大型汽轮机组不同配汽方式下运行经济性试验分析_郑李坤

收稿日期 2010 07 13 作者简介 郑李坤 1978 男 汉族 安徽潜山人 工程师 工学硕士 长期从事汽轮机热力试验 运行优化等方面的研究工作 大型汽轮机组不同配汽方式下 运行经济性试验分析 郑李坤 田 丰 邓少翔 韩景复 广东电网公司电力科学研究院 广州 510080 摘要 提出一种大型汽轮机组单顺阀配汽方式经济性分析方法 结合某国产 600MW汽轮机组不同负荷下单阀与顺 序阀对比试验 对大型汽轮机组不同配汽方式下运行经济性进行分析和比较 试验结果表明 汽轮机组在顺序阀 方式下的运行经济性要高于单阀方式 且运行负荷越低 顺序阀方式的节能效果越明显 关键词 配汽方式 单阀 顺序阀 大型汽轮机组 经济性 分类号 T K 263 72 文献标识码 A 文章编号 1001 5884 2011 02 0129 03 A n a l y s i s o f O p e r a t i n g E c o n o m y o f t h e L a r g e S t e a mT u r b i n e U n i t i nD i f f e r e n t G o v e r n i n g M o d e s Z H E N GL i k u n T I A NF e n g D E N GS h a o x i a n g H A NJ i n g f u P o w e r R e s e a r c hI n s ti t u t e o f G u a n g d o n g P o w e r G r i dC o r p o r a t i o n G u a n g z h o u510080 C h i n a Ab s t r a c t Aa n a l y s i sm e t h o do fo p e r a t i n ge c o n o myo ft h el a r g es t e a m t u r b i n eu n i ti nd i f f e r e n tg o v e r n i n gm o d e sw a s p r o p o s e d a n dt h ee x p e r i m e n t a l r e s e a r c ho no p e r a t i n ge c o n o myo f t h el a r g es t e a mt u r b i n eu n i t i nd i f f e r e n t g o v e r n i n gmo d e s w a sp e r f o r m e db a s e do nt e s t o f d o m e s t i cma d e600MW t u r b i n e o p e r a t i o nu n d e r f u l l a r ca d m i s s i o na n dp a r t i a l a r ca d m i s s i o n mo d e T h er e s u l t o f t e s t i n d i c a t e dt h a t t h eo p e r a t i n ge c o n o m yo f t h el a r g es t e a mt u r b i n eu n i tu n d e r p a r t i a l a r ca d m i s s i o n mo d ew a sh i g h e r t h a ni t u n d e r f u l l a r ca d m i s s i o nm o d e a n dt h el o w e r l o a dw a s t h em o r eo b v i o u s e n e r g y s a v i n gw a s Ke yw o r d s g o v e r n i n gmo d e f u l l a r ca d mi s s i o n p a r t i a l a r ca d mi s s i o n t h el a r g es t e a m t u r b i n eu n i t e c o n o my 0 前 言 随着我国电力工业制造 安装 运行水平的不断提高 汽 轮发电机组不断向大容量 高参数 高效率方向迈进 600MW 亚临界 超临界机组经过几年的高速发展 已成为火电行业 的主力机型 1 000MW超超临界机组也正处于大规模建设之 中 由于电源建设速度的加快 全国电力供需形势开始发生 变化 电力供应从短缺转向平衡 甚至部分地区出现电能的 相对过剩 火电机组负荷率大幅下降 许多大容量 高参数机 组长期低负荷运行 如何充分发挥大型机组的低能耗优势 提高机组低负荷状态下运行经济性 逐渐成为发电企业节能 管理的工作重点 而作为汽轮机组重要的调节装置 配汽机 构的控制方式直接影响汽轮机组在低负荷状态下的运行经 济性 1 单阀与顺序阀配汽方式的热力特性 国内大型汽轮机组一般采用 4个高压调节阀的配置方 式 每个高压调节阀采用独立的油动机驱动 1 分别控制 4 个喷嘴组 如图 