再熱汽溫的調(diào)整方式對(duì)熱效率的影響分析20060924

1、再熱汽溫的調(diào)整方式對(duì)熱效率的影響分析陳德國(guó)華準(zhǔn)格爾發(fā)電有限責(zé)任公司 內(nèi)蒙古010300摘要：機(jī)組在運(yùn)行時(shí)，再熱汽溫是變化和波動(dòng)的，那么當(dāng)再熱汽溫發(fā)生波動(dòng)偏離額定值后， 就會(huì)影響機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全性。針對(duì)這種情況，在全面介紹再熱汽溫調(diào)節(jié)控制方式方 法的同時(shí)，本文著重對(duì)采用噴水減溫調(diào)節(jié)控制鍋爐再熱汽溫的方法進(jìn)行分析研究，分析使用 這種調(diào)節(jié)控制方法，對(duì)鍋爐及機(jī)組熱效率的影響及其原因。關(guān)鍵詞：再熱汽溫；調(diào)整方式；熱效率；影響分析0引言大家知道，汽輪發(fā)電機(jī)組再熱汽溫隨機(jī)組主汽溫度和發(fā)電機(jī)組的負(fù)荷變化而變化，再熱汽溫 的變化也會(huì)影響發(fā)電機(jī)組的循環(huán)熱經(jīng)濟(jì)性和安全性。第一，當(dāng)再熱汽溫升高超過允許范圍時(shí)，

2、會(huì)使鍋爐再熱器、汽輪機(jī)中壓缸前幾級(jí)金屬材料的強(qiáng)度，因超溫有明顯的下降趨勢(shì)，這樣會(huì) 縮短設(shè)備的使用壽命，如果再熱汽溫過高時(shí)，則會(huì)引起再熱器管子爆破泄漏事故導(dǎo)致機(jī)組無(wú) 法繼續(xù)運(yùn)行，將使發(fā)電量受到損失和機(jī)組檢修啟停費(fèi)用增加等；第二，當(dāng)再熱汽溫變化降低 超過允許范圍時(shí)，會(huì)使汽輪機(jī)中壓缸末級(jí)葉片的應(yīng)力增大，末級(jí)葉片的蒸汽濕度增加，濕汽 損失增大熱效率降低，若長(zhǎng)期在低溫下運(yùn)行，則末級(jí)葉片會(huì)受到嚴(yán)重的侵蝕而縮短檢修周期， 更重要的是末級(jí)葉片因受到侵蝕通流面積改變，級(jí)效率降低經(jīng)濟(jì)性下降；第三，當(dāng)再熱汽溫 急劇發(fā)生變化時(shí)，則會(huì)引起中壓缸金屬部件的熱應(yīng)力、熱變形大幅度變化，導(dǎo)致機(jī)組軸系發(fā) 生物理變形，機(jī)組的動(dòng)平衡

3、受到破壞，極易誘發(fā)機(jī)組支撐點(diǎn)軸承、軸瓦振動(dòng)事故。這一點(diǎn)， 特別對(duì)高參數(shù)大容量的機(jī)組來(lái)說，由于其軸系比較龐大這種變化尤為明顯，所以，對(duì)再熱汽 溫的監(jiān)視、調(diào)整應(yīng)等同于主汽溫度一樣重要，需進(jìn)行嚴(yán)密的監(jiān)視和調(diào)整。盡管調(diào)節(jié)再熱汽溫的方法比較多，但不論采用何種方法進(jìn)行調(diào)節(jié)，都必須做到既能迅速穩(wěn)定 再熱汽溫，又能盡量提高機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性和安全性。目前，國(guó)華準(zhǔn)電兩臺(tái)330MW機(jī)組配套的 鍋爐，設(shè)計(jì)安裝有兩種調(diào)節(jié)方法，一種是煙氣側(cè)調(diào)節(jié)煙氣擋板的開度實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)目的，另一種 為蒸汽側(cè)采用給水泵中間抽頭給水噴入再熱器減溫的方法，從而調(diào)節(jié)再熱汽溫。方法一使用 在正常運(yùn)行中調(diào)節(jié)，方法二在機(jī)組啟停過程或者是事故情況下使用。但是，

