變凝結(jié)水量調(diào)節(jié)超臨界機(jī)組負(fù)荷的節(jié)能效果

1、 超臨界機(jī)組完全變壓運(yùn)行技術(shù)與節(jié)能分析摘要：系統(tǒng)的分析了采用變凝結(jié)水流量快速調(diào)節(jié)機(jī)組負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)超臨界機(jī)組完全變壓運(yùn)行的技術(shù)特點(diǎn)和節(jié)能效果。根據(jù)實(shí)際運(yùn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)變凝結(jié)水流量調(diào)節(jié)機(jī)組負(fù)荷的范圍、響應(yīng)速度、節(jié)能效果、除氧器和凝汽器及低壓加熱器的水位控制、變壓運(yùn)行對(duì)鍋爐運(yùn)行特性的影響等問(wèn)題進(jìn)行了比較具體的分析。認(rèn)為變凝結(jié)水流量快速調(diào)節(jié)機(jī)組負(fù)荷與傳統(tǒng)技術(shù)相結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)超臨界機(jī)組完全變壓運(yùn)行，對(duì)大型燃煤機(jī)組節(jié)能減排意義重大。關(guān)鍵詞：超臨界機(jī)組 變壓運(yùn)行 凝結(jié)水量 變頻調(diào)節(jié) 節(jié)能中圖分類(lèi)號(hào)：tk229.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：a前言 傳統(tǒng)的汽輪機(jī)跟隨鍋爐的變壓運(yùn)行技術(shù)，鍋爐燃燒調(diào)節(jié)反應(yīng)速度慢，600mw超臨界機(jī)

2、機(jī)組需要22.5min，1000mw超超臨界機(jī)組需要2.53min，給水調(diào)節(jié)響應(yīng)agc指令的滯后時(shí)間也至少1min，無(wú)法實(shí)現(xiàn)變壓運(yùn)行對(duì)于機(jī)組負(fù)荷調(diào)節(jié)的快速響應(yīng)，不適應(yīng)電網(wǎng)調(diào)頻的要求。汽輪機(jī)節(jié)流調(diào)節(jié)可快速響應(yīng)電網(wǎng)調(diào)頻，但節(jié)流損失大，經(jīng)濟(jì)性較低。例如，綏中電廠(chǎng)800mw超臨界機(jī)組汽輪機(jī)節(jié)流調(diào)節(jié)時(shí)導(dǎo)致機(jī)組煤耗提高45 g/（kw·h），而盤(pán)山電廠(chǎng)500mw超臨界機(jī)組在350mw負(fù)荷的節(jié)流損失導(dǎo)致機(jī)組煤耗提高5.9 g/（kw·h）1。因而傳統(tǒng)的變壓運(yùn)行技術(shù)不利于提高大型燃煤機(jī)組的節(jié)能減排效率。 近年來(lái)國(guó)內(nèi)外采用變凝結(jié)水流量調(diào)節(jié)的變壓運(yùn)行技術(shù)，該技術(shù)與傳統(tǒng)變壓運(yùn)行技術(shù)相結(jié)合形成一種

3、新型的完全變壓運(yùn)行技術(shù)，在20s內(nèi)以快速負(fù)荷變化來(lái)適應(yīng)電網(wǎng)調(diào)頻的要求（一次調(diào)頻動(dòng)作時(shí)間一般為1060s），60s后由凝結(jié)水調(diào)節(jié)負(fù)荷轉(zhuǎn)為由鍋爐給水調(diào)節(jié)和燃燒量調(diào)節(jié)負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)機(jī)組的完全變壓運(yùn)行。1 超臨界機(jī)組變壓運(yùn)行最優(yōu)化方式 1.1 完全變壓運(yùn)行節(jié)能減排效果顯著運(yùn)行實(shí)踐和大量文獻(xiàn)的研究表明，超臨界和超超臨界機(jī)組采用完全變壓運(yùn)行方式（汽輪機(jī)主汽門(mén)和調(diào)節(jié)汽門(mén)處于全開(kāi)位置）是節(jié)能運(yùn)行的有效途徑之一，且是最優(yōu)運(yùn)行方式。所謂完全變壓運(yùn)行方式就是指發(fā)電機(jī)組在30% 100% mcr負(fù)荷內(nèi)，汽輪機(jī)主汽門(mén)全開(kāi)，且調(diào)節(jié)汽門(mén)全開(kāi)（一般為四閥或六閥全開(kāi)）的一種變壓運(yùn)行方式。寧海電廠(chǎng)600mw亞臨界機(jī)組的運(yùn)行表明，采用

