320MW抽凝供熱機組蝶閥開度調整試驗與仿真研究

摘要：近年來，隨著城市冬季集中供暖的普及，許多純凝機組采用打孔抽汽的方法進行供熱改造，在中低壓連通管處設置蝶閥來控制抽汽供熱流量。為研究蝶閥開度大小對汽輪機熱耗造成的影響，進行了不同開度下的汽機熱耗試驗，并使用EBSILON軟件修正了因無法精確調節主蒸汽流量與供熱抽汽流量造成的熱耗偏差;判斷蝶閥前后壓力損失是影響汽輪機熱耗的重要因素并與汽機熱耗呈正相關關系，指導運行人員通過監視蝶閥壓損即可判斷機組由蝶閥開度影響而造成的能量損失。

關鍵詞：抽凝供熱;蝶閥開度;熱力性能試驗;熱耗率;EBSILON

0? ? 引言

近年來，國家產業結構調整，大力支持熱電聯產行業，國內許多純凝機組進行了供熱改造。純凝機組通過在中低壓連通管打孔抽汽改造實現供熱，一般在汽輪機中壓缸至低壓缸之間增加一套供熱調節蝶閥，以保證供熱抽汽壓力及供熱蒸汽流量滿足需求。在機組的實際運行中，供熱蝶閥的不同開度直接影響進入低壓缸的蒸汽流量，并引起低壓缸進汽節流損失，不合理的蝶閥開度會導致機組低壓缸效率急劇下降及管路振動。所以，不同供熱工況下合理的供熱蝶閥開度，對于保證機組高效安全運行至關重要。

1? ? 機組概況

某電廠某機組為亞臨界中間再熱兩缸兩排汽凝汽式汽輪機，近年對其進行了打孔抽汽供熱改造，改造后機組主要參數如表1所示。

2? ? 蝶閥開度調整試驗

為探討蝶閥開度對汽機熱耗的影響，保持主汽流量625 t/h及供熱抽汽流量107 t/h恒定，分別選取30%、40%、50%、60%、70%這5個閥門開度進行了熱力性能試驗。機組熱力試驗各主要參數統計如表2所示，機組試驗熱耗率、試驗有功功率與閥門開度關系如圖1所示。

如圖1所示，蝶閥開度為30.23%時，參數修正后熱耗率為7 830.29 kJ/kWh;隨著蝶閥開度的增加，參數修正后熱耗率逐漸下降，蝶閥開度到60.37%時達到最低值7 618.05 kJ/kWh，熱耗率下降212.24 kJ/kWh。假設鍋爐效率92.5%，管道效率98%，發電煤耗降低7.88 g/kWh。

蝶閥開度從50%到70%，熱耗率下降8.79 kJ/kWh，其間熱耗率最大與最小差值為15.68 kJ/kWh，結合試驗誤差等因素，蝶閥開度大于50%后，蝶閥對機組熱耗率的影響已很小。

分析試驗期間各工況系統參數變化，中低壓連通管路上蝶閥前后壓差隨蝶閥開度的增加而大幅降低，考慮到蝶閥開度較小時會造成較大的局部阻力，認為蝶閥前后壓差造成的能量損失是導致蝶閥開度較低時汽機熱耗劇烈升高的主要原因，下節將就此展開研究。

3? ? 蝶閥開度調整仿真

EBSILON軟件廣泛應用于電站設計、評估和優化及其他熱力循環過程。該軟件在設計過程中，有助于優化熱力系統循環并提出可行的改進方案。

為量化研究中低壓連通管蝶閥開度對機組熱耗率的影響，選取蝶閥前后壓力損失作為自變量對機組熱耗率的變化進行研究。

使用EBSILON軟件建立的機組供熱仿真模型如圖2所示。

如圖2所示，在中低壓連通管處使用壓損元件模擬蝶閥的壓力損失情況，仿真計算其他重要參數，選用熱力試驗計算結果，僅改變壓力損失數值進行變工況模擬，壓力損失數值分別對應表2中30%～70%的蝶閥開度。

仿真計算機組各主要參數如表3所示。

仿真計算機組熱耗率與試驗熱耗率對比如圖3所示。其中，主汽流量、供熱抽汽流量及蝶閥壓損使用試驗數值。

如圖3所示，因機組試驗期間存在一定量主再熱蒸汽減溫水，加熱器等輔機性能也無法保持在最佳狀態，故試驗熱耗率在各工況下均高于仿真模擬熱耗率300 kJ/kWh以上，在仿真模擬時主要考慮蝶閥開度對熱耗率的影響趨勢，而上述因素在各工況下對機組熱耗率的影響基本相同，故未針對上述因素進行修正。可以看出，仿真模擬的熱耗率變化趨勢與熱力性能試驗基本相同，驗證了仿真模擬方法可以預測蝶閥開度對機組熱耗率的影響趨勢。

由于熱力試驗期間無法精確控制機組主汽流量與供熱抽汽流量為定值，而這兩個數值對機組熱耗率影響很大，所以設定主汽流量625 t/h與供熱抽汽流量107 t/h不變，再次模擬蝶閥開度對機組熱耗率的影響。相同主汽流量與供熱抽汽流量的仿真熱耗率隨蝶閥開度變化的主要計算結果及其變化曲線分別如表4與圖4所示。

由圖4可以看出，在該主汽流量與供熱抽汽流量工況下，從50%開度后繼續開大蝶閥，中壓缸排汽壓力繼續降低，但蝶閥壓損變化較小，熱耗率變化也呈現相同趨勢。機組模擬熱耗率與蝶閥前后壓差具有很強的一致性。

仿真熱耗率與試驗熱耗率隨蝶閥開度變化曲線存在較好的對應關系，說明該仿真模型可以代替熱力性能試驗來預測機組的熱力性能參數。

4? ? 結語

通過在相同主蒸汽流量與供熱抽汽流量下調整蝶閥開度，對抽汽供熱機組進行熱力性能試驗發現，蝶閥開度對機組熱耗率有重要影響。

使用EBSILON軟件進行仿真計算，驗證了機組的熱耗率與中低壓連通管蝶閥壓損具有明顯的正相關影響，證明了中低壓連通管蝶閥的節流損失是影響機組熱耗的主要因素。

通過對機組進行熱力試驗與仿真計算，可以指導機組在運行過程中，應盡量將中低壓連通管蝶閥開大到壓損不再明顯降低的位置為止，為打孔抽汽供熱機組的經濟運行做出貢獻。

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收稿日期：2020-12-04

作者簡介：杜未（1992—），男，內蒙古人，助理工程師，研究方向：熱能與動力工程。