60MW汽輪機(jī)組深度調(diào)峰運(yùn)行優(yōu)化及節(jié)能分析

1、60MW汽輪機(jī)組深度調(diào)峰運(yùn)行優(yōu)化及節(jié)能分析概述：目前，為滿足東風(fēng)公司生產(chǎn)用電用能需要，我廠3臺(tái)60MW機(jī)組在實(shí)際運(yùn)行中負(fù)荷變動(dòng)范圍可達(dá)20%100%。同時(shí)，機(jī)組在一年中多數(shù)時(shí)間里都是運(yùn)行在偏離額定負(fù)荷工況的中間負(fù)荷階段，機(jī)組的年平均負(fù)荷率多在60%-80%左右。由于機(jī)組負(fù)荷率的大小對(duì)其運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)有較大的影響，與電廠的節(jié)能降耗指標(biāo)直接相關(guān)。因此，分析機(jī)組在不同負(fù)荷下的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的變化，優(yōu)化機(jī)組的部分負(fù)荷運(yùn)行曲線、選擇機(jī)組最佳的定滑壓變負(fù)荷運(yùn)行方式對(duì)提高機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)有著十分積極和重要的作用。1汽輪機(jī)的負(fù)荷調(diào)節(jié)方式汽輪機(jī)的負(fù)荷調(diào)節(jié)的方式有噴嘴調(diào)節(jié)、節(jié)流調(diào)節(jié)、滑壓調(diào)節(jié)和復(fù)合調(diào)節(jié)四種。噴嘴調(diào)

2、節(jié)和節(jié)流調(diào)節(jié)是定壓運(yùn)行機(jī)組采用的負(fù)荷調(diào)節(jié)方式，在外負(fù)荷變化時(shí)，通過(guò)改變調(diào)節(jié)閥的開度，使進(jìn)汽量變化，改變機(jī)組的功率，與外負(fù)荷的變化相適應(yīng)。采用噴嘴調(diào)節(jié)的汽輪機(jī)，在外負(fù)荷變化時(shí)，各調(diào)節(jié)閥按循序逐個(gè)開啟或關(guān)閉。由于在部分負(fù)荷下，幾個(gè)調(diào)節(jié)閥中只有一個(gè)或兩個(gè)調(diào)節(jié)閥未全開，因此在相同的部分負(fù)荷下，汽輪機(jī)的進(jìn)汽節(jié)流損失較小，其內(nèi)效率的變化也較小。從經(jīng)濟(jì)性的角度，當(dāng)機(jī)組負(fù)荷經(jīng)常變動(dòng)時(shí)，這種調(diào)節(jié)方式較為合理。汽輪機(jī)采用節(jié)流調(diào)節(jié)，在部分負(fù)荷下，所有的調(diào)節(jié)閥均關(guān)小，進(jìn)汽節(jié)流損失較大，在相同的部分負(fù)荷下，其內(nèi)效率相應(yīng)較低，因此這種調(diào)節(jié)方式僅適應(yīng)于帶基本負(fù)荷的汽輪機(jī)。另外，采用節(jié)流調(diào)節(jié)的汽輪機(jī)沒(méi)有調(diào)節(jié)級(jí)，在工況變化時(shí)，

