汽轮机滑压运行方式的经济性实验分析-图文

第５２卷第２期２０１０年４月汽轮机技术ＴＵＲＢＩＮＥ’ｒＥＣＨＮＯＬＯＧＹＶ０１．５２Ｎｏ．２Ａｐｒ．２０１０汽轮机滑压运行方式的经济性实验分析吕太，李耀德，胡乔良（东北电力大学能源与机械工程学院，吉林１３２０１２）摘要：以国电电力某电厂２号汽轮机为例，通过对汽轮机机组滑压运行方式优化试验，对不同运行方式不同负荷下的汽轮机经济性进行了分析和比较，确定了部分负荷时，阀点滑压和部分阀门全开滑压运行的经济性，给出了滑压运行状态下的优化曲线，并探讨了滑压运行方式阀门的控制策略。随后得出了机组采用复合滑压运行时，可以提高整个机组的经济性，可以增加机组使用寿命。汽轮机滑压运行方式的优化研究对热经济性的影响以及对现场节能降耗都具有十分重要的意义。关键词：汽轮机；滑压运行；经济性；实验分析分类号：ＴＫ２６７文献标识码：Ａ文章编号：１００１－５８８４（２０１０）０２－０１２７－０３ＥｃｏｎｏｍｉｃＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌＡｎａｌｙｓｉｓａｎｄＳｔｕｄｙｏｆＧｌｉｄｉｎｇＰｒｅｓｓｕｒｅＯｐｅｒａｔｉｏｎｏｆＳｔｅａｍＴｕｒｂｉｎｅＳｅｔｓＬＶＴａｉ，ＬＩＹａｏ—ｄｅ，ＨＵＱｉａｏ－ｌｉａｎｇ（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｎｅｒｇｙａｎｄＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＮｏｒｔｈｅａｓｔＤｉａｎｌｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉｌｉｎ１３２０１２，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔａｋｉｎｇｓｏｍｅｐｏｗｅｒｐｌａｎｔｔｕｒｂｉｎｅｓｅｔ２ｏｆｓｔａｔｅｐｏｗｅｒａｇａｅｘａｍｐｌｅ，ｔｈｒｏｕｇｈｍａｋｅｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｏｆｇｌｉｄｉｎｇｐｒｅｓｓｕｒｅｔｕｒｂｉｎｅｓｅｔｓ，ｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅｃｏｍｐａｒｅｓａｎｄａｎａｌｙｓｅｓｔｈｅｅｃｏｎｏｍｙｏｆｔｕｒｂｉｎｅｓｅｔｓｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｏｐｅｒａｔｉｎｇｍｏｄｅａｎｄｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐｏｗｅｒｌｏａｄｓ，ａｎｄａｓｃｅｒｔａｉｎｔｈｅｅｃｏｎｏｍｙｏｆｔｕｒｂｉｎｅｏｆｇｌｉｄｉｎｇｐｒｅｓｓｕｒｅｏｐｅｒａｔｉｏｎｍｏｄｅｉｎｔｈｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｏｆｖａｌｖｅｐｏｉｎｔｇｌｉｄｉｎｇｐｒｅｓｓｕｒｅａｎｄｓｏｍｅｏｆｔｈｅｖａｌｖｅｗｉｄｅｌｙｏｐｅｎ，ａｎｄｓｉｒｅｏｕｔｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｃｕｌｎｒｅｏｆｇｌｉｄｉｎｇｐｒｅｓｓｕｒｅｏｐｅｒａｔｉｏｎｍｏｄｅ．Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｄｉｓｃｕｓｓｅｓｖａｌｖｅｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙｉｎｔｈｅｇｌｉｄｉｎｇｐｒｅｓｓｕｒｅｏｐｅｒａｔｉｏｎｍｏｄｅ，ａｎｄｃｏｍｅｔｏａｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｔｈａｔｗｈｅｎｕｓｅｔｈｅｃｏｍｐｌｅｘｇｌｉｄｉｎｇｐｒｅｓｓｕｒｅｏｐｅｒａｔｉｏｎ，ｉｔＣａｎｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｅｃｏｎｏｍｙｏｆｔｈｅｅｎｔｉｒｅｕｎｉｔｓ，ｉｎｃｒｅａｓｅｔｈｅｓｅｒｖｉｃｅｌｉｆｅｏｆｕｎｉｔｓ．ＩｔｉｓｉｍｐｏｒｔａｎｔｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅｔｈａｔｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎａｎｄｓｔｕｄｙｏｆｄｉｄｉＩｌｇｐｒｅｓｓｕｒｅｏｐｅｒａｔｉｏｎｏｆｓｔｅａｍｔｕｒｂｉｎｅｓｅｔｓｉｍｐａｃｔｓｏｎｔｈｅｒｍａｌｅｃｏｎｏｍｙ，ａｓｗｅｌｌａｓｓａｖｉｎｇｅｎｅｒｇｙｏｎｓｉｔｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｔｅａｍｔｕｒｂｉｎｅ；ｇｌｉｄｉｎｇｐｒｅｓｓｕｒｅｏｐｅｒａｔｉｏｎ；ｅｃｏｎｏｍｙ；ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌａｎａｌｙｓｉｓＯ前言随着我国电网负荷峰谷差进一步扩大，尤其昼夜差值越来越大，使得许多大、中容量火电机组不得不参与滑压调峰运行。滑压运行与定压运行相比，具有效率高、节流损失小、对汽轮机负荷变化速度限制小、转子及汽缸寿命长、变负荷速度快等优点。但是滑压运行方式在理论和实践丽方面仍存在分歧，其主要的分歧在于运行时是否有必要全开所有的调节阀¨】。调节阀门不开足，保持一定开度进行滑压运行，这样会带来较大节流损失呤Ｊ，应用情况较少，在本文的分析中不予考虑。滑压运行方式的选择一般有以下几种：（１）单阀定压运行：主蒸汽压力保持额定值，所有调节阀同时开启或关闭，以改变汽轮机的进汽量来调整负荷；（２）顺序阀定压运行＂１：各调节阀在额定的主蒸汽压力下按给定的顺序开启或关闭；（３）纯滑压运行：所有调节阀在整个负荷变化范围内保持全开，改变锅炉压力调整负荷；（４）复合滑压运行：在高负荷区采用定压运行方式，在低负荷时开启部分阀门进行滑压调节ＨＪ。本文描述的国电某电厂２号超临界６００ＭＷ汽轮机，２００８年全年平均负荷为４３６．１６ＭＷ，机组经常带６０％一９０％额定负荷参与电网调峰运行，为了在调峰中采用更为安全、经济、合理的运行方式，对其进行了滑压运行优化试验，确定部分负荷时，阀点滑压和部分阀门全开方式下滑压的经济性，给出了滑压运行状态下的优化曲线，并探讨了滑压运行方式下的阀门控制策略。１不同滑压运行方式对经济性影响的理论分析定压方式时，顺序阀运行比单阀运行的经济性好；在低负荷时，纯滑压运行虽然提高了汽轮机的相对内效率，但机组的循环热效率降低幅度更大，因而经济性较差哺１。复合滑压运行只有当循环效率的降低小于高压缸效率的提高、给水泵的耗功减少和再热器温度升高等多种因素时，采用滑压运行才能提高机组的经济性怕Ｊ。