背压式汽轮机加装后置式汽轮机最佳工况的选择

背压式汽轮机加装后置式汽轮机后

最佳工况的选择赵肃铭等摘要：本文研究了背压式汽轮机加装后置式低压凝汽式汽轮机后，在两机的额定流量严重不匹配时，如何选择最佳运行工况，以及对流量过小的汽轮机如何提高效率的方法。关键词：后置式汽轮机；最佳工况；旁通进汽1前言在一些热电厂或企业自备电站的背压式汽轮机中，有些因无热负荷或热负荷过少而无法运行，有些只在冬季采暖供热时使用，夏季则停运。为了提高这些背压式汽轮机的设备利用率，一些热电厂加装了后置式低压凝汽式汽轮机，以背压式汽轮机的排汽作为后置式汽轮机的汽源进行发电。如果背压式汽轮机的排汽全部进入后置式汽轮机中，就构成一个凝汽式汽轮发电系统；如果背压式汽轮机的排汽一部分进入后置式汽轮机中发电，而其余部分都直接用于供热，就构成一个抽汽凝汽式汽轮发电系统。这样，背压式汽轮机就可全年发电，而后置式汽轮机也可全年发电或夏季发电，从而提高了发电设备的利用率，增大了发电能力。由于种种原因，背压式汽轮机的额定流量和后置式汽轮机的额定流量往往是不一致的。通常后置式汽轮机的额定流量比背压式汽轮机的额定流量少，因此造成两台汽轮机的蒸汽量不匹配。例如为华能伊敏煤电公司B6—3.43／0.49型背压式汽轮机加装一台N4—0.5型后置式低压凝汽式汽轮机，是用一台8000kW次中压抽汽凝汽式汽轮机改造而或。原机进汽参数为2.35MPa、390°C,改造后的进汽参数为0.49MPa、250C。由于后置机的比容由改造前的0.124m3/kg增加到改造后的0.49m3/kg，比容增加近四倍。其主汽阀、调节汽阀以及各级的通流能力受到了极大的限制。为了适应低参数进汽的需要,在原汽轮机构造中的十一个级中拆除前五个级，只保留后六个级，同时扩大主汽阀和调节汽阀的阀碟和阀座尺寸，增加其进汽量。即使如此，后置机的进汽量也只能控制在30t/h左右，相应的电功率为4000kW左右。但该背压式汽轮机的额定进汽量为58t/h，出现了供汽量的不匹配。如果按背压机的理想工况运行，这时效率较高，发出功率较多，但后置机由于进汽量过大，各阀门受通流能力的限制，流动损失大大增加，效率大幅度降低，功率也大为减少，以致流量的增加不抵损失的增加，功率反而降低。从该机运行记录中看到，背压机进汽45t/h时，背压机的发电功率是4500kW，而后置机的发电功率只有2000kW，当背压机的进汽为29.5t/h时，背压机的发电功率为2500kW，其后置机的发电功率为4000kW。两机同样发6500kW的电功率，前者用去45t/h蒸汽，后者只用29.5t/h蒸汽。汽耗大大降低了。可见，两机在发出一定的总功率时，存在一个汽耗最小的进汽量，称为最佳工况进汽量。2背压式汽轮机与其后置式汽轮机流量不匹配时热力过程分析当背压式汽轮机的额定流量与其后置式汽轮机的额定流量相差较多，造成严重不匹配时，不可能使两机都在设计工况下运行，如保持一机在设计工况下运行，一机必然在远离设计工况下运行。为了分析这一问题，现以内蒙某一热电厂的一台B12—50/10型12000kW背压式汽轮机及其N12—10型后置式凝汽式汽轮机为例进行说明。该背压式汽轮机的额定汽量为150t/h，其后置式汽轮机的额定进汽量为75t/h,只为背压汽轮机进汽量一半。冬季背压汽轮机在额定工况下运行，其150t/h的排汽中，75t/h蒸汽送到后置机中发电，另75t/h蒸汽送到热网中供热，满足了发电供热需要。实际上该后置机是按冬季的需要设计的，这时两机都有最好的设备利用率和最佳的运行状态。然而在夏季，无采暖热负荷时，两机只能按后置机的75t/h的进汽量工作，这样，背压汽轮机不得不在半负荷以下的工况运行，这时该机各级的速比远远偏离了最佳值，致使汽轮机的效率大幅度下降，出力大大减少。表1为内蒙某一热电厂背压汽轮机冬夏运行时详细的现场实测数据。