3、高、中壓級(jí)的溫度變化較小，故啟動(dòng)升速和低負(fù)荷時(shí)對(duì)零件加熱均勻。采用滑壓調(diào)節(jié)的汽輪機(jī)，在外負(fù)荷變化時(shí)，調(diào)節(jié)閥保持全開，通過(guò)改變進(jìn)汽壓力，使進(jìn)汽量和蒸汽的理想焓降變化，改變機(jī)組的功率，與外負(fù)荷的變化相適應(yīng)。在相同的部分負(fù)荷下，由于所有的調(diào)節(jié)閥均全開，節(jié)流損失最小。但在部分負(fù)荷下，由于進(jìn)汽壓力降低，循環(huán)效率隨之降低。另外，由于鍋爐調(diào)節(jié)遲緩，在部分負(fù)荷下，若所有的調(diào)節(jié)閥均全開，當(dāng)負(fù)荷增加時(shí)，調(diào)節(jié)閥不能參與動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，機(jī)組的負(fù)荷適應(yīng)性較差。只有單元機(jī)組，或可切換為單元制連接的機(jī)組，其汽輪機(jī)才能采用復(fù)合調(diào)節(jié)方式。復(fù)合調(diào)節(jié)方式是上述調(diào)節(jié)方式的組合。它有兩種組合方式：其一是高負(fù)荷區(qū)采用額定參數(shù)定壓運(yùn)行噴嘴調(diào)節(jié)；

4、中間負(fù)荷段采用滑壓運(yùn)行；低負(fù)荷區(qū)，采用低參數(shù)定壓運(yùn)行節(jié)流調(diào)節(jié)，即“定滑定”的調(diào)節(jié)方式。其二是低負(fù)荷區(qū)，采用低參數(shù)定壓運(yùn)行節(jié)流調(diào)節(jié)，其他負(fù)荷區(qū)采用滑壓運(yùn)行，即“滑定”的調(diào)節(jié)方式。由于復(fù)合調(diào)節(jié)方式包含滑壓調(diào)節(jié)方式，也只有單元機(jī)組，或可切換為單元制連接的機(jī)組，其汽輪機(jī)才能采用。在高負(fù)荷區(qū)采用額定參數(shù)定壓運(yùn)行噴嘴調(diào)節(jié)，節(jié)流損失不大，循環(huán)效率沒(méi)有降低，其經(jīng)濟(jì)性優(yōu)于滑壓運(yùn)行方式。另外，可使部分負(fù)荷下滑壓運(yùn)行的主蒸汽壓力相應(yīng)提高，使循環(huán)效率降低較少，提高滑壓運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，而且可以利用已關(guān)閉的高壓調(diào)節(jié)閥參與動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，提高機(jī)組對(duì)外界負(fù)荷變化的適應(yīng)能力。在低負(fù)荷區(qū)采用低參數(shù)定壓運(yùn)行節(jié)流調(diào)節(jié)，有利于鍋爐穩(wěn)定運(yùn)行。2

5、機(jī)組調(diào)峰運(yùn)行方式及其特點(diǎn)通常機(jī)組的調(diào)峰運(yùn)行方式可以分為二類：二班制運(yùn)行：晚上停機(jī)、（約小時(shí)后）早晨開機(jī)的啟停機(jī)方式部分負(fù)荷運(yùn)行：即部分時(shí)段（谷斷）低負(fù)荷運(yùn)行方式目前在我廠，機(jī)組參與電網(wǎng)谷斷調(diào)峰的主要運(yùn)行方式為部分負(fù)荷下的運(yùn)行方式。如前所述，部分負(fù)荷運(yùn)行方式又可以大致分為定壓與滑壓（變壓）運(yùn)行方式二種。定壓運(yùn)行時(shí)靠改變調(diào)節(jié)汽門開度來(lái)控制蒸汽流量而改變其輸出功率。變壓運(yùn)行又稱為滑壓運(yùn)行，是在調(diào)節(jié)閥幾乎全開的情況下，使調(diào)節(jié)閥前的主蒸汽壓力隨負(fù)荷的大小而升降。變壓運(yùn)行可以分為純變壓和復(fù)合變壓兩種方式，它取決于汽輪機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。純變壓運(yùn)行可用于所有機(jī)組上（節(jié)流調(diào)節(jié)和噴嘴調(diào)節(jié)）；復(fù)合變壓運(yùn)行則常用于設(shè)計(jì)上

