汽轮机定滑压曲线简化计算方法.pdf

收稿日期:6- 作者简介:文 乐（-),男,硕士研究生,工程师。 研究方向：火电数据挖掘分析、电站设备性能计算与节能诊断、热力系统建模与仿真。 汽轮机定滑压曲线简化计算方法 文 乐,杨新民,薛志恒 (西安热工研究院有限公司,西安 ) 摘要:为了简捷获得较精确的汽轮机定滑压曲线,分析了主汽压力变化时机组热力系统变工况实际特性,基于高压 缸效率实际变化非线性假设,在忽略随主汽压力和热耗率线性变化的其它热力参数前提下,结合调门流量特性曲 线,提出了汽轮机定滑压曲线简化计算方法,以某 MW 和某 6MW 机组的性能试验数据为例进行验证,结果表 明,简化计算获得的定滑压曲线斜率与试验结果偏差在%以内。 关键词:汽轮机;定滑压曲线;最优主汽压力;高压缸效率 分类号:TK6 文献标识码:A 文章编号:-()-6- A Simplified Calculation Method for Steam Turbine Rated-sliding Pressure Curves WEN Le, YANG Xin-ming, XUE Zhi-heng （Xian Thermal Power Research Institute Company Limited, Xian , China) Abstract：In order to obtain the rated-sliding pressure curves of steam turbine simply, the practical characteristics of thermal power system under varying main steam pressures are analyzedBased on steam turbine valve discharge characteristics and the non-linear hypothesis of changing HP cylinder efficiency, taking no account of the other thermal parameters which are linear with the main steam pressure and the heat rate, one simplified calculation method of the rated- sliding pressure curve is put forward Data from performance tests of a MW set and a 6MW set are used to verify the proposed method The results show that the deviation is less than % between the slopes of rated-sliding pressure curves, which are obtained from the simplified calculation method and performance tests respectively Key words：steam turbine; rated-sliding pressure curve; optimal main steam pressure; HP cylinder efficiency 前 言 随着火电机组发电量占总发电量的比例开始降低,以及 电网负荷峰谷差不断扩大对火电机组调峰能力的要求提高, 火电机组将长期在部分负荷运行,因此部分负荷运行时的经 济性成为火电企业在节能降耗、减低成本方面的必要考量。 部分负荷经济性的首要考虑因素是运行主汽压力,主汽压力 变化会引起汽轮机内效率和循环效率改变,其改变量对经济 性的影响之和存在极值,极值处即为该负荷下最优主汽压 力。 通常在同一负荷下变主汽压力以进行汽轮机性能试验, 计算汽轮机热耗率来确定最优主汽压力,并拟合不同负荷下 的最优主汽压力可获得机组经济运行的定滑压曲线。 然而, 进行性能试验成本较高,并且试验结果仅反映试验时机组运 行特性,随着设备运行老化及检修改造,实际最优主汽压力 会偏离试验获得的定滑压曲线。 