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電廠汽輪機(jī)組變負(fù)荷運(yùn)行安全經(jīng)濟(jì)性分析

文檔作者：張希富，王運(yùn)民，師保平，夏成銳文檔來(lái)源： 1華潤(rùn)電力登封有限公司 2長(zhǎng)沙理工大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院 3鶴壁豐鶴發(fā)電有限責(zé)任公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年06月05日
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56巷第6期
2014年12月
汽輪機(jī)技術(shù)
TURBINE TECHNOLOGY
Vo1．56 NO．6
Dec．2014
電廠汽輪機(jī)組變負(fù)荷運(yùn)行安全經(jīng)濟(jì)性分析
張希富 ，王運(yùn)民 ，師保平 ，夏成銳
(1華潤(rùn)電力登封有限公司，鄭州450000；2長(zhǎng)沙理工大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院，長(zhǎng)沙410114；
3鶴壁豐鶴發(fā)電有限責(zé)任公司，鶴壁458000)
摘要：電廠汽輪機(jī)組變負(fù)荷運(yùn)行時(shí)常采用定壓運(yùn)行和滑壓運(yùn)行兩種方式，但這兩種運(yùn)行方式對(duì)機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性
和安全性的影響是完全不同的。借助某電廠600MW汽輪機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)，通過(guò)計(jì)算和分析，比較了汽輪機(jī)組不同負(fù)
荷下定壓運(yùn)行和滑壓運(yùn)行的汽耗率、熱耗率、絕對(duì)電效率、調(diào)節(jié)級(jí)溫度、高壓缸排汽溫度等重要指標(biāo)。研究證明，部
分負(fù)荷下采用滑壓運(yùn)行方式，既可以提高機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性、降低機(jī)組能耗，又能夠保證設(shè)備的運(yùn)行安全性、改善整
個(gè)機(jī)組的調(diào)峰性能。
關(guān)鍵詞：汽輪機(jī)組；變負(fù)荷；定壓運(yùn)行；滑壓運(yùn)行；熱經(jīng)濟(jì)性；調(diào)峰
分類號(hào)：TK267 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1001—5884(2014)06-0464-03
Safety and Economic Analysis on Variable Load Operation
of Steam Turbine Unit ifl Power Plant
ZHANG Xi-fu ，WANG Yun-min ，SHI Bao—ping ，XIA Cheng-rui
(1 China Resources Power Dengfeng Company Limited，Zhengzhou 450000，China；2 College of Energy
and Power En~neefing，Changsha University of Science&amp;amp;Technology，Changsha 4101 14，China；
3 Hebi FengHe Power Generation Company Limited，Hebi 458000．China)
Abstract：Steam turbine unit often adopts constant pressure or sliding pressure operation modes under variable load
operation，but these two kinds of operation modes are completely different in the influence on economy and Security．
According to the 600 MW steam turbine unit，s operation data，this paper compared the steam rate，heat rate，absolute
electrical efficiency，temperature of governing stage and exhaust temperature of high pressure cylinder of steam turbine unit