4、完全變壓運(yùn)行方式，與常規(guī)的單閥順序調(diào)節(jié)方式相比，能使機(jī)組供電煤耗降低5.5g/（kw·h），其中600mw負(fù)荷時(shí)，供電煤耗降低g/（kw·h），300mw負(fù)荷時(shí)，降低5.5g/（kw·h）?？梢?jiàn)，完全變壓運(yùn)行方式對(duì)于大型超臨界機(jī)組節(jié)能減排具有重要價(jià)值，尤其在低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的節(jié)能潛力更大。1.2 變凝結(jié)水節(jié)流快速調(diào)節(jié)負(fù)荷為了實(shí)現(xiàn)機(jī)組負(fù)荷調(diào)節(jié)快速響應(yīng)（1050s內(nèi)）電網(wǎng)調(diào)頻的要求，并且同時(shí)保證機(jī)組在調(diào)節(jié)負(fù)荷時(shí)具有較高的運(yùn)行效率，近年來(lái)國(guó)內(nèi)外電廠(chǎng)開(kāi)始普遍采用凝結(jié)水節(jié)流調(diào)節(jié)來(lái)快速響應(yīng)機(jī)組負(fù)荷。根據(jù)1000mw機(jī)組的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，在除氧器主調(diào)閥動(dòng)作之后，大約經(jīng)過(guò)20s，機(jī)組負(fù)荷就

5、開(kāi)始響應(yīng)。凝結(jié)水調(diào)節(jié)負(fù)荷的有效時(shí)間最多約為4.5min。正常情況下，凝結(jié)水調(diào)節(jié)機(jī)組負(fù)荷僅限于agc動(dòng)作后的前50s，在5080s之間用給水量調(diào)節(jié)，在80s之后依靠調(diào)節(jié)燃燒量和給水量調(diào)節(jié)機(jī)組負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)機(jī)組完全變壓運(yùn)行。這種運(yùn)行方式極大的提高了超臨界和超超臨界機(jī)組快速響應(yīng)agc指令的能力，并同時(shí)具有較高的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，因而是一種最優(yōu)的變壓運(yùn)行新模式。2. 變凝結(jié)水流量調(diào)節(jié)機(jī)組負(fù)荷的技術(shù)分析2.1 變凝結(jié)水流量調(diào)節(jié)機(jī)組負(fù)荷的大致范圍上海外高橋電廠(chǎng)1000mw超超臨界機(jī)組的運(yùn)行實(shí)踐表明，在5001000mw范圍內(nèi)運(yùn)行時(shí)，凝結(jié)水調(diào)負(fù)荷的最大能力達(dá)到1530mw 2。內(nèi)蒙準(zhǔn)格爾某電廠(chǎng)采用凝結(jié)水節(jié)流控制技術(shù)可

