负街 ( m w )8 1 9 0 !1 6 0 3 01 0 5 7 0 ;i o z 0 q 工 2 0 2 02 2 5 0 峰 谷 差( m w ) 1 3 6 0 02 6 2 8 02工 95 0 王 6 9 2 01 8 0 0 91 5 0 0 峰 谷差率( % ) 6 2 . 46 2 1)6 了 5 6 2 .4 !6 0 . 。 4 0 、q 平均 ( % )5 9 . 1 注:数据取自国电信息网w w w . s p . c o m . c n 日 前电网调峰工作中存在的问题主要有以下三个: ( 一)电网峰谷差扩大及调峰容量不足 根据国家el l 力公尾统计数据， 2 0 0 1 年各大电网的平均峰谷差率己经达到6 0 % 上， 华北电网更是高达6 7 . 5 % , 而2 0 年前全国平均只有3 8 % 左右，以内蒙古西部电 网为例，截止到2 0 0 1 年底装机容量为4 8 6 6 . 3 m w , 其中火电机组4 2 7 9 m w ， 水电 机组 5 4 0 m w , 风电机组4 7 . 3 m w a目 前电网日缎大负荷为3 7 5 0 m w ,最低负荷为2 2 5 0 m w ,峰 谷差达 1 5 0 0 m w ,峰谷差率为4 0 % ,远低于全国平均6 0 % 的水平，但随着西部地区经 济的迅速发展，蒙西电网的峰谷差率将急剧增大。 在机组结构方面，蒙西电网l 0 0 m w 及以上机组共有 2 3 台，其中火电1 0 0 m w 机 组1 0 台，2 0 o m w 机组 6 合 ( 2 台湿冷、4 台空冷) ，3 3 0 m w 机组4 台:水电 1 8 0 m w 机 组3 台。4台2 0 o m w空冷机组由于受气象条件影响调峰能力大受限制，3台1 8 0 m w 水电机组受水利资源经济调度的限制， 丰水期也只能发2 0 o m w 左右， 调峰出力很有 限。下表 卜2 为蒙西电网l o o m w 及以上机组现状及调峰能力设计出力。 襄 卜 ， 获石角辞t 伪 m a及以上帆纽现状 电 厂韶 称 ，一一， r 包 头一 ， 枉 厂 犯头二 电f a 挂由 厂 越 教陇 墩厂 雇杆尔屯f 执户出 力1 1 七 嗽胜 厂 台州护峪+ s 麒1 n 纷 种 幼悦 系 探屡 式斑烧 份 形式 毋计湘 峥此 力备 注 黔黔黔 黔砂 wg s 4 t q n 自c t#!毛 岛 勺_ s - s 同样还会影响阀门、高加 等辅助设备的使用寿命， 使设备的突发事故概率增大，同时维护工作量和维护费用 跟着增加。关于两班制调峰对机组寿命损耗等问题，将在后面有关章节详细讨论。 1 . 2本论文选题的意义 由于用电形势的变化以及网内机组结构配置的不合理等情况， 近年来调峰问题 一直是困扰蒙西电网的一个难题。由于现有机组的调峰能力十分有限，而且目 前采 用的两班制调峰方式除了对设备损耗大外还消耗大量的助燃油， 极大地提高了电厂 的运营成本。如果对现有机组进行调峰改造成本太高，所以探索机组参与深度调峰 的新方式， 进行增大现役机组调峰能力的试验研究工作， 具有非常重要的经济价值 和广泛的社会意义，目前国内很多电网都在积极开展此项工作。 本文将探讨低真空深度调峰方式。该调峰方式可以在现有设备不经过改造， 锅 炉不投油助燃的情况下，实现机组深度调峰的目的。 1 . 3本论文的主要工作内容 ( 一)l o o m w 机组各种调峰方式的能量消耗计算方法; ( 二)l o o m w 机组调峰各种调峰方式的经济性优化分析; ( 三)l o o m w机组低真空深度调峰运行安全性分析与评价; ( 四)不同调峰方式对 l o o m w 机组的寿命损耗分析等 华北电力大学 ( 北京)硕士学位论文 第二章 火电机组不同深度调峰方式经济性优化分析方法 2 . 1 前言 从上世纪8 0 年代中后期开始，中国经济各行各业都进入了崭新的发展阶段， 全国各大电网都出现了用电紧张、 峰谷差拉大现象，电网的调峰任务迅速增大。