煤耗排序试验中过桥漏汽量的处理和研究

阮圣奇

（中国大唐集团科学技术研究院有限公司华东分公司，安徽合肥230031）

煤耗排序试验中过桥漏汽量的处理和研究

阮圣奇

（中国大唐集团科学技术研究院有限公司华东分公司，安徽合肥230031）

通过试验，实现火电机组的煤耗排序，是国家倡导节能发电的重要方式。在试验过程中，汽轮机过桥漏汽量的处理方式将影响煤耗排序的结果。分析了目前两种主要的过桥漏汽量处理方式，提出其存在问题及不适合煤耗排序试验的原因。同时，提出一种基于基准值的过桥漏汽量处理方法，经推导计算，该处理方式既简单又不增加试验费用，具有明显的节能效果。

发电；煤耗；节能；过桥；漏汽量；试验；排序；基准值

0 概 述

国家发改委提出为提高电力工业能源使用效率，减少环境污染，促进能源和电力结构调整，实现电力工业的可持续发展，改革现行发电调度方式，开展节能发电调度，对于减少能源消耗和污染物排放，推动国民经济又好又快发展，具有重要意义[1]。火电厂煤耗排序试验的目的，是对电网调度区域内的火电机组按照供电煤耗率高低进行排序，排名靠前的机组，也即供电煤耗率低的火电厂，将增加其发电量，相反，供电煤耗率高则相应减少其发电量，实现节能发电优化调度，从而降低区域火电厂平均能耗水平。同时，促进电厂节能降耗工作的展开。

煤耗排序试验是通过电厂锅炉和汽轮机组的热力性能试验，计算出各机组汽轮机热耗率、锅炉效率，以及机组的供电煤耗率。利用精确的试验方法，对煤耗率不同的机组，确定其能耗的相对高低。因此，在试验过程中，对各种问题的处理方式，必须保证其准确性和公平性。

目前，大部分机组的汽轮机均为高、中压合缸结构。汽轮机的热耗率试验涉及高、中压缸过桥漏汽量（简称过桥漏汽量）的计算。过桥漏汽量的处理方式，直接影响试验结果和机组的煤耗排序，现讨论两种常用处理方式的不适应性，并提出新的解决办法。

1 过桥漏汽量对试验结果影响分析

在汽轮机热耗率计算中，过桥漏汽量的处理计算，主要受冷热再蒸汽流量计算的影响，如式（1）所示：

式（1）中：Gcrh—冷再热蒸汽流量，kg/h；

G1—1号高加流量，kg/s；

G2—2号高加流量，kg/s；

Ga—高压缸门杆及轴封漏汽量，kg/h；

Ggq—过桥漏汽量，kg/s。

汽轮机热耗率计算（以600 MW超临界机组为例），如式（2）所示：

式（2）中：HR—试验热耗率，kJ/k W·h；

Gms—主蒸汽流量，kg/s；

hms—主蒸汽焓，kJ/kg；

Gfw—主给水流量，kg/s；

hfw—最终给水焓，kJ/kg；

Ghrh—热再蒸汽流量，kg/s；

hhrh—热再热蒸汽焓，kJ/kg；

Gcrh—冷再蒸汽流量，kg/s；

hcrh—冷再热蒸汽焓，kJ/kg；

Gzjs—再热减温水流量，kg/s；

Gzjs—再热减温水流量，kJ/kg；

hzjs—再热减温水流量焓，kJ/kg；

P—发电机功率，k W；

Pl—励磁功率，k W。

根据汽轮机热耗率计算分析，过桥漏汽量的偏差为1 t/h时，将影响汽轮机热耗率的计算结果，约为1 kJ/k W·h。

在试验过程中，有多种不同的过桥漏汽量处理方式。各种处理方式对应的过桥漏汽量的最大偏差约为20 t/h，对应汽轮机热耗率和供电煤耗率计算偏差，分别约为20 kJ/kW·h、0.80 g/kW·h。

对于供电煤耗率相差较大的机组，过桥漏汽量的处理结果，可能不会影响煤耗排序的结果，但对于供电煤耗率相接近的机组，若处理方式不当，可能造成煤耗排序的颠倒，失去煤耗排序的意义和公平性。

2 已有处理方法

目前，过桥漏汽量确定方法有两种。（1）参考汽轮机设计热平衡图中过桥漏汽量数据。（2）进行汽轮机过桥漏汽量的试验，计算出实际过桥漏汽量。

2.1 参考设计热平衡图

部分机组在THA工况下，汽轮机过桥漏汽量的设计数据，如表1所示。

表1 部分机组THA工况汽轮机过桥漏汽量设计数据［2-6］

过桥漏汽量参考设计热平衡图的做法，是按设计值并与主蒸汽流量成正比的关系进行确定，该处理方式存在两个主要问题。

（1）首先，根据表1提供数据分析，各厂家提供的汽轮机过桥漏汽量大小不一，彼此相差较大，设计值是否可信，存在质疑，以此为依据进行计算，试验结果存在准确性和公平性等问题。