6、以改變機(jī)組最大出力的(46)%mcr，機(jī)組負(fù)荷變化范圍可達(dá)到20mw，機(jī)組熱效率可提高(0.51.0)% 。內(nèi)蒙岱海電廠(chǎng)600mw超臨界機(jī)組的試驗(yàn)表明，在agc（自動(dòng)增加功率）方式下，采用凝結(jié)水節(jié)流調(diào)節(jié)機(jī)組負(fù)荷的方法，機(jī)組負(fù)荷變化速度可達(dá)到12 mw/min。2.2 變凝結(jié)水流量調(diào)節(jié)機(jī)組負(fù)荷的原理變凝結(jié)水流量調(diào)節(jié)機(jī)組負(fù)荷是一種瞬時(shí)性的調(diào)節(jié)方式。變凝結(jié)水流量調(diào)節(jié)有2種方式：一種是通過(guò)改變凝結(jié)泵出口調(diào)門(mén)的開(kāi)度來(lái)改變凝結(jié)水流量，稱(chēng)為節(jié)流調(diào)節(jié)。節(jié)流調(diào)節(jié)需要根據(jù)低壓缸抽汽量的調(diào)節(jié)量對(duì)管道和抽汽控制閥門(mén)進(jìn)行技術(shù)和設(shè)備改造，工程費(fèi)用較大。另一種是采用變頻凝結(jié)水泵，通過(guò)調(diào)節(jié)凝結(jié)水泵的轉(zhuǎn)速來(lái)改變凝結(jié)水流量，稱(chēng)為

7、變頻（或變速）調(diào)節(jié)。凝結(jié)水泵的變頻調(diào)節(jié)不僅適用于快速響應(yīng)agc指令，同時(shí)更多的應(yīng)用于機(jī)組全負(fù)荷范圍變壓運(yùn)行中調(diào)節(jié)凝結(jié)水流量。變凝結(jié)水流量調(diào)節(jié)機(jī)組負(fù)荷的原理是當(dāng)機(jī)組接到agc（自動(dòng)增加功率）指令時(shí)，在凝汽器和除氧器水位變化允許范圍內(nèi)， 通過(guò)節(jié)流調(diào)節(jié)或變頻調(diào)節(jié)，來(lái)改變凝結(jié)水流量，從而改變汽輪機(jī)抽汽量，暫時(shí)獲得或釋放部分機(jī)組負(fù)荷。當(dāng)機(jī)組快速增負(fù)荷時(shí)，減小凝結(jié)水泵出口調(diào)門(mén)開(kāi)度（即減小除氧器上水調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度）或降低變頻凝結(jié)水泵的轉(zhuǎn)速，減小凝結(jié)水流量，減小低壓加熱器的抽汽量，增加蒸汽在汽輪機(jī)中、低壓缸中的做功量，從而增加機(jī)組負(fù)荷。在此調(diào)節(jié)過(guò)程中，由于凝結(jié)水被節(jié)流，凝結(jié)水流量減少，因而導(dǎo)致凝汽器水位上升，同

8、時(shí)除氧器水位暫時(shí)下降，如圖1所示3。當(dāng)機(jī)組快速減負(fù)荷時(shí)，上述調(diào)節(jié)過(guò)程反向執(zhí)行。圖1 凝結(jié)水量快速變化時(shí)的機(jī)組負(fù)荷與凝汽器及除氧器水位的變化 fig1 load and water level of condenser and deaerator for condensed water flow change3. 變凝結(jié)水流量調(diào)節(jié)方式的優(yōu)點(diǎn)和問(wèn)題 3.1 優(yōu)點(diǎn)變凝結(jié)水流量調(diào)節(jié)機(jī)組負(fù)荷的優(yōu)點(diǎn)是：避開(kāi)了機(jī)組快速變負(fù)荷時(shí)鍋爐燃燒調(diào)節(jié)響應(yīng)滯后于機(jī)組負(fù)荷變化的問(wèn)題，為機(jī)組負(fù)荷快速變化和鍋爐燃燒調(diào)節(jié)之間留出了緩沖時(shí)間。不需要改變汽輪機(jī)的進(jìn)汽門(mén)和調(diào)節(jié)汽門(mén)的開(kāi)度，避免了汽輪機(jī)進(jìn)汽的節(jié)流損失，為機(jī)組的全滑壓運(yùn)行提