国 内外许多科研机构、电厂都在探索新办法、 新方式以满足新形势的要求。 通过大量 的试验比较及分析计算， 大家普遍认为在当时的电网容量、用电结构、 调峰时间长 度及能源价格等条件下，机组采用两班制调峰比低负荷投油旋转调峰经济效益显 著，具有明显的优越性，所以各电网大都采用两班制方式参与调峰。但是近年来， 由于各项条件的变化， 尤其是世界能源供需形势的发展， 致使能源价格特别是石油 价格大幅上涨。 如前所述， 石油消耗在火电机组燃料成本中占很大比例。 迫切需要 对各种调峰方式重新进行比较，以 利于进行科学的决策， 达到节约能源， 提高综合 效益的目的。 对于一个电网或电厂来说， 如何在负荷低谷阶段合理进行各台机组之间的负荷 分配，以及如何科学选用调峰方式，使整个电网或电厂的经济性达到最佳，是一件 具有重要意义、相当复杂且又迫切需要解决的事情。归根结底，上述问题的解决过 程， 就是我国电力工业的发展由粗放型经营管理向 科学型管理迈进的过程。 采用科 学、 合理的调峰运行手段， 将给我国电力工业的生产经营以至国家的节能降耗工作 带来巨大的经济效益和社会效益。 目 前，国内各电厂火电机组深度调峰的方式主要有以下三种: 低负荷方式 ( 即 旋转调峰) 、启停机方式 ( 即两班制)和少蒸汽无功运行方式 ( 即少汽无功)等， 目 前较常用的是前两种方式。 本文论述的又一种方式即机组低真空深度调峰方式， 从其参与调峰运行的调整方式来看，也可以归属为旋转调峰一类。 汽轮机普遍采用改变蒸汽流量的办法来调节其输出功率，长期进行调峰运行 的机组，由于负荷经常在大范围内变化， 造成很大的节流损失， 而且在低负荷时锅 炉还要消耗大量助燃油，如前面章节所述，使得电厂经济性大幅下降。 根据实际的蒸汽动力装置循环一郎肯循环的工作原理，改变初、终参数会改 变作功蒸汽的平均吸、放热温度，从而改变介质在级内的烙降， 同样能达到改变汽 轮机负荷的目的。但由于运行设备的局限性，改变初参数受很多因素的制约， 会给 机组安全运行带来很多不利影响， 所以本研究项目 在制定试验方案时， 决定保持初 参数尤其是主汽温度不变， 通过提高汽轮机排汽终参数 ( 排汽压力) 来实现降低汽 轮机组负荷的目的。 在图2 - 1 的系统中可以看出， 提高介质终参数会减少作功蒸汽的有效治降， 从 而减少蒸汽在循环中所作的理想净功w ，降低了机组输出功率。 华北电力大学 ( 北京)硕士学位论文 图3 - 1纯凝汽式汽轮机组的郎肯循环t - - s 图 图中:t - 汽轮机c d - 凝汽器 f p 一 给水泵 b - 锅炉s h 一 过热器g 一 发电机 上述循环中，理想净功w 。 为: w , = ( h 。 一h , )一( h , . - h . ) ( 2 - 1 ) 或 w =0. q o ( 2 - 2 ) 式中:q n = h 。 一 h 、 q 。 一蒸汽从锅炉吸收的热量，k j / k g ; h 。 一新蒸汽比焙，k j / k g ; h 。 一排汽比焙，k j / k g ; h -凝结水比烩，k j / k g ; h 。 二 给水t 匕 焙，k j / k g ; 几 一 循环效率， % 本章将重点讨论 l 0 0 m w 机组不同调峰方式下的能耗分析计算方法， 为各种方式 下进行机组的调峰优化分析提供计算依据。 将要讨论的调峰方式选择 l 0 0 m w 机组常 用的几种调峰方式，即普通旋转调峰 ( 负荷在 6 0 % 以上) 、投油旋转调峰 ( 负荷在 6 0 % 以下) 、 两班制调峰，以及本文研究的低真空深度调峰运行方式，分别进行计算 说明。 计算内容包括各调峰方式在一个循环之内的各项损失， 主要为启停过程中直 接的燃料、水、电损失，未包括启停过程中机组的寿命损耗及人工费用等，计算项 目有燃油消耗量、燃煤消耗量、厂用电量、除盐水消耗量、发电量等影响较大的参 数，分别进行计算后求出该调峰过程中的总能量消耗。 