汽轮机组变负荷运行安全经济性分析

发表时间:2021/8/23   来源:《当代电力文化》2021年4第12期   作者:王景林
[导读] 随着国民经济的发展和人民日常生活水平的提高,国家能源政策及产业结构的改变
        王景林
        内蒙古通辽市发电总厂有限责任公司    内蒙古通辽市   028000

        摘要:随着国民经济的发展和人民日常生活水平的提高,国家能源政策及产业结构的改变,电网中的用电负荷比以前发生了较大的变化,最高负荷与最低负荷的差值越来越大。随着电网中这种负荷峰谷差值的出现及增大,逐渐产生了各种调峰方式和调峰机组,而且调峰机组的容量也越来越大。
关键词:汽轮机;变负荷;热经济性
一、汽轮机组变负荷运行方式
        
        1.1汽轮机组定压运行方式
        汽轮机组需要在固定的压力下才可以运行,要保证蒸汽压力和温度是固定的,通过改变调气阀的开关程度来控制负荷。汽轮发电机组在固定的压力下工作时通常采用节流配汽或喷嘴配汽两种方式。节流配气一般情况下也可以称之为单阀调节,可以同时打开调节阀来调节,优势是汽轮机最开始调级所能承载的负荷非常小,缺点是节流配气在超低负荷的情况下工作时需要的节流损耗程度是非常大的,机组的工作效率很低。与此同时,当气流量不断改变的情况下,机组的各部分温度不会发生特别明显的变化,这充分说明了节流配汽比较容易适应负荷的一些起伏波动。另外,喷嘴配汽调节又叫做顺序阀调节,主要是指所有的调节阀需要按照一定的顺序进行开启和关闭,进而可以调节负荷,这样的方式一般只有一个调节气门能有这样的作用,最大限度的降低节流的损耗。在汽轮机组变负荷下,定压运行调节阀如果减小开度,会损失更多的节流,与此同时还有部分蒸汽温度会逐渐发生一些改变,机组设备能否安全的运行都受到影响。
        1.2汽轮机组滑压运行方式
        汽轮机组滑压运行又称为变压运行。汽轮机在进行滑压工作的过程中,调节阀可以全部打开,也可以保持开度固定,进入锅炉里面的燃料要按照负荷的不同来进行调节,负荷的变化会严重影响锅炉的蒸汽压力和流量的不断变化,不过出口的蒸汽温度是不会发生变化的,这样一来可以快速调节汽轮机的工作效率。在机组工作的时候,汽轮机的内部蒸汽压力会根据负荷的变化而变化,因此发展成为滑压运行。纯滑压运行的优势在于调节阀没有节流损耗,机组效率更高,热应力变化更小。
        为了提高机组的快速响应能力在纯滑压运行基础上进行了优化的成为节流滑压运行。正常情况下的汽轮机的使用阀门需要在全部打开的情况下关小10%,这样可以很好的应对负荷的一些不定时改变。不过在发生改变的机组进行调节阀门的大小时,先对调节阀门开度,锅炉也会不断发生辩护,这样就可以改变调节阀的开关程度,更好的提升锅炉适应负荷变化的能力。节流滑压运行的优势就是可以不断适应机组的负荷会随时发生一些不确定的变化,这样非常有利于机组进行调峰的工作。不好之处在于一些已经打开的节流阀会增加电流的损耗,减少调节阀的工作任务。不过由于在调节级上进行了焓降,使得所有机组的发热性还是会逐渐升高。
        在负荷不断改变的情况下运行,可以把定压和滑压这两种不同的方式结合起来形成一种全新的运行方式,使用喷嘴配汽的运行方式有很多优势,更加的安全、可靠,而且不会有太多的经济投入。在负荷比较高的位置要始终保持机组的运行压力是固定不变的,当负荷在中间区间变动时让两三个调节阀门全部打开来完成调节工作,如果机组运行到负荷非常低的位置上时,要及时改变成低压状态进行运行。
二、滑压运行与定压运行比较
        2.1定压运行是在进汽参数如新蒸汽压力、湿度不变的前提下,改变进汽调节阀开度调节机组负荷的运行方式。汽轮机的滑压运行是指汽轮机在改变负荷过程中,调速汽门开度不变,保持进汽面积不变,而通过锅炉调节改变蒸汽压力的一种运行方式。
        2.2机组变负荷时,由于主蒸汽温度及再热蒸汽温度变化小,所以金属部件的温度变化相应减小,从而降低了部件的热应力,能较快地进行增减负荷,提高了机组对负荷的适应能力,延长了部件的使用寿命。