9、供了有利條件。在不改變外界能量供給的條件下，實(shí)現(xiàn)機(jī)組快速變負(fù)荷的實(shí)質(zhì)是利用汽輪機(jī)回?zé)峒訜嵯到y(tǒng)的蓄能，增加或減少蒸汽在汽輪機(jī)中的做功量。3.2 問(wèn)題(1) 凝汽器、除氧器水位變化較大，因而對(duì)于凝汽器、除氧器水位控制的要求更高。需要將凝汽器和除氧器水位的協(xié)調(diào)控制。與此同時(shí)，低壓加熱器水位水位波動(dòng)增大，由于超臨界直流鍋爐無(wú)存儲(chǔ)給水的容器，而除氧器可作為直流鍋爐存儲(chǔ)給水的容器，儲(chǔ)水量應(yīng)能保證達(dá)到bmcr(鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量)時(shí)能維持610min的鍋爐連續(xù)供水，因此除氧器水位不可長(zhǎng)時(shí)間處于低水位運(yùn)行。同時(shí)除氧器水位過(guò)低時(shí)，還會(huì)導(dǎo)致給水泵汽蝕，影響給水泵的安全。而除氧器水位過(guò)高時(shí)，引起汽輪機(jī)進(jìn)水，影響汽輪

10、機(jī)安全運(yùn)行。凝汽器水位過(guò)高時(shí)，會(huì)淹沒(méi)冷卻水管，影響換熱效果，同時(shí)使凝結(jié)水溫度下降和蒸汽凝結(jié)空間減小，會(huì)影響凝汽器的真空度。如果凝結(jié)水水位超過(guò)射水泵或者真空泵的抽氣管道高度，造成真空度急劇下降，就會(huì)出現(xiàn)汽輪機(jī)末級(jí)進(jìn)水，危及機(jī)組安全運(yùn)行。 低壓加熱器水位波動(dòng)增大，容易引起低壓加熱器水位保護(hù)誤動(dòng)。因?yàn)槟Y(jié)水節(jié)流過(guò)程中，瞬間增大或減小凝結(jié)水量，必然造成低壓加熱器換熱量劇烈變化，致使低壓抽汽的凝結(jié)量增大，從而導(dǎo)致低壓加熱器水位波動(dòng)增大。(2) 只能在短時(shí)間內(nèi)增加或減少機(jī)組負(fù)荷（在圖1中所示負(fù)荷維持時(shí)間約為4min），當(dāng)回?zé)峒訜嵯到y(tǒng)的蓄能釋放后，維持機(jī)組負(fù)荷仍需要依靠調(diào)節(jié)鍋爐的燃煤量和給水量來(lái)實(shí)現(xiàn)。4 變

11、凝結(jié)水流量調(diào)節(jié)機(jī)組負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)性 4.1 可實(shí)現(xiàn)完全變壓運(yùn)行，降低機(jī)組供電煤耗。 圖2為某電廠(chǎng)600mw亞臨界機(jī)組采用單閥調(diào)節(jié)和四閥全開(kāi)2種方式進(jìn)行試驗(yàn)的供電煤耗比較。2種運(yùn)行方式的供電煤耗平均相差2.4 g/（kw·h）?？梢?jiàn)，四閥全開(kāi)的完全變壓運(yùn)行方式節(jié)能潛力巨大。圖2 不同運(yùn)行方式的供電煤耗 圖3 不同運(yùn)行方式的主汽壓力fig2 power supply coal consumption fig3 main steam pressure on different run mode on different run mode圖3顯示出采用完全變壓運(yùn)行方式后，主蒸汽壓力降低。而根據(jù)熱

