汽轮机变负荷运行状态下经济运行方式分析

任建勇 赵吉炳

（山钢集团日照分公司能源环保中心，山东日照276800）

0 引言

随着经济的增长与社会的进步，我国对能源的需求量不断增加。能源利用中，消费不合理、浪费现象严重等问题日益突出。中国是世界上焦炭第一生产大国，熄焦是焦炭生产中的重要环节，传统的湿法熄焦用大量的水直接喷洒在炽热的焦炭上使其冷却，产生大量的粉尘等有毒气体，严重污染大气，腐蚀设备。干熄焦技术具有重大的节能环保意义，避免了湿法熄焦时急剧冷却对焦炭结构的不利影响，降低了高炉焦比与炼铁成本，完全节省了熄焦用水，还避免了对周围设备的腐蚀及大气污染。

1 干熄焦余热发电系统简介

干熄焦系统由干熄炉及其附属设备、汽轮机及发电部分等组成，红焦由焦罐台车上圆形旋转焦罐接受，在电机车牵引下移动到干熄焦提升井架底部。焦罐下降与装入料斗上料斗结合，焦罐下降至底部开始装入红焦，在提升机牵引下原路返回至提升井架底部的空焦罐台车上。

红焦装入干熄炉后进入预存室，与循环气体进行热交换被冷却后，由皮带运输机运出。循环气体经干熄炉斜道区进入环形烟道汇集后流出干熄炉，经除尘器分离粗颗粒焦粉后进入干熄焦余热锅炉加热水产生一定过热蒸汽，经二次除尘器进一步分离细颗粒焦粉后进入给水预热器换热，温度降至130℃继续冷却焦炭[1]。

干熄炉是干熄焦电站的重要装置之一，干熄炉内循环气体与焦炭流动问题是干熄炉运行的核心问题。焦炭冷却过程主要发生在干熄炉的冷却段，从干熄炉底部130℃左右低温惰性循环气体向上流动，被冷却至200℃以下的焦炭从干熄炉底部排出。循环气体温度升高至900℃，从干熄炉斜道区进入环形烟道汇集后流出干熄炉进入余热锅炉。

2 延长汽轮机运行时间的方法

系统循环风是传递热量的介质，为使干熄炉内热量保证余热锅炉压力，在1#、2#干熄焦应采取迅速减小风机入口挡板开度，3#干熄焦采取减小液力耦合器开度方法保持干熄炉内热量，以延长汽轮机运转时间。在降低负荷前提下利用循环风量，减少进入锅炉内的余热，保持锅炉蒸发量降至30 t/h，维持汽轮机发电机电负荷在6 MW运转。

干熄焦系统有6处充N2点，3处密封冷却处用充N2点常开，循环风机前后两充N2点在系统可燃成分异常时打开，干熄焦装置停止作业时两系统充N2阀立即关闭。经循环风机压缩后N2会有温升，穿过干熄炉下部低温层时也会有温升，这样就减小了对循环气体温度的影响，有利于延长汽轮机运转时间。

干熄焦工艺中，有导入空气燃烧与补充N2稀释两种方法可控制循环气体中可燃气体成分浓度。空气导入口导入空气后会将循环气体中可燃成分烧掉，并释放大量热量，这就提高了锅炉入口温度。干熄焦装置停止作业时应打开空气导入阀，到现场关闭旁通流量所有中栓，避免低温循环气体进入环型烟道。在锅炉入口温度高时导入空气后对锅炉蒸发量影响较大，能在短时间内提高锅炉入口温度，为延长汽轮机运转提供有利的热源供给。

给水预热器功能为吸收利用循环气体的热量，减少除氧器所用热量，利于降低干熄炉入口循环温度，提高焦炭冷却效果。正常生产时给水预热器保持在85℃，在干熄焦装置停止作业时，应提高进入给水预热器水温，用以提高干熄炉入口循环气体的温度至130℃以上，以提供更多蒸汽给汽轮机延长运转时间。

