一種新型可調(diào)節(jié)抽汽汽輪機(jī)_第1頁(yè)
一種新型可調(diào)節(jié)抽汽汽輪機(jī)_第2頁(yè)
一種新型可調(diào)節(jié)抽汽汽輪機(jī)_第3頁(yè)
一種新型可調(diào)節(jié)抽汽汽輪機(jī)_第4頁(yè)
一種新型可調(diào)節(jié)抽汽汽輪機(jī)_第5頁(yè)
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1、203全國(guó)化工熱工設(shè)計(jì)技術(shù)中心站2005年年會(huì)論文集一種新型可調(diào)節(jié)抽汽汽輪機(jī)王汝武 沈陽(yáng)飛鴻達(dá)節(jié)能設(shè)備技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司摘要:本文提出用不旋轉(zhuǎn)隔板或抽汽調(diào)節(jié)汽閥的抽汽汽輪機(jī)和壓力匹配器聯(lián)合運(yùn)行,代替?zhèn)鹘y(tǒng)的可調(diào)節(jié)抽汽汽輪機(jī),說(shuō)明了運(yùn)行原理,并進(jìn)行了兩種機(jī)型的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析。關(guān)鍵詞:可調(diào)抽汽、壓力匹配器1、前言熱電聯(lián)產(chǎn)是國(guó)際上公認(rèn)的節(jié)能措施,實(shí)現(xiàn)蒸汽動(dòng)力裝置的熱電聯(lián)產(chǎn)就必須使用背壓或抽汽式汽輪機(jī)。由于背壓式汽輪機(jī)熱負(fù)荷和電負(fù)荷相互制約,使用受一定限制。抽汽式機(jī)組被廣泛用在熱電廠??烧{(diào)抽汽汽輪機(jī)能夠在電負(fù)荷變化的一定范圍內(nèi),實(shí)現(xiàn)供汽壓力不變,在熱負(fù)荷從零到最大抽汽量時(shí),機(jī)組可供出額定的電能??烧{(diào)節(jié)抽汽機(jī)

2、實(shí)現(xiàn)上述功能是通過(guò)在汽輪機(jī)的通流部分裝旋轉(zhuǎn)隔板或抽汽調(diào)節(jié)汽門實(shí)現(xiàn)的,主要用來(lái)調(diào)節(jié)抽汽量和凝汽量的比例。由于抽汽點(diǎn)后通過(guò)面積是按純凝汽運(yùn)行時(shí)的流量設(shè)計(jì),在抽汽量較大,凝汽量較少時(shí),旋轉(zhuǎn)隔板或抽汽調(diào)節(jié)汽門會(huì)產(chǎn)生很大的節(jié)流損失,一般抽汽式汽輪機(jī)的內(nèi)效率比凝汽式機(jī)組的內(nèi)效率下降10%左右。旋轉(zhuǎn)隔板或抽汽調(diào)節(jié)汽門都是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積龐大的機(jī)械機(jī)構(gòu),隨著供熱機(jī)組容量的增大,旋轉(zhuǎn)隔板或抽汽調(diào)節(jié)汽門的制造有一定的困難,因此在五萬(wàn)千瓦以上的供熱機(jī)組上很少有利用旋轉(zhuǎn)隔板或抽汽調(diào)節(jié)汽門的,而是在高低缸之間的蒸汽導(dǎo)管上裝蝶形閥門來(lái)調(diào)節(jié)抽汽量的大小。這種結(jié)構(gòu)限制了抽汽壓力的選擇(不能根據(jù)外界熱負(fù)荷的要求決定抽汽壓力),也