华北电力大学 ( 北京)硕士学位论文 2 . 2 1 0 0 m w 机组不同调峰方式能量消耗分析计算方法 2 . 2 . 1 普通旋转调峰方式的能量消耗计算 普通旋转调峰能量消耗可以根据锅炉、汽轮机组不同负荷下测试的原始数据， 求出各工况下的机组供电煤耗后， 乘以机组负荷及供电时间即为机组采用普通旋转 调峰方式时的能量消耗。计算步骤与公式如下: 机组热耗率q : q = a h . d , k j / ( k w . h ) ( 2 . 3 ) 式中:a h = h am h g ， h : 一主汽焙， h 。 一给水焙， d 一汽耗率， d o一主汽流量，k g n o 机组功率，m w 供电煤耗b - b = r x 一止 9 a 7 1 8 , y l s d ( 1 一 v ) 式中:q 。一标煤发热量，取2 9 3 0 6 k j / k g 几 r l一锅炉效率、 % 几 ， d 一管道效率， % t 一厂用电率，% ( a )燃油折算煤耗量q : 5 机组以普通旋转调峰方式运行时， ( b ) 发电煤耗量 q , g / ( k w . h ) ( 2 . 4 ) 锅炉无需投入助燃油，q , , = o q p t 第二种比较方案:假设电网供电负荷需减少 1 5 0 m w ，同样要在 3台额定容量为 l 0 0 m w 的机组之间分配，即电网的平均调峰深度为5 0 % 左右。 以上两种方案基本可以代表我国目前电网调峰的普遍状况， 在每一种方案中三 台机组可以有多种不同的运行方式组合。 通过这些组合可以清楚地分析各组合之间 综合经济性的高低， 提出更加优化合理的调峰运行方式。 表3 - 1 为以上两种方案及 各种调峰方式组合情况。 表 3 - 1 、电网不同调峰深度时各种调峰方式组合情况 篇 之廷 1 2 3 4 一 ( 6 8 % ) 3x6 8 % 2 x 1 0 0 % + l x o % 1 x 1 0 0 % + 2 x 5 0 % 1 x 1 0 0 % + 2 x 5 0 % 普通旋转调峰 两班制投油旋转调峰 低真空 二( 5 0 % 7 1 x l o o % + l x 5 0 % + 1 只0 % 2 x 7 5 % + 1 x 0 % 1 x 1 0 0 % + 1 x 5 0 % + 1 x 0 % 3 x 5 0 % 投油旋转调峰 十 两班制 旋转调峰 十 两班制 旋转调峰+ 低真空十 两班制 低真空 针对以上两种比较方案， 为了获取详尽的计算数据， 便于进行 l 0 0 m w 机组调峰 方式的优化分析，需要进行多项现场试验: 锅炉预备性燃烧调整试验。通过试验，使锅炉能够合理组织燃烧，稳定锅炉的 运行状态，以及确定锅炉的最低不投油稳燃负荷; 华北电力大学 ( 北京)硕士学位论文 锅炉 1 0 0 % , 7 5 % , 6 8 , 8 % , 6 0 % , 5 0 % 额定负荷热效率试验。通过试验，计算锅炉 在不同工况下的效率，结合汽轮机组煤耗率，为计算机组供电煤耗作准准备; 汽轮机组真空正常工况 1 0 0 % , 7 5 % , 6 8 . 8 % , 5 0 % 额定负荷热耗试验， 低真空运行 5 0 % 额定负荷热耗试验。 通过以上试验，求出汽轮机组在各种运行工况下的热耗 率，结合管道效率、锅炉效率及厂用电率，可以求出机组供电煤耗率，为进行 各种调峰方式的优化分析提供计算数据: 机组低真空深度调峰运行安全性考核试验。通过运行考核试验，验证低真空调 峰运行方式的实际可行性，并检验机组在该种运行方式下是否能够满足规程要 求的安全稳定运行条件，对机组有无不良影响等。 3 . 2 现场试验测试项目及试验方法 在进行各种调峰运行方式优化分析时，需要有各种工况下锅炉的效率、汽轮 机组的供电煤耗率、 厂用电率等数据。为了计算出这些数据， 需要在现场试验过程 中对机组的一些运行参数进行直接测量。 