        2.3减少给泵功耗,机组若采用滑压运行,当负荷降低时,锅炉给水流量减少,压力降低,因而,给泵可在较低转速下运行,从而降低了给泵功耗。由此可见,滑压运行使机组带负荷时热效率提高,高压汽轮机热应力减小。从安全方面考虑,阀门控制方式应以少操作为益,可将定压运行设定在115MW或100MW以上,即能保证机组的经济运行,又能减少阀门的切换操作,在安全生产上也得到了相应的保证。
三、机组安全、经济性影响因素及对策
        3.1汽轮机调节级温度
        汽轮机的调节级温度变化使汽轮机各设备部件温度不均发生变形约束,产生热应力。热应力长期存在会损坏机组设备,影响机组运行安全性、降低运行经济性、増大设备寿命耗损。设备弹性模数和膨胀系数可视为定值,因此,汽轮机热应力和设备部件温度变化成正比,热应力大则设备部件温度变化大,安全风险加大。从汽轮机组的变负荷运行情况看,滑压运行方式,汽轮机调节级温度与机组负荷不成正比,机组负荷降低反而略微升高,因为调节级温度变化小,产生设备热应力、热变形也小,可以很好适应较大负荷变化,机组调峰性能好。定压运行调节级后温度伴随机组的负荷下降快速下降,温度变化很大,调节级和转子热应力较大,运行安全性受较大影响。机组负荷变化太快会引起很大热应力、热变形,机组安全受影响,定压运行机组变负荷速度受限制,也影响到机组供电和参与电网负荷调峰、调频能力。
        3.2主要运行参数偏低
        由于机组设备或运行操作等影响,机组很难达到压“红线”运行,运行参数偏低必然影响机组经济性。汽温的变化较为常见,而主汽和再热蒸汽的温度变化也会影响机组安全与经济性。一旦主蒸汽温度降低,机组进汽焓降低,整机焓降和功率都要降低。温度下降会使汽轮机轴向推力增加,短时间温度下降幅度大,将使转子轴向位移增大甚至导致动静磨擦。同样,再热汽温的下降,将引起中、低压缸各级焓降减少,反动度和轴向推力会产生变化。同时,再热汽温降低也会导致末级湿度增大,从而增加了湿汽损失。据资料显示,主汽压力偏低0.1MPa,机组煤耗升高0.5g/kw.h;温度偏低10℃,机组煤耗约升高0.8g/kw.h。因此,机组在运行期间,应加强对机组运行参数的监控、调节,使机组在额定参数下运行。
        3.3凝汽器真空
        凝汽器真空偏低,是机组运行中普遍存在的一个问题。排汽压力的升高,会引发各种问题,最终导致经济性下降。据统计,真空度降低3个百分点,煤耗将上升59g/kw.h左右。要对真空泄漏点认真查找,做真空严密性试验。如严密性试验不合格,机组在低负荷时真空较低,而高负荷时真空又较高等异常情况,但在运行中又无法查找到的,应在机组停运后做水压试验,水压试验时,应保证机组在低负荷运行中为真空状态的设备,全部充满水,以便发现漏点。机组的胶球系统应完善,并能正常投用,坚持每天早班运行4小时左右,用以清除凝汽器铜管中的脏污及一些有机物。
        3.4高压缸排汽温度
        高压缸排汽温度会影响排汽比焓值、蒸汽再热量和机组热经济性。同时,排汽温度和汽轮机调节级温度变化相同,会影响机组热应力,影响运行安全性。汽轮机变负荷滑压运行下高压缸排汽温度变化很小,定压运行下高压缸排汽温度比额定负荷变化大,负荷低则降低。从高压缸体与叶片分析,滑压负荷变化时,高压缸设备内温度场、排汽温度基本稳定,对汽轮机产生热应力、热冲击很小,减少了设备寿命耗损,能更好保障机组运行安全与稳定。
结语:
        汽轮机组是火电重要组成部分,其运行状态对火电整体效率产生重要影响。研究变负荷运行下的定压滑压运行方式安全、经济性,有利于提升火整体效益,改善整个机组的调峰性能。
参考文献:
        [1]张希富.汽轮机变负荷运行能耗分析与优化[D].长沙理工大学,2019.
        [2]杨海娅.汽轮机组变负荷优化运行定量研究[D].华北电力大学(保定),华北电力大学,2019.
        [3]孙友源.汽轮机组变工况特性分析与优化研究[D].东南大学,2019.
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