收稿日期：２００９－０９－２３作者简介：吕太（１９５７一），男，东北电力大学教授，吉林市人。现任能源与机械工程学院院长。主要研究方向为：气液两相流理论与应用技术、汽轮机优化运行技术。在国内外各种刊物公开发表科研论文９０多篇，发表专著６部。万方数据１２８汽轮机技术第５２卷２不同滑压运行方式对经济性影响实际分析以上仅是理论分析，要想确定在不同滑压运行方式对汽轮机组经济性的影响，必须通过对试验结果进行详细的分析，热力性能试验是寻求最佳运行方式最直接和行之有效的办法。本文以国电某电厂２号超临界６００ＭＷ汽轮机为例，分别选择不同负荷工况点，进行顺序阀、２阀及３阀滑压运行试验分析研究。２．１对高压缸效率的影响通过图１比较可以看出，相同负荷下，滑压运行的高压缸效率高于定压运行；在同一种运行方式下高压缸效率随着负荷降低而降低；在负荷大于５００ＭＷ时３阀全开滑压运行的高压缸效率高于３阀点滑压运行，在负荷低于５００ＭＷ时２阀全开滑压运行的高压缸效率与设计顺序阀滑压运行高压缸效率相差不大；在负荷为５００ＭＷ和４５０ＭＷ时，３阀点滑压运行的高压缸效率高于２阀全开滑压运行。，——－・４’。１Ｉ：；图謇凳嚣压吖匡黛５５０４５０５５０６５０负荷／ＭＷ图１高压缸效率对比曲线２．２对给水泵小汽轮机的影响由图２可以看出：小汽机的用汽量和主蒸汽压力的高低有关，主蒸汽压力越低，给水泵所克服的阻力越小、给水泵的扬程越少，所以小汽机的用汽量越少。在４５０ＭＷ负荷以上时，３阀全开滑压运行方式下小汽机用汽量最小，３阀点滑压和３阀全开滑压小汽机用汽量相差不大；４５０ＭＷ负荷以下时２阀全开滑压比顺序阀滑压小汽机用汽量略多。如８０盖７０蛟砷要∞疑加々３０一３阀点滑压—一３阀全开滑压一顺序阀定压－Ｎ－顺序周滑压一２阀全开滑压一２阅点滑压２０Ｉｔ——２５０３５０４５０５５０负荷府Ｈｗ图２小汽机用汽量对比曲线６５０２．３对中间再热温度的影响通过图３中的比较发现，定压运行方式下在负荷降低时，高排温度也降低，而滑压运行方式下在负荷降低时高排温度升高。在５５０ＭＷ、５３０ＭＷ、５００ＭＷ和４５０ＭＷ时。采用３阀点滑压运行的高压缸排汽温度较顺序阀定压运行高９．２７℃、２４．４９０Ｃ、２９．７３℃和３０．８５℃。而在５００ＭＷ和４５０ＭＷ时３阀点滑压运行时高压缸排汽温度较２阀全开滑压运行高２７．４８。Ｃ和２１．４９℃。由于滑压时高排温度高，因此在中间负荷时滑压运行再热蒸汽温度可以保持额定值。２．４对主蒸汽压力的影响由图４分析可知：虽然滑压运行提高了高压缸效率，减ｐ｛鲢赠盎框图３高排温度对比曲线少了小汽轮机用汽量，但滑压运行时主蒸汽压力降低，这就会大大降低汽轮机装置的循环效率。滑压运行时，主蒸汽压力降低的幅度与滑压运行方式的选择有关，合理选择主蒸汽压力，是滑压运行方式的关键。ｌ奋蒸＋Ｈ图４主蒸汽压力对比曲线２．５汽轮机热耗率的影响通过图５热耗率的比较可以看出，当负荷大于５４０ＭＷ，顺序阀定压运行时热耗率最低，经济性最好；当负荷在５１０ＭＷ一５４０ＭＷ，３阀点滑压运行时热耗率最低，经济性最好；当负荷在３００ＭＷ一５１０ＭＷ，２阀全开滑压运行时热耗率最低，经济性最好。图５热耗率对比曲线３几种运行方式的比较顺序阀定压运行、３阀点滑压运行、２阀全开滑压运行的比较：根据试验测得的数据和实验结果，我们选取顺序阀定压运行、３阀点滑压运行、２阀全开滑压运行进行比较。由于机组ｌ、２号高压调节阀全开，压力为额定值时，负荷最多能带到５１０ＭＷ。