12、力學(xué)水蒸氣焓的性質(zhì)可知，在吸熱量不變的條件下，主蒸汽壓力降低，由于蒸汽的定壓比熱容減小，必然導(dǎo)致主蒸汽溫度提高，為了控制主汽溫度不超過(guò)額定值，必須增加減溫水量。而增加減溫水量對(duì)超臨界直流鍋爐運(yùn)行會(huì)帶來(lái)諸多不利影響。不利影響主要有以下幾個(gè)方面：第一，噴水點(diǎn)前的受熱面中工質(zhì)流量減少，使受熱面?zhèn)鳠釡p弱，尤其是省煤器和水冷壁中工質(zhì)流量減少，會(huì)使省煤器出口水溫提高，容易導(dǎo)致水冷壁進(jìn)口工質(zhì)流量分配不均，誘發(fā)水冷壁產(chǎn)生傳熱惡化和流動(dòng)不穩(wěn)定。第二，工質(zhì)逆流傳熱減弱，傳熱強(qiáng)度下降，排煙溫度升高，鍋爐效率下降，機(jī)組效率降低，機(jī)組供電煤耗提高。第三，減溫水量較大時(shí)，還會(huì)導(dǎo)致過(guò)熱器管壁金屬溫度劇烈變化，使管內(nèi)壁產(chǎn)生的

13、氧化皮fe3o4 或fe2o3脫落，引發(fā)過(guò)熱器管子和集箱堵塞，致使被堵塞的過(guò)熱器管超溫，更為不利的是可能導(dǎo)致汽輪機(jī)進(jìn)汽閥門(mén)和葉片被固體顆粒沖擊（即spe現(xiàn)象）。同時(shí)過(guò)熱器管壁不斷受到過(guò)冷水沖擊，會(huì)產(chǎn)生金屬冷脆化，引起集箱和管子產(chǎn)生裂紋，影響金屬?gòu)?qiáng)度和壽命。不過(guò)，主蒸汽壓力降低，可使主蒸汽溫度在較寬的負(fù)荷范圍內(nèi)維持不變，則低負(fù)荷時(shí)的主蒸汽焓值提高，高壓缸排汽溫度提高，使再熱蒸汽達(dá)到額定值的吸熱量減少，即再熱器出口蒸汽溫度容易維持額定值，有利于提高再熱蒸汽在汽輪機(jī)中、低壓缸的作功效率，由此抵消或者部分抵消主蒸汽減溫水量增加對(duì)機(jī)組循環(huán)熱效率的影響4。 4.2 變頻調(diào)節(jié)可降低凝結(jié)泵功率消耗 變頻凝結(jié)水

14、泵調(diào)節(jié)機(jī)組負(fù)荷與凝結(jié)水泵工頻運(yùn)行時(shí)的耗電量相比，可大幅降低，但在不同機(jī)組上差別較大。一般低負(fù)荷時(shí)，節(jié)電效果更明顯。圖4、圖5分別給出600mw超臨界機(jī)組和1000mw超超臨界機(jī)組的凝結(jié)水泵功耗比較。圖4中部分?jǐn)?shù)據(jù)引自文獻(xiàn)5圖4 600mw機(jī)組凝結(jié)泵功耗與負(fù)荷的關(guān)系 圖5 1000mw機(jī)組凝結(jié)泵功耗與負(fù)荷的關(guān)系fig4 relationship on power dissipation about condensate pumps of 600mw unit fig5 power dissipation for condensate pumps for load of 1000mw unit f

15、or load 5. 凝結(jié)水流量隨負(fù)荷變化的關(guān)系 5.1 瞬態(tài)(快速)變負(fù)荷時(shí)凝結(jié)水流量隨負(fù)荷的變化變凝結(jié)水量快速調(diào)節(jié)機(jī)組負(fù)荷時(shí)，凝結(jié)水流量與除氧器水位隨負(fù)荷變化的變化量比正常調(diào)峰時(shí)大得多。圖6是一臺(tái)600mw超臨界機(jī)組上采用凝結(jié)水節(jié)流調(diào)節(jié)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，表明負(fù)荷變化量越大，凝結(jié)水流量與除氧器水位變化越大。圖6 負(fù)荷變化量與凝結(jié)水流量及 圖7 凝結(jié)泵轉(zhuǎn)速及凝結(jié)水流量與負(fù)荷的變化關(guān)系 除氧器水位的變化量的關(guān)系fig6 relationship on condensed water flow fig7 relationship on rotational speed of condensateand