3、不能嚴(yán)格保證供汽壓力不變,也要產(chǎn)生節(jié)流損失,另外汽輪機(jī)的電負(fù)荷也要隨抽汽量的大小而波動(dòng),在供熱時(shí)不能滿發(fā)額定功率。隨著電網(wǎng)容量的增大,發(fā)電機(jī)組的容量不斷增加,而供熱機(jī)組的容量也應(yīng)增大,才能發(fā)揮熱電聯(lián)產(chǎn)的優(yōu)越性。新型可調(diào)節(jié)抽汽式汽輪機(jī)是在以上技術(shù)背景下提出的。2、新型可調(diào)抽汽汽輪機(jī)的原理及系統(tǒng)新型可調(diào)節(jié)抽汽汽輪機(jī)是在和抽汽壓力相連的壓力級(jí)后汽缸上開(kāi)一抽汽孔,抽汽孔的大小根據(jù)抽汽量決定。為了防止抽汽供出壓力隨汽輪機(jī)的電負(fù)荷而改變,將抽汽口管道接到壓力匹配器的吸汽口,壓力匹配器用鍋爐新汽作驅(qū)動(dòng)蒸汽,用驅(qū)動(dòng)蒸汽抽吸汽機(jī)抽汽達(dá)到外供汽壓力,在壓力匹配器驅(qū)動(dòng)蒸汽進(jìn)口裝有調(diào)節(jié)閥,以保證出口蒸汽壓力不隨汽輪機(jī)

4、電負(fù)荷及外供汽量的變化而改變。為了提高壓力匹配器的效率,并防止外供蒸汽溫度過(guò)高,汽機(jī)抽汽首先經(jīng)過(guò)給水加熱器冷卻,冷卻至抽汽壓力的飽和溫度。新型可調(diào)節(jié)抽汽汽輪機(jī)的原則性熱力系統(tǒng)如圖一:圖一 新型可調(diào)抽汽汽輪機(jī)原則性熱力系統(tǒng)圖新型可調(diào)節(jié)抽汽汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)系統(tǒng)是將電負(fù)荷和熱負(fù)荷分開(kāi)單獨(dú)控制。汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)系統(tǒng)以轉(zhuǎn)速為脈沖訊號(hào),根據(jù)電負(fù)荷的大小控制汽機(jī)調(diào)節(jié)汽門的開(kāi)度,而熱負(fù)荷由壓力匹配器驅(qū)動(dòng)蒸汽的調(diào)節(jié)閥來(lái)控制,外供汽量增大,驅(qū)動(dòng)蒸汽調(diào)節(jié)閥開(kāi)大,汽輪機(jī)抽汽增加,反之,驅(qū)動(dòng)蒸汽調(diào)節(jié)閥關(guān)小,汽輪機(jī)抽汽減少。電負(fù)荷和熱負(fù)荷分開(kāi)調(diào)節(jié),運(yùn)行平穩(wěn),而不會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)迫電負(fù)荷現(xiàn)象。3、壓力匹配器的原理和效率壓力匹配器的基本原理

5、和蒸汽噴射壓縮器相同,是利用高壓蒸汽作動(dòng)力來(lái)提升低壓蒸汽的壓力,為了適應(yīng)抽汽供熱的需要,與汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)汽門的噴咀調(diào)節(jié)相似,壓力匹配器采用多噴咀結(jié)構(gòu),根據(jù)外供汽量的大小,調(diào)整噴咀開(kāi)啟的數(shù)量及開(kāi)度大小,以保證在外供汽量變化時(shí),壓力匹配器保持較高的效率,壓力匹配器的熱力過(guò)程表示在焓熵圖上如下: 圖二 壓力匹配器的熱力過(guò)程圖在匹配器前工作流體的狀態(tài)用A點(diǎn)來(lái)確定:焓為ip,壓力為Pp;在匹配器前引射流體的狀態(tài)用D點(diǎn)來(lái)確定:焓為iH,壓力為pH,在噴射系數(shù)u給定的情況下,在匹配器出口壓縮流體的焓ic根據(jù)能量守恒定律來(lái)確定:在無(wú)損失的理想匹配器中,在i-s圖上壓縮流體的狀態(tài)用直線AD與ic=常數(shù)之直線的交點(diǎn)

