汽轮机缸效率对热耗率影响的能级估算

徐曙，曾全芝

(1．湖南省电力公司科学研究院，湖南长沙 410007;2．华电长沙发电有限责任公司，湖南长沙 410203)

按照国家节能减排的要求，各火电厂纷纷对汽轮机本体进行改造，以提高汽轮机各缸内效率，改善机组经济性。但汽轮机缸效率对机组热耗率的影响程度必须通过等效焓降法进行计算才可得知，而计算过程往往比较复杂。文中以某厂600 MW机组设计热力特性数据为例，提供一种可获得汽轮机缸效率对热耗能级影响的简化计算方法。

1 缸效率对机组经济性的具体影响

汽轮机各缸的设计、制造、安装、结垢情况和变形、泄漏、叶顶汽封、隔板汽封、高调门开度以及主汽门、中联门的压损、过桥汽封的漏汽量、低压缸排汽损失都会造成汽轮机缸效率的变化，所以各缸内效率对机组经济性的影响比较复杂，即使是相同的缸效率变化，如果由不同的原因造成，对热耗率的影响也不一定会完全相同。高压缸一段抽汽前某级叶片变形和一段抽汽后某级叶片变形引起高压缸内效率的变化可能完全相同，但由于一段抽汽对回热系统的影响，汽轮机热耗率的变化却不同。同理，中、低压缸抽汽前或抽汽后某级叶片造成的缸效率变化可能相同，但对热耗率的影响也不会相同，甚至因为回热系统还会对更高级的抽汽流量造成影响，使计算更加复杂。所以即使通过等效焓降法计算，也难以得到很精确的数据。

但是，通过一些假设，计算某些特殊状况下缸效率对热耗率的影响是可行的。这些特殊状况的能级情况可以指导电厂在进行汽轮机本体改造前决定具体哪一个汽缸应该引起重视，并对改造的效果进行预期分析，在平时的节能运行中，也可以帮助电厂分析汽轮机缸效率对热耗率的大致影响。总之，汽轮机各缸内效率对机组热耗率的能级分析可以指导火电厂决策，并为平时的节能分析提供依据。

下面通过某厂600 MW机组热力特性说明书提供的数据进行分析计算。为简化计算，假定各段抽汽参数不受缸效率影响，且忽略发电机损失。

2 某厂600 MW机组热力特性简介

某厂600 MW机组为超临界、一次中间再热、冲动式、单轴、三缸四排汽、高中压合缸、凝汽式汽轮机组，型号为N600－24.2/566/566。THA工况设计参数见表1。

表1 THA工况设计参数

由表1数据计算〔1，2〕，该厂600 MW机组THA工况设计高压缸内效率为86.75%，中压缸内效率为92.88%，低压缸内效率 (UEEP，对有用能终点)为93.25%，机组热耗率为7 551 kJ/kWh。

3 高压缸内效率变化1%对热耗影响的能级估算

为简化分析，在计算高压缸内效率对热耗率影响的时候，假定机组中、低压缸完全按设计状况运行，且主蒸汽压力、温度、流量不变，发电机功率随高压缸内效率的变化而变化。由于再热蒸汽压力由高压缸排汽压力和再热器压损决定，为保证再热蒸汽参数不受影响，假定高压缸排汽压力不变。以上假定的运行状况，使高压缸内效率的变化仅改变了高压缸排汽温度和高压缸作功能力，并保证了中、低压缸运行状况和作功能力与设计值完全相同。

如果高压缸内效率下降1%，由于高压缸进汽压力、温度和高压缸排汽压力按设计值不变，则高压缸排汽等熵焓不变，由此可计算高压缸排汽焓上升为2 997.03 kJ/kg。此时高压缸和设计值相比少作功:(高压缸排汽焓－设计高压缸排汽焓)×高压缸排汽流量，计算结果为2.222 MW。由于中、低压缸运行参数维持设计值不变，中、低压缸作功不变，因此发电机功率下降为600.006－2.222=597.784 MW，按新的高压缸排汽焓和发电机功率计算，机组的热耗率为7 568.12 kJ/kWh。即该机组高压缸内效率下降1%，热耗率约上升7 568.12－7551≈17 kJ/kWh。

4 中压缸内效率变化1%对热耗率影响的能级估算

计算中压缸内效率对热耗率影响的时候，假定机组高压缸和低压缸完全按设计参数运行。由于高压缸排汽压力维持设计值不变，再热蒸汽压力必须维持设计值，另外由于低压缸进汽参数维持设计值不变，中压缸排汽参数必须维持不变。因此，假定中压缸内效率下降1%后，可通过调整再热蒸汽温度保持中压缸排汽压力、温度不变。以上假定的运行状况仅改变了中压缸进汽温度和中压缸作功能力，并保证了高压缸、低压缸运行状况和作功能力与设计值完全相同。

通过迭代计算，再热蒸汽温度为563.54℃时中压缸内效率和设计值相比下降1%，由此计算的再热蒸汽焓下降为3 591.21 kJ/kg。此时的运行状况和设计值相比，中压缸少作功:(设计再热蒸汽焓－再热蒸汽焓)×再热蒸汽流量，计算结果为2.198 MW。由于高、低压缸运行参数维持设计值不变，高、低压缸作功不变，因此发电机功率下降为600.006－2.198=597.808 MW，按新的再热蒸汽焓和发电机功率进行计算，机组的热耗率为7 565.57 kJ/kWh。即该机组中压缸内效率下降1%，热耗率约上升7 565.57－7 551≈15 kJ/kWh。

5 低压缸内效率变化1%对热耗率影响的能级估算

计算低压缸内效率变化对热耗率的影响时，假定机组高、中压缸完全按设计参数运行，另外假定低压缸排汽压力维持设计值不变。由于中压缸排汽压力、温度、流量保持设计值，因此低压缸进汽参数不变，低压缸内效率 (UEEP，对有用能终点)下降1%仅改变了低压缸作功能力及低压缸排汽焓(排汽干度)。

由于低压缸排汽压力不变，因此低压缸排汽等熵焓不变，由此计算的低压缸排汽焓为2 319.49 kJ/kg。此时低压缸和设计状况相比少作功:(低压缸排汽焓－设计低压缸排汽焓)×低压缸排汽流量，计算结果为2.599 MW。由于高、中压缸运行参数维持设计值不变，高、中压缸作功不变，因此发电机功率下降为600.006－2.599=597.407 MW，按新的发电机功率进行计算，机组的热耗率为7 583.89 kJ/kWh。即该机组低压缸内效率下降1%，热耗率约上升7 583.89－7551≈33 kJ/kWh。

6 结论

(1)通过以上分析，该厂600 MW机组高压缸内效率下降1%影响热耗率约17 kJ/kWh，中压缸内效率下降1%影响热耗率约15 kJ/kWh，低压缸内效率下降1%影响热耗率约33 kJ/kWh。

(2)以上分析过程作了大量简化，而且计算过程都忽略了缸效率对抽汽参数的影响。实际运行中这种现象较少，但作为一种比较特殊的情况，其能级分析对电厂改造决策及平时运行分析具有一定的价值。

(3)通过同样的分析计算，可得到300 MW，600 MW，1 000 MW等机组高、中、低压缸内效率变化对机组热耗率影响的能级分析结果。

〔1〕瓦格纳.W．水和水蒸汽性质〔M〕．北京:科学出版社，2003．

〔2〕GB/T 8117－2008汽轮机热力性能验收试验规程〔S〕．