with constant pressure and sliding pressure operation modes under variable load operation by way of detailed calculation and
analysis．The research proves that steam turbine unit adopting sliding pressure operation under pa~iM load not only can
improve the thermal economy of unit and reduce the energy consumption，but also can ensure the running safety of
equipment and improve the unitg peak—load regulating performance．
Key words：steam turbine unit；variable load；constant pressure operation；sliding pressure operation；thermal
economy；peak load regulation
0 前言
隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅速增長(zhǎng)和用電結(jié)構(gòu)的變化，我國(guó)電網(wǎng)
負(fù)荷的峰谷差越來(lái)越大，大容量機(jī)組需要參與電網(wǎng)調(diào)峰運(yùn)行
的時(shí)間也越來(lái)越多，機(jī)組經(jīng)常處在變負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)。汽輪機(jī)
組變負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，偏離設(shè)計(jì)工況，熱經(jīng)濟(jì)性和安全性會(huì)明顯
降低，如何在確保機(jī)組安全運(yùn)行的前提下，提高機(jī)組在部分
負(fù)荷下的熱經(jīng)濟(jì)性是一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。
影響機(jī)組變負(fù)荷運(yùn)行熱經(jīng)濟(jì)性的主要因素有系統(tǒng)設(shè)計(jì)、
設(shè)備狀況、運(yùn)行方式等，其中只有運(yùn)行方式可人為調(diào)整? 。
所以研究電廠汽輪機(jī)組在變負(fù)荷下不同運(yùn)行方式對(duì)機(jī)組的
影響具有十分重要的意義。通過(guò)對(duì)不同運(yùn)行方式的比較，選
豎金堡 重 !衛(wèi) 大 善機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性和運(yùn)行安
收稿日期：2014-07-03
全性。
l 汽輪機(jī)變負(fù)荷運(yùn)行方式
在機(jī)組變負(fù)荷運(yùn)行中，通常有定壓和滑壓兩種運(yùn)行方
式。
1．1 定壓運(yùn)行方式
定壓運(yùn)行是在主蒸汽壓力、溫度等進(jìn)汽參數(shù)保持不變的
情況下，通過(guò)改變進(jìn)汽調(diào)節(jié)閥的開度來(lái)進(jìn)行機(jī)組負(fù)荷的調(diào)
節(jié)。定壓運(yùn)行的汽輪發(fā)電機(jī)組可以采用節(jié)流配汽．也可以采
用噴嘴配汽。節(jié)流配汽調(diào)節(jié)也稱單閥方式，通過(guò)同時(shí)開啟調(diào)
節(jié)閥進(jìn)行調(diào)節(jié)；噴嘴配汽調(diào)節(jié)也稱順序閥方式，是通過(guò)各個(gè)
調(diào)節(jié)閥按順序依次啟閉改變進(jìn)汽度，進(jìn)行負(fù)荷的調(diào)節(jié) J。
在變負(fù)荷下，定壓運(yùn)行方式由于調(diào)節(jié)閥的開度變小，節(jié)
基金項(xiàng)目：國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973計(jì)劃)基金資助項(xiàng)目(2009CB219803—03)。
作者簡(jiǎn)介：張希富(1989．)，男，河南鶴壁人，碩士研究生，研究方向?yàn)殡姀S熱力系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行。
第6期 張希富等：電廠汽輪機(jī)組變負(fù)荷運(yùn)行安全經(jīng)濟(jì)性分析 465
流損失增加，使熱經(jīng)濟(jì)性下降，同時(shí)使通流部分的蒸汽溫度
和汽缸溫度發(fā)生變化，影響機(jī)組設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定和安全 J。