6、C 來(lái)確定,這點(diǎn)的熵是sc。通過(guò)C 點(diǎn)所作的等壓線決定了在壓力匹配器后壓縮流體的壓力pc。壓力匹配器的實(shí)際過(guò)程具有損失,因此,在實(shí)際壓力匹配器后壓縮流體的熵值sc比sc大,而壓縮流體的壓力pc比pc低,壓力匹配器中的損失愈小,壓縮流體的壓力pc愈接近于pc。進(jìn)入匹配器的工作流體,在噴嘴里和在混合室的入口段上壓力從pp膨脹到p2。在膨脹末了,工作流體的狀態(tài)用R點(diǎn)來(lái)確定。由于(Hp+Hk)熱能轉(zhuǎn)變成動(dòng)能的結(jié)果,工作流體在圓柱形混合室入口截面上的速度達(dá)到wp2,速度系數(shù)是考慮工作流體的膨脹損失。這里,Hp和Hk是相應(yīng)于工作流體從P1等熵膨脹到PH和從PH等熵膨脹到P2時(shí)的焓降。在混合室的入口段上,引

7、射流體從壓力PH膨脹到壓力P2。在膨脹末了,引射流體的狀態(tài)用M點(diǎn)來(lái)確定,由于HH熱能轉(zhuǎn)變成動(dòng)能的結(jié)果,在圓柱形混合室入口截面上引射流體的速度達(dá)到WH2,速度系數(shù)是考慮引射流體的膨脹損失。在混合室里,進(jìn)行混合流體速度的均衡和壓力的提高,在混合室末端,流體的狀態(tài)用E點(diǎn)來(lái)確定,這時(shí),流體具有平均速度W3和靜壓力P3。往下,流體進(jìn)入擴(kuò)散器,在擴(kuò)散器中,動(dòng)能轉(zhuǎn)換成勢(shì)能或熱能,在擴(kuò)散器后流體的狀態(tài)用C點(diǎn)來(lái)確定,流體的靜壓力等于Pc,它的焓等于ic,它的熵等于sc。在取同樣的噴射系數(shù)(u=不變量)或取同樣的焓(ic=不變量)的情況下,在擴(kuò)散器出口處,實(shí)際壓縮器的壓縮流體壓力Pc低于理想壓縮器的壓縮流體的壓力

8、pc(pcpc),因?yàn)樵趯?shí)際壓縮器中發(fā)生的過(guò)程是不完善的。壓力匹配器的效率我們可以用動(dòng)力機(jī)械常用的等熵效率來(lái)定義壓力匹配器的效率,式中u引射系數(shù)驅(qū)動(dòng)蒸汽等熵膨脹到吸入蒸汽壓力時(shí)的焓降吸入蒸汽等熵壓縮到輸出壓力時(shí)的焓升。和壓力匹配器等價(jià)的裝置是用背壓蒸汽透平拖動(dòng)蒸汽壓縮機(jī),如圖三所示: 圖三 蒸汽透平拖動(dòng)壓縮機(jī)裝置圖壓力匹配器的效率可以和透平壓縮機(jī)的效率相媲美。例如用2.4MPa、390的蒸汽,將0.5MPa、250的抽汽提高到1.0MPa,=175.6KJ/kg,=376.2KJ/kg,u=0.5 則壓力匹配器的等熵效率為該效率和用蒸汽透平拖動(dòng)壓縮機(jī)的效率相當(dāng),小型背壓透平的效率大約為0.70

9、 ,蒸汽壓縮機(jī)的效率大約為0.65,透平壓縮機(jī)組的效率為0.70×0.65=0.455。但透平壓縮機(jī)組的設(shè)備及運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用則大大高于壓力匹配器。4、壓力匹配器式抽汽式汽輪機(jī)和旋轉(zhuǎn)隔板抽汽式汽輪機(jī)經(jīng)濟(jì)性的比較傳統(tǒng)的可調(diào)節(jié)抽汽式汽輪機(jī)是利用旋轉(zhuǎn)隔板式調(diào)節(jié)汽門來(lái)保證抽汽點(diǎn)的壓力不隨電負(fù)荷、熱負(fù)荷的改變的面改變。旋轉(zhuǎn)隔板抽汽式汽輪機(jī)由于旋轉(zhuǎn)隔板的節(jié)流損失使汽輪機(jī)通流部分的損失增加,旋轉(zhuǎn)隔板抽汽式汽輪機(jī)通流部分在抽汽點(diǎn)前按額定抽汽時(shí)的進(jìn)汽量設(shè)計(jì),而抽汽點(diǎn)后的通流部分是按純凝汽流量設(shè)計(jì),例如C12-3.5/0.98抽汽式汽輪機(jī),在額定抽汽量時(shí),進(jìn)汽98t/h,抽汽量50t/h,進(jìn)入凝汽器的流量3

