熱力發(fā)電廠熱經(jīng)濟性分析11頁

1、汽輪機熱力系統(tǒng)經(jīng)濟性分析華北電科院汽輪機所 劉雙白電力是國家基礎工業(yè)，電力企業(yè)的總經(jīng)濟效益分別由鍋爐系統(tǒng)、汽輪機系統(tǒng)、發(fā)電及供電系統(tǒng)的性能特性決定。而汽輪機系統(tǒng)的經(jīng)濟性分別由汽輪機、各種輔機及熱力系統(tǒng)的特性決定。對于已建成投產(chǎn)的機組，我們可以分析汽輪機、輔機及熱力系統(tǒng)的特性，找尋各設備、系統(tǒng)的最佳運行點，提高汽輪機系統(tǒng)運行效率，達到電廠優(yōu)化運行、節(jié)能增效的目的。由于設備、系統(tǒng)固有的特性和現(xiàn)階段的運行狀況，每個電廠、每臺機組的優(yōu)化運行方式可能都不一樣，所以在這里主要以一臺200MW三排汽汽輪機組為例，對系統(tǒng)中可以調(diào)整的地方進行計算分析和說明，并盡量對各種參數(shù)及熱耗變化進行量化。1. 汽輪機本體1

2、.1 通流型線型線是汽輪機基本要素，決定了汽輪機基本特性。現(xiàn)階段設計水平的提高和機加工設備的改善，為采用高效率的葉片型線提供了可能。很多老廠都對通流部分進行了現(xiàn)代化改造，即提高了運行效率、又提高了出力，同時也為充分利用各輔機提供了可能。最典型的例子是大同二電廠的5、6號機組，通過通流改造提高了汽輪機效率，更多的熱能轉化為機械能，使得汽輪機排汽熱量減小，減少了海勒式間接空冷系統(tǒng)的負擔，提高了空能系統(tǒng)的度夏能力。型線有直葉型、等環(huán)流流型、等1流型、等密流型、受控渦流流型、混合流型、中間流型等，現(xiàn)發(fā)展的新型葉型有子午面收縮靜葉（降低二次流損失）、分流葉型、三元流可控渦流型、高效層流葉型、彎扭成型靜葉

3、片、高可靠性及高效率的長葉片系列等。葉型計算從采用簡化的一元計算、S2流面計算、準三元計算，發(fā)展到對型線特性的全三維數(shù)值計算。以200MW機組為例，高壓缸葉片速度系數(shù)增加1%，高壓缸效率提高1.3%，熱耗降低23.6kJ/kW.h，煤耗降低0.88g/kW.h。1.2 調(diào)節(jié)級高壓缸通流效率的主要限制因素是調(diào)節(jié)級，調(diào)節(jié)級焓降大，容積流量小，噴嘴及動葉片短，具有較大的二次流損失，效率低。老200MW機組調(diào)節(jié)級效率大致為62%，新的能夠做到75%。1.3 末級末級葉片長、容積流量大，具有大的汽流速度（音速），因此排汽損失大，同時在濕蒸汽區(qū)運行，液相非但不能沖動葉片做功，由于速度慢打在動葉片背弧上造成

4、汽蝕，因此末級效率比壓力級效率要低得多，低壓缸壓力級能夠達到92%左右，而末級能夠到82%的效率。1.4 級間汽封間隙以200MW機組為例，將高壓缸隔板汽封徑向間隙、動葉頂部汽封間隙減小0.5mm，高壓缸效率提高0.7%，熱耗降低12.26kJ/kW.h，煤耗降低0.46g/kW.h。1.5 軸端汽封間隙以200MW機組為例，將高壓前汽封間隙減小0.4mm，高壓前汽封漏氣量減少3.6t/h，熱耗降低22.89kJ/kW.h，煤耗降低0.85g/kW.h。1.6 大修中的葉片維護和動、靜間隙控制檢修中要注意對葉片的保護，葉片變形、氧化、各種侵蝕都會降低偷盜的運行效率。從上面的數(shù)據(jù)可以看出，縮小汽

5、封間隙能很好的提高通流效率和熱耗率。但是縮小間隙有碰磨的危險，特別是200MW機組，由于設計的缺陷，振動超標已經(jīng)困擾多年，一般情況下檢修過程中間隙都取大值，以防止碰磨?，F(xiàn)在國外的一些機組，汽封間隙是通過動靜碰磨磨出來的。隨著企業(yè)對經(jīng)濟性的重視，現(xiàn)在開始對汽封進行改造，如具有自調(diào)整能力的布萊登汽封，對轉子有很好保護的蜂窩汽封，和接觸式汽封。特別是高中壓合缸的300MW、600MW機組，高中壓汽封漏氣基本上是新蒸汽，而且量比較大，不通過高壓通流做功而直接進入中壓部分，對熱耗的影響是很大的，這部分影響可以通過試驗進行驗證。2. 運行控制2.1 主要汽水參數(shù)對經(jīng)濟性的影響提高蒸汽初參數(shù)、降低排汽壓力是