（2）其次，煤耗排序试验的时间不统一，每年四季中均有可能安排试验。相同机组同一负荷下，如夏季试验与冬季试验时相比，其主蒸汽流量偏大约5%～6%，由于计算采用与主蒸汽流量成正比的关系确定过桥漏汽量，对应的过桥漏汽量也将偏大5%～6%，存在较大误差。

若2台机组的性能相同，但由于试验时间分别安排在夏季或冬季，根据热耗率计算原理，安排在夏季进行试验的结果将优于冬季试验的结果，计算所得的结果不合理。

汽轮机设计的过桥漏汽量与实际运行中的过桥过桥漏汽量还存在偏差。常用的过桥漏汽量计算原理[7]，如式（3）所示：

在式（3）中：ΔG—漏汽量，kg/s；

μp—流量系数；

Ap—漏汽面积，m2；

P0—汽封前蒸汽压力，Pa；

PZ—汽封后蒸汽压力，Pa；

Z—汽封齿数，n；

υ0—蒸汽比容，m3/kg。

汽轮机安装运行后，根据式（3）原理，在同样负荷下，实际过桥漏汽量取决过桥轴封类型及过桥汽封轴封的磨损情况。

若采用高、中压合缸结构，因高、中压转子合并，转子变长，中间弧垂变大，且此处温度亦较高，在启停及负荷变化过程巾，中间的过桥轴封处易产生碰磨，导致漏汽量增大。

若参考设计热平衡图进行计算，就不能考虑汽轮机启动和长期运行对过桥汽封的影响。较为粗糙的方法，是采用汽轮机厂家提供的设计数据。根据机组检修和试验经验，过桥漏汽量与机组启动、运行时间长短，以及汽轮机组变工况运行等息息相关，往往比设计值大。若汽轮机刚经历大修，并在大修中更换过桥漏汽轴封，则在相当一段时间内，使过桥漏汽量与设计值相近，甚至比设计值小。

根据分析，采用参考过桥漏汽量设计值的方法，会影响试验结果，不适合煤耗排序试验。

2.2 过桥漏汽量试验

目前，我国主要是通过测量过桥漏汽量的方法，进行过桥漏汽率的试验（亦称变汽温试验）。

美国ERPI公司于1984年，首先公开发表了过桥漏汽率计算试验的研究结果。我国在引进西屋300 MW汽轮机的鉴定试验中引入了这一方法[8]。该方式主要是通过2次不同汽温工况下的试验，求解的基本思路，是认为2次工况下中压缸的效率不变。

图1和表2为典型过桥漏汽率试验结果[9]。

图1 典型过桥漏汽率试验结果

表2 典型过桥漏汽率试验结果

由于要保证2次试验工况中压缸效率不变，试验时的要求为：

（1）2次试验工况下机组的负荷不变。

（2）主要运行参数，如主蒸汽压力、主蒸汽温度和再热蒸汽温度等，在试验过程中要保持稳定，尽量减小其波动。

（3）尽量减少再热减温水用量。

（4）主蒸汽温度和再热蒸汽温度拉开足够的差距。

（5）在试验过程中，尽量保持高调门位置不变，或者在试验前，将高调门开度进行手动调整固定。

若通过试验计算出过桥漏汽量，试验要求高，影响因素多。例如在试验过程中，要尽量保持主汽温度和再热汽温度的稳定、主汽温度和再热汽温度拉开足够的差距、汽轮机高调门开度必须处于固定开度、锅炉煤质稳定等等。这一系列要求，在试验中往往无法同时满足，导致试验结果的相对误差大，不确定性较高。

根据分析，在煤耗排序试验中，过桥漏汽量若采用过桥漏汽率试验确定，首先是增加了试验费用，其次，因试验条件苛刻，试验结果不够精确，因而，该处理方式不适合于煤耗排序试验。

3 基准值处理方式

针对试验方法的不足，现提供一种适合于煤耗排序试验的过桥漏汽量计算方法，保证了计算的准确性，同时不增加试验费用。

利用基准过桥漏汽率，以此为基准值，所有参与煤耗排序机组在开展试验时，均采用此基准值计算过桥漏汽量。

收集所有参与煤耗率排序的同等级机组汽轮机的热平衡图，汇总出各汽轮机设计过桥漏汽率K1、K2、K3、…Kn，并取各设计过桥漏汽率和的平均值1.5倍为过桥漏汽率基准值，计算公式为：