3 . 2 . 1 汽轮机组测试项目、方法及仪器 汽轮机组测试项目、方法及仪器见表 3 - 2 a 测试项目测点位置 测试方法及仪器 发电机功率发电机输出端 二相两表法，0 . 5 级瓦特表 各段抽汽压力各加热器进口 换装 0 . 2 5 级精密压力表 温度各汽、水温度测点 英国 工 m p 多功能数采，0 . 2 级热电偶 凝汽器真空凝汽器喉部 换装 0 . 2 5 级精密真空表 汽水流量主汽、给水、凝结水 机组原装测点 上一 卜 缸温差 汽缸外壁机组原装测点 机组振动 轴瓦 申克表 高低缸胀差 高、低压缸机组原装测点 排汽缸温度 排汽缸机组原装测点 轴向位移前轴承箱 机组原装测点 辅机厂用电 主要辅机机组原装测点 3 3 .2 锅炉测试项目、方法及仪器 锅炉测试项目、方法及仪器见表 3 - 3 0 测试项 目m点位置 测试方法及仪器 烟气 0 空预器 出口 甲乙两侧取样管混合，m r u - 9 5 型烟气分析仪 飞灰取样除尘器入口 烟道 飞灰等速取样器采样，化验可燃物含量。 排烟温度空预器出日 代表点法 华北电力大学 ( 北京)硕士学位论文 续表 3 - 3 .锅炉测试项 目 炉淹取样炉底排渣口间隔取样，用铁锹产取。可燃物含量 入炉煤工业分析给煤机入口人工取样，每天各工况混合，缩分，化验 煤粉细度细粉分离器落粉口调格后取样，振筛机测试 r s n。 送风温度送风机入口膜盒压力计，玻璃管温度计。 机组运行参数控制室表盘纪录，每 3 0 分钟一次。 炉膛火焰a度锅炉看火孔各工况一次。 给粉机转速给粉电机轴光电转速表 一次风风速测量煤粉混合点前 标定后的笛型管 3 .3 设备概况 乌拉山电厂# 3 机组自 投运以来，共进行过5 次计划性大修，冷态启动 9 0 次， 热态启动 1 5 0 2 次。1 9 9 5 年抽空气系统进行了改造，由真空泵改为射水泵;汽缸法 兰加装了快冷装置。1 9 9 8 年由于汽轮机 2 号调速汽门出现裂纹，进行了更换工作。 经过多年的改造和完善，目前该机运行状况良好，出力稳定，未发生过重大 事故，机组主要性能指标均能达到设计指标。作为网内具有代表性的l 0 0 m w 机组， 内蒙古电力公司科教部将该机进行深度调峰的研究项目作为网内重点科研计划，由 内蒙古电力试验研究院和乌拉山发电厂以该厂# 3 机组为试验对象， 探索、 研究机组 参与调峰的新技术、 新方式， 共同进行了国产 l 0 0 m w 燃煤机组深度调峰能力的试验 研究工作。试验结果表明，国产 1 0 0 m w 机组具有深度调峰的能力，在锅炉不投助燃 油的情况下，机组可以实现 5 0 % 额定负荷以上的调峰幅度，在考核工况下运行表现 良好，可以满足机组连续、稳定运行的要求。 3 . 3 . 1 汽轮机组概况 型号: 型式: 额定功率: 额定转速: 额定主气压力 额定主气温度 排汽压力: 设计汽耗: 设计热耗 给水温度: 冷却水温度: 调节方式 : n 1 0 0 - 9 0 / 5 3 5 双缸、冲动、凝汽式 1 0 0 m w 3 0 0 0 r p m 8 . 8 2 4 m p a 5 3 5 0 . 0 0 4 9 m p a 3 . 6 9 4 4 k g / ( k w . h ) 9 2 5 4 k j 八 k w . h ) 2 2 7 2 0 喷嘴调节 华北电力大学 ( 北京)硕士学位论文 末级叶片高度:6 6 5 m m 额定汽耗量:3 7 0 t / h 额定凝汽量:2 5 5 . 6 t / h 汽轮机内效率:8 6 . 1% 3 . 3 . 2 锅炉概况 乌拉山发电厂#3 炉为武汉锅炉厂生产的wgz一4 1。/1 0。 一1 2 型 锅炉，型式为单汽包自然循环，高温高压，固态排渣煤粉炉。锅炉采用双套钢球磨 中储式制粉系统，利用热风与送风冷风混合后的温风送粉。 燃烧汽为四角布置直流 式喷燃器，切园燃烧方式。每组燃烧器由三个一次风喷口，四个二次风喷口间隔布 置，最上层为一个三次风喷口。