6、提高循環(huán)系統(tǒng)效率的理想手段，受材料特性、末級葉片長度和環(huán)境條件的限制，不能無限制的提高蒸汽初參數(shù)和降低終參數(shù)，因此，每種機型都有它高效、安全運行的特定初、終參數(shù)。由于機組有不同實際運行條件和不同的習慣，并不能將機組參數(shù)很好保持在設計的高效點。在主汽溫度和再熱汽溫的運行控制中，會不同程度的投入過熱減溫水、再熱減溫水，而減溫水的投入降低了運行效率。表1所列數(shù)據(jù)以200MW汽輪機組為例，在以給定工況下，僅對其中某一個運行參數(shù)進行調(diào)整，通過熱力系統(tǒng)計算得出的該參數(shù)變化對熱經(jīng)濟性的定量影響。表1 主要汽水參數(shù)對熱經(jīng)濟性的影響參數(shù)原參數(shù)值參數(shù)增量原熱耗(kJ/kW.h)熱耗增量(kJ/kW.h)煤耗增量（

7、g/kW.h）主蒸汽溫度53558269.54-12.59-0.47主蒸汽壓力12.74MPa0.1MPa8269.54-3.08-0.12再熱壓損11%1%8269.548.460.32再熱汽溫53558269.54-9.44-0.35再熱減溫水05 t/h8269.5414.310.54過熱減溫水05 t/h8269.541.730.062.2 主蒸汽調(diào)整門汽輪機廠給的經(jīng)濟運行點大多在閥位運行，而實際運行中，考慮運行安全和調(diào)整平穩(wěn)，各個調(diào)門之間都設置了重疊度，基本上不會出現(xiàn)絕對的2閥點、3閥點等。我們可以通過制造廠的資料來了解閥門節(jié)流對經(jīng)濟性的影響。圖1是東汽廠提供的大唐云岡熱電200MW

8、機組閥位修正曲線。當?shù)?閥開度90%時，與3閥全開比較熱耗要大0.15%，按東汽廠3閥點熱耗設計值8575kJ/kW.h算，熱耗增加12.86kJ/kW.h，煤耗增加0.48g/kW.h。圖1 高壓調(diào)節(jié)閥開度(3/4閥)修正曲線2.3 優(yōu)化運行2.3.1 減少減溫水量從表1可以得出，減溫水能夠很好控制主汽溫度、再熱汽溫，是以犧牲熱經(jīng)濟性為代價的，在運行調(diào)整中，盡量減小減溫水的投入。再熱減溫水可以看成是與主循環(huán)（高壓缸-中壓缸-低壓缸-凝汽器-加熱器-鍋爐-高壓缸）以外的小循環(huán)（中壓缸-低壓缸-凝汽器-加熱器-鍋爐-中壓缸），小循環(huán)的主汽參數(shù)要比主循環(huán)的要低，按照循環(huán)理論可以推斷小循環(huán)的循環(huán)效率

9、要比主循環(huán)的要低，這樣投入減溫水的循環(huán)效率要比沒有減溫水的低。2.3.2 大負荷高參數(shù)運行據(jù)上述分析，提高主汽參數(shù)能夠提高熱力系統(tǒng)的經(jīng)濟性，因此，在材料允許的情況下，熱力循環(huán)盡量采用高的主汽參數(shù)運行，表2是600MW機組亞臨界與超臨界機組的性能比較。超臨界機組熱耗值要比亞臨界機組熱耗值低357.4kJ/kw.h，熱耗降低4.47%。表2 600MW機組亞臨界與超臨界性能比較機組名稱平圩電廠石洞口二廠制造廠哈汽（西屋技術）ABB發(fā)電機出力MW600600主蒸汽壓力MPa16.5724.2主蒸汽溫度537538再熱汽溫537566主蒸汽流量t/h18151844.2背壓kPa4.1/5.74.9熱

