60MW汽轮机组深度调峰运行优化及节能分析

1、60MW汽轮机组深度调峰运行优化及节能分析概述：目前，为满足东风公司生产用电用能需要，我厂3台60MW机组在实际运行中负荷变动范围可达20%100%。同时，机组在一年中多数时间里都是运行在偏离额定负荷工况的中间负荷阶段，机组的年平均负荷率多在60%-80%左右。由于机组负荷率的大小对其运行经济性指标有较大的影响，与电厂的节能降耗指标直接相关。因此，分析机组在不同负荷下的运行经济性的变化，优化机组的部分负荷运行曲线、选择机组最佳的定滑压变负荷运行方式对提高机组运行的经济性指标有着十分积极和重要的作用。1汽轮机的负荷调节方式汽轮机的负荷调节的方式有喷嘴调节、节流调节、滑压调节和复合调节四种。喷嘴调

2、节和节流调节是定压运行机组采用的负荷调节方式，在外负荷变化时，通过改变调节阀的开度，使进汽量变化，改变机组的功率，与外负荷的变化相适应。采用喷嘴调节的汽轮机，在外负荷变化时，各调节阀按循序逐个开启或关闭。由于在部分负荷下，几个调节阀中只有一个或两个调节阀未全开，因此在相同的部分负荷下，汽轮机的进汽节流损失较小，其内效率的变化也较小。从经济性的角度，当机组负荷经常变动时，这种调节方式较为合理。汽轮机采用节流调节，在部分负荷下，所有的调节阀均关小，进汽节流损失较大，在相同的部分负荷下，其内效率相应较低，因此这种调节方式仅适应于带基本负荷的汽轮机。另外，采用节流调节的汽轮机没有调节级，在工况变化时，

3、高、中压级的温度变化较小，故启动升速和低负荷时对零件加热均匀。采用滑压调节的汽轮机，在外负荷变化时，调节阀保持全开，通过改变进汽压力，使进汽量和蒸汽的理想焓降变化，改变机组的功率，与外负荷的变化相适应。在相同的部分负荷下，由于所有的调节阀均全开，节流损失最小。但在部分负荷下，由于进汽压力降低，循环效率随之降低。另外，由于锅炉调节迟缓，在部分负荷下，若所有的调节阀均全开，当负荷增加时，调节阀不能参与动态调节，机组的负荷适应性较差。只有单元机组，或可切换为单元制连接的机组，其汽轮机才能采用复合调节方式。复合调节方式是上述调节方式的组合。它有两种组合方式：其一是高负荷区采用额定参数定压运行喷嘴调节；

4、中间负荷段采用滑压运行；低负荷区，采用低参数定压运行节流调节，即“定滑定”的调节方式。其二是低负荷区，采用低参数定压运行节流调节，其他负荷区采用滑压运行，即“滑定”的调节方式。由于复合调节方式包含滑压调节方式，也只有单元机组，或可切换为单元制连接的机组，其汽轮机才能采用。在高负荷区采用额定参数定压运行喷嘴调节，节流损失不大，循环效率没有降低，其经济性优于滑压运行方式。另外，可使部分负荷下滑压运行的主蒸汽压力相应提高，使循环效率降低较少，提高滑压运行的经济性，而且可以利用已关闭的高压调节阀参与动态调节，提高机组对外界负荷变化的适应能力。在低负荷区采用低参数定压运行节流调节，有利于锅炉稳定运行。2

5、机组调峰运行方式及其特点通常机组的调峰运行方式可以分为二类：二班制运行：晚上停机、（约小时后）早晨开机的启停机方式部分负荷运行：即部分时段（谷断）低负荷运行方式目前在我厂，机组参与电网谷断调峰的主要运行方式为部分负荷下的运行方式。如前所述，部分负荷运行方式又可以大致分为定压与滑压（变压）运行方式二种。定压运行时靠改变调节汽门开度来控制蒸汽流量而改变其输出功率。变压运行又称为滑压运行，是在调节阀几乎全开的情况下，使调节阀前的主蒸汽压力随负荷的大小而升降。变压运行可以分为纯变压和复合变压两种方式，它取决于汽轮机的运行状态。纯变压运行可用于所有机组上（节流调节和喷嘴调节）；复合变压运行则常用于设计上

