過熱蒸汽品質對余熱發電量影響因素的實驗與生產控制

李林華,趙培偉,保德順,李祥彪

（楚雄滇中有色金屬有限責任公司，云南楚雄675000）

某公司現有年發電量3千萬kw/h余熱發電系統一套(汽輪機額定功率4.15MW，最大功率5.3MW，發電機額定功率6MW，)，其工藝流程是艾薩余熱鍋爐產生的飽和蒸汽進入汽輪機帶動發電機運行從而發電。應公司生產工藝和余熱回收利用技術項目的要求，現對余熱鍋爐產生的蒸汽品質進行測試研究，以求達到余熱蒸汽充分利用的目的。本文結合實際對蒸汽品質如何影響發電量進行分析，并通過實際測試實驗找出合理的生產控制指標。

雖然大部分文獻[1～4]都談到并對影響發電量的因素進行分析、研究和控制，但其都只停留在理論層面，并沒有結合具體的實例進行研究和控制。本文結合上述理論并結合實際對汽輪機進氣量進行測試研究，以求尋找出最優進氣流量，以此提高資源利用效率。

1 蒸汽品質的調查分析

1.1 蒸汽品質的調查

隨著鍋爐參數和容量的不斷提高，對汽包鍋爐而言，蒸汽品質要求也越來越高，特別是在高壓下汽水腐蝕的問題也日益突出，蒸汽品質的惡化對機組安全，經濟運行都會帶來不利影響。通過對本次實驗的蒸汽理化指標的檢測，發現該蒸汽的化學成分穩定，故不作實驗對象。本文從蒸汽溫度、流量、壓力等方面進行實驗，打開余熱鍋爐各蒸汽消耗位置后，統計蒸汽流量，以此確定蒸汽品質對汽輪機發電量的影響。

1.2 蒸汽品質對發電量的影響

除蒸汽計量之外，根據現代熱力學相關研究顯示，蒸汽質量對余熱發電汽耗具有重要的影響。一般而言，蒸汽質量的高低直接影響了相同生產能量所需蒸汽量，決定了發電汽耗的大小。高質量的蒸汽更加利于發電效率。其次，蒸汽質量還包括蒸汽雜質的多少，而據現代研究顯示，雜質含量越低的蒸汽越有利于發電。一旦蒸汽中含有鈣鎂成分的雜質，則會在設備內部累計形成水垢，從而導致通汽流道變小汽流不暢，嚴重時造成葉輪平衡失效振動增大，甚至可能造成設備損壞，繼而影響余熱發電汽耗的增加。

1.2.1 蒸汽計量對發電量的影響

蒸汽計量是對熱電廠發電汽耗產生影響的因素之一，精密的蒸汽計量才可有效判別余熱發電汽耗的增加與否。由于在生產過程中會牽扯到蒸汽的進出量，而通過對蒸汽進行精密的測量可對發電汽耗進行判斷，一般來講鍋爐產氣量與汽輪機進氣量的數值相差不大，而且不可能在短時間內出現突然增大或減小，如鍋爐、汽輪機流量數值發生的劇烈變化，首先需要判別蒸汽計量設備是否出現誤差，如排除該項選擇則可判定發電汽耗出現不正常的損耗。

1.2.2 蒸汽壓力對發電量的影響

蒸汽壓力的波動客觀上對余熱發電汽耗的增加影響較大，由于艾薩料量的變化及入爐物料的改變，余熱鍋爐產生的蒸汽流量、溫度發生改變，需要不斷調整發電機負荷來滿足汽輪機進汽壓力、流量、控制要求，我公司發電機負荷調節為人工調節，在調整過程中由于個人操作習慣及DCS系統的延時導致進氣量與發電負荷不協調造成發電汽耗的增加。

1.2.3 蒸汽溫度對發電量的影響

蒸汽的溫度是對余熱發電汽耗產生重要影響的因素之一。蒸汽溫度過低、內熱值低、含水分較大，增加疏水閥開度造成蒸汽浪費，情況嚴重可能導致轉子水沖擊。蒸汽溫度過高，汽輪機的葉片、尾片都會由于溫度的影響而發生變形。屆時，由于汽輪機的葉片、尾片發生曲折，無法如預先設計得到有效使用，這對于能源是一種極大的浪費。其次，由于汽輪機的葉片及尾片發生變形，必定會導致汽輪機使用壽命的縮短，大大降低其經濟價值。

1.2.4 汽輪機真空度對發電量的影響

汽輪機真空度對余熱發電汽耗具有一定的影響。由于蒸汽在汽輪機內膨脹做功，做完功后的蒸汽通過排氣口進入凝結器凝結成水，而汽輪機效率好壞取決于做功蒸汽的焓降，蒸汽焓降差值取決于排汽壓力、溫度及凝結器真空，因此，一旦汽輪機真空度受到影響，無法維持合理的狀態則會直接導致汽輪機的發電效率降低和發電汽耗的增加。因此，通過有效的手段控制汽輪機真空度維持在合理范圍內至關重要。

2 蒸汽品質與發電量的關系

汽輪機是帶動發電機發電的，發電機發出的電只跟汽輪機的功率有關，而汽輪機的功率=質量流量×輪周功×相對內效率，所以發電機的發電量跟質量流量有關。

式中:

Pd——汽輪機平均發電能力（KW）

Dg——汽輪機進氣量（Kg/h）

Δhg——汽輪機有效焓降(KJ/Kg)

ηr——汽輪機內效率

ηd——發電機效率

η’——汽輪機機械、散熱、自用動力損失效率

3 蒸汽品質與發電量的測試

3.1 測試方法

在保證余熱鍋爐提供的蒸汽溫度在290～315℃之間，蒸汽壓力（汽水分離器）在2.95～3.1 MPa，蒸汽流量（電站流量計）≥20t/h的前提下，由電站主控人員通過調節蒸汽放空閥開度將進入汽輪機蒸汽量（電站蒸汽流量計讀?。┫抡{至20t/h，穩定運行0.5h，再將流量下調至19t/h、18t/h、17t/h、16t/h、15t/h、14t/h，每個間段穩定運行0.5h，共計210min，每10min記錄相關參數。在實驗過程中應保證蒸汽溫度和冷卻水溫度一定，消除影響因素，確保實驗數據的準確性。

3.2 測試內容

為方便測試，將實驗分成7組進行，通過控制汽輪機進氣量，測試30min，最后得出的實驗數據見表1。

表1 實驗數據記錄表

3.3 測試結果

通過對數據的分析總結如下：

1）蒸汽流量在20t/h時真空最低，凝結水回收率最好92.83%，發電機負荷最大3120kW，發電量最多，汽發電量為154.76kW·h/t；

2）蒸汽流量在17t/h時凝結水回收率90.1%，真空-71.99 kPa，發電量最高156 kW·h/t；

3）蒸汽流量在16t/h、15t/h時，負荷、汽發電量135 kW·h/t，凝結水回收率90.1%；

4）蒸汽流量在14t/h時，汽發電量138.7 kW·h/t，凝結水回收率最低84.5%，真空-73.16 kPa。

4 結論

綜上所述，汽輪發電機蒸汽流量在17t/h及以上時的發電量及凝結水回收率為理想蒸汽流量，16t/h及以下時真空較高，但噸汽發電量較低，發電效率低，汽蒸汽流量在14t/h時汽輪發電機組可以正常運轉。