汽轮机性能测试及经济运行模型的建立

冯惠平

（山东钢铁股份有限公司莱芜分公司能源动力厂，山东莱芜 271104）

前言

在国家去产能调控及环保核查压力下，钢铁企业普遍加强了自发电量提升的要求。自发电量的提升不仅能够缓解企业成本压力，而且对完成节能减排任务起着至关重要的作用。对于纯燃煤气锅炉的发电机组，如何在调节管网煤气压力的同时兼顾发电效率，实现能源利用最大化已经成为亟待研究的课题之一。莱钢能源动力厂通过对已有汽轮机进行性能测试，并根据生产节奏变化建立最经济的运行模型的方式，对这一课题进行了探索。

1 现状及问题的提出

莱钢能源动力厂现有四大作业区10台汽轮发电机组。除两台干熄焦余热机组外，其余机组全部为锅炉纯燃煤气发电机组。受地域分散、锅炉纯燃煤气限制，汽轮发电机组承担着发电和平衡煤气管网压力的双重作用，由此出现了发电负荷波动频繁、机组运行效率低的问题。据统计，国内50 MW以下小型汽轮机效率多在25%～27%，效率高的机组可以达到30%左右。而我厂大部分机组平均效率在25%以下，与先进水平存在一定差距。如何提升机组运行效率成为提升汽轮机经济性能的一项重要工作。为进一步提高能源利用率，提高机组效率，对各汽轮机组进行了经济性能测试。

2 性能测试方法

开展性能测试的总体思路是通过性能测试寻找提升机组效率的方法，对工艺及计量仪表进行校准，确定最佳循环水量及温度；试验锅炉蒸汽参数对汽轮机组的影响，确定不同工况下各汽轮机组的最佳经济运行区间；建立全厂汽轮机组经济运行模型。主要方法就是以汽轮机汽耗作为考核基准，在满负荷、半负荷等几种常见负荷模式下，分别对纯凝、调整不同抽汽量等状态下的汽耗进行统计。同时在不同模式下对循环水量进行调整，观察记录汽轮机真空度变化，综合考虑循环水泵耗电量与汽轮发电量的关系，寻找最佳契合点。在能够实现单元制机组中，对锅炉侧参数进行统计。对主蒸汽温度、压力等对效率有的影响参数进行分析，缩小蒸汽温度、压力控制范围。模拟实际运行工况，对各机组实际运行效率进行实测和排序。依照效率高低规定不同生产模式下发电机负荷控制范围及机组启停顺序，建立经济运行模型。

3 性能测试创新点

3.1 单元制机组与母管制机组相结合的模式

由于部分机组采用母管制运行，锅炉侧参数影响不易直观反映。为解决这一问题，对主力机组调整运行方式创造“单机单炉”单元制试验机会，其余机组采用母管制供汽模式进行试验。在试验运行过程中保证试验锅炉煤气用量，稳定工艺参数，对比蒸汽温度、压力、流量等参数，对存在问题的工艺仪表进行修订。

3.2 引入循环水量变化对效率的影响试验

循环水量对汽轮机真空度的影响很大。由于循环水系统为母管制模式，启停循环水泵的台数又影响到区域耗电量的高低。根据真空度与汽轮机效率的经验公式，可以合理控制循环水量，又保证机组的经济运行。试验中通过调整循环水泵启停台数，记录系统各机组真空变化情况，将机组效率变化与水泵电量消耗做对比，寻找各个区域内循环水量最佳供应模式。例如对一台50 MW发电机测试时，当停运一台循环水泵，发电机组真空降低由88.7 kPa降低至87.3 kPa；循环水压力由0.16 MPa降低至0.12 MPa。测算机组效率降低1.4%，蒸汽消耗增加10t/h（折发电2500 kW)。而循环水泵功率仅为630 kW，所以退出一台水泵运行不经济。

3.3 利用凝结水量修正汽轮机用蒸汽量

受现场空间限制，个别机组用蒸汽计量安装不符合要求。为了消除因计量仪表引入的误差，利用纯凝工况下冷凝水量基本与蒸汽量一致的原理，通过便携式流量计测量冷凝水量并对进汽流量进行修正。通过56 h测试发现一台汽轮机进汽流量偏高（18～19.5）%，及时对其记录参数进行了修正，获得了该机组真实效率数据。

3.4 计量数据修正补偿

根据流量参数修正公式，对固定温压补偿的流量数据进行修正。测试中蒸汽流量压力设定参数为3.7～3.9 MPa，而实际运行参数为 3.3～3.5 MPa，造成汽轮发电机组蒸汽流量数据失真，影响试验效果。利用修正公式对数据进行了修正补偿，通过计算该点修正系数为0.954，保证汽轮机进汽量更加准确。

式中：K——流量修正系数；

T1——表计温度，℃）；

T2——实际温度，℃；

P1——表计压力，MPa；

P2——实际压力，MPa。

3.5 对射水箱控制温度进行优化

试验过程中发现各射水抽汽式汽轮机组射水箱温度参数差异较大。查阅汽轮机相关资料后发现，射水抽汽式机组要求射水箱温度低于26℃。试验中当汽轮发电机组射水箱温度由33.6℃降低至26.3℃，其真空度上升了1.7 kPa，汽轮机效率提升了2.2%。根据测试结果绘制了同一工况下射水箱温度降低真空升高趋势图，见图1。

图1 同一工况下射水箱温度降低真空升高趋势图

4 经济运行模型的建立

根据各机组性能测试结果的统计分析，对能源动力厂10台汽轮发电机按照效率高低进行了排序。对主力机组设定其发电负荷、抽汽量运行区间以及其对应锅炉运行参数控制范围。要求在煤气压力充足的情况下，机组负荷波动范围不超过5 MW，蒸汽温度±10℃、压力±0.2 MPa。同时规定了当不同数量及区域的高炉休风、冬季采暖等特殊时段各区域各机组负荷压减顺序及最低负荷限度。在稳产保供的前提下，最大限度的保证自发电量。

5 实施效果

通过汽轮机经济性能测试，对现有的汽轮发电机组影响效率提升的问题进行了分析，有针对性的开展了能效提升工作。经济运行模型运行后，月自发电量较同期增加约500万kWh，机组平均效率提升近1%，估算年可节约标准煤1.55万t，创造效益600余万元。同时社会效益也很可观。经过预算年可减少排放二氧化碳4.04万t,二氧化硫132.1t,氮氧化物115 t，环保效益同样明显。

[1]胡念苏.汽轮机设备系统及运行[M].北京:中国电力出版社，2010，1.

[2]张克舫.汽轮机技术问答[M].北京:中国石化出版社，2006，6.

[3]刘凯.汽轮机试验[M].北京:中国电力出版社，2005，5.