10、耗kJ/kW.h80057647.62.3.3 低負荷下滑壓運行從現(xiàn)有機組來看主汽參數(shù)能夠調(diào)節(jié)的余度有限，在同主蒸汽質(zhì)量流量條件下，參數(shù)高則容積流量低，導致主蒸汽調(diào)節(jié)閥門開度減小，節(jié)流加大，熱耗增加。因此，現(xiàn)運行機組在降負荷運行時，就存在運行參數(shù)的優(yōu)化運行問題，是維持額定主蒸汽參數(shù)、關小調(diào)整閥門的定壓運行，還是采用降低主蒸汽參數(shù)、增大調(diào)門開度減小節(jié)流損失的滑壓運行？調(diào)門節(jié)流除了節(jié)流損失外，還會由于節(jié)流引起調(diào)節(jié)級部分進汽度增大，調(diào)節(jié)級部分進汽降低了調(diào)節(jié)級的效率，也就進一步降低了機組的熱經(jīng)濟性，在低負荷定壓運行工況，高壓缸效率下降很多。因此在機組低負荷運行的時候，可以通過降低汽輪機進汽參數(shù)，增大汽

11、輪機進汽量，增大調(diào)節(jié)閥開度，增大部分進汽度，提高高壓缸的運行效率，降低熱耗，盡量采用滑壓運行方式。表3是大唐唐山熱電300MW汽輪機組東方汽輪機廠提供的各負荷定、滑壓運行熱耗比較?；瑝哼\行工況高壓缸效率有明顯改善，熱耗降低，循環(huán)效率提高。表3 唐山熱電300MW機組定滑壓運行參數(shù)比較發(fā)電機出力運行方式主蒸汽壓力主蒸汽溫度主汽流量再熱汽溫熱耗率高壓缸效率煤耗煤耗差定減滑MWMPat/hkJ/kW.h%g/kW.hg/kW.h225定壓運行16.67537650.85537797676.86293.430.18滑壓運行13.89537650.12537797181.3293.25150定壓運行16

12、.67532441.1512832268.26306.161.95滑壓運行9.26532436.7512826981.4304.213. 冷端3.1 排汽壓力排汽真空對熱耗有較大影響，以200MW機組為例，當排汽背壓從設計背壓5.2kPa，增加到6.2kPa，熱耗增加52.73kJ/kW.h，煤耗增加1.97g/kW.h，發(fā)電機出力降低0.64%。3.2 凝結水過冷度以200MW機組為例，在背壓不變的條件下，凝結水過冷度增加1，熱耗增加1.81kJ/kW.h，煤耗增加0.07g/kW.h。3.3 真空嚴密性空氣等不凝結氣體進入凝汽設備會對凝汽器的運行產(chǎn)生影響，空氣的存在降低了蒸汽分壓力，降低了

13、蒸汽的飽和溫度，減小了凝汽器的對數(shù)平均溫差，降低了換熱效果，也增大了凝結水過冷度。因此，要求漏入凝汽設備的空氣越少越好。3.4 冷端優(yōu)化運行根據(jù)水冷機組、空冷機組的特性，可以通過試驗來優(yōu)化機組的經(jīng)濟運行。在水冷機組中，循環(huán)水泵往往不能進行節(jié)流或變轉速調(diào)節(jié)，循環(huán)水泵變工況運行點很少：單泵、雙泵、兩級三泵等少數(shù)的幾種方式。雙泵運行循環(huán)水流量大，可降低汽輪機排汽背壓，加大發(fā)電量，而單泵或兩極三泵運行減少了循環(huán)水量，真空降低，發(fā)電量減少，但是雙泵運行卻增大了廠用電率。哪種運行方式更為經(jīng)濟，可通過試驗確定在不同的環(huán)境條件下每種運行方式的供電效率，尋找最佳運行方式。在空冷機組中，空冷風機有40%到100%

14、轉速下的無級變速調(diào)節(jié)，冷端有非常好的變工況調(diào)節(jié)能力。高轉速可以提供高真空和高的發(fā)電機出力，但高的風機轉速消耗較多的廠用電，因此，很有必要通過試驗確定空冷機組冷端的優(yōu)化運行方式，達到經(jīng)濟效率的最大化。4. 輔機4.1 加熱器現(xiàn)代大型火電機組的回熱系統(tǒng)運行優(yōu)劣將直接影響到機組的效率。理論上說，回熱抽汽級數(shù)越多，則發(fā)電機組熱經(jīng)濟性越好，但設備的投資要增加，系統(tǒng)也隨之變得復雜。給水加熱器的設置是根據(jù)等焓分配原則結合電廠投資成本綜合技術經(jīng)濟分析比較確定的，因而具有最佳經(jīng)濟性。其主要經(jīng)濟指標有上端差（給水端差），下端差（疏水端差），管側壓降，殼側壓降，對3段式加熱器來說，殼側壓降分為過熱段壓降、疏水冷卻段