4、機(jī)組實(shí)際運(yùn)行中 的調(diào)節(jié)與設(shè)計(jì)使用方法存在差異，在正常運(yùn)行時(shí)，再熱汽溫總是有噴入再熱器減溫水的方法 調(diào)節(jié)，特別是#2爐再熱器減溫水的用量較大。下面就常用再熱汽溫調(diào)節(jié)方式方法的使用進(jìn)行比較，以及在使用中給設(shè)備帶來(lái)的危害、經(jīng)濟(jì)損失加以分析敘述，希望能對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的調(diào) 整操作有所指導(dǎo)，使機(jī)組的安全性、經(jīng)濟(jì)性得到的保證，以提高發(fā)電設(shè)備循環(huán)熱效率，降低 輸入鍋爐的熱能量，達(dá)到節(jié)約燃煤降低發(fā)電成本的目的。1再熱汽溫的調(diào)整方式分類現(xiàn)代大容量機(jī)組的熱力系統(tǒng)中，蒸汽溫度的調(diào)節(jié)方式方法多種多樣，但大體上可分為從蒸汽 側(cè)和煙汽側(cè)調(diào)節(jié)兩大類，每類調(diào)節(jié)方式中分別又包含有多種不同的方法。如表1所示。表1調(diào)節(jié) 方式調(diào)節(jié)方法簡(jiǎn)單

5、原理調(diào)節(jié)適用工況調(diào)節(jié)性能優(yōu)缺點(diǎn)蒸汽 側(cè)調(diào) 節(jié)方 式表面式減溫器法利用熱交換器，采用 爐水或給水作為冷卻 介質(zhì)降低汽溫。低負(fù)荷時(shí)維持額定汽 溫，高負(fù)荷時(shí)降低汽 溫全額定值。調(diào)節(jié)惰性大、遲緩， 不靈敏，汽溫調(diào)節(jié)幅 度小。噴水混合式減溫法將水直接噴入蒸汽中 達(dá)到降低汽溫的目 的。機(jī)組啟停、事故工況 中。調(diào)溫能力大，惰性小， 靈敏，易于自動(dòng)化， 因噴水時(shí)設(shè)備處于兩 相運(yùn)行狀態(tài)，給設(shè)備 帶來(lái)的沖刷較大。微量噴水減溫器法作為其它調(diào)整手段的 配合調(diào)整。事故噴水減溫器法事故工況下汽-汽熱交換器調(diào)節(jié) 法利用高于過熱蒸汽加 熱再熱蒸汽以達(dá)到調(diào) 節(jié)汽溫的目的。適用于以輻射過熱器 為主的大型鍋爐調(diào) 整。調(diào)溫方式較靈敏

6、，對(duì) 各種燃料都能適用， 但系統(tǒng)復(fù)雜。氣調(diào)方 煙側(cè)節(jié)式改變煙氣擋板的位置利用改變煙氣擋板位 置，改變煙氣流量調(diào) 節(jié)汽溫。正常運(yùn)行工況下的調(diào) 整調(diào)節(jié)性能平穩(wěn)，熱沖 擊小，不影響循環(huán)的 熱效率改變爐膛火焰中心位 置改變火焰中心的位置 可以改變爐膛出口處 的煙氣溫度達(dá)到調(diào)節(jié) 目的。適用于正常運(yùn)行工 況，作為擋板調(diào)節(jié)的 補(bǔ)充調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)性能平穩(wěn)，可能 會(huì)影響過熱汽溫的調(diào) 節(jié)。采用煙氣再循環(huán)法利用再循環(huán)風(fēng)機(jī)由低 溫?zé)煹浪腿霠t膛改變 受熱面的吸熱分配， 達(dá)到調(diào)節(jié)目的。適宜再熱器布置在過 熱器后的熱力系統(tǒng)中 的調(diào)節(jié)。增大了飛灰的磨損， 排煙溫度稍有升高。通常所用的再熱汽溫的調(diào)節(jié)方法有：調(diào)整煙氣擋板、改變火焰中