本文通过对不同主汽压力 下机组热力系统变工况分析,开发一套简单、有效的定滑压 曲线计算方法,并应用性能试验数据对该方法进行检验。 因素分析 主汽压力对机组经济性（汽轮机热耗率)的影响,主要集 中在以下 方面因素。 （)循环热耗率。 主汽压力升高,朗肯循环的平均温差 增大,循环效率升高。 制造厂提供在不同阀点上主汽压力对 汽轮机热耗的修正曲线,该修正曲线呈单调递减趋势,一般 来说主汽压力每升高%,热耗率将降低 % % , 循环效率对热耗的影响包含在修正曲线中。 （)汽轮机内效率。 主汽压力变化对中压缸效率的影响 可以忽略,随着主汽压力升高,低压缸排汽干度逐渐降低,导 致低压缸效率降低,其对热耗的影响量亦包含在修正曲线 中。 假设机组负荷不变,主汽压力变化必然引起调门开度变 化,因而高压缸效率改变。 修正曲线是在阀点下计算的,未 考虑调门开度变化,即其修正量不包含高压缸效率变化影 响。 高压缸效率每升高%,热耗率下降约 % 。 （)回热系统。 主汽压力升高,一方面使各级抽汽压力 升高,尤其是高加抽汽压力,在机组背压不变的前提下,主凝 结水和主给水焓升增高,抽汽量增大,其对热耗率的影响反 映在修正曲线中;另一方面使给水泵扬程及出力增加,主给 水在给水泵中焓升增加,同时驱动给水泵的小汽轮机进汽量 增加。 小机进汽量以及给水泵焓升与主汽压力基本呈线性 关系变化,小机进汽量、给水泵焓升每减少%,汽轮机热耗 率将分别升高 %、 6% 。 第 卷 第 期汽 轮 机 技 术Vol No 年 月TURBINE TECHNOLOGYOct 计算原理 上述由主汽压力引起的变化因素对热耗率多呈单调线 性影响,但高压缸效率随着主汽压力变化呈现非线性关系, 因而其对热耗率影响亦为非线性。 高压缸效率变化主要取 决于调门节流损失变化,与配汽方式和调门重叠度有关,。 目前绝大多数机组采用喷嘴配汽方式,与节流配汽方式相 比,低 负 荷 的 经 济 性 明 显 提 高, 平 均 煤 耗 可 降 低 g/ （kWh)。 喷嘴配汽方式意味着各调门顺序开启,前序调 门接近全开、后序调门未开或在空行程时高压缸效率较高, 但随着后序调门开度与通流增加,节流损失迅速增大,高压 缸效率较之前降低。 因此,调门重叠度决定了后序调门节流 开始作用的时间,影响了主汽压力与高压缸效率之间的非线 性关系。 同一负荷下不同主汽压力与汽轮机热耗率为多次 样条曲线关系,在其它因素与主汽压力均为近似线性关系的 前提下,可以提出假设：样条曲线上热耗率的最低点即为高 压缸效率与主汽压力关系曲线的拐点,理论上最优主汽压力 出现在该拐点处,拐点前缸效率迅速上升,拐点后缸效率上 升缓慢甚至开始下降。 汽轮机定滑压曲线简化计算,即寻找 不同负荷下变主汽压力时高压缸效率的拐点。 汽轮机变工况时,可利用喷嘴公式计算进汽流量 G： G = . 6An p v （) 式中, 为彭台门系数,只与喷嘴压比和工质的绝热指数有 关;An为通流喷嘴出口面积;p、v分别为进汽压力、比容。 当高压缸效率随调门开度变化时, 和 An发生改变,令 Kn= 6An,则高压缸效率 HP可根据 Kn拟合关系曲线： HP= f（Kn) = G p v （) 调门流量特性曲线描述了汽轮机综合阀位指令与修正 到额定进汽参数下的主汽流量或者负荷之间的关系,可通过 DCS 数据挖掘的方法获得6。 HP和 Kn的关系曲线亦可通 过 DCS 数据挖掘的方法获得。 汽轮机定滑压曲线简化计算 的步骤是：（)确定某一部分负荷,假设该负荷下不同的主汽 压力;（)在调门流量特性曲线上插值求出综合阀位开度以 及主汽流量;（)假设主汽温度不变,计算 Kn,并获得 HP; （)拟合该负荷下主汽压力与的 HP关系曲线,拐点处对应 的主汽压力即为最优;（)拟合不同负荷下的最优主汽压力, 即得到汽轮机定滑压曲线。 算例分析 以某 MW 超临界和某 6MW 亚临界湿冷机组为例 进行计算分析。 对机组 DCS 历史数据进行挖掘分析,获得调 门流量特性曲线以及 HP和 Kn关系曲线如图 所示。 