过热器为二级喷水减温 。油枪配备 1 0 支，轻柴油， 机械雾化，每支出力 8 0 0 k g / h 。锅炉主要技术规范如下: 额定蒸发量:4 1 0 t / h 过热蒸汽温度:5 4 0 过热蒸汽压力:9 . 8 m p a 饱和蒸汽压力:1 1 . 3 8 m p a 给水温度:2 2 0 热风温度:3 5 5 排烟温度:1 4 4 计算燃料量:5 4 t / h 锅炉效率:9 1 . 3 5% 燃料特性: 5 4 . 8 3 i 35 . 1 8 0 . 9 1 1 a y】 w t v t 戈 % ) ( % ) l % ) q . ( k j / k g ) d树 2 9 . 4 2 5 . 0 5 3 2 . 6 i 2 1 0 1 7 3 . 3 汽轮机组热力系统构成 乌拉山发电厂#3 汽轮机组是北京重型电机厂生产的n 1 0 0 - 9 0 / 5 3 5 型机组。 通流级 数共2 5 级，第一级为双列调节级，其余为压力级，低压缸为双分流式。机组设有7 级 非调整抽汽，回热系统由两台高加、四台低加和一台除氧器组成，该机组于 1 9 8 7 年8 月投产运行，机组原则性热力系统图见图3 - 1 . 3 . 4 低真空深度调峰各项试验内容、方法与步骤 为了能够客观地比较各种调峰方式的经济性情况， 需要在现场进行以下各项试 验: 1 . 锅炉预备性燃烧调整试验， 确定锅炉的最低不投油稳燃工况点; 2 . 锅炉 1 0 0 % , 7 5 % , 6 6 . 8 % , 6 0 % , 5 0 % 额定负荷热效率试验:3 . 汽轮机组 1 0 0 % , 7 5 % , 6 8 . 8 % , 5 0 % 华北电力大学 ( 北京)硕士学位论文 额定负荷热耗试验:4两班制调峰运行热态启停能量消耗试验;5 低真空调峰方 式的运行安全性、经济性考核试验等。 通过上述试验所取得的数据， 可以方便地计算出旋转调峰、 两班制调峰及低真 空调峰等不同方式的经济性状况，并在各种方式之间进行比较。 翅a - 3 乌拉山电厂# 3 汽轮矶伦热力系统m 图3 - 1 、乌拉山电厂# 3 汽轮机组热力系统图 3 . 4 . 1 锅炉预备性燃烧调整试验 对于按基本负荷设计的锅炉设备，日 前一般在 7 0 % 额定负荷工况下就要投油助 燃。 但通过适当的燃烧调整试验工作， 可使锅炉稳定燃烧， 为下一步进行低真空试 验作准备。 通过充分挖掘现有设备的潜力， 可以增加机组调峰深度， 通过预备性燃 烧调整试验后，国产 4 1 0 t / h锅炉基本可以 做到在 6 0 % 额定t祝下，稳定燃烧不需 投油。试验包括两项主要内容: 煤粉细度调整试验 通过测试，将通风量由调整前的 1 2 - 1 4 万 m / h降至 8 . 5 - 9 万 m / h设计值， 粗粉分离器挡板开度4 0 % ，使r 9 。 可以维持在2 8 - 3 2 % 的范围内。 给粉机转速标定试验 对所有主燃烧器的给粉机转速进行了的实际测量，发现有一半的转速 指示与实际测量结果相差较大，通过标定调整，使得转速偏差均小于 3 0 r / m i n . 3 . 4 . 2 锅炉低负荷稳燃试验及热效率试验 锅炉的低负荷不投油稳燃是实现机组深度调峰的基础， 摸清锅炉低负荷稳燃 能力是完成该项目的一个重要环节。 通过前期的预备性燃烧调整试验， 为合理地组 华北电力大学 ( 北京)硕士学位论文 织燃烧， 降低锅炉最低不投油工况提供了必要条件。 试验时保持一套制粉系统运行。 机组在做完 1 0 0 % 额定公工况热效率试验后，将负荷从 l o o m w定压下降到 7 0 m w 。停 掉上层一次风火嘴，相应调整二次风。工况调整稳定后，进行7 0 % 额定负荷下热力 试验，试验数据见汇总表。观测、测试 4 0分钟后，定压降负荷至 6 0 m w ， 对一、二 次风进行调整，停掉中层的一个火嘴，投入的给粉机转速保持在 6 0 0 r / m i n左右。 