16、deaerator water level for load change pumps and condensed water for load 5.2 非瞬態(tài)(正常)變負(fù)荷時(shí)凝結(jié)水流量隨負(fù)荷的變化實(shí)例一：k電廠(chǎng)600mw超臨界機(jī)組凝結(jié)水流量隨負(fù)荷的變化，如圖7所示。實(shí)例二：w電廠(chǎng)900mw超臨界機(jī)組凝結(jié)水流量隨負(fù)荷的變化，如圖8。正常變負(fù)荷時(shí)，采用變頻凝結(jié)水泵可使變凝結(jié)水調(diào)節(jié)的靈活性提高，凝結(jié)水流量與負(fù)荷近似成正比關(guān)系，但不是線(xiàn)性關(guān)系。變頻凝結(jié)水調(diào)節(jié)時(shí)，除氧器主調(diào)門(mén)開(kāi)度增大，可減小節(jié)流損失，降低凝結(jié)水泵的電耗6，如圖9所示。圖7和圖8顯示，凝結(jié)水流量隨負(fù)荷的變化量約為（22.3t/h）/1m

17、w。圖8 900mw機(jī)組的凝結(jié)水量與負(fù)荷的關(guān)系 圖9 除氧器主調(diào)門(mén)開(kāi)度與負(fù)荷的關(guān)系fig8 relationship on condensed water flow fig9 relationship on change by main gate of 900mw unit for load of deaerator for load6. 結(jié)論(1) 超臨界機(jī)組采用完全變壓運(yùn)行，供電煤耗降低大約25.5g/（kw·h），為最優(yōu)運(yùn)行方式。(2) 變凝結(jié)水流量調(diào)節(jié)對(duì)agc的響應(yīng)時(shí)間僅20s，可快速調(diào)頻。但凝汽器、除氧器、低壓加熱器的水位變化較大，必須協(xié)調(diào)控制。(3) 變凝結(jié)水流量調(diào)節(jié)時(shí)，

18、快速調(diào)負(fù)荷的最大能力達(dá)到1530mw，負(fù)荷變化速度可達(dá)到12 mw/min。(4) 凝結(jié)泵變頻調(diào)節(jié)的靈活性高，節(jié)能效果可觀(guān)，在大型燃煤機(jī)組上推廣價(jià)值較大。analysis on technical features embodied in ultra supercritical unit and energy-savingnorth china electric power university, baoding 071003, china fan jin-yuan xie ying-baiabstract：this paper gave a systematic analysis of th

19、e energy-saving effect and the technical features embodied in ultra supercritical unit which timely adjusted the load by changing the condensed water flow to achieve the variable pressure operation. and based on the operating data, this article also undertake a detailed analysis on several questions

20、 such as the range of the load controlled by changing the condensed water flow, responsive velocity, the energy-saving effect, control of water level in the deaerator, condenser and low pressure heater, and the impact of variable pressure operation on the boiler operational features. finally it came

21、 to a conclusion that with the combination of adjusting the load by controlling the condensed water flow with the traditional technology, the complete variable pressure operation of the ultra supercritical unit can be achieved which is of great significance to the energy conservation of the large sc

22、ale coal-fired power generating uint.keywords: ultra-supercritical unit operation characteristics condensed water flow frequency control energy saving 參考文獻(xiàn)1 李西軍，趙 爽，周虹任，等. 岱海電廠(chǎng)#1 機(jī)組凝結(jié)水節(jié)流響應(yīng)負(fù)荷變化試驗(yàn)分析j. 電站系統(tǒng)工程. 2010. 26 (4). 39-441 li xi-jun, zhao shuang, zhou hong-ren, etc. experiment of condensate thr

23、ottling response to the load of daihai power plant unit 1j. power system engineering. 2010. 26 (4). 39-442. 俞震華. gw 級(jí)機(jī)組凝結(jié)水泵變頻運(yùn)行性能分析j. 中國(guó)電力. 2010. 43 (7) .53-562. yu zhen-hua. performance analysis of condensate pump frequency conversion operation of 1000mwunitsj. electric power. 2010. 43 (7) .53-563 姚峻，祝建飛，金峰. 1000 mw