6、有若干个调节阀门、能部分进汽的汽轮机上（由于此方式不适用我厂，此文暂不做讨论。纯变压运行时，改变机组出力是用改变汽轮机进汽压力来完成的，即汽轮机调节阀门均保持全开或接近全开的位置上，很少节流。汽轮机的变压运行，锅炉的运行方式也变为变压运行方式，将导致整个系统压力的降低，给水泵的出口压力变为变动的运行方式，这种运行方式下，给水泵电功率损失减少；与定压运行方式相比，低负荷下机组的滑压运行方式具有效率高、节流损失小、对汽轮机负荷变化速度限制小、转子及汽缸等重要部件的寿命损耗小等特点。机组滑压变负荷运行时，通常汽轮机进汽调节阀维持全开或相应阀点位置，通过改变锅炉出口蒸汽参数来适应外界负荷的变化。从热经

7、济角度来说，机组低负荷下滑压运行可以降低调节阀门节流损失、提高高压缸效率、减少给水泵动力消耗，但新蒸汽压力的降低，也会降低机组循环热效率，因此只有当循环热效率的降低小于高压缸内效率的提高、给水泵动力消耗的减少时，采用滑压调节方式才能提高级组热经济性。滑压运行机组的结构和运行特点：使汽机结构简化，汽缸受热均匀，并可使高压内外缸尺寸减小，由于高温部件温度变化小、可以降低汽机高压转子、锅炉过热器和管道的寿命损耗，提高运行可靠性。由于高温部件变负荷时热应力小，所以有较好的运行灵活性。机组采用滑压方式变负荷运行时，汽机调节级温度、高压缸排汽温度等汽机级段温度的变化都要较定压方式运行时小许多，因此，机组负

8、荷变动时，汽缸各级温度的变化减小，汽缸和转子的热应力、热变形以及动静部分差胀的变化也小，有益于提高机组设备的使用寿命。限制变负荷速率的因素是锅炉设备，在变负荷时为避免对材料造成过大的热应力使得机组变负荷速率受到限制。3机组参与调峰运行时需要考虑的因素通常对中间负荷运行机组的二个基本要求是：一是可以带较高的额定负荷、且有较高的运行经济性；二是机组可以在较大的负荷变化范围内运行、且具有较快的负荷变化速率。对机组参与变负荷调峰运行的性能要求通常有：良好负荷适应性：燃煤机组（燃用设计煤种时）的最低连续稳定运行负荷（在不投油助燃）应W40%额定负荷。锅炉的最低稳定运行负荷决定于锅炉的燃烧稳定性，但其影响

9、因素也比较多，如燃用的煤种、燃烧器特性、机组的协调控制能力等。良好的负荷变动率特性：机组的负荷变动率要高，这样机组的升（降）负荷时间短，以满足电网的快速变负荷要求。机组调峰的允许负荷变动率，主要受汽轮机转子疲劳寿命损耗的限制，应尽量从汽轮机的运行和结构上考虑有效的措施，减少汽轮机转子在起动和变负荷过程中的寿命损耗，提高机组的负荷变动率。良好的运行经济性：对不同的部分负荷下的运行经济性进行比较分析，选择最佳方式。通常，在一定的低负荷条件下，对单/多台机组如何考虑选择合适的部分负荷运行方式，以便提高电厂整体运行经济性水平、取得最大综合经济效益，比如说二班制运行方式、周末停机运行方式及低负荷运行方式

10、等。为此，我们一般需要首先考虑下述二个方面的因素：1）安全性方面机组启停频率及速率对机组可靠性和寿命损耗的影响分析与计算机组主辅机设备完好状况及其启停工况变化性能（如机组振动、胀差、汽缸温差等变化；主要辅机投用率等；是否需要消缺或改造等）回热系统适应性考虑（如汽机本体及管道疏水、阀门严密性等；防止汽轮机进冷汽/水措施）其他（如相关设备或系统的可靠性分析及其对频繁启停的适应性等；运行中的操作方式；汽机旁路系统的配置；机组温态、热态/极热态启动性能与试验等；）2）经济性方面机组启、停机一次的所需时间及其能耗水平（如水、蒸汽、燃油煤、厂用电的消耗量等）机组在不同负荷工况下的能耗水平机组的低负荷变化范

11、围、频率与持续时间其他相关的运行成本因素分析对于机组采用变负荷运行方式来说主要考虑的安全与经济性因素一般还应该有：汽机的关键部件的应力分析及寿命损耗、胀差及轴向位移等锅炉关键部件的应力分析及寿命损耗（如汽包壁温差等）锅炉水动力循环特性（流速、管壁温度等）部分负荷下运行经济性分析（低负荷下调门开度与初压匹配方式；机-炉协调控制系统；负荷变动范围及最低不投油稳燃负荷大小等）机组采用滑压运行方式可以减少汽机高温部件的寿命损耗，但对锅炉来说，在同一工况下，锅炉各部不仅在启停时发生温度变化，而且在变负荷时因变压运行蒸汽饱和温度也发生变化，使锅炉炉膛水冷壁受到热疲劳和交变应力的影响，运行条件要比定压运行时

