320MW抽凝供热机组蝶阀开度调整试验与仿真研究

摘要：近年来，随着城市冬季集中供暖的普及，许多纯凝机组采用打孔抽汽的方法进行供热改造，在中低压连通管处设置蝶阀来控制抽汽供热流量。为研究蝶阀开度大小对汽轮机热耗造成的影响，进行了不同开度下的汽机热耗试验，并使用EBSILON软件修正了因无法精确调节主蒸汽流量与供热抽汽流量造成的热耗偏差;判断蝶阀前后压力损失是影响汽轮机热耗的重要因素并与汽机热耗呈正相关关系，指导运行人员通过监视蝶阀压损即可判断机组由蝶阀开度影响而造成的能量损失。

关键词：抽凝供热;蝶阀开度;热力性能试验;热耗率;EBSILON

0    引言

近年来，国家产业结构调整，大力支持热电联产行业，国内许多纯凝机组进行了供热改造。纯凝机组通过在中低压连通管打孔抽汽改造实现供热，一般在汽轮机中压缸至低压缸之间增加一套供热调节蝶阀，以保证供热抽汽压力及供热蒸汽流量满足需求。在机组的实际运行中，供热蝶阀的不同开度直接影响进入低压缸的蒸汽流量，并引起低压缸进汽节流损失，不合理的蝶阀开度会导致机组低压缸效率急剧下降及管路振动。所以，不同供热工况下合理的供热蝶阀开度，对于保证机组高效安全运行至关重要。

1    机组概况

某电厂某机组为亚临界中间再热两缸两排汽凝汽式汽轮机，近年对其进行了打孔抽汽供热改造，改造后机组主要参数如表1所示。

2    蝶阀开度调整试验

为探讨蝶阀开度对汽机热耗的影响，保持主汽流量625 t/h及供热抽汽流量107 t/h恒定，分别选取30%、40%、50%、60%、70%这5个阀门开度进行了热力性能试验。机组热力试验各主要参数统计如表2所示，机组试验热耗率、试验有功功率与阀门开度关系如图1所示。

如图1所示，蝶阀开度为30.23%时，参数修正后热耗率为7 830.29 kJ/kWh;随着蝶阀开度的增加，参数修正后热耗率逐渐下降，蝶阀开度到60.37%时达到最低值7 618.05 kJ/kWh，热耗率下降212.24 kJ/kWh。假设锅炉效率92.5%，管道效率98%，发电煤耗降低7.88 g/kWh。

蝶阀开度从50%到70%，热耗率下降8.79 kJ/kWh，其间热耗率最大与最小差值为15.68 kJ/kWh，结合试验误差等因素，蝶阀开度大于50%后，蝶阀对机组热耗率的影响已很小。

分析试验期间各工况系统参数变化，中低压连通管路上蝶阀前后压差随蝶阀开度的增加而大幅降低，考虑到蝶阀开度较小时会造成较大的局部阻力，认为蝶阀前后压差造成的能量损失是导致蝶阀开度较低时汽机热耗剧烈升高的主要原因，下节将就此展开研究。

3    蝶阀开度调整仿真

EBSILON软件广泛应用于电站设计、评估和优化及其他热力循环过程。该软件在设计过程中，有助于优化热力系统循环并提出可行的改进方案。

为量化研究中低压连通管蝶阀开度对机组热耗率的影响，选取蝶阀前后压力损失作为自变量对机组热耗率的变化进行研究。

使用EBSILON软件建立的机组供热仿真模型如图2所示。

如图2所示，在中低压连通管处使用压损元件模拟蝶阀的压力损失情况，仿真计算其他重要参数，选用热力试验计算结果，仅改变压力损失数值进行变工况模拟，压力损失数值分别对应表2中30%～70%的蝶阀开度。

仿真計算机组各主要参数如表3所示。

仿真计算机组热耗率与试验热耗率对比如图3所示。其中，主汽流量、供热抽汽流量及蝶阀压损使用试验数值。

如图3所示，因机组试验期间存在一定量主再热蒸汽减温水，加热器等辅机性能也无法保持在最佳状态，故试验热耗率在各工况下均高于仿真模拟热耗率300 kJ/kWh以上，在仿真模拟时主要考虑蝶阀开度对热耗率的影响趋势，而上述因素在各工况下对机组热耗率的影响基本相同，故未针对上述因素进行修正。可以看出，仿真模拟的热耗率变化趋势与热力性能试验基本相同，验证了仿真模拟方法可以预测蝶阀开度对机组热耗率的影响趋势。

由于热力试验期间无法精确控制机组主汽流量与供热抽汽流量为定值，而这两个数值对机组热耗率影响很大，所以设定主汽流量625 t/h与供热抽汽流量107 t/h不变，再次模拟蝶阀开度对机组热耗率的影响。相同主汽流量与供热抽汽流量的仿真热耗率随蝶阀开度变化的主要计算结果及其变化曲线分别如表4与图4所示。

由图4可以看出，在该主汽流量与供热抽汽流量工况下，从50%开度后继续开大蝶阀，中压缸排汽压力继续降低，但蝶阀压损变化较小，热耗率变化也呈现相同趋势。机组模拟热耗率与蝶阀前后压差具有很强的一致性。

仿真热耗率与试验热耗率随蝶阀开度变化曲线存在较好的对应关系，说明该仿真模型可以代替热力性能试验来预测机组的热力性能参数。

4    结语

通过在相同主蒸汽流量与供热抽汽流量下调整蝶阀开度，对抽汽供热机组进行热力性能试验发现，蝶阀开度对机组热耗率有重要影响。

使用EBSILON软件进行仿真计算，验证了机组的热耗率与中低压连通管蝶阀压损具有明显的正相关影响，证明了中低压连通管蝶阀的节流损失是影响机组热耗的主要因素。

通过对机组进行热力试验与仿真计算，可以指导机组在运行过程中，应尽量将中低压连通管蝶阀开大到压损不再明显降低的位置为止，为打孔抽汽供热机组的经济运行做出贡献。

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收稿日期：2020-12-04

作者簡介：杜未（1992—），男，内蒙古人，助理工程师，研究方向：热能与动力工程。