1．2 滑壓運(yùn)行方式
滑壓運(yùn)行又稱變壓運(yùn)行，是相對(duì)于傳統(tǒng)的定壓運(yùn)行而言
的。汽輪機(jī)滑壓運(yùn)行時(shí)，調(diào)節(jié)閥全開或開度不變，根據(jù)負(fù)荷
大小調(diào)節(jié)進(jìn)入鍋爐的燃料量、給水量和空氣量，使鍋爐出口
汽壓和流量隨負(fù)荷升降而升降，但出口汽溫不變，借以調(diào)節(jié)
汽輪機(jī)的功率。機(jī)組變工況運(yùn)行中，汽輪機(jī)的進(jìn)汽壓力隨外
界負(fù)荷增減而上下“滑動(dòng)”，故稱滑壓運(yùn)行 。
滑壓運(yùn)行有純滑壓運(yùn)行、節(jié)流滑壓運(yùn)行和復(fù)合滑壓運(yùn)行
3種方式。汽輪機(jī)滑壓運(yùn)行時(shí)，各級(jí)溫度變化較小，對(duì)安全性
方面是有利的，而且在一定的負(fù)荷范圍內(nèi)還能提高機(jī)組運(yùn)行
的經(jīng)濟(jì)性。目前大型汽輪機(jī)組滑壓運(yùn)行中廣泛采用復(fù)合滑
壓運(yùn)行方式。復(fù)合滑壓運(yùn)行方式即所謂的定一滑一定運(yùn)行
方式，在高負(fù)荷區(qū)采用定壓運(yùn)行方式，在中間負(fù)荷開啟部分
閥門進(jìn)行滑壓調(diào)節(jié)，極低負(fù)荷下又回到低壓水平的定壓運(yùn)
行
2 汽輪機(jī)組變負(fù)荷運(yùn)行熱經(jīng)濟(jì)性計(jì)算和安
全性分析
2．1 汽輪機(jī)組變負(fù)荷運(yùn)行的熱經(jīng)濟(jì)性計(jì)算
衡量汽輪機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的指標(biāo)主要是汽輪機(jī)組的汽
耗率、熱耗率和絕對(duì)電效率 J。汽輪機(jī)組的汽耗率是指每產(chǎn)
生1kW ·h的電能汽輪機(jī)所消耗的蒸汽量，熱耗率是指機(jī)組
每產(chǎn)生1kW ·h的電能汽輪機(jī)所消耗的蒸汽熱量，絕對(duì)電效
率是指發(fā)電機(jī)功率與循環(huán)吸熱量之比。通過(guò)計(jì)算機(jī)組的汽
耗率、熱耗率大小和絕對(duì)電效率的高低可以定量比較不同運(yùn)
行方式的熱經(jīng)濟(jì)性 。
(1)汽耗率d的計(jì)算
D
d= (1)
， e
式中，D。為主蒸汽流量，kg／h；P 為發(fā)電機(jī)電功率，kW。
(2)熱耗率q的計(jì)算
對(duì)無(wú)再熱機(jī)組，熱耗率為
g= ( 一 )=d( 。一 ) (2)
式中，h。為主蒸汽焓，kJ／kg；^ 為鍋爐給水焓，kJ／kg。
對(duì)中間再熱機(jī)組，熱耗率為
Q。D0(h0一hiw)+D，(h，一h )
q 一P
e — — — — ] — — 一
= d 一 )+ 一hr')] (3)
式中，Q 為汽輪機(jī)組的熱耗量，kJ／h；D，為再熱蒸汽流量，
kg／h； ，為再熱蒸汽焓，kJ／kg；h， 為高壓缸排汽焓，kJ／kg。
(3)絕對(duì)電效率 的計(jì)算
3 600P 3 600 ， 、
77 ，
2．2 汽輪機(jī)組變負(fù)荷運(yùn)行的安全性分析
在汽輪機(jī)變負(fù)荷運(yùn)行中，機(jī)組負(fù)荷變化所帶來(lái)的調(diào)節(jié)級(jí)
溫度和高壓缸排汽溫度等的變化會(huì)引起汽輪機(jī)內(nèi)各零部件
受力發(fā)生變化，進(jìn)而產(chǎn)生汽缸和轉(zhuǎn)子的熱應(yīng)力、熱變形以及
動(dòng)靜部分差脹，這些對(duì)于機(jī)組的穩(wěn)定性和安全性都有較大影
響。同時(shí)，高壓缸排汽溫度變化過(guò)大將使再熱蒸汽溫度在較
高的負(fù)荷下就開始降低，對(duì)機(jī)組的安全性和經(jīng)濟(jì)性也會(huì)產(chǎn)生
不利的影響。
因此，在電廠汽輪機(jī)組不同運(yùn)行方式下，根據(jù)運(yùn)行數(shù)據(jù)
結(jié)合變工況熱力計(jì)算，得出其調(diào)節(jié)級(jí)蒸汽溫度和高壓缸排汽
溫度隨機(jī)組負(fù)荷的變化曲線進(jìn)行對(duì)比分析，比較不同運(yùn)行方
式的特性。根據(jù)分析結(jié)果選擇適合的運(yùn)行方式，以保證和改
善機(jī)組運(yùn)行的安全性。
3 汽輪機(jī)組變負(fù)荷運(yùn)行分析實(shí)例
以湖南某電廠1號(hào)機(jī)組(N600—16．67／538／538型)為
例，對(duì)其變負(fù)荷運(yùn)行中的熱經(jīng)濟(jì)性和安全性進(jìn)行綜合分析。
3．1 機(jī)組運(yùn)行的熱經(jīng)濟(jì)性比較
