汽轮机复合滑压运行滑压曲线的求取方法_张希富

收稿日期 2013 06 04 基金项目 国家重点基础研究发展计划 973 计划 基金资助项目 2009CB219803 03 作者简介 张希富 1989 男 河南鹤壁人 硕士研究生 研究方向为电厂热力系统优化运行 汽轮机复合滑压运行滑压曲线的求取方法 张希富 1 王运民1 何 健 2 马海龙3 1 长沙理工大学能源与动力工程学院 长沙 410004 2 酒泉职业技术学院 酒泉 735000 3 国电电力酒泉发电有限公司 酒泉 735000 摘要 汽轮机运行中长期处于变工况运行状态 当前很多大型汽轮机都采用复合滑压运行方式以实现在整个负荷 范围内的较高热经济性和安全性 针对汽轮机复合滑压运行滑压阶段的特点 借助调节级特性参数 并考虑汽轮 机进汽阀门的压力损失 提出了汽轮机复合滑压运行滑压曲线的求取方法 同时以某 600MW 汽轮机为例 通过计 算得到了汽轮机复合滑压运行的滑压曲线 并将该曲线与制造厂运行曲线进行对比分析 验证了该方法的正确性 关键词 汽轮机 复合滑压运行 滑压曲线 运行方式 分类号 TK261文献标识码 A 文章编号 1001 5884 2014 01 0050 03 Method of Obtaining Sliding Pressure Curve in Composite Sliding Pressure Operation of Steam Turbine ZHANG Xi fu1 WANG Yun min1 HE Jian2 MA Hai long3 1 College of Energy and Power Engineering Changsha University of Science Technology Changsha 410004 China 2 Jiuquan Vocational and Technical Collage Jiuquan 735000 China 3 GD Power Jiuquan Generation Co Ltd Jiuquan 735000 China Abstract Steam turbine have often been running in the variable working condition running state On the current a lot of large steam turbines operate at composite sliding pressure operation mode in order to achieve higher thermal efficiency and safety in the entire load range According to the characteristics of steam turbine sliding pressure stage in composite sliding pressure operation this paper presents a method of obtaining sliding pressure curve in composite sliding pressure operation of steam turbine on the basis of using governing stage characteristic parameter and considering the pressure loss of the turbine admission valves At the same time taking the 600MW steam turbine in power plant as an example the sliding pressure curve by calculating in composite sliding pressure operation of steam turbine is obtained and the correctness is verified by comparing the calculated curve with the operation curve of the manufacturer Key words steam turbine