国产600MW超临界汽轮机组能耗现状及存在的问题.doc

国产600MW超临界汽轮机组能耗现状及存在的问题第24卷第2期2011年2月广东电力GUANGDONGELE(IRICPOWERVo1.24NO.2Feb.2011国产600MW超临界汽轮机组能耗现状及存在的问题郑李坤,霍鹏,胡勇,李千军(广东电网公司电力科学研究院,广东广州510080)摘要:针对国产600Mw超,临界汽轮机热耗率普遍高于设计值,导致机组供电煤耗偏高,运行经济性达不到预期水平的问题,分析了国产600MW超临界汽轮机组热耗率现状,并以某机组试验数据为例,定量分析了各种因素偏离设计值对汽轮机热耗率的影响,认为汽缸效率偏低,轴封及门杆漏汽量大,高压加热器端差大,机组背压高,热力系统泄漏严重等是影响国产600MW超临界汽轮机组热耗率的主要原因.关键词:超临界压力机组;汽轮机;热耗率;热平衡法中图分类号:TK212.1文献标志码:A文章编号:1007290X(2011)02-004504CurrentEnergyConsumptionandExistingProblemsofHomemade600MWSupercriticalTurbosetZHENGLikun.HuoPeng,HUYong,LIOianjun(ElectricPowerResearchInstituteofGuangdongPowerGridCorporation,Guangzhou,Guangdong510080,China)Abstract:Aimingthattheheatrateofhomemade600MWsupercriticalturbosetisgenerallyhigherthandesignedvalueanditcauseshighcoalconsumptionandfailuretoreachexpectedeconomylevelofoperation,thepaperanalyzescurrentheatrateof6O()MWsupercriticalturbosetandtakestestdataofsometurbosetasanexample.Itquantitivelyanalyzesimpactofvariousfactorsdeviatingfromthedesignedvalueonheatrateofturboset.anditiSbelievedthatinefficiencyofcylinder.largeairleakageofshaftsealandvalvestem,sharptemperaturedifferenceofhighpressureheater,highbackpressureofturbosetaswellassevereleakageofthermodynamicsystemaremajorfactorsinfluencingheatrateofhomemade600Mwsupercriticalturboset.Keywords:supercriticalpressureunit;turbine;heatrate;heatbalancemethod超临界燃煤发电技术经过几十年的发展,已经成为世界上先进,成熟的洁净煤发电技术,在很多国家推广应用并取得了显着的节能减排效果.早在20世纪5()年代,美国,俄罗斯,日本等国就开始发展大型超临界火电机组.而我国自20世纪90年代才开始引进超临界压力机组,1992年首台进口600Mw超临界压力机组在华能上海石洞口第二电厂投产,此后又从俄罗斯,日本等国陆续引进了一批300Mw以上容量超临界压力机组L1.2004年11月,国家十五规划重点工程超临界压力机组国产化依托项目一华能收稿日期:2010-12-28沁北电厂1号机组顺利投产,拉开了国产超临界压力机组大规模发展的序幕.广东省自2005年开始发展超临界压力机组,至今已投产了i1台国产引进型600Mw超临界压力机组,均建于沿海地区.目前大部分机组已完成达标验收试验,试验结果表明,机组满负荷时供电煤耗一般为310315g/kWh,高于设计值(约300g/kWh).这些机组的锅炉效率基本都在93%以上,优于或接近设计值,机组满负荷运行时厂用电率为3.8%4.5%,也优于设计值,但汽轮机热耗率普遍高于设计值,这是机组供电煤耗达不到设计水平的根本原因.