6、有若干個(gè)調(diào)節(jié)閥門、能部分進(jìn)汽的汽輪機(jī)上（由于此方式不適用我廠，此文暫不做討論。純變壓運(yùn)行時(shí)，改變機(jī)組出力是用改變汽輪機(jī)進(jìn)汽壓力來(lái)完成的，即汽輪機(jī)調(diào)節(jié)閥門均保持全開或接近全開的位置上，很少節(jié)流。汽輪機(jī)的變壓運(yùn)行，鍋爐的運(yùn)行方式也變?yōu)樽儔哼\(yùn)行方式，將導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)壓力的降低，給水泵的出口壓力變?yōu)樽儎?dòng)的運(yùn)行方式，這種運(yùn)行方式下，給水泵電功率損失減少；與定壓運(yùn)行方式相比，低負(fù)荷下機(jī)組的滑壓運(yùn)行方式具有效率高、節(jié)流損失小、對(duì)汽輪機(jī)負(fù)荷變化速度限制小、轉(zhuǎn)子及汽缸等重要部件的壽命損耗小等特點(diǎn)。機(jī)組滑壓變負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，通常汽輪機(jī)進(jìn)汽調(diào)節(jié)閥維持全開或相應(yīng)閥點(diǎn)位置，通過(guò)改變鍋爐出口蒸汽參數(shù)來(lái)適應(yīng)外界負(fù)荷的變化。從熱經(jīng)

7、濟(jì)角度來(lái)說(shuō)，機(jī)組低負(fù)荷下滑壓運(yùn)行可以降低調(diào)節(jié)閥門節(jié)流損失、提高高壓缸效率、減少給水泵動(dòng)力消耗，但新蒸汽壓力的降低，也會(huì)降低機(jī)組循環(huán)熱效率，因此只有當(dāng)循環(huán)熱效率的降低小于高壓缸內(nèi)效率的提高、給水泵動(dòng)力消耗的減少時(shí)，采用滑壓調(diào)節(jié)方式才能提高級(jí)組熱經(jīng)濟(jì)性。滑壓運(yùn)行機(jī)組的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行特點(diǎn)：使汽機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，汽缸受熱均勻，并可使高壓內(nèi)外缸尺寸減小，由于高溫部件溫度變化小、可以降低汽機(jī)高壓轉(zhuǎn)子、鍋爐過(guò)熱器和管道的壽命損耗，提高運(yùn)行可靠性。由于高溫部件變負(fù)荷時(shí)熱應(yīng)力小，所以有較好的運(yùn)行靈活性。機(jī)組采用滑壓方式變負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，汽機(jī)調(diào)節(jié)級(jí)溫度、高壓缸排汽溫度等汽機(jī)級(jí)段溫度的變化都要較定壓方式運(yùn)行時(shí)小許多，因此，機(jī)組負(fù)

8、荷變動(dòng)時(shí)，汽缸各級(jí)溫度的變化減小，汽缸和轉(zhuǎn)子的熱應(yīng)力、熱變形以及動(dòng)靜部分差脹的變化也小，有益于提高機(jī)組設(shè)備的使用壽命。限制變負(fù)荷速率的因素是鍋爐設(shè)備，在變負(fù)荷時(shí)為避免對(duì)材料造成過(guò)大的熱應(yīng)力使得機(jī)組變負(fù)荷速率受到限制。3機(jī)組參與調(diào)峰運(yùn)行時(shí)需要考慮的因素通常對(duì)中間負(fù)荷運(yùn)行機(jī)組的二個(gè)基本要求是：一是可以帶較高的額定負(fù)荷、且有較高的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性；二是機(jī)組可以在較大的負(fù)荷變化范圍內(nèi)運(yùn)行、且具有較快的負(fù)荷變化速率。對(duì)機(jī)組參與變負(fù)荷調(diào)峰運(yùn)行的性能要求通常有：良好負(fù)荷適應(yīng)性：燃煤機(jī)組（燃用設(shè)計(jì)煤種時(shí)）的最低連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行負(fù)荷（在不投油助燃）應(yīng)W40%額定負(fù)荷。鍋爐的最低穩(wěn)定運(yùn)行負(fù)荷決定于鍋爐的燃燒穩(wěn)定性，但其影響