表1解(kW)主槪址（1心）主托压力（MPd贋代1胃节级后II力（MIWmlg(T)时间年月日I13B157.04.75436山諏2X9训丄*II刃）162.04.684372,9Q.気29020)1.1.8蒔10500142.04.654S42.60.812812DOIJ.810800144.44J944277092882001.3.29K).139.64.843K2.4(IJJ0卵^01.3.29J120）2（24.954551.55ij?.r.1252IUL5」136075,4收438L5讪3252001.5.672.84,92325).6Mi3252001.5.7夏季M71i4.«7436!.50.923232UOI.5.7240070.44401.40.783182001.6.252«072.84.944421.50.813182001.6.28336(1汕64切44()L60.S5卫620()1.6忠由实测数据可见，夏季运行时，背压机的进汽量为其额定进汽量的一半，而发电功率只为额定功率的四分之一左右。表2是内蒙古电力研究院于2001年8月对该机所做半负荷热力试验数据统

计表。表2名 称单位工况1工况211况3工况4发电功率kW3(X)0270()25()02100进汽議kg/'h750007(J900677(X)60000进汽f匸力MPa4.8974.9774.8975.078进汽温度428432431431进汽焙kj/kg3265.53277.83276.63274.0复速级后压力MPai.59K1.5981.5481.4-48排汽压力MPa1.076\・0581.0481.028排汽温度X323326325328排汽熔kj/kg2885.72886.62883.82878.7大气压力MPa0.09750.()9750.()9750.0973绝热常降kj/kg379.8391.2392.8395.3有效炳降kj/kg165.2170.69171.42162.0相对内效率%43.543.643.641.0?气耗率kg/kWh25262528.6从表2可见，在额定进汽参数下，进汽量低于额定进汽量越多效率下降越多。例如在67.7—75t／h进汽时，汽轮机相对效率为0.435—0．436；进汽量为60t／h时，相对内效率下降到0.41。表3是对该机进行半负荷变工况热力计算所得热力特性数据一览表。此计算结果和试验实测结果基本一致。表3名称单位调节级压力级12345总进汽量kg/h75000742007380073800738(X)73800级前压力MPa4.901.601.461.351.271.20级前温度弋428348344340339340级前焙U/kg3265.53143.43136.83131.33130.93131.7级后压力MPa1.6()1.461.351.271.201.08级绝热繪降kjg288.924.322.216.715.929.3级速比0.1980.6640.696O.8O70.8360.662级內损失kJ/kg95.82.3&46动叶相对进汽角17.743.552.982.893.036.8冲角”i20.830.159.969514.3冲击损失kj/k^49.89.9655.90相对内效率0.4960.2950.2230.20一O.Q420.51级内功率kW298514310110一14306总内功率工Ni=3536kW:殳电功率Ne=3fMX>kVif从表3可见，在半负荷运行时调节级后的压力下降较多，调节级焓降过大，速比过小，远远偏离了最佳速比值，使效率过低。而各压力级的焓降均相应减少。特别是第三、第四压力级的焓降减少过大，引起速比过大，远远偏离了最佳速比值，效益亦显著降低。同时由于各级焓降变化过大引起喷嘴出口汽流速度变化较大，使得进入动叶的汽流相对进汽角远远偏离了动叶的几何进汽角，从而产生很大的冲角，引起极大的冲击损失。其中个别级出现负功，这是效率下降，出现减力的主要原因之一。