研究国产超临界汽轮机组热耗率偏高的原因,并通过改造和优化调整充分发挥超第24卷临界压力机组的低能耗优势,必将成为今后一段时期发电企业节能管理工作的重点.1国产超临界汽轮机组热耗率现状热力性能试验得出的汽轮机热耗率分为试验热耗率和修正后热耗率.试验热耗率q,是指汽轮机组在试验工况下的热耗率,反映汽轮机组在试验条件下的实际能耗水平,其受到外界条件,运行水平,汽轮机组主机和辅助设备运行性能的影响,计算公式为:qo=Q/P.(1)式中:Q为汽轮机组工质循环净吸热量,kJ/h;P为机组额定出力,kW.热力性能试验应尽可能在接近规定的条件下进行,若机组参数偏离设计,应进行修正.首先按照常规热平衡法l2对给水回热系统参数进行修正,修正项目有:加热器端差,抽汽管道压损,凝结水泵和给水泵焓升,凝结水过冷度,再热减温水流量等.再依据参数修正曲线对主要运行参数进行修正,修正项目有:主蒸汽温度,主蒸汽压力,再热蒸汽温度,再热蒸汽压损和背压.修正后热耗率反映汽轮机本体运行性能,主要由汽缸效率,轴封漏汽量等决定.广东省600MW超临界压力机组均采用N60024.2/566/566型超临界,一次中间再热,三缸四排汽,双背压,凝汽式汽轮机,囊括了国内三大汽轮机制造厂的产品.凝汽器采用海水直流冷却,设计循环水温度为23424,设计平均背压为5.88kPa,设计热耗率为75607587kJ/kWh.从这些机组历次试验情况来看,汽轮机热耗率均未能达到预期水平.试验热耗率受运行性能和循环水温度的影响,一般在78008300kJ/kWh之间变化,经过系统参数,主要运行参数修正后,极少数机组汽轮机热耗率能达到7700kJ/kWh左右,大部分机组则处于7850-7950kJ/kWh,部分机组甚至超过8000kJ/kWh,国产超临界压力机组汽轮机热耗率严重偏离设计值.国产600Mw亚临界压力机组汽轮机热耗率为80008100kJ/kWh,进口700MW亚临界压力机组汽轮机热耗率约7900kJ/kWh,与同等级亚临界压力机组相比,国产600MW超临界压力机组汽轮机低能耗优势并不明显,其设备及系统必然存在很多问题.2影响汽轮机热耗率的主要原因某国产600Mw超临界压力机组于2007年投产,2009年完成首次大修,该机组汽轮机设备及热力系统存在的问题和投产后热耗率的变化趋势比较具有代表性.本文对该机组汽轮机多次试验数据进行对比,分析,并根据热平衡法定量分析各种因素对热耗率的影响.研究发现,导致汽轮机组热耗率偏高的主要原因有:汽缸效率偏低,轴封及门杆漏汽量大,高压加热器端差大,机组背压高,热力系统泄漏严重等,这些都是国产600Mw超临界汽轮机组目前普遍存在的问题.2.1汽缸效率偏低汽缸效率是反映汽轮机通流部分运行状态的一项重要指标,是影响汽轮机组运行经济性的重要因素之一.汽缸效率定义为工质在汽缸膨胀过程中的有效焓降与理想焓降之比3.以高压缸为例,蒸汽膨胀过程如图1所示,高压缸效率7HP=Ahi/Aht.(2)式中:Ahi为主蒸汽在高压缸内的有效焓降,kJ/kg;Ah为高压缸进汽阀前蒸汽理想焓降,kJ/kg.p为高压缸进汽阀前,后蒸汽压力;Tt),为高压缸进汽阀前,后蒸汽温度;Ah为高压缸进汽阀后蒸汽理想焓降;P为高压缸排汽压力;6h为高压缸进汽阀前后蒸汽理想焓降差;1,2,1为高压缸进汽阀前蒸汽等熵膨胀终点,高压缸排汽点,高压缸进汽阀后蒸汽等熵膨胀终点.图1蒸汽在高压缸中的膨胀过程对于低压缸而言,由于排汽处于湿蒸汽区,排汽焓不能通过测量压力和温度直接确定,只能通过整个汽轮机的的能量平衡计算得出,并以此计算低压缸效率.表1为某超临界汽轮机验收试验和大修后试验得出的汽缸效率,试验数据表明,该机组高压缸效第2期郑李坤,等:国产600Mw超临界汽轮机组能耗现状及存在的问题47率一直比设计值低2%左右,中压缸效率略高于设计值,而低压缸效率低于设计值较多.经热平衡法计算得出,国产600Mw超临界汽轮机高,中,低压缸效率每偏离设计值1%,对热耗率的影响分别为12kJ/kWh,31kJ/kwh和29kJ/kwh.高压缸低于设计值2%对汽轮机热耗率有一定影响,但汽轮机修正后热耗率偏高的根本原因还是低压缸偏离设计值太多.表1某600MW超临界汽轮机组汽缸效率目篙影响高压缸效率的常见原因有通流部分汽封间隙偏大,通流部分结垢等.该机组大修解体检查时发现,高压缸部分汽封间隙偏大,但是出于机组安全方面的考虑,检修人员在高压缸转子复装时仍在设计值基础上对汽封间隙进行了适当放大,因而经过揭缸检修后高压缸效率无明显变化.