12、苛刻些，所以在实际运行中需要加强监视。在充分考虑了上述因素的基础上，然后我们可以进行机组启停机和低负荷下运行经济性的计算分析和比较，并从中选取机组在低负荷运行条件下的合理、经济的运行方式，达到提高电厂整体运行经济性水平的目的。我厂机组调峰运行概况近来由于东风公司电网负荷率不高及负荷变化率大，使几组负荷在10%-100%变化，机组大多时间都在部分负荷的工况下运行，其实际经济性指标与设计值有较大的偏差。随着最近国家对节能降耗和减排工作的愈加重视、执行力度的不断加大，对于发电企业来说，感受到来自节能降耗和减排方面的压力也是越来越大。我厂对机组的实际运行经济性指标、尤其是在部分负荷下的运行经济性指标也

13、越来越重视和关注，并从设备和运行及管理等不同方面积极展开了相关的节能降耗试验、研究工作。通常，汽轮机制造厂一般会根据负荷的变化给出机组变负荷下推荐的运行曲线，但由于实际运行除了具体机组本身的设备状况、特性等可能的差异和变化外，还包括回热系统设备运行状况、冬夏季循环水温度变化、机炉主要辅机的配置、厂用蒸汽等相关因素的影响，从而会导致机组最经济的滑压运行曲线与厂家提供运行曲线并不完全一致和存在偏差。同时，在运行中汽轮机高压调门的实际开度位置和几个调阀间的重迭度大小等也会与原先的设计状态有所不同，导致机组在部分负荷下的运行经济性指标发生变化。另外，机组在实际运行中机-炉协调控制系统的投用，也使得机组

14、在部分负荷下的运行方式和特性与原来的设计特性曲线有所差异。因此，通常我们需要进一步分析分析研究机组在定、滑压运行时安全、经济的运行方式；确定机组在定、滑压运行时机组主要参数变化率（压力、温度、负荷等）；机组在什么负荷下采用定压运行、什么负荷下采用滑压运行以及滑压运行时机组初压的选择是滑压运行优化调整中着重考虑的两个问题。5机组变负荷运行及其经济性分析分析具有再热的机组汽轮机内效率，蒸汽在低压缸中的工作过程对定压和滑压方式都是一样的，因此，定压或滑压的运行方式只会对高压缸的效率产生影响。试验表明，由于在滑压运行中，高压缸前后的蒸汽压比值实际上是与流量无关。因此，在负荷变动工况下汽机高压缸的焓降和

15、内效率变化不大，对于采用定-滑-定复合滑压运行方式的机组来说，其高压缸效率在较大的负荷变化范围内基本变化不大、维持在较高的水平。对于机组循环效率的分析表明，采用定压运行方式的机组，在低负荷下其循环效率会随蒸汽流量的降低而降低；但对于滑压运行方式来说，其循环效率也会随着机组负荷的降低而降低，不过由于这时候有可能保持汽轮机前的进汽温度不变，所以其变化趋势比较平缓些。主蒸汽压力越高，则收益也会越大些。过去曾有报告设想机组在低负荷下滑压运行工况时，可以提高汽轮机前的进汽温度来达到提高机组循环效率的目的。由于此时机组是处于较低的进汽压力下工作，所以进汽初温的提高需要考虑到锅炉过热器的设计安全特性；同时还

16、应注意到蒸汽初温的改变也将会影响到汽机高温部件温度状态的改变和相应应力水平的改变；另外考虑到机组部件在设计时的选材特性也不可能允许有较大的温度提高，所以目前通常是采用维持汽轮机前进汽温度不变的低负荷滑压运行方式。常见的大容量喷嘴调节机组的汽轮机设计上多为具有4组或6组的调节阀门。以4组调节阀门为例，设计上机组在额定工况下为三组阀全开；第四组阀在过负荷状态下开启。考虑到高压转子温度均匀分布及振动特性，设计上第一、二组调节阀是同时开启，在全开的情况下其蒸汽流量一般会超过额定值的70%左右。因此这样一来，机组在低于70-80%额定负荷下时实际上是属于节流滑压调节方式，有分析资料表明，这时的循环效率也会低于滑压运行方式的。6建议由于我厂机组在东风公司电网中处于主力机组的位置，在实际运行中承担了大量的电网调峰负荷，负荷变动范围较大；同时，一年中的多数时间里，几组都是运行在偏离额定负荷工况的中间负荷阶段，机组的年平均负荷率多在60%-左右。由于机组负荷率的大小对其运行经济性指标