汽輪機(jī)效率探討

馮國強(qiáng)， 宋紅艷

（1.北京全四維動力科技有限公司，北京100085；2.黑龍江地理信息工程院，哈爾濱150081）

0 引言

根據(jù)《2013年全國電力工業(yè)統(tǒng)計快報一覽表》，2013年全社會用電量53474億kW·h，其中燃煤（含煤矸石）火電39474億kW·h，6000kW以上機(jī)組供電煤耗321g/kW·h。燃煤火電發(fā)電主要靠汽輪機(jī)轉(zhuǎn)化，因此，汽輪機(jī)效率的每一點(diǎn)提高對整個社會一次能源消耗的影響都是巨大的。

1300 MW、600 MW、1000 MW機(jī)組在不同工況下的熱耗值分析

1.1 機(jī)組運(yùn)行參數(shù)

現(xiàn)有類似機(jī)組參考效率見表1，為了便于對比，機(jī)組取表2運(yùn)行參數(shù)。

表1 現(xiàn)有類似機(jī)組參考效率

1.2 汽輪機(jī)主機(jī)處于理想狀態(tài),調(diào)整輔機(jī)系統(tǒng)時

計算時所有熱力數(shù)據(jù)以IF97為標(biāo)準(zhǔn)，汽輪機(jī)排汽壓力統(tǒng)一取4.9kPa，排汽溫度為32.5℃，發(fā)電機(jī)效率99%，機(jī)械效率99.5%,鍋爐壓降10%，再熱器壓降10%。

1）工作條件A。無回?zé)?，有再熱，主汽閥、調(diào)節(jié)閥壓降為0，氣動效率100%，不計算濕氣損失，不計算漏氣損失，不計算低壓末級余速損失，電動給水泵效率100%。

表2 機(jī)組運(yùn)行參數(shù)

2）工作條件B。8級加熱器回?zé)?，工作條件為理想狀態(tài)，電泵逐級加壓，加熱器為混合式。

3）工作條件C。按現(xiàn)有回?zé)嵯到y(tǒng)運(yùn)行，工作條件很理想，凝結(jié)水泵加壓，經(jīng)過4級低壓加熱器進(jìn)入除氧器，然后小汽機(jī)帶動主給水泵，加壓給水經(jīng)過3級高壓加熱器去鍋爐，高壓加熱器壓損0.5MPa/個；加熱器疏水去下一級；給水泵小汽機(jī)內(nèi)效率按理想值85%計算，給水泵效率按理想值85.5%計算。

2 輔機(jī)系統(tǒng)處于工作條件C，主機(jī)系統(tǒng)處于不同狀態(tài)時主機(jī)通流采用反動式結(jié)構(gòu)

汽輪機(jī)部分的損失主要包括幾部分：排氣余速損失，各閥門、連通管損失，壓力級損失，軸封損失。其中壓力級損失包括型線損失，葉高損失，扇形損失，葉輪摩擦損失，部分進(jìn)汽損失，漏氣損失，濕氣損失等。對于反動式汽輪機(jī)，葉輪摩擦損失很小，采用彎扭葉片型線后，可以有效降低扇形損失［7］。

1）工作條件D。在工作條件C的基礎(chǔ)上，增加汽輪機(jī)排汽損失，余速損失取25 kJ/kg。

2）工作條件E。在工作條件D的基礎(chǔ)上，增加高壓主汽、調(diào)節(jié)閥壓損，合計3%，再熱主汽、調(diào)節(jié)閥壓損，合計3%，中低壓缸連通管壓損3%。

3）工作條件F。在工作條件E的基礎(chǔ)上，增加濕汽損失及葉片型面損失。濕氣損失按Baumann在1921年提出的經(jīng)驗公式；葉片型面損失按葉型損失與通道收斂梯度的經(jīng)驗公式計算，在理想狀態(tài)下，型面損失系數(shù)為2.3%。

