燃煤機組汽輪機能耗分析試驗

＊王少華

（山東省石油天然氣管道保護服務中心 山東 250012）

引言

許多學者采用常規熱平衡法的熱力性能分析方法，結合實際電廠運行情況，提出了一些改進機組熱力性能的方法[1]。高昊天等人[2]對參數為31MPa/600℃/620℃/620℃的超臨界二次再熱機組進行分析。研究結果表明，二次再熱機組可以將供電煤耗降低約9.22g/(kW·h)，同時提高機組凈效率約1.54%。Ust.Y[3]對二次再熱過程進行了深入的理論計算，并成功獲得二次再熱對于機組熱力性能提升的定量效果。研究指出二次再熱和高蒸汽參數能夠顯著提高機組熱力性能。趙永明等[4-5]建立了常規與背壓式汽輪機熱力系統的模型，研究了不同一/二次再熱壓力對二次再熱機組熱經濟性的影響，研究結果表明，提高一次再熱蒸汽壓力、同時降低二次再熱蒸汽壓力，有利于提高全廠效率。

本研究通過理論指導，根據機組的實際運行情況，進行了全面的優化試驗。通過分析試驗結果，可建立火電廠運行操作系統，用于電廠的運行指導。試驗結果與機組控制系統相結合，改變原有的控制參數，并通過繪制曲線來優化熱控系統。優化試驗結果可直接應用于機組的運行，以提高機組運行的經濟性，從而提高電廠的經濟效益。

1.熱力性能試驗

該汽輪機型號為N600-16.7/538/538，是亞臨界一次中間再熱機組。汽輪機為單軸、三缸四排汽、雙背壓的凝汽式汽輪機。給系統包括三臺高壓加熱器、一臺除氧器及四臺低壓加熱器。其中，汽動給水泵小汽機的汽源為四段抽汽。

為使實驗結果能夠更加準確地反應機組的熱力性能，在試驗前需要全面消除系統中所有的缺陷，并對輔助設備進行隔離。為了熱力試驗的順利進行，需要充分的調節試驗運行工況并選擇合理的試驗測點采集相關的數據，在進行試驗前機組上的測點位置如圖1所示。

圖1 熱力系統性能測試點

2.試驗方法

(1)影響系數法試驗方法

將4號高壓調節閥開度設為0，加負荷至1號、2號、3號高壓調節閥全開，在3個調節閥全開時，保持主蒸汽溫度為設計值，降低再熱蒸汽溫度至515℃，穩定半小時，記錄相關參量半小時（第1工況）；保持再熱蒸汽溫度為設計值，降低主蒸汽溫度至515℃，穩定半小時，記錄相關參量半小時（第2工況）。

(2)三閥全開熱耗率試驗方法

首先，將4號高壓調節閥的開度設為0，并使機組的三個高壓調節閥保持全開，以確保機組負荷穩定在約600MW。停止鍋爐的吹灰，關閉爐水加藥、聯箱放水、對外供水、暖風器以及廠用蒸汽的閥門，以確保回熱系統按照設計要求正常運行，使機組成為一個純單元系統。同時，將進汽參數調整為設計值，保持負荷和進汽參數的穩定性。

3.試驗性能指標的計算

通常情況下，汽輪機的運行參數不可能完全等同于規定值，為了能夠在相同的熱力條件下進行汽輪機性能與相關參數的比較，需對他們之間的偏差進行修正[6]。在計算平均值時，應取差壓讀數的平方根的平均值[7]。

(1)主汽流量

式中，Gs為經新汽壓力和溫度修正后的主汽流量，kg/h；tG為測得的主汽流量，kg/h；ps為額定主汽壓力，MPa；vs為額定工況下主汽的比容m3/kg；tp為試驗時主汽壓力MPa；tv為試驗時主汽比容，m3/kg。

(2)汽耗率

式中，d為汽耗率，kg/(kW·h)；D為主汽流量，kg/h；N為機組發出的電功率，kW。

(3)機組發電煤耗與供電煤耗

式中，ηgl為鍋爐效率，%；ηgd為管道效率，%。

式中，bft為發電煤耗，g/(kW·h)；kC為廠用電率，%；bft為供電煤耗，g/(kW·h)。

(4)高、中、低壓缸效率的計算

式中，1h為汽缸進口焓，kJ/kg；2h為汽缸出口焓，kJ/kg；h2s為汽缸出口等熵焓，kJ/kg；iη為高、中、低壓缸效率，%。

4.試驗結果分析

(1)影響系數法試驗

為了確定高、中壓缸之間的軸封漏汽量，本研究采用了3閥全開的影響系數法試驗。分別調節主蒸汽和再熱蒸汽溫度，對高、中壓缸間軸封的漏汽量定量分析。影響系數法試驗的計算示意圖，如圖2所示。試驗結果表明，中壓缸冷卻蒸汽流量占中壓缸進汽流量的比例為2.091%（與設計值1.001%相比，高出1.091個百分點）。

圖2 影響系數法試驗計算示意圖

(2)三閥全開工況機組熱耗率試驗

為了反映汽輪機本體的經濟性，三閥全開工況機組熱耗率試驗進行了系統隔離，計算結果同時進行系統修正和參數修正。圖3為大修前后三閥全開工況試驗結果。

圖3 三閥全開時工況試驗分析

由圖3可知，經系統修正和參數修正的汽輪機熱耗率大修后為8146.5kJ/(kW·h)，比設計熱耗率7844.0kJ/(kW·h)高302.5kJ/(kW·h)；比大修前熱耗率8255.5kJ/(kW·h)降低109.0kJ/(kW·h)。系統修正和參數修正后的數據代表排除熱力系統和運行參數變化的影響，只表示汽輪機本體變化導致的機組熱耗率的變化，所以說由于汽輪機本體即高、中、低壓缸效率，軸封漏汽量變化使汽輪機熱耗率較大修前降低109.0kJ/(kW·h)。

5.結論

隨著燃煤火電機組數量的迅速增加，大量的煤炭被用于發電。本文在通過影響系數法試驗時，測得高壓缸至中壓缸冷卻蒸汽流量占中壓缸進汽流量的比例為2.091%，比設計值高了1.09個百分點。

（1）大修后3VWO工況的高壓缸和中壓缸效率分別為85.13%和91.64%，與大修前相當。大修后修正到設計容積流量的低壓缸效率比大修前提高了3.05個百分點。

（2）在正常運行狀態下，機組在負荷600MW工況進行大修后僅進行參數修正后的熱耗率為8176.0 kJ/(kW·h)，比大修前僅進行參數修正后的熱耗率降低了111.0kJ/(kW·h)。在負荷480MW工況下，大修后機組僅進行參數修正后的熱耗率為8347.7kJ/(kW·h)，比大修前僅進行參數修正后的熱耗率降低了89.5 kJ/(kW·h)。

（3）機組在正常運行狀態，負荷360MW工況下，修后機組修正后廠用電率比大修前機組修正后廠用電率低0.04%、發電煤耗低7.69gec/(kW·h)、供電煤耗為低27.11gec/(kW·h)。

從影響汽輪機熱耗率的各項因素可以得出，低壓缸效率偏離設計值和排汽壓力的變化對機組熱耗率的影響最大，其次是高、中壓缸效率偏離設計值、軸封漏汽量、中壓缸冷卻蒸汽量。