1所示 汽轮机采用全电调 阀门管理 式配 汽方式 通过改变高压调节阀的开启方式 既可以在单阀 或 称全周进汽 方式下运行 也可以在顺序阀 或称部分进汽 方式下运行 并能在任何负荷下实现单阀 顺序阀的无扰动 切换 汽轮机配汽方式不同 机组热力特性不同 运行经济 性也不同 图 1 汽轮机高压缸阀门配置 单阀配汽原理上是指全部蒸汽经过一个调节阀 节流后 进入汽轮机 但在实际工程中 单阀结构很少采用 目前多采 用同步开启的多阀系统 仍称为单阀配汽 单阀配汽时汽 轮机各高压调节阀同步参与调节 调节级全周进汽 2 最大 负荷时 高压调节阀全开 蒸汽流量最大 负荷降低时 控制 系统逐渐关小高压调节阀以减小蒸汽流量 单阀配汽的优 点是当机组启动或缸温在温态以下时 能对高压缸均匀加 热 使缸体 转子应力变化平稳 3 避免膨胀不均匀造成动静 第 53卷 第 2期汽 轮 机 技 术V o l 53 N o 2 2011年 4月T U R B I N ET E C H N O L O G YA p r 2011 摩擦 缸体变形等 同时有利于调节级叶片应力控制 可以以 较快的速度变负荷 但是 由于每个高压调节阀均部分开 启 高压缸进汽机构节流损失较大 且负荷越低调门开度越 小 节流损失越大 顺序阀配汽时 高压调节阀按照设定的程序和参数逐个 开启或关闭 为了避免调节级动叶在单个调节阀全开时受到 较大的蒸汽弯曲应力 顺序阀逻辑往往设计成低负荷下两个 高压调节阀同时动作 再根据负荷情况依次操作第三 第四 个阀 4 采用顺序阀配汽时 只有部分开启的高压调节阀存 在较大的蒸汽节流 全开的调节阀蒸汽节流很小 全关的调 节阀则不存在节流 因此 与单阀方式相比 顺序阀方式下高 压缸进汽机构的节流损失较小 但汽轮机在顺序阀方式下 部分负荷运行时 调节级始终为部分进汽 存在部分损失 与 全周进汽相比高压缸通流效率会有所降低 当汽轮机组达到最大负荷时 所有高压调节阀全开 此 时单阀与顺序阀方式的热力特性和运行经济性一样 但在部 分负荷下 由于高压缸进汽机构节流损失和调节级效率的不 同 机组在单阀与顺序阀方式下的运行经济性应有所不同 2 单顺阀配汽方式经济性分析方法 单顺阀配汽方式经济性分析 应从进汽机构节流损失变 化和高压缸通流效率变化两个方面进行 主蒸汽在高压缸 中的膨胀过程如图 2所示 p 0 T0 p0 T0 分别为高压主 汽阀前蒸汽参数和高压调节阀后蒸汽参数 p c为高压缸排汽 压力 图 2 蒸汽在高压缸中的膨胀过程线 汽轮机的高压缸通流效率是指在工质在高压缸膨胀过 程中的有效焓降与理想焓降之比 以高压调节阀后蒸汽参数 为初参数 高压缸排汽参数作为终参数 则可用公式表达如 下 H P h i h t h 0 h2 h 0 h1 1 而高压缸进汽机构节流效率 t h可表达为 th h t h t h 0 h1 h 0 h 1 2 若综合考虑进汽机构节流效率和高压缸通流效率 则高 压缸效率可表达如下 H P H P th h i h t h t h t h i h t 3 这样 机组在负荷和运行参数一定时 不同配汽方式下高 压缸效率的变化就能反映出配汽方式对机组经济性的影响 对于中间再热机组 在再热蒸汽温度一定的情况下 当 高压缸效率变化时 不仅引起汽轮机相对内效率的变化 而 且还由于高压缸排汽焓的变化 使蒸汽在锅炉再热器内的吸 热量发生变化 从而使汽轮机理想循环热效率发生变化 根 据高压缸在整机中的做功比重 高压缸效率变化对汽轮机热 耗率的影响可通过以下公式计算 5 6 H R H R N H P N H P 1 3 600 H R 4 式中 H R为汽轮机热耗率变化值 k J k W h H R为汽轮 机热耗率 k J k W h N H P N为高压缸做功占整机的比 例 H P为高压缸效率的相对变化量 3 某 600M W汽轮机组单顺阀经济性对比试验 为了比较单阀与顺序阀两种配汽方式的运行经济性 本 文以某国产亚临界 600MW机组为例 进行了单阀和顺序阀 方式下的对比试验 该机组采用 N600 16 7 537 537型 一次中间再热 四缸四排汽 凝汽式汽轮机 额定工况设计功 率为 600MW 设计热耗率为 7 790 5k J k W h 汽轮机高 压缸配有 4个高压调节阀 配汽机构数据见表 1 顺序阀方式 下高压调节阀开启顺序为 G V 1 G V4 G V 2 G V 3 表 1配汽机构数据 阀门编号 阀门公称内径及面积 D m mF m m 2 每阀控制喷嘴数及面积 Z F z m m 2 G V 1196 8530 4343411105 7 G V 2196 8530 4343411105 7 G V 3196 8530 4343411105 7 G V 4196 8530 4343411105 7 试验分别在 300MW 450MW 600MW3个典型负荷点进 行 试验期间机组按设计曲线滑压运行 试验结果见表 2 根据试验结果绘制高压缸效率变化曲线如图 3所示 从 曲线图可以很清楚看出 在正常负荷范围内 当负荷 运行参 数相同时 机组在顺序阀方式下的高压缸效率始终高于单阀 方式 这表明当汽轮机组配汽方式变化时 进汽机构节流损 失的变化决定了运行经济性的变化 其幅度要远高于高压缸 