9、因素也比較多，如燃用的煤種、燃燒器特性、機(jī)組的協(xié)調(diào)控制能力等。良好的負(fù)荷變動(dòng)率特性：機(jī)組的負(fù)荷變動(dòng)率要高，這樣機(jī)組的升（降）負(fù)荷時(shí)間短，以滿足電網(wǎng)的快速變負(fù)荷要求。機(jī)組調(diào)峰的允許負(fù)荷變動(dòng)率，主要受汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子疲勞壽命損耗的限制，應(yīng)盡量從汽輪機(jī)的運(yùn)行和結(jié)構(gòu)上考慮有效的措施，減少汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子在起動(dòng)和變負(fù)荷過(guò)程中的壽命損耗，提高機(jī)組的負(fù)荷變動(dòng)率。良好的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性：對(duì)不同的部分負(fù)荷下的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行比較分析，選擇最佳方式。通常，在一定的低負(fù)荷條件下，對(duì)單/多臺(tái)機(jī)組如何考慮選擇合適的部分負(fù)荷運(yùn)行方式，以便提高電廠整體運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性水平、取得最大綜合經(jīng)濟(jì)效益，比如說(shuō)二班制運(yùn)行方式、周末停機(jī)運(yùn)行方式及低負(fù)荷運(yùn)行方式

10、等。為此，我們一般需要首先考慮下述二個(gè)方面的因素：1）安全性方面機(jī)組啟停頻率及速率對(duì)機(jī)組可靠性和壽命損耗的影響分析與計(jì)算機(jī)組主輔機(jī)設(shè)備完好狀況及其啟停工況變化性能（如機(jī)組振動(dòng)、脹差、汽缸溫差等變化；主要輔機(jī)投用率等；是否需要消缺或改造等）回?zé)嵯到y(tǒng)適應(yīng)性考慮（如汽機(jī)本體及管道疏水、閥門嚴(yán)密性等；防止汽輪機(jī)進(jìn)冷汽/水措施）其他（如相關(guān)設(shè)備或系統(tǒng)的可靠性分析及其對(duì)頻繁啟停的適應(yīng)性等；運(yùn)行中的操作方式；汽機(jī)旁路系統(tǒng)的配置；機(jī)組溫態(tài)、熱態(tài)/極熱態(tài)啟動(dòng)性能與試驗(yàn)等；）2）經(jīng)濟(jì)性方面機(jī)組啟、停機(jī)一次的所需時(shí)間及其能耗水平（如水、蒸汽、燃油煤、廠用電的消耗量等）機(jī)組在不同負(fù)荷工況下的能耗水平機(jī)組的低負(fù)荷變化范

11、圍、頻率與持續(xù)時(shí)間其他相關(guān)的運(yùn)行成本因素分析對(duì)于機(jī)組采用變負(fù)荷運(yùn)行方式來(lái)說(shuō)主要考慮的安全與經(jīng)濟(jì)性因素一般還應(yīng)該有：汽機(jī)的關(guān)鍵部件的應(yīng)力分析及壽命損耗、脹差及軸向位移等鍋爐關(guān)鍵部件的應(yīng)力分析及壽命損耗（如汽包壁溫差等）鍋爐水動(dòng)力循環(huán)特性（流速、管壁溫度等）部分負(fù)荷下運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性分析（低負(fù)荷下調(diào)門開度與初壓匹配方式；機(jī)-爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)；負(fù)荷變動(dòng)范圍及最低不投油穩(wěn)燃負(fù)荷大小等）機(jī)組采用滑壓運(yùn)行方式可以減少汽機(jī)高溫部件的壽命損耗，但對(duì)鍋爐來(lái)說(shuō)，在同一工況下，鍋爐各部不僅在啟停時(shí)發(fā)生溫度變化，而且在變負(fù)荷時(shí)因變壓運(yùn)行蒸汽飽和溫度也發(fā)生變化，使鍋爐爐膛水冷壁受到熱疲勞和交變應(yīng)力的影響，運(yùn)行條件要比定壓運(yùn)行時(shí)