所以在负荷为５１０ＭＷ一６００ＭＷ范围内比较顺序阀定压运行和３阀点滑压运行。通过两种运行工况的对比发现在负荷大于５４０ＭＷ小于６００ＭＷ的范围内，顺序阀定压运行要比３阀点滑压运行热耗率低，经济性好，在同一负荷下两者相差１５ｋｖ（ｋＷ．ｈ）左右。在负荷大于５１０ＭＷ小于５４０ＭＷ的范围内，３阀点滑压运行要比顺序阀定压运行热耗率低，经济性好，在同一负荷下两者相差１６叶叫砉蠹泰言裂嚣万方数据第２期吕太等：汽轮机滑压运行方式的经济性实验分析１２９ｋＪ／（ｋＷ．ｈ）左右。再来比较负荷低于５ｌＯＭｗ时，顺序阀定压运行、３阀点滑压运行、２阀全开滑压运行，３种运行方式下的经济性。当负荷在５０５ＭＷ一５１０ＭＷ范围内时３种运行方式经济性差不多，热耗率相差１０ｋＪ／（ｋＷ・ｈ）左右。当负荷低于５０５ＭＷ时，２阀全开运行方式下热耗率最低经济性最好；顺序阀定压运行方式下热耗率最高经济性最差。并且随着负荷降低３种运行方式的的热耗率的差值越大。在负荷５００ＭＷ时，２阀全开滑压运行热耗率比３阀点滑压运行低３２．６ｋＪ／（ｋＷ－ｈ），比顺序阀定压运行低６１．１ｋｌ／（ｋＷ・ｈ）。在负荷为４５０ＭＷ时，２阀全开滑压运行热耗率比３阀点滑压运行－ｆ氐４１．６ｋＪ／（ｋＷ．ｈ），比顺序阀定压运行低５２．１ｋＪ／（ｋＷ・ｈ）。４滑压运行的最佳选择方式通过对定压运行和滑压运行的经济性研究和分析，采用复合滑压运行方式是机组调峰运行的最佳选择方式。采用负复合滑压方式运行大致分为二个阶段，即顺序阀定压阶段和滑压阶段。前面已经分析比较过在负荷为５４０ＭＷ一６００ＭＷ时顺序阀定压运行经济，在５０５ＭＷ～５４０ＭＷ时３阀点滑压运行经济，在负荷低于５０５ＭＷ时２阀全开运行经济。由于负荷在５０５ＭＷ一５４０ＭＷ时３种运行的热耗率相差不大，而在负荷低于５０５ＭＷ时２阀全开运行经济性十分明显。所以为了保证机组调峰期间滑压运行的最优经济性和操作的方便，机组的复合滑压方式分为顺序阀定压阶段和２阀全开滑压阶段。５结论通过对国电电力某电厂２号汽轮机滑压运行方式优化试验的分析，总结如下：（１）通过试验和分析，得出此电厂２号汽轮机组最佳运行方式，即采用复合滑压运行，所采用的阀位控制方式为：负荷在６００ＭＷ一５１０ＭＷ时采用顺序阀定压运行方式。负荷在５１０ＭＷ一３００ＭＷ时采用２阀全开滑压运行。（２）对于不同型式的机组，应该采取不同调节阀全开数的滑压运行方式，以提高机组的运行经济性。（３）根据分析，机组采用复合滑压运行，可以增加机组使用寿命，汽机主辅机运行正常，机组变负荷速率可以提高。参考文献［１］刘振刚，王永刚．汽轮机组滑压运行方式的优化［Ｊ］．发电设备，２００８，２２（６）：２６—２８．［２］孙永平，童小忠．６００ＭＷ机组滑压运行方式优化的试验研究［Ｊ］．热力发电，２００７，３６（８）：５６—５８．［３］吕纪奎．国产引进型３００ＭＷ机组顺序阀运行研究［Ｊ］．中国电力，２００５，３８（４）：２１—２２．［４］潘志强，孙玮恒．３００ＭＷ机组自动滑压运行的实施［Ｊ］．华东电力，２００７，４４（１０）：３２—３５．［５］陶建国．６００ＭＷ机组定滑压运行特性分析［Ｊ］．华东电力，２００５，４２（８）：３１—３３．［６］任浩仁，李蔚．火电机组变工况下运行指标应达值的分析［Ｊ］．中国电机工程学报，２００６，２３（９）：５０—５３．