4）工作條件G。在工作條件F的基礎(chǔ)上，增加葉高損失，調(diào)節(jié)級的部分進(jìn)汽損失，計算標(biāo)準(zhǔn)以引進(jìn)型300 MW汽輪機(jī)的通流數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)，根據(jù)不同機(jī)組主汽流量的不同調(diào)整葉片高度。

5）工作條件H。在工作條件G的基礎(chǔ)上，增加壓力級其它損失：葉輪摩擦損失，扇形損失，葉頂漏氣損失，靜葉葉根漏氣損失；由于采用反動式設(shè)計，葉輪摩擦損失忽略不計；葉片采用彎扭型線后，扇形損失可以調(diào)到很小，計算時取理想狀態(tài)，忽略不計。

6）工作條件J。在工作條件H的基礎(chǔ)上增加高中壓間漏汽。過橋汽封體以引進(jìn)型300 MW為原型：過橋汽封第一段直徑910 mm，齒數(shù)40，去向高排；第二段直徑1170 mm，齒數(shù)13，去向中壓進(jìn)汽；按斯托托拉公式計算漏氣量，流量系數(shù)取0.67，汽封間隙取0.5 mm。

表3

表4

7）工作條件K。在工作條件J的基礎(chǔ)上增加高排漏氣，中排漏氣，汽封體以引進(jìn)型300 MW為原型，高排汽封一段去除氧器汽封體，直徑1170 mm，齒數(shù)24，二段去向汽封母管，直徑500 mm，齒數(shù)16；中排汽封去向汽封母管，直徑500，齒數(shù)16；按斯托托拉公式計算，流量系數(shù)取0.67，汽封間隙取0.5 mm。

表5

3 結(jié)論

通過分析不同工況的熱耗值，我們能了解各個不同損失對機(jī)組整體效率的影響。

同時通過理想工況的效率與現(xiàn)有運(yùn)行效率的對比，可了解現(xiàn)有機(jī)組還有那些可以改進(jìn)的余地。例如，通過工作條件J和工作條件H下熱耗的差值，我們可以計算出對于亞臨界300 MW機(jī)組，過橋汽封漏氣量11 t/h時，熱耗增加8 kJ/kW·h；實際運(yùn)行時，過橋汽封間隙一般大于0.75mm，流量系數(shù)為1，漏汽量為24.6t/h，比較惡劣情況下，漏氣量能到40 t/h，此時熱耗增加17.9 kJ/kW·h，最大增加29 kJ/kW·h，這就意味著對過橋汽封的改進(jìn)，在最理想狀態(tài)沒有漏氣時，能獲得的收益最大為29 kJ/kW·h。

［1］ 王興平，張行政.上海優(yōu)化引進(jìn)型300MW汽輪機(jī)熱力性能分析及評價［J］.動力工程，1998，18（3）：9-16.

［2］ 陽虹，陳學(xué)文，王興平，等.吳涇600MW汽輪機(jī)熱力性能試驗分析［J］.上海汽輪機(jī)，2001（4）：41-56.

［3］ 張環(huán)宇.350MW超臨界火電機(jī)組技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析［J］.汽輪機(jī)技術(shù)，2011，53（4）：245-248.

［4］ 佚名.國電銅陵發(fā)電有限公司1號汽輪機(jī)大修后熱力性能試驗報告［R］.西安：西安熱工研究院有限公司，2010.

［5］ 付昶，趙毅，朱立彭，等.600MW超超臨界汽輪機(jī)性能及分析［J］.熱力透平，2010，39（1）：71-74.

［6］ 佚名.華電國際鄒縣發(fā)電廠#7機(jī)組汽輪機(jī)性能試驗報告［R］.濟(jì)南：山東電力研究院，2007.

［7］ 王乃寧，張志剛.汽輪機(jī)熱力設(shè)計［M］.北京：水利電力出版社，1985.