炉膛火焰基本稳定，维持该工况2 . 5 小时。期间进行了6 0 % 额定负荷工况热耗测试 试验。之后，又对角关停了中层的一个一次风火嘴，主汽温度能够维持在 5 2 8 以上。在该工况连续运行 3 小时。由于迎晚峰的需要，结束了此次试验。试验中主 要依据 电站锅炉性能试验规程c g b 1 0 1 8 4 - 8 8 7的规定进行锅炉试验的测试和计 算。试验记录和计算结果附表 1 至附表 5 0 从炉膛温度的测量结果看，低负荷时，燃烧器区域一直保持较高的燃烧温度， 从另一个方面反映了燃烧调整的效果是明显的， 试验结果表明该锅炉具有实现6 0 m w 低负荷稳燃的能力。但是在 6 0 m w负荷以下时，锅炉即出现燃烧不稳定的情况，需 要投油助燃。 3 . 4 . 3 汽轮机组常规热力特性试验，低真空及投油工况下热力特性试验。 通过试验可获得机组的热耗率等经济指标，便于计算机组在各种工况下的供 电煤耗以及调峰方式间进行经济性比较，需要在各种工况下进行热力特性试验， 试验按照g b 8 1 1 7 - 8 7 电站汽轮机热力性能验收试验规程进行。表3 - 4 为 1 0 0 % , 7 5 % 及 6 6 . 8 % 额定负荷工况下的热力特性试验测试与计算结果数据表。表 3 - 5为低 真空和正常工况 5 0 m w 负荷下的热力性能试验记录表。表 3 - 6 为低真空运行现场考 核试验数据记录表。 表3 - 4 、汽轮机组热力试验数据汇总表 序号项 目单位 工况一工况二工况兰 01电负荷 k w 1 0 0. 0 67 5 . 0 36 6 . 8 o 2主汽流量 t / h3 9 3. 1 2 8 1 . 22 6 1 .6 0 3凝结水流量 t / h 2 9 5. 3 2 2 5. 12 1 5 . 5 0 4给水流量t / h 3 9 4. 32 5 5 . 6 2 1 5 . 9 0 5主汽压力m p a 87 98. 8 3 8 . 8 5 0 6主汽温度 5 3 3 5 3 55 3 2 0 7主汽焙k 7 / k g 3 4 7 2 3 4 7 63 4 7 0 0 8大气压立m p a 0. 0 9 0 80 . 0 9 0 8 0. 0 9 0 7 0 9排汽压力m p a 0 . 0 0 7 8 0 . 0 0 5 70 ，0 0 5 6 1 o排汽温度 4 0. 5 3 5 . 8 3 4. 5 1 1循环水入口 温度 2 3. 4 2 3 . 32 3. 2 1 2循环水出口温度 3 5 . 1 3 2 . 53 1 . 5 华北电力大学 ( 北京)硕士学位论文 续表 3 - 4 、汽轮机组热力试验数据汇总表 1 3凝汽器端差 5. 43. 33 1 4 给水压力m p a 1 3. 11 3. 41 3. 5 1 5给水温度 2 2 7. 12 1 3 . 321 0. 6 1 6给水焙k j / k g 9 7 9. 99 1 5 . 29 0 4. 9 1 7凝结水压力m p a 0. 8 50. 8 00 . 7 9 1 8修正后主汽流量t / h 2 9 1. 52 81。 22 6 0. 3 1 9修正后发电机功率 mw1 0 0. 9 了 5. 36 71 2 0机组热耗率k j / ( a. h ) 9 4 6 0. 89 5 5 1 , 89 6 2 5 . 2 21机组循环热效率 %3 8 . 0 53 7 . 6 9 3 7 . 4 2 2 机组汽耗率k g / ( k w . h ) 3 . 7 43 . 7 3 3 . 6 9 2 3锅炉效率 ( % ) 8 8 . 7 38 8. 7 7 8 8 . 9 4 2 4管道效率 ( %)9 9 9 9 9 9 2 5厂用电率 ( % ) 7. 9 48 . 1 6 8. 2 2 2 6供电煤耗c g / k w . h 3 9 9 . 