（上接第１００页）５结论叟；出盎图５第６级动叶不同叶高型面静压分布参考文献数值模拟了汽轮机回热抽汽系统前后各ｌ级（高压第６级和第７级）以及整个抽汽系统内的流场，通过对比抽汽对抽汽点前后级气动性能的影响程度发现，对于上游级（第６级），抽汽对静叶流动的影响较弱，气动参数没有产生明显的周向不均匀性，但是对动叶气动参数周向分布的均匀性产生了明显影响，进口汽流冲角向负值移动，动叶后压力降低，而且在周向和径向愈靠近抽汽管，这种影响愈强烈。础Ｂ（ｃ）抽汽管处［１］姚福锋，陈党慧，康顺．汽轮机抽汽缝宽度对临近透平级流场的影响［Ｊ］．动力工程，２００３，２６（３）：３２１—３２５．［２］陈党慧，康顺．蒸汽轮机抽汽口几何参数和工况对流场的影响［Ｊ］．工程热物理学报，２００６，２７（３）：４１４－４１６．［３］陈党慧，徐鸿，杨昆．蒸汽轮机抽汽口流场的数值模拟［Ｊ］．热能动力工程，２００５，２０（１）：１０一１３．［４］常建忠，丰镇平，沈祖达．大负冲角下叶栅二次流特性的可视化实验研究［Ｊ］．西安交通大学学报，１９９８，３２（３）．［５］周逊，韩万金．涡轮矩形叶栅中的漩涡模型进展回归［Ｊ］．航空动力学学报，２００１。１６（３）：１９９—２０２．［６］陈军．马蹄涡结构的显示［Ｊ］．流体力学实验与测量，２００３，１７（４）：７１—７８．万方数据汽轮机滑压运行方式的经济性实验分析作者：吕太，李耀德，胡乔良作者单位：东北电力大学能源与机械工程学院,吉林,132012刊名：汽轮机技术英文刊名：TURBINETECHNOLOGY年，卷(期：2010，52(2被引用次数：0次参考文献(6条1.刘振刚,王永刚.汽轮机组滑压运行方式的优化[J].发电设备,2008,22(6:26-28.2.孙永平,童小忠.600MW机组滑压运行方式优化的试验研究[J].热力发电,2007,36(8:56-58.3.吕纪奎.国产引进型300MW机组顺序阀运行研究[J].中国电力,2005,38(4:21-22.4.潘志强,孙玮恒.300MW机组自动滑压运行的实施[J].华东电力,2007,44(10:32-35.5.陶建国.600MW机组定滑压运行特性分析[J].华东电力,2005,42(8:31-33.6.任浩仁,李蔚.火电机组变工况下运行指标应达值的分析[J].中国电机工程学报,2006,23(9:50-53.相似文献(10条1.期刊论文刘双白.LiuShuang-bai汽轮机定滑压运行曲线测试方法研究-华北电力技术2007,""(12为了提高汽轮机变工况的运行效率,根据定滑压运行的基本理论,测试高压缸效率并判断阀点;再依据测试主蒸汽参数、高压缸效率对各试验工况整机性能进行拟合计算,得出主汽压力与机组效率的关系,以及最佳运行压力与负荷的关系曲线,即定滑压运行曲线;分析了定滑压运行曲线的局限性,提出了解决局限性的现场动态调整方法.最后将此方法成功应用在某200MW机组上.2.会议论文蒋寻寒.田万军.孔明.黄晨.王家良.王奋明国产125MW汽轮机滑压运行试验研究2002本文首先介绍了汽轮机滑压运行试验经济性研究课题的背景和基本思路,介绍了汽轮机的简要情况和滑压运行试验工况的选择,试验标准,仪表和试验结果参数修正计算等.3.学位论文赵金峰300MW汽轮机滑压运行热经济性评价方法研究2006随着经济的发展，人们消费水平的提高，生活用电的比重越来越大，电力负荷的峰谷差也日益增大，致使原来带基本负荷运行的机组也不得不参与调峰，这就使得其低负荷运行时间增加。汽轮机长期处于低负荷运行状态，偏离设计工况，热经济性大大降低。但在影响机组低负荷运行热经济性的主要因素中只有运行方式可以人为地进行调整。