15、壓降。下表是200MW機組高壓加熱器主要經(jīng)濟指標微小變化對熱系統(tǒng)熱耗率的影響。表4 加熱器參數(shù)對熱經(jīng)濟性的影響參數(shù)原值參數(shù)增量原熱耗(kJ/kW.h)熱耗增量(kJ/kW.h)煤耗增量（g/kW.h）3號高加上端差2-18269.54-1.91-0.072號高加下端差1058269.541.370.051段抽汽壓損8%2%8269.542.110.08由于在運行過程中加熱器沒有可有效調(diào)整的部件，加熱器結構形式確定后，其基本經(jīng)濟運行參數(shù)就確定了。如果在運行當中發(fā)現(xiàn)上、下端差等參數(shù)與設計值出現(xiàn)較大差距的時候，很難找到有效的辦法來處理。除了要求設計制造單位提供合格的加熱器外，主要是通過精細檢修、良好

16、運行方式來保障加熱器的狀態(tài)。在檢修中將堵管修復、保證焊接質(zhì)量，換熱面清潔干凈。特別是疏水冷卻段，一定要確保疏水冷卻段的安裝間隙和精確定位，防止有部分蒸汽串入疏水冷卻段，使得疏水冷卻段達不到冷卻的目的，造成疏水端差增大，甚至有的加熱器疏水溫度就是抽汽壓力下的飽和溫度，疏水冷卻段根本不起作用。過熱段蒸汽壓損的存在降低了飽和段蒸汽壓力，也就降低了飽和蒸汽溫度，降低了傳熱溫差，影響換熱效果。由于低壓加熱器之間工作壓力相差不大，過大的疏水冷卻段壓損將會造成疏水壓力與下級加熱器的工作壓力差值減小，導致疏水不暢，有些加熱器在運行過程中長期開著緊急疏水，嚴重影響了熱系統(tǒng)的經(jīng)濟運行。抽汽壓損主要是抽汽管道上的逆

17、止門、電動門引起的，抽汽壓損的存在降低了加熱器的進汽壓力，減小加熱器出口給水溫度，降低循環(huán)效率。運行中注意檢查這些閥門是否打開到位。加熱器在投、切過程中，注意控制加熱器的溫升、降率，避免過大的熱應力沖擊加熱器本體，造成不必要的損壞。加熱器的放空氣門按規(guī)程開啟，防止不凝結氣體積聚，造成換熱效果下降。4.2 泵在汽輪機系統(tǒng)中泵起到了輸送水的作用，而泵的設計最大效率一般在76%左右，在非設計工況下定速運行時，效率會變低（見圖2）。因此，在電廠的節(jié)能降耗中，泵的經(jīng)濟運行顯得尤為重要。泵的揚程曲線與泵的管路特性曲線的交點（圖3中的M點）為泵的實際工作點，力求泵在設計工況和變工況下M點都能夠在高效率區(qū)。變

18、工況運行即泵的揚程曲線與泵的管路特性曲線之一或全部發(fā)生改變，改變了M點的位置，也就改變了泵的工作點?？梢酝ㄟ^節(jié)流改變管路特性曲線，也可以通過改變泵的轉速來改變泵的揚程曲線，具體通過哪種方式須通過實際情況來選擇。圖2 典型泵性能曲線節(jié)流調(diào)節(jié)就是在管路中裝設節(jié)流部件，利用改變閥門開度，改變管路特性，改變泵的揚程，使泵的運行點移動，如圖3所示，設計運行點在M點，通過出口節(jié)流管路特性曲線由I上移到I,運行點移到A點，這樣會導致泵的效率降低，同時節(jié)流還會造成節(jié)流損失，圖中的h1。圖3 泵的節(jié)流調(diào)節(jié)也可通過變速調(diào)節(jié)來達到改變泵流量的目的，變速調(diào)節(jié)是在管路特性不變時，用變轉速來改變泵的性能曲線，從而改變泵的工作點。其主要優(yōu)點是大大減少了附加的節(jié)流損失，在很大變工況范圍內(nèi)保持較高的效率（見圖4）。圖4 泵的變轉速調(diào)節(jié)大機組的給水泵、凝結水泵多采用變轉速來進行變工況調(diào)節(jié)，可以降低廠用電量或提高循環(huán)效率。已經(jīng)投入運行的定速泵和風機，如條件允許，建議進行變速改造，提高系統(tǒng)效率，降低廠用電率。5. 閥門內(nèi)漏閥門內(nèi)漏有兩方面的原因，一是運行習慣的問題，在不必打開疏水門的情況下也打開了，或者不清楚有些門已經(jīng)打開，穩(wěn)定運行很長時間也沒有人去檢查疏水門是否關閉。另外一種原因是疏水門關閉不嚴，大多電廠都有這種情況。內(nèi)漏降低運行效率，同時會增