通流效率的变化 负荷较高时单阀方式各高压调节阀开度 较大 单顺阀方式节流损失偏差不大 高压缸效率的偏差不 太明显 负荷 600MW时单顺阀方式下汽轮机高压缸效率偏 图 3 单阀 顺序阀高压缸效率曲线 130汽 轮 机 技 术 第 53卷 表 2单顺阀对比试验数据 发电机功率 M W 主蒸汽压力 M P a 主蒸汽温度 高排压力 M P a 高排温度 G V 1反馈 G V 2反馈 G V 3反馈 G V 4反馈 高压缸效率 300M W工况 单 阀301 1711 30540 41 92322 721 2821 6421 9621 8175 23 顺序阀300 0611 70540 571 76299 538 401 420 0038 4179 83 450M W工况 单 阀451 1514 32541 202 71321 6524 5224 9025 0124 9279 23 顺序阀450 6714 49539 02 62308 299 3016 520 9899 0082 53 600M W工况 单 阀600 9116 44540 433 52320 9635 0035 5835 7335 5885 57 顺序阀600 7116 41538 53 47316 699 1799 1616 1299 2086 39 差仅为 0 82 但随着负荷逐渐降低 单阀方式高压调节阀 开度越来越小 节流损失越来越大 单顺阀方式下高压缸效 率的偏差也就越来越大 负荷 450MW时单顺阀方式高压缸 效率偏差为 3 30 负荷 300MW时偏差达到了 4 60 根据此前进行的性能试验数据 该机组高压缸做功约占 整机的 34 机组单阀方式下 600MW 450MW 300M W汽轮 机热耗率分别为 7 946 8k J k W h 8 201 6k J k W h 8 554 7k J k W h 依据公式 4 切换至顺序阀后 由于高 压缸效率的提高 机组在 600MW 450MW 300M W时汽轮机 热耗率应分别降低 14 2k J k W h 65 2k J k W h 103 0k J k W h 降幅为0 18 0 79 1 20 4 结束语 单顺阀经济性对比试验结果表明 由于高压缸进汽机构 节流损失的减小 大型汽轮机组在部分负荷时顺序阀方式的 运行经济性要优于单阀方式 且负荷越低 顺序阀方式的节 能效果越明显 假定该机组以 75 额定负荷运行 在该负荷 下由单阀切换至顺序阀时汽轮机热耗率降低 0 79 忽略主 蒸汽流量微小变化对锅炉效率和厂用电率的影响 则供电煤 耗也相应降低 0 79 约 2 57g k W h 以机组年运行 300天计 则每年节约标准煤 8 326 8t 同时减排大量二氧化 碳 因此 在保证机组安全运行的前提下 将汽轮机组由单 阀切换至顺序阀方式运行 能大幅提高大型汽轮机组低负荷 状态下的运行经济性 创造显著的经济效益和社会效益 参 考 文 献 1 王晓峰 高春升 600M W汽轮机的阀门管理与调节级特性 J 汽轮机技术 2003 45 2 122 123 2 徐志强 宋英东 等 国产引进型 600M W汽轮机顺序阀投运情 况调查及分析 J 汽轮机技术 2008 50 5 374 377 3 赵永林 秦占峰 等 600M W汽轮机调节阀单阀切换顺序阀运 行的安全性及经济性 J 热力发电 2007 36 5 52 54 4 祁 昊 马庆中 亚临界 600M W机组单阀切多阀及顺阀运行 的完善 J 热力透平 2009 38 2 138 141 5 许 静 张树芳 等 汽轮机汽缸效率变化热经济性简化分析模 型 J 中国电力 2002 35 8 5 7 6 洪文鹏 李 勇 汽轮机各缸相对内效率变化对整机相对内效 率影响的计算模型 J 汽轮机技术 2002 44 3 144 145 上接第 84页 动特性 主要结论如下 1 当只有围带接触时 随着转速的增加 叶片的共振幅 值先减小后增加 模态阻尼比先增加后减小 当围带和拉筋 都接触时 共振频率和模态阻尼比的变化与只有围带接触时 类似 当转速为 3000r m i n 时 叶片的模态阻尼比与自由状态 时基本一致 由于阻尼围带和拉筋接触面间的摩擦作用而导 致的模态阻尼比较大有利于汽轮机叶片在升速过程中安全 通过 三重点 转速 2 在只有围带接触时和围带 拉筋都接触时两个阶段 随着转速的增加 叶片刚度不断增大 共振频率不断增大 3 当转速大于 2600r mi n 后 围带和拉筋较大的正压力 使得接触面处于黏滞状态 系统刚度变化不大 共振频率变 化很小 叶片处于锁紧状态 参 考 文 献 1 吴厚钰 透平零件结构和强度计算 M 北京 机械工业出版 社 1982 2 谢永慧 张 荻 汽轮机阻尼围带长叶片振动特性研究 J 中国电机工程学报 2005 5 18 86 90 3 赵恩婵 朱立新 200M W空冷供热机组末级叶片的优化设计 J 电力学报 1999 14 4 241 244 4 D e n gH a r t o gJ P F o r c e dV i b r a t i o nw i t hC o m b i n e dC o u l o m ba n d V i s c o u s F r i c t i o n