3 不同运行方式对经济性的影响

采用不同的运行方式，将使得凝汽器等辅助设备的工况不同，导致汽轮机组理想循环热效率在不同运行方式下有所不同，从而影响其经济性。

设滑压与定压两种运行方式的机组设计初温、初压等均相同，设热后蒸汽温度等于设计值，各机再热压损基本相等，则中压缸的进汽压力相同。不同运行方式中低压缸热力线相同，只需比较高压缸的热经济性。两种不同运行方式在变负荷下的主蒸汽温度不同，使中低压缸效率受影响。滑压运行机组蒸汽温度不变，各负荷下的新汽容积流量基本不变，比焓降与内效率不变。节流配汽定压运行方式的机组在部分负荷下损失较大节流，其具体差值与调节级设计参与、喷嘴组个数等因素有关。

随着蒸汽参数的提高，机组中给水泵耗功占主机功率比重也随之增大。直流炉新汽压力为250 ata时，给水泵耗功占比增加到4%。滑压运行给水泵在部分负荷下耗功减少，负荷由设计值下降。如负荷下降多，则采用滑压运行方式。初压在超临界压力下，降到一定负荷，滑压运行方式经济。设计初压低的机组，滑压运行方式经济负荷性更低。节流配汽定压运行方式机组的热经济性较低。

负荷低于50%的定压运行锅炉，很难维持新温度不变。负荷降低10%，则新汽温度降10℃[2]，可在更低的负荷范围维持新汽温度少变。在低负荷时滑压运行方式可提高循环热效率。

滑压运行方式机组高压缸排汽焓值高。锅炉结构型式部分负荷下随通气量减少，再热器吸收热量减少，滑压运行方式可维持再热汽温不变。定压喷嘴配汽机组再热器中需吸收热量多，再热汽温难以保证，负荷偏低时降低较多。再热汽温的降低会使低压缸末几级蒸汽湿度增大，影响汽轮机装置循环热效率，从而影响机组热经济性。

低负荷运行时汽轮机采用不同运行方式，其经济性影响因素包括锅炉、凝汽器等主要辅机机型设计参数及负荷设备状态等。在分析机组经济运行方式时应综合考虑多种因素，为了定量确定低负荷经济运行方式，应分析汽轮机、各主要辅机及其系统变工况理论，进行一定的实验研究。

4 提高汽轮机运行经济性的措施

在汽轮机进入工作状态前，测试凝汽器真空严密性，保证真空系统可正常运行。仔细检查真空系统，及时解决出现的故障问题。调整工作系统的供汽压力，避免出现蒸汽泄漏现象。定期清洗凝汽胶球，提高真空系统的严密性，减少运行中的能量消耗。确保真空系统正常运行，提高经济效益。将射水池中的水温保持在较低状态，保证真空系统的安全稳定运行，以提高汽轮机的运行经济性。

汽轮机运行中应注意维持在允许的额定负荷范围，避免加大汽轮机运行中的能量损耗。尽量全部开启运行中的汽轮机进汽调节阀，从而在额定负荷内减少蒸汽损失。满足汽轮机的额定负荷工作是提高其运行经济性的重要措施，使用汽轮机前，应详细阅读使用说明，综合汽轮机的使用规则，了解使用中的注意事项及额定负荷等情况，确保合规操作，以提高汽轮机运行的经济性。

通过水温判断回热系统的工作状态，确保加热器处于有水运行状态，以提高回热系统的热经济性。对加热器的运行状态进行实时监控，保证汽轮机正常运行，对回热系统运行数据进行记录和分析，及时处理运行故障，保证回热系统正常运行。

要提高汽轮机使用管理人员的经济节能意识，建立完善的汽轮机生产管理制度，促使管理人员积极宣传节能环保与经济理念。确保工作人员的使用维护工作规范，避免因不当操作损坏设备，以提高汽轮机运行的经济性。依据完善的生产管理制度，减少运行投入成本，各岗位间加强沟通，及时合理调整生产计划，实时监控汽轮机的运行状态，确保汽轮机的运行安全与经济效益。

5 结语

本文分析了采用复合滑压运行方式的优越性，比较研究了不同变负荷运行方式对机组热经济性及安全性的影响。汽轮机组在高负荷时采用定压运行效率更优；部分负荷下采用滑压运行，调节温度与高压缸排汽温度变化较小，较定压运行热经济性有所提高，能够有效减小汽轮机组的热应力，提高设备的运行安全性。