由于验收试验时已发现低压缸效率低于设计值较多的问题,故大修时对低压缸进行了重点检查.汽缸解体后发现低压缸存在如下问题:后几级动叶顶部汽封严重错位,通流部分汽封间隙偏大,进汽隔板套中分面漏汽,轴封磨损等.经检修和调整,低压缸效率由82.65%升至85.03%,略有提高但升幅不大,仍低于设计值,初步判断低压缸效率偏低是叶片和隔板制造加工质量达不到设计工艺要求所致.2.2轴封及门杆漏汽量偏大国产600Mw超临界汽轮机多采用高,中压合缸结构,高,中压缸均为单流双缸结构,布置在同一个外缸内,蒸汽反向流动以平衡推力.在高,中压缸之间轴段设有过桥汽封,高压缸调节后部分蒸汽流经过桥汽封进人中压缸,冷却中压转子.由于无轴承支撑,过桥汽封处大轴晃度大,汽封容易磨损,运行时间越长,磨损越严重.机组投产1年后进行主蒸汽和再热蒸汽的变温试验,测得机组满负荷运行时过桥汽封漏至中压缸的蒸汽流量为38t/h,高于设计值28t/h,过桥汽封漏汽量增大对热耗率的影响约为12kJ/kwh.轴封加热器凝结水温升设计为1,而实际温升约2,这表明各汽缸轴封外档漏汽和门杆漏汽至轴封加热器的流量也高于设计值.2.3背压偏高汽轮机组运行过程中,主蒸汽压力,主蒸汽温度,再热蒸汽温度,背压等参数偏离设计值都会影响汽轮机热耗率,而在这些参数中,背压的影响最为明显.在凝汽式汽轮机组的热力循环中,凝汽设备起着冷源的作用,其主要任务是将汽轮机排汽凝结成水,并在汽轮机排汽口建立和维持高度真空,使进入汽轮机的蒸汽能膨胀到尽可能低的压力(背压),从而增大机组的理想焓降,提高其热经济性.背压越低,汽轮机的理想焓降就越大,机组循环效率就越高.图2为国产600Mw超临界汽轮机背压变化对热耗率影响曲线.86墼zO-2图2背压对热耗率影响曲线由图2可以看出,降低背压对提高经济性的影响十分显着,背压每变化1kPa,热耗变化率约1.1%.不同时期机组循环水温度,背压变化情况及背压偏离设计值对热耗率的影响见表2.表2背压变化对汽轮机热耗率的影响机组进行大修前,循环水温度较高,同时由于凝汽器和真空系统运行性能下降,背压为8.86kPa,高于设计值较多,其对热耗率的影响高达304.2kJ/kWh.循环水温度是影响背压的最主要广东电力第24卷因素,广东省600Mw超临界压力机组凝汽器均为海水直流冷却,循环水温度由自然条件和取水方式决定,属不可调节参数.另外国产600Mw超临界压力机组循环水系统,凝汽设备和真空系统还普遍存在一些影响机组背压的问题:a)大部分机组循环水系统为单元制,每台机组配备2台循环水泵,优化运行空间较小,运行方式不当容易造成凝汽器循环量不足;b)部分机组循环水管道未设置二次滤网,循环水中的贝类和水生物积聚水室和钛管并迅速繁殖,影响了循环水系统的正常运行;c)胶球清洗系统收球率太低,无法正常投运,凝汽器清洁度得不到有效控制,运行越久,钛管越脏污,传热效果也就越差;d)真空泵工作液冷却器冷却水取自循环水,循环水中的贝类和水生物容易堵塞工作液冷却器,进而影响到真空泵的出力.2.4高压加热器端差偏高给水回热系统是汽轮机组热力系统的重要辅助系统之一,其运行性能对机组热经济性影响很大.给水回热系统的运行性能主要体现为加热器端差,包括上端差和下端差.机组投产初期,给水回热系统运行性能一般都比较好,但运行一段时间后,其性能会逐渐下降,加热器端差会逐渐升高.表3为该机组投产后两年时间内高压加热器端差的变化情况,机组2008年2月进行验收试验时高压加热器端差略高于设计值,至2008年10月机组大修前各高压加热器端差均有所升高(上端差升高1.52.7,下端差升幅最高为19.2),经过大修期间传热管冲洗和检修后,运行性能明显好转,部分参数表3高压加热器端差变化情况甚至优于设计值.以该机组大修前试验数据为例进行计算,高压加热器端差偏离设计值对热耗率的影响约为22.6kJ/kWh.加热器上端差升高通常是因为管束结垢或加热器汽侧积聚空气,下端差升高往往是因为加热器水位偏低,管束结垢等.2.5热力系统泄漏热力系统泄漏不仅影响机组运行经济性,还影响汽轮机热耗率和低压缸效率计算的准确性.与亚临界压力机组相比,超临界压力机组由于工质压力的提高,阀门更易发生泄漏.