3改善背压汽轮机及其后置式汽轮机进汽量不匹配的方法为了改善背压汽轮机及其后置机进汽量不匹配所造成的能源浪费，可以从改变进出汽参数滑参数运行和调整各压力级的通流面积或流通量获得最佳配置焓降等方面着手。3．1调整各压力级通流面积的方法背压汽轮机各级的通流尺寸是按经济工况的流量（有时也是额定工况的流量）确定的，效率最高。在过低负荷运行时，进汽量过少，所需通流面积也相应减小较多，这样实际结构的通流面积就比需要的通流面积大得多。为此，改造设计的目的就是在压力级主要结构尺寸不变的条件下，进行热力计算和强度校核，确定在低负荷进汽量时，各级所需的通流面积并调整到整数个的喷嘴数，同时堵去多余的喷嘴。这样每一压力级就重新获得最佳速比的焓降配置，大大提高了汽轮机的效率。仍以内蒙某热电厂B12—50/10为例进行改造设计的热力计算。表4是按夏季运行工况的要求，对该背压汽轮机进行改造设计的热力计算所得到的各级的特性数据一览表。采用堵喷的方法，虽然局部进汽损失稍有增加，但余速损失大大减少，级效率大幅度增加。对比表3和表4的计算结果可见，改造后的汽轮机夏季在半负荷运行时，汽轮机的相对内效率由0.43提高到0.758发电功率由3006kW提高到5000kW。夏季运行以4000h计算，可多发800万kWh的电量，节能效果和经济效益都十分可观。这种改造方法的缺点是：每年要揭两次汽缸，冬季运行时将装在各级隔板静叶前的节能装置（可拆卸堵块）拆除，保持原设计通流面积。夏季运行时则需将节能装置装上，适于低负荷运行的通流面积。表4名称单位阔节级——-—D12力级5总进汽崖75(XX)7420073800738007380073800级前压力A/fPa4.902.351.971.661.39I.17级仙温度T435358338317300281kj/kg3282.5引48.93111.63074.43039.63004.4级后压力MPa2.351.971.661.391.170.98级绝对诒降kl/昨194.747.747.744.443.139.8级速比0.241().4740.4750.4950.5080.534流动损失kJ/kg51.07.797.877.247.036.57轮周效率().7380.8370.8350.8370.8770.835级内损失kj/kp61.010.5910.269.719.719.63级相对内效孝0.6870.7780.7850.7810.7750.758级內功率kW278676576K710685618总内功率工Ni=6332kW改造垢汽轮机相对内效率7；-0.758发电功率N唱=5500k\V空虑到机级曆损.积垢.电功率约5O(X)k\V3．2调整压力级进汽量以适应压力级通流尺寸的方法背压汽轮机与其后置机的进汽量严重不匹配时，往往背压汽轮机在半负荷以下的工况运行。这时，调节级后的压力大大降低，使调节级焓降过大，同时压力级焓降过少，两者均大大偏离效率最高的最佳速比。为了提高背压汽轮机的效率，就要增加通过压力级的进汽量，以适应原有压力级的通流尺寸，从而提高了压力级的配置焓降，改善了压力级的速比，达到提高压力级效率的目的。具体做法，可通过对背压汽轮机的热力计算，选择一旁通进汽工况，然后据此工况参数，专门设计一台可调整汽量的压力匹配器，用部分新蒸汽引射排汽达到旁通进汽量和参数的要求，将提高排汽压力的蒸汽，旁通到背压汽轮机的压力级中。如旁通蒸汽温度过高，可先对驱动蒸汽(新蒸汽)进行喷水冷却，降低温度后送到汽轮机中达到汽缸温度的要求。旁通进汽量的多少，取决于调节级后部与第一压力级间汽缸的轴向距离。3．3降低背压汽轮机的进汽参数和排汽压力的方法降低背压汽轮机的进汽参数和排汽压力，增加了进汽的比容，从而增大了各压力级所需要的通流面积，缩小了与实际结构通流面积的差值，改善了各级的流动特性。具体做法是：通过分别对两机在不同进汽参数和排汽参数在一定流量下，进行变工况计算，获得一系列的流量一功率曲线，