汽动引风机汽轮机汽源选择的热经济性分析

2017-12-11朱国栋俞亚勇张敬坤高燕武

浙江电力 2017年11期

关键词：抽汽节流经济性

朱国栋，李朋，王超，俞亚勇，张敬坤，高燕武

（华能国际电力股份有限公司长兴电厂，浙江长兴 313100）

汽动引风机汽轮机汽源选择的热经济性分析

朱国栋，李朋，王超，俞亚勇，张敬坤，高燕武

（华能国际电力股份有限公司长兴电厂，浙江长兴 313100）

为满足“提质增效”要求，降低企业生产成本，针对汽动引风机汽轮机不同负荷工况下，所采用的供汽汽源不同的情况，进行经济性分析。分析后发现当负荷在560 MW以下，采用经二段抽汽减压后的辅助蒸汽作为汽源，造成平均0.61 g/kWh的标煤损失；当负荷大于560 MW时，对比不同汽源供汽，采用二段抽汽较采用四段抽汽，平均煤耗增加0.7 g/kWh。因此建议尽量不采用二段抽汽作为供汽汽源，以减少经济损失。

汽动引风机；汽源；技术功；经济性

0 引言

某660 MW机组锅炉HG-1968/29.3-YM5采用П型布置、单炉膛、水平浓淡低NOX分级送风燃烧系统、墙式切圆燃烧方式，炉膛采用内螺纹管垂直上升膜式水冷壁、带再循环泵的启动系统、一次中间再热。每台锅炉配有2台汽动引风机和1台电动启动引风机。2台汽动引风机为静叶可调轴流式风机，并联运行、汽轮机变速调节；水平对称布置、垂直进风、水平出风。以小汽轮机为原动机驱动，能大大降低厂用电率提高经济性[1-2]。对给水泵汽轮机汽源选择以及供热抽汽热经济性的研究较多[3-6]，多见有通过运行试验，以提高对汽动引风机的经济性[7]，或通过改造提高引风机可靠性[8]。但对汽动引风机汽轮机汽源选择的研究较少，对使用不同品质的蒸汽作为汽源的热经济性分析更少。以下针对汽动引风机汽轮机，研究不同汽源间切换的热经济性进行研究，为进一步实现节能减排和提质增效提供计算依据。

1 汽动引风机汽轮机概况

每台汽动引风机配置1台汽轮机，工作汽源采用主机四段抽汽和辅助蒸汽系统。工作汽源经过蒸汽室-喷嘴室，喷嘴室分为8个腔室，采用喷嘴配汽，压力0.8～1.207 MPa、温度240～400.3℃，允许的最高进汽压力为1.338 MPa，最高进汽温度为412℃。

工作汽源在四段抽汽和辅助蒸汽之间采用外切换方式。当主机低于85%额定负荷左右时，四段抽汽压力低于辅助蒸汽压力，四段抽汽至汽动引风机汽轮机供汽管的逆止门被辅助蒸汽压力反压住，汽动引风机汽轮机的工作汽源由辅助蒸汽系统提供。当主机负荷大于85%额定负荷时，四段抽汽压力逐渐超过辅助蒸汽压力后，四段抽汽至汽动引风机汽轮机供汽管的逆止门顶开，由四段抽汽向汽动引风机汽轮机供汽。

辅助蒸汽气源正常来自低温再热蒸汽和四段抽汽。当四段抽汽压力小于辅助蒸汽压力时，由二段抽汽减压后，维持辅助蒸汽压力，供辅助蒸汽相关用户使用，包括汽动引风机汽轮机。

2 理论分析

2.1 绝热节流

蒸汽流经管道中的阀门或缩孔时发生一种特殊的流动过程，即节流过程[9]。由于流体在管道内流动较快，通常散热量可以忽略，所以节流过程可简化为绝热节流过程进行分析[10]。

对于稳定流动的能量方程可以根据能量守恒原理导出，即：

式中：Q为吸入能量；H1为入口焓；H2为出口焓；m为流体质量；cf1为入口流速；cf2为出口流速；z1为入口高度；z2为出口高度；Wnet为净功。

对于绝热节流流动（如图1所示），流体节流前后焓不变，即H2=H1，但由于局部阻力的存在，节流的作用结果是将流动功转换为热力学能，导致流体做功能力下降。

图1 节流装置示意

2.2 节流技术功计算原理

对于（1）式的稳定流动能量方程式中等式右端的后三项都属于机械能的范畴，将它们合在一起，定义为技术功，即：

式中：Wt为技术功。

蒸汽节流技术功变化的计算[11]，可利用h-s图[12]（比焓-比熵）计算。如图2所示。a点为节流前的状态点，从a点（Ta，Pa）做水平线与节流后压力点Pb的定压线交于点b，此为节流后状态点，ha=hb。绝热节流过程为不可逆过程，即是熵增过程。a、b分别等熵膨胀到同样压力点a′和b′。蒸汽对外略有散热损失，但由于保温层的存在，数量不大，可认为Q=0，即Wta=Ha-′，Wtb=蒸汽由a到a′所作技术功大于蒸汽由b到b′。Wta-Wtb的值即为节流带来的做功能力的损失，增加节流损失，导致机组运行经济性降低[13]。