故研究汽轮机在低负荷运行时，运行方式对火电厂的经济性将产生很重要的影响。本文首先介绍了IAPWS-IF97公式水蒸汽热力性质计算程序的编制方法，针对常规焓熵子程序计算过程的复杂性，建立了一个已知比焓、比熵求解压力和温度的数学模型，并提出了用黄金分割法搜索压力的算法。然后在此基础上，针对300MW机组编写了汽轮机定压运行和滑压运行的变工况热力计算程序，利用程序计算出了在定压运行和滑压运行方式下调节阀门压损、高压缸排汽温度、调节级相对内效率、给水泵耗功、热耗率、理想循环效率等各项指标。通过对上述各项指标的分析比较，得到了机组滑压运行的最佳运行方式，进而确定了机组变负荷运行方式。在对不同滑压运行方式下的机组热经济性进行了详细的计算后，证实了机组变负荷滑压运行时减少调节阀门全开个数更有利于热经济性的提高，同时也分析了滑压运行对机组安全性的影响。4.期刊论文江宁.曹祖庆从经济性看汽轮机滑压运行的最佳方式-上海汽轮机2002,""(15.期刊论文张峻岭.马瑞明汽轮机滑压运行的经济性与安全性分析-中国高新技术企业2010,""(4汽轮机组调峰时采用滑压运行方式,其安全性和灵活性优于定压运行方式,在一定条件下其经济性也优于定压运行方式.采用高负荷以定压方式运行、低负荷以纯滑压方式运行的复合方式在经济性上最优.在考虑到汽包对压力变化适应能力差的情况下,可先保持一定的调节汽门节流,在负荷突变时,通过改变汽门开度可以减缓对锅炉运行的冲击,增强滑压运行的灵活性,文章基于此展开论述,旨在对相关人员提供参考.6.学位论文顾彤汽轮机及回热加热器优化运行的试验研究2005本文围绕华能南通电厂汽轮机及回热加热器的优化运行这一课题，对汽轮机变负荷时的经济运行方式，即滑、定压运行和循环水系统以及回热加热器的优化运行进行了深入的试验研究。定、滑压运行的经济性差异随负荷的不同而不同，因此在不同的负荷段汽轮机运行方式也不同。通过试验方法确定定压运行和滑压运行的分界负荷点以及滑压运行的最佳初压，并绘制出汽轮机的最佳初压与负荷的关系曲线-定、滑压运行曲线，依此对汽轮机进行经济运行调节。对于动叶不可调的循环水泵，循环水流量只能通过改变循环水泵的运行台数来进行调节，这样，循环水的流量和泵的耗功差异很大。通过循环水泵不同运行方式下的试验，并根据机组的微增出力情况进行经济比较，寻找机组在不同负荷及不同冷却水温情况下的最佳背压，确定循环水泵的最优运行方式，并以此指导运行，达到节能降耗的目的。华能南通电厂＃1、＃2机组回热加热器在运行中存在高加管束泄漏问题与加热器低水位或无水位运行的现象。针对此问题，从防止加热器管束泄漏和合理控制加热器疏水水位两方面进行分析与优化研究。7.期刊论文童小忠.孙永平.樊印龙.TONGXiao-zhong.SUNYong-ping.FANYin-long汽轮发电机组滑压运行寻优方法的试验研究-浙江电力2008,27(5机组滑压运行寻优方法的研究工作,对节能降耗工作具有较为现实的指导意义.针对汽轮机在低负荷运行阶段的滑压运行方式寻优,在对试验比较法进行分析的基础上,总结提出了耗差分析法.试验实例的比对证明,采用耗差分析法得出的优化结果与试验比较法得出的结果有较好的一致性.建议在能够进行高精度试验的场合,采用试验比较法进行寻优;而在缺乏高精度试验条件的情况下,采用耗差分析法则较为方便、简捷.8.会议论文付昶.杨寿敏大型汽轮发电机组滑压运行的试验研究2001本文通过热力试验的方法来研究大型机组变负荷运行时定、滑压运行的经济性问题.通过在同一条