24 0 3 . 8 4 0 6 . 3 表 3 - 5 、低真空和正常工况 5 0 m w负荷下的热力性能试验记录表 序号项目单位 正常工况低真空工况 0 1电负荷 k w5 0. 01 5 0. 0 3 0 2主汽流量t / h 2 0 1 . 2 2 3 6. 5 0 3凝结水流量 t / h 1 8 2 . 6 21 1. 3 0 4给水流量 t / h 1 9 6. 92 2 5. 9 0 5主汽压力m p a 8. 7 9 8 . 8 5 o 6主汽温度 5 3 5 5 3 5 o 7主汽烙k j / k g 3 4 7 2 3 4 7 2 0 8人气压立m p a 0. 0 9 0 80 . 0 9 0 8 0 9排汽压力m p a 0. 0 0 5 7 0. 01 9 8 1 o排汽温度 3 4 . 3 6 06 1 1循环水入口 沮度 2 3. 1 3 2 1 2循环水出口温度 3 1 . 0 4 5 1 3凝汽器端差 3. 4 1 5. 6 1 4给水压力m p a 1 3. 0 1 3 .8 1 5给水温度 2 0 5. 12 0 8 . 3 华北电力大学 ( 北京)硕士学位论文 续表 3 - 5 、低真空和正常工况 5 0 m w负荷下的热力性能试验记录表 1 6给水焙k j / k g8 8 2. 58 9 7二 9 1 7凝结水压力m p a 0. 7 70. 7 8 1 8 修正后主汽流量 t / h2 0 3. 4 2 41 . 3 1 9 修正后发电机功率 m w5 0. 0 25 0. 0 6 2 0机组汽耗率k g / ( k w . h ) 4. 0 24 . 7 3 21机组热耗率k j ,! ( m h ) 1 0 4 0 9. 81 21 7 5 . 5 2 2机组循环热效率 %3 4. 5 2 9 . 3 5 2 3锅炉效率 ( %)8 8. 4 9 8 8. 5 5 2 4管道效率( % ) 9 99 9 2 5厂用电率 ( %) 8. 7 68 . 5 8 2 6供电煤耗( g / k w , h ) 4 3 9. 65 1 8 . 4 表3 - 6 、 低真空调峰现场试验机组主要参数记录表 真空 ( - k p a ) 负荷 ( m w ) 主汽温 ( ) 主汽压 ( m p a ) 排汽缸 温 ( ) 高缸胀 差( m m ) 低缸胀 差 ( m m ) 2瓦振动 (pm ) 8 0 . 56 0 . 0 5 3 58 . 8 64 8 . 3 0. 20 . 4 6上2 1 01 3 7 9. 75 9 . 5 5 3 38 . 7 54 8 . 5 0. 1 80. 4 6土2 0 01 3 7 8 . 85 8 . 2 5 3 08. 7 6 4 9 . 40 . 1 1 0. 4 7土2 1 01 6 7 8 . 15 7 . 6 5 3 08 . 75 5 0 . 50 . 1 6 0 . 47土2 0 01 5 7 7 . 05 6 . 45 3 1 8 . 7 35 2 . 5 0 . 2 20 . 4 6土2 0 0 1 5 7 5 . 95 5 . 05 3 0 8 . 7 15 4 . 7 0 . 2 80 . 4 6上1 9 0 1 6 7 4 . 95 3 . 5 5 2 68 . 7 15 5 . 6 0 . 2 80 . 4 6 12 0 0 1 6 7 3 . 75 2 . 5 5 2 08 . 7 2 5 6. 9 0 . 2 90. 4 5土1 9 01 5 7 2 . 55 1 . 3 5 2 6 8 . 7 45 7 8 0 . 3 00. 4 5上2 0 01 5 7 1 , 65 0 5 5 3 0 8. 7 45 8 3 0. 2 90 . 4 512 1 0 1 5 71 . 05 0 . 2 5 3 18 . 7 3 6 0 . 10 . 2 8 0 . 