根據(jù)該機(jī)組在不同負(fù)荷下采用定壓運(yùn)行、滑壓運(yùn)行的數(shù)
據(jù)，再按照式(1)、式(3)、式(4)的計(jì)算方法，可計(jì)算出不同
工況下機(jī)組定壓運(yùn)行和滑壓運(yùn)行的熱經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，如表1所
示。
將表1中所得不同運(yùn)行方式下的熱經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)進(jìn)行描
點(diǎn)擬合，可得到機(jī)組的汽耗率、熱耗率和絕對(duì)電效率隨負(fù)荷
變化的關(guān)系曲線，如圖1～圖3所示。
薹
邑
褂
裝
9400
； 92O0
9000
譬8800
8600
邑8400
8200
糕8000
j 7800
7600
1
、
锝
樓
靛
圖1 汽耗率隨負(fù)荷的變化曲線
圖2 熱耗率隨負(fù)荷的變化曲線
圖3 絕對(duì)電效率隨負(fù)荷的變化曲線
由圖1一圖3可以看出，機(jī)組負(fù)荷從600MW 降至
450MW時(shí)，定壓運(yùn)行和滑壓運(yùn)行的汽耗率、熱耗率、絕對(duì)電
∞ ∞ ●
3 3 3 3 3 3 3 2 2 2
466 汽輪機(jī)技術(shù) 第56卷
項(xiàng)目 高壓缸排汽焓再熱蒸汽壓力再熱蒸汽溫度再熱蒸汽流量再熱蒸汽焓鍋爐給水焓 汽耗率 熱耗率 絕對(duì)電效率
kJ／kg MPa ℃ t／h kJ／kg kJ／kg kg／(kW ’h)kJ／(kW ’h) ％
效率均差別不大，可以采用定壓運(yùn)行方式，但隨著機(jī)組負(fù)荷
的降低，兩者各項(xiàng)指標(biāo)的差值快速增大，在差值較大的中低
負(fù)荷段，滑壓運(yùn)行的汽耗率可以降低0．07 kJ／(kW ·h)～
0．12 kJ／(kW ·h)，熱耗率可以降低100k3／(kW ·h)～
240kJ／(kW ·h)，絕對(duì)電效率可以提高0．5～1個(gè)百分點(diǎn)，其
經(jīng)濟(jì)性非常明顯。
該機(jī)組如果按每天50％負(fù)荷參與調(diào)峰運(yùn)行8h，機(jī)組年運(yùn)
行時(shí)問(wèn)按300天進(jìn)行計(jì)算，采用滑壓運(yùn)行相對(duì)定壓運(yùn)行，則
全年可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤4 380．41t，若按每噸標(biāo)準(zhǔn)煤800元計(jì)，每
年可節(jié)省燃料費(fèi)用350．43萬(wàn)元。
3．2 機(jī)組運(yùn)行的安全性比較
根據(jù)表1汽輪機(jī)組的相關(guān)熱力數(shù)據(jù)，可繪出圖4和圖5
所示的曲線。
由圖4和圖5可以看出，在定壓運(yùn)行方式中，調(diào)節(jié)級(jí)溫
度和高壓缸排汽溫度隨機(jī)組負(fù)荷的減小出現(xiàn)很大的變化，滑
壓運(yùn)行方式中，調(diào)節(jié)級(jí)溫度以及高壓缸排汽溫度的變化都要
較定壓方式運(yùn)行時(shí)小得多。因此，采用滑壓運(yùn)行方式，機(jī)組
、
贈(zèng)
缸
曝
圖4 調(diào)節(jié)級(jí)溫度隨負(fù)荷的變化曲線
p
、
噶
崩
出
蟾
圖5 高壓缸排汽溫度隨負(fù)荷的變化曲線
負(fù)荷變動(dòng)時(shí)汽輪機(jī)高壓缸各級(jí)溫度的變化減小，汽缸和轉(zhuǎn)子
的熱應(yīng)力、熱變形以及動(dòng)靜部分差脹的變化也小，可以大大
延長(zhǎng)機(jī)組的使用壽命；使機(jī)組快速增減負(fù)荷的能力得到加
強(qiáng)，大大改善了機(jī)組的調(diào)峰性能。
在滑壓方式運(yùn)行時(shí)，由于高壓缸的排汽溫度基本不變，
使得鍋爐再熱器中的溫升變化較小，這樣一來(lái)，主蒸汽和再
熱蒸汽的溫度都易于控制和維持，不僅改善了汽輪機(jī)中、低
壓缸的工作狀況，而且機(jī)組運(yùn)行的安全、可靠性也得到提高。
4 結(jié)論
(1)汽輪機(jī)組變負(fù)荷滑壓運(yùn)行是當(dāng)前電廠大型機(jī)組調(diào)峰
的一種主要運(yùn)行方式。汽輪機(jī)組部分負(fù)荷下滑壓運(yùn)行不僅
熱經(jīng)濟(jì)性有所提高，而且調(diào)節(jié)級(jí)溫度和高壓缸排汽溫度變化
較小，有效的減小了汽輪機(jī)組的熱應(yīng)力、熱變形，提高了設(shè)備
的運(yùn)行安全性，且有利于改善機(jī)組的調(diào)峰性能。
(下轉(zhuǎn)第408頁(yè))

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