热力系统泄漏有外漏和内漏两种,外漏通常由锅炉侧各疏水阀,前置泵进水滤网排污阀,高压加热器水侧放水阀等泄漏造成,内漏则主要指高低压旁路阀,高排通风阀,中压事故排汽阀,高压加热器危急疏水阀,除氧器溢流放水阀,汽轮机侧各疏水阀门等的泄漏.该机组验收试验时外漏量为3.2t/h,大修前升高到14.8t/h,大修阀门治理后降低到4.1t/h.投产初期汽轮机侧疏水系统内漏较多,验收试验时存在内漏的阀门约40处,大修前也有30多处,但大修后内漏情况明显改善,汽轮机侧仅有6处内漏.泄漏阀门所处的部位不同,对机组经济性的影响也不同,一般泄漏工质的压力等级越高,品质越高,造成的损失就越大.例如机组满负荷运行时,主蒸汽管道疏水阀每泄漏1t/h,影响热耗率约5kJ/kWh;再热蒸汽管道疏水阀每泄漏1t/h,影响热耗率约4.5kJ/kWh;四段抽汽管道疏水阀每泄漏1t/h,影响热耗率约2.2M/kWh.3结束语国产600Mw超临界汽轮机热耗率普遍高于设计值,导致机组供电煤耗偏高,运行经济性达不到预期水平.本文详细分析了国产600Mw超临汽轮机热耗率现状,并以某机组试验数据为例,定量分析了各种因素偏离设计值对汽轮机热耗率的影响,总结出国产600Mw超临界汽轮机组普遍存在的影响热经济性的问题,可以为相关技术人员进行经济性诊断,优化调整和节能改造提供指导.参考文献:1肖汉才,周臻.超I临界机组和超超临界机组的优势及在我国大力发展的广阔前景rJ.电站系统工程,2004,20(5):810.XIAOHan-cai,ZHOUZhen.SuperiorityofSupercriticalandUltra-supercriticalUnitsanditsFutureDevelopmentinChinaEJ.PowerSystemEngineering,2004,20(5):8-1.(下转第53页)第2期钱同海,等:基于WebService技术的节电降耗实时分析系统设计53l0.o.9垂;0302图3日负荷曲线图O3691215182124时间/h图4日电量柱形图用电决策分析,无功补偿投资分析,用电三相不平衡分析等.最终,系统自动地以Word文档方式为用户提供合理化的节电降耗建议书,从而降低客户的用电成本,提高企业的经营效益.5结束语随着我国新的能源政策的逐步确立,降低单位国内生产总值能耗成为摆在每个供电企业面前的一项重要任务,而用电客户自身合理的用电方式为实现这一目标起到非常有益的作用.基于这一背景,南方电网于2007年发起了五心服务的号召,供电企业在为客户提供优质电能的同时,为客户提供合理的用电服务也是体现这一精神的重要一环.本文基于WebService技术,能够与营销系统,大用户负荷管理系统进行数据交互,获取分析计算所需的各种信息,避免数据的重复录入,提供全面的用电用户节电分析功能,为用电用户提供合理化的节电方案并能够生成面向客户的用电建议书.由此提高了客户企业在市场中的竞争力,给供电企业带来了预期效益,有利于电力市场的开拓;电力客户可以合理减少电费支出,降低企业的生产经营成本,提高企业能效和产品的竞争力;供电企业可以削减高峰时段电网调峰的压力,改善电网负荷特性,从而提高电力系统的安全稳定与经济性,提高供电的可靠性及服务水平.参考文献:1胡景生.变压器经济运行M.北京:中国电力出版社,1999.HuJing?shengEconomicOperationofTransformersM.Beijing:ChinaElectricPowerPress,1999.22佘楚云,李永健,徐伟,等.变压器经济运行区间划分方法研究J.电气应用,2009,28(17):2831.SHEChu-yun,LIYong-jian,XUWei,etalStudyonPartitionofEconomicOperatingRangeEJ.ElectrotechnicApplication,2009,28(17):28.31.E3余文辉,张山,胡铁斌.基于SCADA系统的变压器经济运行程序的二次开发_J.广东电力.2001,14(1):3132,43.YUWenhui,ZHANGShan,HUTiebinRedevelopmentofTransformerEconomicOperationProgramBasedonSCADASystemJ.GuangdongElectricPower,2001,14(1):3132.43.E4LIUJian,MADian-fu,LIZhu-qing.AFormalDesc