7、心位置和噴水減溫三種方 法。下面就常用的三種方法進(jìn)行簡(jiǎn)單的分析研究，從而對(duì)再熱汽溫調(diào)整方法有進(jìn)一步的全面 了解和更深入的認(rèn)識(shí)。在正常工況下，一般以調(diào)節(jié)煙氣側(cè)擋板的方式為主，對(duì)再熱器布置在豎井煙道內(nèi)的熱力系統(tǒng)， 尤其適于此種調(diào)節(jié)方式，在額定負(fù)荷時(shí)調(diào)大布置在煙道出口處的煙氣擋板位置，當(dāng)機(jī)組負(fù)荷 發(fā)生變化時(shí)通過改變煙氣擋板的開度，調(diào)節(jié)流經(jīng)煙道的煙氣流量，改變?cè)贌崞鞯臒峤粨Q量來(lái) 調(diào)整再熱汽溫，準(zhǔn)電兩臺(tái)機(jī)組再熱汽溫的調(diào)整比較適應(yīng)這種調(diào)節(jié)方式，在設(shè)備運(yùn)行中應(yīng)積極 采納和使用這種調(diào)整方法。通過改變火焰中心的位置，可以改變爐膛出口處的煙氣溫度，來(lái)達(dá)到調(diào)溫的目的。改變火焰 中心位置的方法有兩種，一種是調(diào)整噴燃器

8、的角度，另一種是采用投入不同煤層高度的磨煤 機(jī)實(shí)現(xiàn)火焰中心位置的改變。使用這種調(diào)溫方式時(shí)，應(yīng)注意三方面的問題：爐膛出口處受 熱面的換熱量變動(dòng)較大；這種調(diào)溫方式可能與調(diào)節(jié)過熱汽溫發(fā)生矛盾，因再熱器距離爐膛 的位置較遠(yuǎn)，受火焰中心位置的影響較小，為調(diào)節(jié)再熱汽溫必然要使過熱汽溫發(fā)生很大的變 動(dòng)才能達(dá)到目的；當(dāng)過熱器和再熱器均分作兩級(jí)，并作交叉布置時(shí)，上述矛盾是較小的。 因此，這種調(diào)節(jié)方法受到了系統(tǒng)布置的限制，使用起來(lái)有一定局限性。準(zhǔn)電#1、2機(jī)組過熱 器和再熱器屬于兩級(jí)交叉布置，所以調(diào)整火焰中心可以與擋板調(diào)整相配合使用，適宜作為擋 板調(diào)整的補(bǔ)充調(diào)整手段。噴水減溫法只作為機(jī)組啟停過程中、事故情況下的輔

9、助應(yīng)急于段，或者在正常運(yùn)行中，間斷 性的投入極其微量的減溫水，作為再熱汽溫的精細(xì)調(diào)整手段，這主要是考慮到機(jī)組在啟停運(yùn) 行工況中或事故情況下可以增加再熱器蒸汽流量，充分冷卻再熱器管壁，起到保護(hù)再熱器的 最終目的。使用減溫水調(diào)整再熱汽溫時(shí)應(yīng)注意防止噴水倒入汽輪機(jī)的高壓缸內(nèi)，造成水擊事 件，更為重要的是減溫水的投入會(huì)降低機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性，所以在正常運(yùn)行調(diào)整中，是一種不 能經(jīng)常連續(xù)采用盡量避免的調(diào)整方法，下面著重對(duì)這種方法進(jìn)行討論分析。2噴水減溫調(diào)整再熱汽溫的方法對(duì)機(jī)組循環(huán)熱效率的影響分析熱工學(xué)理論的研究范疇認(rèn)為，工質(zhì)做功的能力是用單位質(zhì)量的工質(zhì)所具有的熱能焓值(kJ/kg )的大小來(lái)衡量的，工質(zhì)所具有

10、的焓值越大其做功能力越強(qiáng)，反之越?。欢べ|(zhì)焓值 的大小是由工質(zhì)狀態(tài)參數(shù)即溫度、壓力的大小來(lái)決定的。也就是說，高參數(shù)的蒸汽做功能力 遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于品質(zhì)較低的蒸汽，可見工質(zhì)參數(shù)的大小對(duì)其做功能力的影響。目前300MW以上大容量機(jī)組的正常運(yùn)行中，再熱汽溫的調(diào)節(jié)過程一般不采用噴水減溫的方 式。因?yàn)閲娙朐贌崞髦械臏p溫水要變?yōu)橹袎赫羝谄啓C(jī)的中、低壓缸作功，這意味著增加 了汽輪機(jī)中、低壓缸的發(fā)電份額。而在汽輪機(jī)設(shè)備的設(shè)計(jì)理論中已經(jīng)明確，為了保證較高的汽輪機(jī)級(jí)的內(nèi)效率，蒸汽的焓降即熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能時(shí)，能量轉(zhuǎn)換的大部分發(fā)生在參數(shù)品質(zhì) 較高的蒸汽中，那么，當(dāng)再熱器噴入減溫水后相對(duì)削弱了高壓缸的做功能力，因而這種調(diào)節(jié)