12、苛刻些，所以在實(shí)際運(yùn)行中需要加強(qiáng)監(jiān)視。在充分考慮了上述因素的基礎(chǔ)上，然后我們可以進(jìn)行機(jī)組啟停機(jī)和低負(fù)荷下運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的計(jì)算分析和比較，并從中選取機(jī)組在低負(fù)荷運(yùn)行條件下的合理、經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行方式，達(dá)到提高電廠整體運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性水平的目的。我廠機(jī)組調(diào)峰運(yùn)行概況近來(lái)由于東風(fēng)公司電網(wǎng)負(fù)荷率不高及負(fù)荷變化率大，使幾組負(fù)荷在10%-100%變化，機(jī)組大多時(shí)間都在部分負(fù)荷的工況下運(yùn)行，其實(shí)際經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)與設(shè)計(jì)值有較大的偏差。隨著最近國(guó)家對(duì)節(jié)能降耗和減排工作的愈加重視、執(zhí)行力度的不斷加大，對(duì)于發(fā)電企業(yè)來(lái)說(shuō)，感受到來(lái)自節(jié)能降耗和減排方面的壓力也是越來(lái)越大。我廠對(duì)機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)、尤其是在部分負(fù)荷下的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)也

13、越來(lái)越重視和關(guān)注，并從設(shè)備和運(yùn)行及管理等不同方面積極展開了相關(guān)的節(jié)能降耗試驗(yàn)、研究工作。通常，汽輪機(jī)制造廠一般會(huì)根據(jù)負(fù)荷的變化給出機(jī)組變負(fù)荷下推薦的運(yùn)行曲線，但由于實(shí)際運(yùn)行除了具體機(jī)組本身的設(shè)備狀況、特性等可能的差異和變化外，還包括回?zé)嵯到y(tǒng)設(shè)備運(yùn)行狀況、冬夏季循環(huán)水溫度變化、機(jī)爐主要輔機(jī)的配置、廠用蒸汽等相關(guān)因素的影響，從而會(huì)導(dǎo)致機(jī)組最經(jīng)濟(jì)的滑壓運(yùn)行曲線與廠家提供運(yùn)行曲線并不完全一致和存在偏差。同時(shí)，在運(yùn)行中汽輪機(jī)高壓調(diào)門的實(shí)際開度位置和幾個(gè)調(diào)閥間的重迭度大小等也會(huì)與原先的設(shè)計(jì)狀態(tài)有所不同，導(dǎo)致機(jī)組在部分負(fù)荷下的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)發(fā)生變化。另外，機(jī)組在實(shí)際運(yùn)行中機(jī)-爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的投用，也使得機(jī)組

14、在部分負(fù)荷下的運(yùn)行方式和特性與原來(lái)的設(shè)計(jì)特性曲線有所差異。因此，通常我們需要進(jìn)一步分析分析研究機(jī)組在定、滑壓運(yùn)行時(shí)安全、經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行方式；確定機(jī)組在定、滑壓運(yùn)行時(shí)機(jī)組主要參數(shù)變化率（壓力、溫度、負(fù)荷等）；機(jī)組在什么負(fù)荷下采用定壓運(yùn)行、什么負(fù)荷下采用滑壓運(yùn)行以及滑壓運(yùn)行時(shí)機(jī)組初壓的選擇是滑壓運(yùn)行優(yōu)化調(diào)整中著重考慮的兩個(gè)問(wèn)題。5機(jī)組變負(fù)荷運(yùn)行及其經(jīng)濟(jì)性分析分析具有再熱的機(jī)組汽輪機(jī)內(nèi)效率，蒸汽在低壓缸中的工作過(guò)程對(duì)定壓和滑壓方式都是一樣的，因此，定壓或滑壓的運(yùn)行方式只會(huì)對(duì)高壓缸的效率產(chǎn)生影響。試驗(yàn)表明，由于在滑壓運(yùn)行中，高壓缸前后的蒸汽壓比值實(shí)際上是與流量無(wú)關(guān)。因此，在負(fù)荷變動(dòng)工況下汽機(jī)高壓缸的焓降和