10、0.8t/h。純凝工況時(shí)進(jìn)汽量57t/h,進(jìn)入凝汽器的流量44.5t/h,在純凝工況時(shí)抽汽點(diǎn)的壓力為0.954MPa。根據(jù)弗留格爾公式Phd設(shè)計(jì)工況級(jí)前壓力Ph變工況時(shí)級(jí)前壓力Pc凝汽器壓力T0設(shè)計(jì)工況下級(jí)前溫度T變工況時(shí)級(jí)前溫度凝汽器壓力一般很小,Pc2和P2比較可以忽略。,上式可簡(jiǎn)化為根據(jù)上式計(jì)算得到在額定抽汽量時(shí),抽汽點(diǎn)后的壓力為.66MPa,而抽汽壓力為0.98MPa也就是經(jīng)過(guò)抽汽調(diào)節(jié)汽門節(jié)流損失P=0.98-0.66= 0.32MPa。蒸汽經(jīng)過(guò)抽汽式汽輪機(jī)熱力過(guò)程如圖四所示: 圖四 可調(diào)抽汽汽輪機(jī)熱力過(guò)程曲線凝汽式汽輪機(jī)和抽汽式汽輪機(jī)的通流部分表示在圖五和圖六 圖五 圖六 凝汽式汽輪

11、機(jī)通流部分 抽汽式汽輪機(jī)通流部分一次抽汽汽輪機(jī)的功率:=,分別在純凝汽工況下,抽汽點(diǎn)前后級(jí)組的絕熱焓KJ/Kg對(duì)C12-3.43/0.98機(jī)組來(lái)講,從上面計(jì)算看出,由于旋轉(zhuǎn)隔板式抽汽調(diào)節(jié)汽門的節(jié)流作用,和純凝汽工況相比,抽汽點(diǎn)前級(jí)組可用焓降減少23%,抽汽點(diǎn)后機(jī)組可用焓降減少8%。對(duì)于裝有壓力匹配器的可調(diào)節(jié)抽汽的汽輪機(jī)的功率:對(duì)比以上兩式,可以比較可調(diào)節(jié)抽汽式汽輪機(jī)和配有壓力匹配器的可調(diào)節(jié)汽輪機(jī)的經(jīng)濟(jì)性。抽汽點(diǎn)前的級(jí)組決定于和的比較大小,抽汽點(diǎn)后級(jí)組決定于和的比較大小,對(duì)于抽汽點(diǎn)前的級(jí)組:,對(duì)于抽汽點(diǎn)后的級(jí)組:,最終的結(jié)果,決定于三項(xiàng)的乘積及抽汽點(diǎn)前后之和。以C12-3.43/0.98為例:額

12、定抽汽量工況:進(jìn)汽量98t/h,抽汽量50t/h,抽汽壓力0.98MPa,抽汽調(diào)節(jié)汽門后壓力0.71MPa,抽汽點(diǎn)后流量42.1t/h,凝汽量30.8t/h。在抽汽量相同,鍋爐供汽量相同時(shí)配壓力匹配器抽汽汽輪機(jī)的進(jìn)汽量為77.2t/h,壓力匹配器驅(qū)動(dòng)蒸汽量為98-77.2=20.8t/h,抽汽量29.2t/h。為了防止混合汽溫度過(guò)高,將抽汽通過(guò)加熱給水冷卻至飽和溫度。由于給水經(jīng)過(guò)加熱和可調(diào)抽汽汽輪機(jī)比較,回?zé)岢槠繙p少,使抽汽點(diǎn)后級(jí)組流量增加,抽汽點(diǎn)壓力增高,經(jīng)熱平衡計(jì)算回?zé)岢槠麥p少2.9t/h,抽汽點(diǎn)后級(jí)組流量45t./h,抽汽點(diǎn)壓力0.76MPa,進(jìn)入凝汽器流量33t/h。抽汽點(diǎn)后回?zé)岢槠?/p>