composite sliding pressure operation sliding pressure curve operating modes 0前言 随着电网负荷峰谷差的增大 目前国内很多大容量机组 都参与电网调峰工作 汽轮机变工况运行时 其运行经济性 和安全性都会降低 不同运行方式对机组经济性和安全性 的影响也是不同的 目前我国 300MW 及以上机组参与电网 调峰时均采用复合滑压运行方式 复合滑压运行方式即定 滑 定运行方式 是定压与滑 压相结合的一种运行方式 上世纪 50 年代德国开始研究复 合滑压运行并首先采用 随后美国 日本和欧洲国家也先后 应用到电厂机组上 采用这种运行方式时 在高负荷区保持 定压运行 通过改变调节汽门开度来调节负荷 在中间负荷 区进行滑压运行 让 2 个或 3 个调节阀门全开进行调节 在 低负荷区 则再进行较低压力水平下的定压运行 1 但在滑 压状态下对应各负荷点应采取多大的初压值 是电厂火电机 组运行中急需要解决的问题 1汽轮机复合滑压运行的特点 在变工况状态 汽轮机的运行方式有定压和滑压两种运 行方式 滑压运行又称变压运行 即工况变化时 汽轮机的 调节汽门开度基本不变 或处于全开位置 机组出力的变化 通过锅炉调节新蒸汽压力来实现 2 滑压运行有纯滑压运行 节流滑压运行和复合滑压运行 3 种方式 前两种运行方式既可用于节流调节的汽轮机组 也可用于喷嘴调节的汽轮机组 复合滑压运行则一般用于喷 嘴调节的汽轮机组 3 复合滑压运行方式即所谓的定 滑 定运行方式 其 采用喷嘴配汽 在高负荷区保持定压运行 用增减调节汽门 来调节负荷 在中间负荷区全开部分调节汽阀 2 个或 3 个 全开 进行滑压运行 在滑压运行的最低压力之下 即极低负 第 56 卷 第 1 期汽轮机技术Vol 56 No 1 2014 年 2 月TU BINE TECHNOLOGY Feb 2014 荷区 又回复到定压运行 进行低汽压水平的定压运行 理 论研究表明 汽轮机采用复合滑压运行方式时 调节阀全开 或部分调节阀全开时 机组运行最为经济 4 汽轮机复合滑 压运行主蒸汽压力和负荷的关系曲线如图 1 所示 图 1复合滑压运行方式的特性曲线 综合而言 这种运行方式使机组在全负荷范围内均保持 较高的热经济性 同时还有较好的负荷响应能力和机组安全 性 所以得到普遍采用 很多大型机组采用复合滑压运行方 式时 有利于提高机组效率 降低给水泵动力消耗和具有较 好的安全性 但循环效率随新蒸汽压力降低有所降低 2复合滑压运行滑压曲线的求取方法 复合滑压运行滑压曲线是指汽轮机调节汽阀在不同阀 门分别全开时的机组初压与机组负荷之间的关系曲线 该 曲线是根据已知条件 借助调节级特性参数 通过计算得到 的不同阀门全开时 各个负荷对应的主蒸汽压力 调节级特 性参数方程 f 是以压力比 为自变量的函数 可通过 调节级特性曲线而得到 5 汽轮机复合滑压运行时滑压曲线求取方法如下 1 因为滑压运行 调节级汽室温度变化很小 所以忽略 温度的影响 根据弗留格尔公式 6 计算变工况后的调节级 汽室的压力 p21值 p21 G1 G 2 p2 2 p2z p2z 槡 1 1 式中 G p2 pz分别为额定工况下的主蒸汽流量 调节级汽室 压力 设计背压 G1 p21 pz1分别为变工况下的主蒸汽流量 调 节级汽室压力 背压 2 假设调节阀前压力 p0 计算 A 系数 7 A 0 648 Ani p0v 槡 0 10 1 2 式中 Ani为全开调节阀门时喷嘴组出口面积 cm2 v 0是对应 假设压力和主蒸汽温度时的比容 即蒸汽密度 0的倒数 m3 kg 3 计算 系数 7 G1 Ap21 3 4 调用调节级特性参数方程 f 或查调节级特 性参数曲线 f 可得到与 对应的调节级压力比 值 5 根据调节级压力比 p21 p0 计算得到调节阀后压力 p0 6 确定新蒸汽压力 p0 新蒸汽通过主汽阀及调节汽阀 中 存在一定的压力损失 8 根据主汽阀和调节阀全开时的 总压力损失系数 将调节阀后的压力 p0 换算成主汽阀前新 蒸汽的压力 即机组的初压 p0 此时 如果 p0与假设的值 p0 不相等 就用新的 p0代替旧值 经过几次迭代就可以得到准 确的 p0值 7 根据主蒸汽流量 G 与机组电负荷 Ne的关系 将主蒸 汽流量换算成相应的电负荷 8 改变阀门开启方式 同样以如上 1 7 过程计 算 可得到机组在不同调节阀全开时 