15、內(nèi)效率變化不大，對(duì)于采用定-滑-定復(fù)合滑壓運(yùn)行方式的機(jī)組來(lái)說(shuō)，其高壓缸效率在較大的負(fù)荷變化范圍內(nèi)基本變化不大、維持在較高的水平。對(duì)于機(jī)組循環(huán)效率的分析表明，采用定壓運(yùn)行方式的機(jī)組，在低負(fù)荷下其循環(huán)效率會(huì)隨蒸汽流量的降低而降低；但對(duì)于滑壓運(yùn)行方式來(lái)說(shuō)，其循環(huán)效率也會(huì)隨著機(jī)組負(fù)荷的降低而降低，不過(guò)由于這時(shí)候有可能保持汽輪機(jī)前的進(jìn)汽溫度不變，所以其變化趨勢(shì)比較平緩些。主蒸汽壓力越高，則收益也會(huì)越大些。過(guò)去曾有報(bào)告設(shè)想機(jī)組在低負(fù)荷下滑壓運(yùn)行工況時(shí)，可以提高汽輪機(jī)前的進(jìn)汽溫度來(lái)達(dá)到提高機(jī)組循環(huán)效率的目的。由于此時(shí)機(jī)組是處于較低的進(jìn)汽壓力下工作，所以進(jìn)汽初溫的提高需要考慮到鍋爐過(guò)熱器的設(shè)計(jì)安全特性；同時(shí)還

16、應(yīng)注意到蒸汽初溫的改變也將會(huì)影響到汽機(jī)高溫部件溫度狀態(tài)的改變和相應(yīng)應(yīng)力水平的改變；另外考慮到機(jī)組部件在設(shè)計(jì)時(shí)的選材特性也不可能允許有較大的溫度提高，所以目前通常是采用維持汽輪機(jī)前進(jìn)汽溫度不變的低負(fù)荷滑壓運(yùn)行方式。常見(jiàn)的大容量噴嘴調(diào)節(jié)機(jī)組的汽輪機(jī)設(shè)計(jì)上多為具有4組或6組的調(diào)節(jié)閥門。以4組調(diào)節(jié)閥門為例，設(shè)計(jì)上機(jī)組在額定工況下為三組閥全開；第四組閥在過(guò)負(fù)荷狀態(tài)下開啟?？紤]到高壓轉(zhuǎn)子溫度均勻分布及振動(dòng)特性，設(shè)計(jì)上第一、二組調(diào)節(jié)閥是同時(shí)開啟，在全開的情況下其蒸汽流量一般會(huì)超過(guò)額定值的70%左右。因此這樣一來(lái)，機(jī)組在低于70-80%額定負(fù)荷下時(shí)實(shí)際上是屬于節(jié)流滑壓調(diào)節(jié)方式，有分析資料表明，這時(shí)的循環(huán)效率也會(huì)低于滑壓運(yùn)行方式的。6建議由于我廠機(jī)組在東風(fēng)公司電網(wǎng)中處于主力機(jī)組的位置，在實(shí)際運(yùn)行中承擔(dān)了大量的電網(wǎng)調(diào)峰負(fù)荷，負(fù)荷變動(dòng)范圍較大；同時(shí)，一年中的多數(shù)時(shí)間里，幾組都是運(yùn)行在偏離額定負(fù)荷工況的中間負(fù)荷階段，機(jī)組的年平均負(fù)荷率多在60%-左右。由于機(jī)組負(fù)荷率的大小對(duì)其運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)