以式（4）的计算结果K为基准值，迭代计算汽轮机热耗率，并以此热耗率计算机组的供电煤耗。

将汽轮机热耗率计算公式进行相应转化，得式（5）、式（6）。

迭代计算过程为首先假定一个过桥漏汽量Ggq，利用式（5）计算首次热耗率。

根据假定的过桥漏汽量Ggq，利用公式（6），计算出对应过桥漏汽率Kx，若Kx比基准值K大，则减小过桥漏汽量Ggq，反之则增大Ggq。随后开始第二次迭代计算，直至过桥漏汽率Kx和K相差在允许范围内，迭代计算结束。以最后一次迭代的过桥漏汽量Ggq计算的热耗率HR为煤耗排序试验结果。

在煤耗排序试验中，取一个合理的过桥漏汽率K，所有同等级机组以此为基准参与机组供电煤耗计算。假若A机组实际过桥漏汽率KA比基准值K大，而在煤耗计算中仍然采用基准值K计算，根据上述分析，则计算出的机组供电煤耗比实际值偏大。反之，A机组实际过桥漏汽率KA比基准值K小，则根据基准值K计算出的机组供电煤耗比实际值小。

过桥漏汽率的实际值大，表明汽轮机过桥汽封磨损严重，可能是机组启动不当、机组变工况的速度过快、机组检修效果不佳等等，本质为机组节能工作不完善。根据上述分析，采用此方法后，在机组煤耗排序试验中计算出的供电煤耗，会比实际值大，也即相当于是机组节能工作不到位。反之，机组过桥漏汽率实际值小，表明电厂的节能工作做得好。

4 结 语

（1）基于煤耗排序试验的特殊性，过桥漏汽量的计算结果，将影响试验结果，因而应慎重选择处理方式。

（2）采用参考过桥漏汽量设计值的方法，存在准确性和公平性问题，不适合煤耗排序试验。

（3）对机组采用过桥漏汽率试验，增加了试验费用，同时，因试验条件苛刻，试验结果的误差大，精度不能够得到保证，亦不适合于煤耗排序试验。

（4）提出采用基准值确定过桥漏汽率，过程简单方便，节能意义明显，试验结果利于供电煤耗的合理排序，合理体现了机组节能带来的收益，并可促进电厂的节能工作。

[1]发展改革委、环保总局、电监会、能源办.发展改革委，环保总局，电监会，能源办.节能发电调度办法（试行）[M].2007.

[2]上海汽轮机厂.国电蚌埠发电有限公司汽轮机热力特性书[D].

[3]上海汽轮机厂.大唐淮北发电厂虎山汽轮机热力特性书[D].

[4]哈尔滨汽轮机厂.华能巢湖发电有限公司热力特性书[D].

[5]哈尔滨汽轮机厂.大唐当涂发电厂热力特性书[D].

[6]东方汽轮机厂.淮浙凤台发电有限公司热力特性书[D].

[7]许世诚.关于高中压合缸汽轮机过桥汽封漏汽问题的探讨[J].汽轮机技术，2013，55（5）：388-390.

[8]蒋寻寒，曹祖庆.高中压合缸汽轮机中间分隔轴封漏汽测试[J].热力透平，2006，35（5）：84-87.

[9]阮圣奇.国电蚌埠发电有限公司2号汽轮机大修后过桥漏汽率试验报告[D] .

The Bridge Steam Leakage Treatment&Research in the Sorting Test of Coal Consumption

RUAN Sheng-qi
（China Datang Corporation Science and Technology Research Institute Co.，Ltd.East China Branch，Hefei 230031，Anhui，China）

It is an important method for the national advocacy of energy-saving power generation to achieve coal consumption sorting of the thermal power unit by test.Steam turbine bridge steam leakage treatment will affect the coal consumption sorting result in the test.This paper analyzes the current two main steam leakage treatment methods，putting forward the existing problems and reasons，which are not suitable for coal sort test，and then puts forward their problems and the reasons why the two methods are not suitable for the sorting test of coal consumption. Meanwhile，a method based on basic valueamount of steam leakage treatment is put forward.The approach is simple and does not increase the test cost，it also saves energy significantly through derivation calculation.

power generation；coal consumption；energy；bridge；steam leakage amount；test；sorting；reference value

TK227 61

A

1672-0210（2016）02-0027-04

2016-02-28

阮圣奇（1982-），男，研究生，总工程师，毕业于华中科技大学，从事热力设备的节能优化和故障诊断的研究工作。