对应不同负荷的机组 初压 将其绘成曲线即可得到汽轮机复合滑压运行时的滑压 运行曲线 3实例计算 以湖南某电厂 N600 16 67 538 538 型汽轮机为例进 行实例分析 该机组采用复合滑压运行方式参与电网调峰 3 1调节级的主要特性参数和配汽结构 该汽轮机调节级的主要特征参数和配汽结构如下 喷嘴汽道总数 116 喷嘴出口角正弦值0 269 2 喷嘴出 口面积488 19cm2 动叶汽道总数 80 动叶出口角正弦值 0 402 动叶出口平均直径1 164 76mm 主汽阀总数 2 调节阀 总数 4 主汽阀与调节阀全开时的总压力损失系数0 97 各调 节阀控制的喷嘴数分别为 号阀 29 阀 23 号 29 号 35 调节阀布置与开启顺序如图 2 所示 图 2调节阀布置与开启顺序 3 2通过计算求取滑压运行曲线 按照上述介绍的方法 分别对该 N600 16 67 538 538 型汽轮机二阀 三阀全开运行工况时的参数进行计算 其中 在步骤 4 里 通过调用该机组调节级特性参数方程 3 607 3 822 计算得 值 最后根据计算得到的滑压运 行曲线如图 3 所示 3 3滑压运行曲线分析与验证 根据 N600 16 67 538 538 型汽轮机制造厂给出的不 同负荷下滑压运行数据 绘出该机组三阀全开运行工况时的 滑压运行曲线 如图 4 中的虚线所示 为了便于比较 将图 3 中的三阀全开计算所得运行曲线与制造厂滑压运行曲线放 置同一坐标图中进行比较 如图 4 所示 从图 4 中可以看出 通过理论计算得到的滑压运行曲线 与该机组的制造厂曲线差别很小 这也说明了上述理论计算 方法是正确的 能够满足实际要求 15第 1 期张希富等 汽轮机复合滑压运行滑压曲线的求取方法 图 3600MW 汽轮机滑压运行压力曲线 二阀 三阀全开 图 4600MW 汽轮机滑压运行压力曲线分析对比 三阀全开 4结论 1 以汽轮机变工况理论为基础 依据调节级特性参数 方程 并考虑进汽阀门压力损失 提出了一种计算汽轮机复 合滑压运行时滑压曲线的计算方法 该方法概念清晰 计算 过程简单 2 通过对湖南某电厂 N600 16 67 538 538 型汽轮机 的实例计算 得到了汽轮机二阀 三阀分别全开时的滑压运 行曲线 并将其与制造厂滑压运行曲线进行对比 结果显示 该理论计算方法具有足够的精度 可以用来指导电厂机组运 行实践 参 考 文 献 1 沈士一 庄贺庆 等 汽轮机原理 M 北京 水利电力出版 社 1992 158 159 2 孙奉仲 大型汽轮机运行 M 北京 中国电力出版社 2008 180 191 3 李玉辉 大机组运行方式优化 D 保定 华北电力大学 2008 26 27 4 翦天聪 汽轮机最优经济运行 M 北京 水利电力出版社 1989 136 139 5 黄海东 常澍平 许军诏 白中华 基于 MATLAB 的汽轮机调节 级变工况快速计算方法 J 汽轮机技术 2008 50 2 103 105 6 靳智平 王毅林 电厂汽轮机原理及系统 M 北京 中国电 力出版社 2006 83 86 7 李维特 黄保海 汽轮机变工况热力计算 M 北京 中国电 力出版社 2001 68 70 8 辽宁省电力工业局 汽轮机运行 M 北京 中国电力出版 社 1995 59 60 上接第 25 页 1 通过对静叶上端壁采用端弯叶片改型后 压气机单 级压比在整个叶高范围内都有增加 平均增加1 1 左右 效 率在大部分叶高范围内有增大 2 采用端弯叶片技术改型 改善了静叶上端壁附近的 端区流动匹配 降低了进口气流正冲角 抑制了叶片表面附 面层的发展速度 从而有效抑制了端区的流动分离 通流能 力提高 3 静叶改型后 有效抑制了端区的分离流动 使得端区 分离延后 但并没有完全消除流动分离现象 还需对静叶进 行进一步的优化改型工作 以获得更加理想的效果 参 考 文 献 1 鲍秀珍 端弯技术在压气机上的应用 J 燃气涡轮试验与研 究 1995 4 23 29 2 黄力希 魏星禄 彭泽琰 叶片端弯技术机理探讨 J 航空动 力学报 1988 3 3 219 222 3 蔡运金 钟玉玲 钱鲁泓 应用端弯技术增加压气机喘振裕度 J 航空动力学报 1988 3 3 215 218 4 Woollatt G Lippett D Ivey P C Timmis P and Charnley B A The Design De