11、 方式降低了機(jī)組整體的循環(huán)熱效率。依據(jù)上面的理論，針對(duì)采用噴水減溫法調(diào)整再熱汽溫的操作來(lái)進(jìn)行分析，當(dāng)再熱蒸汽投入減 溫水后，減溫水直接與蒸汽混合形成壓力較低的再熱蒸汽，而噴入減溫水部分的工質(zhì)只參與 了中低壓熱力循環(huán)，在機(jī)組相同的功率下減少了高壓蒸汽流量，導(dǎo)致減少做功能力較強(qiáng)的高 壓蒸汽的做功份額，無(wú)疑降低了高壓缸的做功能力?？梢?，機(jī)組在正常運(yùn)行工況下投入再熱 器減溫水來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)整再熱汽溫對(duì)機(jī)組熱效率的影響?；谶@種原理，下面對(duì)準(zhǔn)電#1、2機(jī)組 的調(diào)節(jié)方法進(jìn)行分析研究。3國(guó)華準(zhǔn)電# 1、2機(jī)組再熱汽溫調(diào)節(jié)方法使用情況的分析#2機(jī)組減溫水投入量趨勢(shì)#1機(jī)組減溫水投入量趨勢(shì)圖1圖2通過對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)再熱汽

12、溫調(diào)整方法的調(diào)查，目前準(zhǔn)電#1、2機(jī)組正常運(yùn)行中，程度不同的存 在使用噴水減溫法進(jìn)行汽溫的調(diào)整，根據(jù)工程師站DCS中采集到的畫面(見圖1和圖2來(lái) 看，減溫水的流量曲線分布情況足以來(lái)驗(yàn)證減溫水的投入量。圖1、2分別是05年9月22 日17時(shí)前168小時(shí)內(nèi)的減溫水用量曲線，可以很直觀地從曲線的峰值發(fā)現(xiàn)兩臺(tái)鍋爐減溫水 量有差異，#2爐的使用量明顯比#1爐的要大，而且兩臺(tái)鍋爐都存在連續(xù)不間斷的使用過程， 由此可以定性地說，準(zhǔn)電兩臺(tái)機(jī)組再熱汽溫的調(diào)節(jié)方法存在弊端，這種調(diào)節(jié)方法必然會(huì)引起 機(jī)組循環(huán)熱效率的降低，有必要進(jìn)行調(diào)節(jié)方式的優(yōu)化改進(jìn)。從圖1、2表中的數(shù)據(jù)得到，流量 測(cè)點(diǎn)3LAD80CFOO1_XQ0

13、1和4LAD80CFOO1_XQ01，測(cè)得的在168小時(shí)內(nèi)再熱器減溫水 的流量如表2。表2機(jī)組減溫水最大值減溫水平均值24小時(shí)內(nèi)減溫水量備注#1機(jī)組A側(cè)5.50 (t/h)1.5 (t/h)36.0 (t)減溫水的最大設(shè) 計(jì)流量為25 (t/h)B側(cè)11.22 (t/h)2.5 (t/h)60.0 (t)AB平均8.36 (t/h)2.0 (t/h)48.0 (t)#2機(jī) 組A側(cè)25.00 (t/h)14.5 (t/h)348.0 (t)B側(cè)25.00 (t/h)6.5 (t/h)156.0 (t)AB平均25.00 (t/h)10.5 (t/h)252.0 (t)#1、2爐分別為2.0t/h

14、和10.5t/h,從這組數(shù)據(jù)中可以定量地驗(yàn)證，準(zhǔn)電兩臺(tái)機(jī)組正常運(yùn)行 過程中，存在使用減溫水進(jìn)行再熱汽溫的調(diào)整。關(guān)于采用噴入減溫水進(jìn)行再熱器汽溫調(diào)整時(shí)，對(duì)機(jī)組循環(huán)熱效率造成的能耗損失，可以以機(jī) 組在額定工況時(shí)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)為依據(jù)，列出表3。由此表3機(jī)組參數(shù)單位#1機(jī)組#2機(jī)組減溫水平均流量t/h2.010.5高壓給水焓值kJ/kg1100 (253C、18.5MPa)高壓蒸汽焓值kJ/kg3393 (542C、18MPa)高壓蒸汽從爐內(nèi)吸熱kJ/kg3393-1100=2293高缸排汽焓值kJ/kg3047 (335C、4.35MPa)高壓蒸汽焓降（做功）kJ/kg3393-3047=346抽頭減溫

