国产600 MW超临界机组滑压运行方式试验研究

2010-08-18薛永锋杨尚文

东北电力技术 2010年10期

薛永锋，杨尚文

(1.东北电力科学研究院有限公司，辽宁沈阳 110006;2.庄河发电有限责任公司，辽宁大连 116431)

近年来随着用电负荷结构的变化，电网负荷昼夜峰谷差越来越大。超临界600 MW机组不仅承担基本负荷，而且更多承担中间负荷来参与电网调峰运行。如汽轮机长期偏离设计工况，将导致热经济性大为降低。在调峰中采用哪种运行方式更为安全、经济、合理是研究的重点问题。

一般情况下机组会采用汽轮机制造厂家提供的设计定、滑压曲线运行。而设计滑压曲线是在所有特性都必须准确、且热力系统没有变化、额定环境条件下得到。事实上大多数汽轮机组都不在设计的热力系统、设计环境条件下运行，滑压曲线作为最佳效率曲线，设备、参数、系统、环境条件的任何偏差均会造成最佳效率点的偏离。一成不变地使用理论滑压曲线将会给机组造成能耗损失，降低机组的运行经济性。热力性能试验是寻求最佳运行方式最直接且行之有效的办法。本文以某国产超临界600 MW机组为例通过试验方法确定机组的最佳滑压运行方式。

1 机组概况

生产厂家:哈尔滨汽轮机厂有限责任公司

型号:CLN600－24.2/566/566

型式:超临界、一次中间再热、单轴、三缸四排汽、双背压、凝汽式

额定功率:600 MW

最大功率:669.66 MW

额定主蒸汽流量:1 661.59 t/h

主蒸汽压力/温度:24.2 MPa/566℃

再热蒸汽压力/温度:3.832 MPa/566℃

汽轮机背压:4.6 kPa

锅炉给水温度:275.3℃

加热器数:3GJ+1CY+4DJ

额定负荷机组热耗率:7 522.4 kJ/kW·h

2 汽轮机运行方式

2.1 顺序阀定压运行

各调节阀在额定的主蒸汽压力下按给定的顺序开启或关闭，由于是主蒸汽保持额定参数，循环热效率不受负荷变化的影响;但部分负荷时调汽门节流损失较大。此外，定压运行机组在变工况下各级速比将偏离设计最佳值，从而影响高压缸的相对内效率。

2.2 纯滑压运行

所有高压调节阀在整个负荷变化范围内保持全开，通过改变锅炉压力调整负荷。该运行方式无任何节流损失，可以获得最佳高压缸效率。但负荷响应慢，无法满足电网快速调峰的要求。

2.3 部分调节阀全开滑压运行

部分调节阀全开滑压运行分为2阀全开和3阀全开2种 (2个或3个高压调节阀全部开启，其余调节阀不开)。该运行方式与纯滑压运行方式相比，同样是通过改变锅炉压力调整负荷，节流损失减少。但因高压缸效率略低，同样负荷下主蒸汽压力更高，所以机组循环效率更高。

2.4 阀点滑压运行

阀点滑压运行分为2阀点滑压运行和3阀点滑压运行2种。由于调节阀重叠度的存在，将前一个调节阀开启到一定程度，下一个调节阀即将开启的阀位状态称为阀点。2阀点为1、2号调节阀部分开启、3号调节阀即将开启的状态;3阀点为1号、2号调节阀已完全开启、3号调节阀部分开启、4号调节阀即将开启的状态。

目前较为经济的运行方式为复合滑压运行。在高负荷区采用定压运行、在中间负荷区采用滑压运行、在低负荷区采用较低主蒸汽压力水平下的定压运行方式。

3 影响定、滑压运行热耗率变化的因素

理论上定、滑压运行的经济性可从热耗率基本计算公式出发，分析引起定、滑压运行热耗率变化的因素。

a. 滑压时由于初焓增加引起锅炉给水吸热量的增加，从而导致热耗率的相对增加;

b. 滑压时由于高压缸排汽焓增加引起再热蒸汽吸热量减少，导致热耗率的降低;

c. 滑压时由于高压缸初焓和排汽焓的变化引起高压缸有效焓降和汽轮机功率的增减，导致热耗率的相对变化;

d. 给水泵耗功的降低引起热耗率的减少。

采用滑压运行与定压运行相比热耗率增加或降低取决以上4项的代数和。

但除了上述4项影响因素外，对实际运行的机组还要考虑滑压运行时参数的保持、给水泵组实际效率的变化及滑压运行时主蒸汽流量的实际变化。这些因素在理论计算上很难考虑，因此滑压运行时主蒸汽压力的选择、阀位确定和滑压运行经济性应根据试验来确定。