4 5土1 9 0 1 5 7 0. 04 8. 7 5 3 08 . 71 6 0 . 70 . 2 8 0 . 4 6土2 0 01 5 6 7 . 94 7 . 0 5 3 28 . 7 2 6 1 . 50 . 3 0 0. 4 7土2 1 01 5 7 1 . 15 0 . 0 5 3 28 . 7 0 61 . 20 . 2 7 0 . 4 7上2 1 0 1 5 71 . 05 0 . 0 5 3 38 . 6 5 6 1 . 2 0 . 2 60 . 4 6 土2 1 0 1 5 7 0 . 94 9 ， 9 5 2 88 . 6 6 6 0 . 7 0 . 2 50 . 4 6 上2 1 0 1 5 华北电力大学 ( 北京)硕士学位论文 3 . 4 . 4两班制运行方式能量消耗试验 通过此项试验， 获取 l 0 0 m w 机组两班制启停调峰方式循环一次的能量消耗( 启 停机损失) ，包括燃煤、燃油、厂用电及其他能量消耗 ( 除盐水损失等) ，各项消耗 值最后均折算为标煤量。煤价计算数据如下:乌拉山电厂入厂原煤价 1 3 8元/ 吨， 低位发热量 2 1 0 8 7 k j / k g ，折合成标煤价为 1 9 2 元/ 吨。 e t m c 图3 - 2 、国产 l o o mw机组热态启动曲线 两班制调峰运行方式能量消耗试验过程、方法: 试验先从前夜带 6 0 % 额定负荷滑参数停机开始计时， 机组以每分钟大约 3 % 额定 负荷的降负荷率减负荷至 0 ， 并在开始减负荷的同时锅炉投油枪。3 5分钟后汽机打 闸停机，锅炉停油泵拉火嘴，停机避谷。五小时后锅炉重新点火，汽机启动凝结水 泵、循环水泵，并给锅炉上水，1 0分钟后汽机抽真空，轴封供汽:6 0分钟后汽机 侧主汽压力达 2 m p a ，主汽温度 3 2 1 0c，真空一 0 . 0 0 7 5 m p a ，汽机冲车， 1 5分钟后至 额定转速; 1 0分钟后并网; 5 5分钟后负荷至 6 0 % 额定负荷， 油枪解列， 试验结束。整 个启停机过程耗时4 8 5 分钟( 约 8 . 0 8小时) 。锅炉油枪投入数量 4支，一个周期油 枪总投入时间为 1 8 5 分钟( 约 3 . 0 8 小时) 。 启停机循环一次能量消耗计算: 通过此项试验，获取 l 0 0 m w 机组两班制启停调峰方式循环一次的能量消耗 ( 启 停机损失) ，包括燃煤、燃油、厂用电及其他能量消耗( 除盐水损失等) ，各项消耗 值最后均折算为标煤量。煤价计算数据如下:乌拉山电厂入厂原煤价 1 3 8元/ 吨， 低位发热量 2 1 0 8 7 k j / k g ，折合成标煤价为 1 9 2 元/ 吨。 两班制调峰运行方式能量消耗试验过程、方法: 华北电力大学 ( 北京)硕士学位论文 耗油量折算成标煤煤耗量 q - 4 支油枪耗油量: 每支油枪的出力为0 . 8 t / h ，油枪投入了四支，投入时间为 3 . 0 8 小时， 则耗油 4 支x0 . 8 t / ( h . 支) x 3 . 0 8 h二9 . 8 6 t 如果油价以当前一段时间内平均价 2 5 0 0元/t 计算， 标煤价以 1 9 2 元/t 计算， 则可以计算出启停机耗油折算成标煤煤耗量q - : 折算成标煤煤耗量 q - : q = , = 9 .8 6 t 二 理 竺 塑 二 1 2 8 . 4 t 1 9 2 元/ t 启停机过程总耗煤量q , = : 试验统计启动过程耗煤量为 3 8 . 6 6 t ， 停机过程耗煤量为 1 5 . 2 t ， 合计为 5 3 . 8 9 t 。原煤发热量为2 1 0 8 7 k j / k g ， 折合成标煤q o t ， 利用公式( 2 . 1 2 ) 计算: q , ( 低真空) 枕缎汽耗率k g ( k w 。h )3 。7 43 + ? 33 。6 94 0 24 7 3 锅炉效率 ( )8 8 ，7 38 8 7 7