13、的壓力0.2MPa,回?zé)岢槠墓β蕟为?dú)計(jì)算。根據(jù)上述數(shù)據(jù)計(jì)算取,可調(diào)抽汽式機(jī)組的電功率為:=6973.95+4699+513.5=12186.5KW壓力匹配器配不可調(diào)抽汽機(jī) =6624.8+5426.8+712=12763.6KW這主要是由于配壓力匹配器的機(jī)組通流部分效率大于可調(diào)節(jié)抽汽機(jī)組。對(duì)于高壓機(jī)組以C25-8.83/0.98為例:額定工況進(jìn)汽量151t/h,抽汽80t/h,抽汽點(diǎn)后流量36.84t/h,壓力0.53MPa,凝汽量32.7t/h。在該工況下,抽汽調(diào)節(jié)汽門前后壓差為1.0-0.53=0.47MPa,造成了節(jié)流損失。配壓力匹配器式抽汽式機(jī)組進(jìn)汽量119t/h,抽47.9t/h,

14、壓力匹配器驅(qū)動(dòng)蒸汽32.1t/h,為了使外供蒸汽溫度不高,47.9t/h抽汽首先經(jīng)過(guò)給水加熱器,將抽汽降到飽和溫度,這也提高了壓力匹配器的效率。用抽汽加熱給水,減少了回?zé)岢槠?。根?jù)熱平衡計(jì)算減少回?zé)岢槠?.6t/h,因此抽汽點(diǎn)后的流量為40.4t/h,壓力為0.64。假設(shè)兩型號(hào)的抽汽汽輪機(jī)的回?zé)岢槠肯嗤?,回?zé)岢槠麑?duì)發(fā)電功率的影響基本相同,對(duì)比較兩種型號(hào)機(jī)組的優(yōu)劣沒(méi)有影響。根據(jù)水蒸汽焓熵圖查得如下: 并假設(shè)可調(diào)抽汽式機(jī)組由于節(jié)流損失,通流部分效率下降2%,計(jì)算出兩種機(jī)組的電功率如下:Pc=27700.2kw,Pm=27549kw,兩種機(jī)型相差0.5%,考慮計(jì)算誤差,兩種機(jī)型功率基本相同。以上

15、是在額定工況下對(duì)兩種機(jī)型進(jìn)行了效益分析,在抽汽量較少的情況下,壓力匹配器機(jī)組具有較好的效益。因此利用壓力匹配器改造打孔抽汽機(jī)組為可調(diào)抽汽機(jī)組,或者新設(shè)計(jì)機(jī)組配壓力匹配器成為可調(diào)節(jié)抽汽機(jī)組都具有一定的優(yōu)越性。壓力匹配器式機(jī)組還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn),就是機(jī)組的電負(fù)荷和熱負(fù)荷分開(kāi)控制,電負(fù)荷和熱負(fù)荷互不影響,不存在所謂“強(qiáng)迫電負(fù)荷”問(wèn)題。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是壓力匹配器在汽機(jī)停機(jī)時(shí),可作減壓減溫器使用,不用再設(shè)備用的減溫減壓器。5、結(jié)論根據(jù)上述分析及多臺(tái)壓力匹配器的運(yùn)行實(shí)踐,建議汽輪機(jī)制造廠應(yīng)改進(jìn)抽汽式汽輪機(jī)的設(shè)計(jì)方法,按壓力匹配器式可調(diào)抽汽汽輪機(jī)的機(jī)型制造,同功率、同供熱量的汽輪機(jī)可降低造價(jià)1/3-1/4。運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性還優(yōu)于傳統(tǒng)的可調(diào)抽汽汽輪機(jī)。參考文獻(xiàn):1楊玉恒 發(fā)電廠聯(lián)電聯(lián)合生產(chǎn)及供熱 水利電力出版社 1989年2索科洛夫 噴射器 科學(xué)出版社 1977年作者簡(jiǎn)介王汝武,江蘇沛縣人,1938年生。1963年畢業(yè)于哈爾濱工業(yè)大學(xué)動(dòng)力機(jī)械系,1966年西安交通大學(xué)熱動(dòng)專業(yè)研究生畢業(yè)。一直從事蒸汽熱能動(dòng)力領(lǐng)域?qū)I(yè)工作。歷任北京重型電機(jī)廠技術(shù)員、沈陽(yáng)汽輪機(jī)廠總工

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