15、水焓值kJ/kg771 (180C、18MPa)再熱蒸汽焓值kJ/kg3540 (542C、4.0MPa)減溫水再熱蒸汽從爐內(nèi)吸熱kJ/kg3540-771=2769低壓缸排汽焓值kJ/kg2966 (252C、0.47MPa)減溫水再熱蒸汽焓降（做功）kJ/kg3540-2966=574再熱蒸汽與主蒸汽做功比較kJ/kg574-346=228再熱蒸汽與高壓蒸汽從爐內(nèi)吸熱比較kJ/kg2769-2293=476可知，再熱蒸汽的做功焓降要比主蒸汽的做功焓降要大228 kJ/kg，這也正是機(jī)組采用高參數(shù) 大容量中間再熱循環(huán)設(shè)計(jì)的緣由所在。但是，如果當(dāng)再熱器投入減溫水后，盡管再熱蒸汽的 焓降大，可是

16、減溫水相對(duì)從爐內(nèi)的吸熱量要比給水從爐內(nèi)的吸熱量大476 kJ/kg，是它做功的 兩倍之多，可以得出每投入1kg的再熱器減溫水，就要比給水從爐內(nèi)多吸收熱量大約476-228 = 248kJ的熱量，表4列出了噴入再熱器減溫水多吸收的熱量，并將這個(gè)熱量折算表4機(jī)組單位每小時(shí)減溫水量每天吸熱量每月吸熱量每年吸熱量每年折標(biāo)煤量t/hkJkJkJt#1機(jī)組2.02000 x24x248357.12x1064285.44x106146.41#2機(jī)組10.510500 x24x2481874.88x10622498.56x106768.63全廠合計(jì)12.512500 x24x2482232.00 x10626

17、784.00 x106915.04成標(biāo)準(zhǔn)煤量。到這里，通過從定性和定量?jī)煞矫娴难芯?，清楚地說明了投入再熱器減溫水，調(diào)整再熱汽溫 對(duì)機(jī)組循環(huán)熱效率的影響。目前，國(guó)華準(zhǔn)電發(fā)電原煤的熱值為4000 kJ/kg，那么再熱器減溫 水投入后，發(fā)電原煤將要增加915.04x (7000X000)= 1601.32 (t)，增加發(fā)電燃煤成本 1601.32x120 = 19.21 (萬(wàn)元)。4結(jié)論本文研究了高參數(shù)、大容量再熱式汽輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行中，鍋爐再熱汽溫的調(diào)節(jié)方式方法， 重點(diǎn)介紹了常用的調(diào)整煙氣擋板、改變火焰中心位置和噴水減溫三種方法的使用環(huán)境和優(yōu)缺 點(diǎn)，通過對(duì)比三種方法的使用效果，從而對(duì)調(diào)節(jié)方法的使用有

18、了新的認(rèn)識(shí)-不論采用何種 方法進(jìn)行調(diào)節(jié)，都必須做到既能迅速穩(wěn)定再熱汽溫，又能盡量提高機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性和安全性。 通過對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的分析計(jì)算，定性定量的對(duì)由于減溫水調(diào)整再熱汽溫對(duì)燃煤耗量增加的影響 程度，驗(yàn)證了減溫水法調(diào)整再熱汽溫時(shí)對(duì)機(jī)組循環(huán)熱效率的影響，清楚地表明，機(jī)組正常運(yùn)行 工況下少用或不使用再熱器減溫水調(diào)整再熱汽溫，可以提高機(jī)組的循環(huán)熱效率，這樣做對(duì)降 低煤耗節(jié)約成本，建立節(jié)約型企業(yè)不乏也是一件極其有意義的事情。5建議目前，由于準(zhǔn)電兩臺(tái)機(jī)組程度不同地使用再熱器減溫水調(diào)整再熱汽溫，為了避免使用這種 方法所帶來(lái)的不良后果，對(duì)調(diào)整設(shè)備的控制程序、機(jī)械設(shè)備及其調(diào)整方法的使用提出以下建 議：檢查控制煙氣擋板的自動(dòng)控制系統(tǒng)、邏輯是否存在缺陷，如：對(duì)煙氣擋板開度與再熱汽溫 的非線性關(guān)系的修正是否及時(shí)等，以確保煙氣擋板調(diào)整再熱汽溫的成功性；從機(jī)械方