4 试验结果

4.1 高压缸效率的影响

高压缸效率试验结果见表1。

由表1可知，相同负荷下滑压运行的高压缸效率高于定压运行;在同一种运行方式下高压缸效率随着负荷降低而降低;在负荷大于500 MW时3阀全开滑压运行的高压缸效率高于3阀点滑压运行，在负荷低于500 MW时2阀全开滑压运行的高压缸效率与设计顺序阀滑压运行高压缸效率相差不大;在负荷为500 MW和450 MW时，3阀点滑压运行的高压缸效率高于2阀全开滑压运行。

4.2 给水泵小汽机的影响

在600 MW机组中给水泵耗功约占主机功率的2.8%。本机组配备2台汽动给水泵。在低于额定负荷滑压时，由于主蒸汽压力的降低，给水泵所克服的阻力和给水泵的扬程降低使给水泵的耗功比定压时降低很多。表2为小汽机用汽量的试验结果。

小汽机的用汽量和主蒸汽压力高低有关，主蒸汽压力越低，给水泵所克服的阻力越小，给水泵的扬程越低，小汽机的用汽量越少。在450 MW负荷以上时，3阀全开滑压运行方式下小汽机用汽量最少，3阀点滑压和3阀全开滑压小汽机用汽量相差不大;450 MW负荷以下时2阀全开滑压比顺序阀滑压小汽机用汽量略多。

4.3 高压缸排汽温度的影响

根据试验结果，不同运行方式下高压缸排汽温度比较见表3。

表1 不同运行方式下不同负荷时高压缸效率 %

表2 不同运行方式下不同负荷时小汽机用汽量 t/h

表3 不同运行方式下不同负荷时高压缸排汽温度 ℃

由表3可知，定压运行方式下在负荷降低时，高压缸排汽温度也降低，滑压运行方式下在负荷降低时高压缸排汽温度升高。在550 MW、530 MW、500 MW和450 MW时，采用3阀点滑压运行的高压缸排汽温度较顺序阀定压运行分别高9.27℃、24.49℃、29.73℃和30.85℃。而在500 MW和450 MW时3阀点滑压运行时高压缸排汽温度较2阀全开滑压运行分别高27.48℃和21.49℃。

4.4 主蒸汽压力的影响

虽然滑压运行提高了高压缸效率，减少了小汽机用汽量，但滑压运行时主蒸汽压力降低，会大大降低汽轮机装置的循环效率。滑压运行时主蒸汽压力降低的幅度与滑压运行方式的选择有关，合理选择主蒸汽压力是滑压运行方式的关键。表4给出了不同运行方式下不同负荷时主蒸汽压力的比较。

4.5 汽轮机热耗率的影响

机组在滑压运行时由于节流损失小，高压缸相对内效率比定压运行时高;滑压运行时高压缸排汽温度较定压运行时高，蒸汽在再热器吸热量减少;滑压运行时给水泵耗功降低，在部分负荷时滑压运行的经济性优于定压运行。

汽轮机热耗率体现了各种因素的综合影响，各个工况的热耗率试验结果见表5，热耗率与负荷的比较曲线见图1。

通过热耗率比较可知，当负荷大于540 MW、顺序阀定压运行时热耗率最低，经济性最好;当负荷为510～540 MW，3阀点滑压运行时热耗率最低，经济性最好;当负荷为300～510 MW、2阀全开滑压运行时热耗率最低，经济性最好。

4.6 滑压运行方式的选择

通过对定压运行和滑压运行的经济性分析，采用复合滑压运行方式是机组调峰运行的最佳选择方式。采用复合滑压方式运行可分为2个阶段 (顺序阀定压阶段和滑压阶段)。前面已经比较过在负荷为540～600 MW时顺序阀定压运行经济，在505～540 MW时3阀点滑压运行经济，在负荷低于505 MW时2阀全开运行经济。由于负荷在505～540 MW时3种运行方式热耗率相差不大，而负荷低于505 MW时2阀全开运行经济性十分明显。为了保证机组调峰期间滑压运行的最优经济性和方便操作，机组的复合滑压方式分为顺序阀定压阶段和2阀全开滑压阶段，见表6。

顺序阀定压阶段。当负荷在510～600 MW之间时，保持主蒸汽压力额定是通过主蒸汽流量的变化来调整负荷的需要。