通过 弗留盖尔公式,即调门开度不变时主汽压力与负荷近似成正 比关系,将实际负荷修正到额定主汽压力下的负荷 N,即获 得调门流量特性曲线（a)和（b);通过式（)可将实际主汽流 量修正到额定主汽参数下的主汽流量 Q,即获得调门流量特 图 调门流量特性曲线及 HP和 Kn关系曲线 性曲线（c)和（d);通过式（)计算 Kn,根据 DCS 数据中的主 汽压力、主汽温度、高压缸排汽压力、高压缸排汽温度计算高 压缸效率 HP,拟合两者关系曲线（e)和（f)。 以上曲线是对 DCS 数据挖掘的样本进行 LOESS 回归获得的,与最小二乘法 相比,LOESS 更能捕捉到数据局部变化特性。 选取与性能试验数据相同的负荷参数,按照汽轮机定滑 压曲线简化计算步骤,获得的最优主汽压力与试验结果比较 如表 所示,选取两个部分负荷下主汽压力 p 与高压缸效率 HP关系曲线如图 所示,可见该曲线拐点即为选择的最优 主汽压力。 表 简化计算与性能试验结果 机 组负荷,MW 最优主汽压力,MPa 性能试验简化计算 MW 机组 - 6 66 6 6MW 机组 666 6 6 6 6 图 中,高压缸效率与主汽压力呈现非线性特征,主汽 压力降低初段缸效率增长很快,后段缸效率增长逐渐变慢, 拐点是高压缸效率增长速率开始迅速降低的点,通过对上述 曲线求导或差分即可求出。 MW 机组第 个工况未能简 化计算出最优主汽压力,原因是主汽压力与高压缸效率的非 线性并不明显,因此该负荷下最优主汽压力受更多因素叠加 6第 期文 乐等：汽轮机定滑压曲线简化计算方法 图 HP与 P 关系曲线 影响。 对表 中不同负荷下的最优主汽压力拟合定滑压曲 线,如图 所示,负荷率表示负荷参数与额定负荷的比值,简 化计算结果拟合直线斜率与试验结果相比,偏差在%以内。 结 论 本文基于汽轮机变主汽压力工况时高压缸效率与主汽 压力的非线性假设,在忽略与主汽压力和热耗率呈线性变化 的热力参数前提下,提出了依据调门流量特性曲线和高压缸 效率实际变化特性的汽轮机定滑压曲线简化计算方法。 采 用两台机组的性能试验数据对本方法的验证,简化计算结果 拟合的定滑压曲线斜率与试验结果相比偏差在% 以内。 应 用本方法应注意调门的重叠度,如果重叠度过大则高压缸效 图 定滑压曲线 率的非线性特征并不明显,即高压缸效率不再是影响热耗率 变化的拐点因素,因此,在进行定滑压曲线优化试验或简化 计算之前,应进行调门流量特性及重叠度的分析优化工作。 参 考 文 献 施延洲,焦林生,姚啸林,等 超（超)临界汽轮机组滑压运行优 化试验J 热力发电,（)： - 王学栋,宫 革,陈方高,等 超临界 66MW 汽轮机调门运行 方式研究与优化J 中国电力,（)： -6 殷 戈,李广伟 国产 MW 亚临界机组滑压优化运行试验 研究J 发电设备,6,（)： - 黄树红 汽轮机原理M 北京：中国电力出版社, , 江 浩,李 珩,王智微,等 汽轮机缸效率目标值的确定J 热力发电, , （)： - 6 文 乐,杨新民,薛志恒,等 基于动态数据挖掘的调门流量特 性在线计算J 中国电力, , （)： - (上接第 6 页) 图 汽封漏汽量与蒸汽流量的比值 不同工况下高压缸进汽侧汽封和中压缸进汽侧汽封的漏汽 量。 本文的研究主要得到如下结论： （)转子的旋转将使高压缸进汽侧汽封和中压缸进汽侧 汽封的漏汽量较静止时略有降低。 （)高压缸进汽侧汽封间隙的增大将使高压缸进汽侧汽 封的漏汽量增大,而对中压缸进汽侧汽封的漏汽量则基本没 影响。 （)在汽封间隙不变的条件下,随着机组负荷的增加, 高压缸进汽侧汽封和中压缸进汽侧汽封的漏汽量近似呈线 性增加的变化趋势。 （)当汽封间隙不变时,不同负荷条件下高压缸进汽侧 汽封漏汽量与主蒸汽流量的比值和中压缸进汽侧汽封漏汽 量与再热蒸汽流量的比值都基本为一定值。 参 考 文 献 赵伟光,樊庆林,陈显辉,等 高中压合缸汽轮机的冷却蒸汽确 定方法试验研究J 汽轮机技术,（)： - 蒋寻寒,曹祖庆 高中压合缸汽轮机中间分隔轴封漏汽测试 J 热力透平,6,（)： - Ray Beebe Monitering Central Gland Leakage on Combined HP - IP Casing Steam TurbinesC WCEAM,6 张才稳,蔡攸敏,袁 峰 高中压缸中间轴封漏汽测试方法在 性能考核试验中的应用J 电站系统工程,（)： - 李 刚,胥建群,曹祖庆,等 中间分隔轴封漏汽及中压缸效率 计算方法J 中国电机工程学报,（6)： - 6 Fred D Lang,P E,