图2 技术功损失计算示意

2.3 节流技术功损失计算

当机组负荷低于85%额定负荷左右时，二段抽汽通过调节阀减压至辅助蒸汽压力，再向汽动引风机汽轮机供汽。在2.2中所述a点即为二段抽汽参数点，b点即为辅助蒸汽参数点。a′和b′所对应压力为汽动引风机汽轮机进汽压力。由此，计算所得Wta-Wtb即为低温再热蒸汽节流为辅助蒸汽所带来的做功能力损失，即技术功损失。

3 数据处理与分析

3.1 数据取样

选取2017年3月16日—4月26日SIS系统（火电厂监控信息系统）中相关采集点的参数，其负荷变化曲线如图3所示。其中包含了50%～100%BMCR（锅炉最大出力工况），满足数据分析样本点要求。

图3 机组负荷变化曲线（3月16日-4月23日）

3.2 汽源切换

将330～660 MW负荷以10 MW为区间进行整理，形成33个负荷段，以此获得不同负荷段的二段抽汽、辅助蒸汽和四段抽汽压力变化曲线（如图4所示），根据曲线显示二段抽汽压力始终大于辅助蒸汽和四段抽汽压力。四段抽汽的压力随着负荷的增加而增大，当负荷增至560 MW时，四段抽汽压力大于辅助蒸汽压力。此时，汽动引风机汽轮机供汽汽源从辅助蒸汽切换至四段抽汽。

图4 不同负荷下汽源压力

3.3 技术功损失计算

根据2.3中所述蒸汽技术功损失计算方法，对不同负荷段下，采用二段抽汽减压至辅助蒸汽，而后作为汽动引风机汽轮机汽源的情况下的技术功损失进行计算，所得结果如图5所示。

图5 不同负荷下技术功损失

3.4 不同汽源经济性对比分析

当负荷小于560 MW时，采用二段抽汽作为汽源，造成0.61 g/kWh的标煤损失。若负荷增至560 MW时，仍以二段抽汽作为汽源，与用四段抽汽作为汽源的情况下进行经济性对比分析。结果显示（见图6），将导致0.74 g/kWh的标煤损耗，以机组279 g/kWh供电煤耗计算，损耗占0.25%。

图6 不同汽源煤耗对比

3.5 经济性分析

图7所示为不同负荷段下，汽源技术功损失占总损失（冷源损失与技术功损失之和）的百分比，二段抽汽作为气源，损失占比范围为8%～11%，且随负荷增加，占比增加。以四段抽汽作为气源时，损失占比降至1%以下，热经济性损失以冷源损失为主导。

通过计算，将采用二段抽汽作为汽动引风机汽轮机汽源所带来的技术功损失，折算成度电标煤耗。通过对比煤耗，进行热经济性评价[7，14]。结果显示（见图8），度电标煤损耗随负荷的增加呈上升趋势。以动力煤单价660元/t，年发电量50亿kWh计算，全负荷下因技术功损失所带来的经济损失平均达215万元。

图7 汽源技术功损失占比

图8 标煤折算煤耗

4 结论

通过理论分析，并对SIS系统采集的50%～100%BMCR负荷下的数据进行计算，获得当采用不同参数的蒸汽作为汽动引风机汽轮机汽源时，所带来的经济性，为发电厂进一步实现“提质增效”、节能减排提供设计思路与参考依据。相关结论总结如下：

（1）在机组运行过程中，当机组负荷小于560 MW时，采用二段抽汽减压后的辅助蒸汽作为汽源，导致0.61 g/kWh的煤耗增加量。当机组负荷大于560 MW时，继续采用二段抽汽减压后的辅助蒸汽供汽，煤耗增加量上升至0.74 g/kWh。

（2）当四段抽汽满足汽动引风机汽轮机供汽条件时，采用四段抽汽作为汽源可减少煤耗损失0.7 g/kWh。

（3）经研究，在机组运行过程中由于负荷小于560 MW，四段抽汽蒸汽参数无法满足汽动引风机汽轮机运行条件时，为减小二段抽汽供汽所带来的经济损失，可改用其他参数蒸汽作为汽源。对于替代汽源的选择，需结合发电厂实际运行情况，另行研究。

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2017-09-22

朱国栋（1990），男，主要从事火电厂运行管理，节能环保工作。

（本文编辑：陆莹）

Thermal Economy Analysis on Steam Sources Selection for Turbine-Driven Induced Draft Fan

ZHU Guodong， LI Peng， WANG Chao， YU Yayong， ZHANG Jingkun， GAO Yanwu
（Changxing Power Plant， Huaneng Power International， Inc.， Changxing 313100， China）

In order to meet the requirements of Quality Improvement and Efficiency Increase and reduce the production cost of enterprises，economy analysis of different steam sources under different load conditions of steam induced draft fan is carried out in this paper.It is found that when the load is lower than 560 MW，the decompressed auxiliary steam of two-stage extraction is used as the steam source，resulting in an average coal loss of 0.61 g/kWh；when the load is higher than 560 MW，we compare the average coal consumption with the different steam sources between the two-stage extraction steam and four-stage extraction steam.If we adopt the two-stage extraction steam as the steam sources，the average coal consumption increases by 0.7 g/kWh.Therefore，it is suggested not adopting the two-stage extraction steam to reduce economic loss.

turbine-driven induced draft fan；steam source； technical power；economy

10.19585/j.zjdl.201711016

1007-1881（2017）11-0088-04

TK223.26