燃煤机组汽轮机能耗分析试验

＊王少华

（山东省石油天然气管道保护服务中心 山东 250012）

引言

许多学者采用常规热平衡法的热力性能分析方法，结合实际电厂运行情况，提出了一些改进机组热力性能的方法[1]。高昊天等人[2]对参数为31MPa/600℃/620℃/620℃的超临界二次再热机组进行分析。研究结果表明，二次再热机组可以将供电煤耗降低约9.22g/(kW·h)，同时提高机组净效率约1.54%。Ust.Y[3]对二次再热过程进行了深入的理论计算，并成功获得二次再热对于机组热力性能提升的定量效果。研究指出二次再热和高蒸汽参数能够显著提高机组热力性能。赵永明等[4-5]建立了常规与背压式汽轮机热力系统的模型，研究了不同一/二次再热压力对二次再热机组热经济性的影响，研究结果表明，提高一次再热蒸汽压力、同时降低二次再热蒸汽压力，有利于提高全厂效率。

本研究通过理论指导，根据机组的实际运行情况，进行了全面的优化试验。通过分析试验结果，可建立火电厂运行操作系统，用于电厂的运行指导。试验结果与机组控制系统相结合，改变原有的控制参数，并通过绘制曲线来优化热控系统。优化试验结果可直接应用于机组的运行，以提高机组运行的经济性，从而提高电厂的经济效益。

1.热力性能试验

该汽轮机型号为N600-16.7/538/538，是亚临界一次中间再热机组。汽轮机为单轴、三缸四排汽、双背压的凝汽式汽轮机。给系统包括三台高压加热器、一台除氧器及四台低压加热器。其中，汽动给水泵小汽机的汽源为四段抽汽。

为使实验结果能够更加准确地反应机组的热力性能，在试验前需要全面消除系统中所有的缺陷，并对辅助设备进行隔离。为了热力试验的顺利进行，需要充分的调节试验运行工况并选择合理的试验测点采集相关的数据，在进行试验前机组上的测点位置如图1所示。

图1 热力系统性能测试点

2.试验方法

(1)影响系数法试验方法

将4号高压调节阀开度设为0，加负荷至1号、2号、3号高压调节阀全开，在3个调节阀全开时，保持主蒸汽温度为设计值，降低再热蒸汽温度至515℃，稳定半小时，记录相关参量半小时（第1工况）；保持再热蒸汽温度为设计值，降低主蒸汽温度至515℃，稳定半小时，记录相关参量半小时（第2工况）。

(2)三阀全开热耗率试验方法

首先，将4号高压调节阀的开度设为0，并使机组的三个高压调节阀保持全开，以确保机组负荷稳定在约600MW。停止锅炉的吹灰，关闭炉水加药、联箱放水、对外供水、暖风器以及厂用蒸汽的阀门，以确保回热系统按照设计要求正常运行，使机组成为一个纯单元系统。同时，将进汽参数调整为设计值，保持负荷和进汽参数的稳定性。

3.试验性能指标的计算

通常情况下，汽轮机的运行参数不可能完全等同于规定值，为了能够在相同的热力条件下进行汽轮机性能与相关参数的比较，需对他们之间的偏差进行修正[6]。在计算平均值时，应取差压读数的平方根的平均值[7]。

(1)主汽流量

式中，Gs为经新汽压力和温度修正后的主汽流量，kg/h；tG为测得的主汽流量，kg/h；ps为额定主汽压力，MPa；vs为额定工况下主汽的比容m3/kg；tp为试验时主汽压力MPa；tv为试验时主汽比容，m3/kg。

(2)汽耗率

式中，d为汽耗率，kg/(kW·h)；D为主汽流量，kg/h；N为机组发出的电功率，kW。

(3)机组发电煤耗与供电煤耗

式中，ηgl为锅炉效率，%；ηgd为管道效率，%。

式中，bft为发电煤耗，g/(kW·h)；kC为厂用电率，%；bft为供电煤耗，g/(kW·h)。

(4)高、中、低压缸效率的计算

式中，1h为汽缸进口焓，kJ/kg；2h为汽缸出口焓，kJ/kg；h2s为汽缸出口等熵焓，kJ/kg；iη为高、中、低压缸效率，%。

4.试验结果分析

(1)影响系数法试验

为了确定高、中压缸之间的轴封漏汽量，本研究采用了3阀全开的影响系数法试验。分别调节主蒸汽和再热蒸汽温度，对高、中压缸间轴封的漏汽量定量分析。影响系数法试验的计算示意图，如图2所示。试验结果表明，中压缸冷却蒸汽流量占中压缸进汽流量的比例为2.091%（与设计值1.001%相比，高出1.091个百分点）。

图2 影响系数法试验计算示意图

(2)三阀全开工况机组热耗率试验

为了反映汽轮机本体的经济性，三阀全开工况机组热耗率试验进行了系统隔离，计算结果同时进行系统修正和参数修正。图3为大修前后三阀全开工况试验结果。

图3 三阀全开时工况试验分析

由图3可知，经系统修正和参数修正的汽轮机热耗率大修后为8146.5kJ/(kW·h)，比设计热耗率7844.0kJ/(kW·h)高302.5kJ/(kW·h)；比大修前热耗率8255.5kJ/(kW·h)降低109.0kJ/(kW·h)。系统修正和参数修正后的数据代表排除热力系统和运行参数变化的影响，只表示汽轮机本体变化导致的机组热耗率的变化，所以说由于汽轮机本体即高、中、低压缸效率，轴封漏汽量变化使汽轮机热耗率较大修前降低109.0kJ/(kW·h)。

5.结论

随着燃煤火电机组数量的迅速增加，大量的煤炭被用于发电。本文在通过影响系数法试验时，测得高压缸至中压缸冷却蒸汽流量占中压缸进汽流量的比例为2.091%，比设计值高了1.09个百分点。

（1）大修后3VWO工况的高压缸和中压缸效率分别为85.13%和91.64%，与大修前相当。大修后修正到设计容积流量的低压缸效率比大修前提高了3.05个百分点。

（2）在正常运行状态下，机组在负荷600MW工况进行大修后仅进行参数修正后的热耗率为8176.0 kJ/(kW·h)，比大修前仅进行参数修正后的热耗率降低了111.0kJ/(kW·h)。在负荷480MW工况下，大修后机组仅进行参数修正后的热耗率为8347.7kJ/(kW·h)，比大修前仅进行参数修正后的热耗率降低了89.5 kJ/(kW·h)。

（3）机组在正常运行状态，负荷360MW工况下，修后机组修正后厂用电率比大修前机组修正后厂用电率低0.04%、发电煤耗低7.69gec/(kW·h)、供电煤耗为低27.11gec/(kW·h)。

从影响汽轮机热耗率的各项因素可以得出，低压缸效率偏离设计值和排汽压力的变化对机组热耗率的影响最大，其次是高、中压缸效率偏离设计值、轴封漏汽量、中压缸冷却蒸汽量。