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電廠汽輪機組變負荷運行安全經濟性分析

文檔作者：張希富，王運民，師保平，夏成銳文檔來源： 1華潤電力登封有限公司 2長沙理工大學能源與動力工程學院 3鶴壁豐鶴發(fā)電有限責任公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年06月05日
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56巷第6期
2014年12月
汽輪機技術
TURBINE TECHNOLOGY
Vo1．56 NO．6
Dec．2014
電廠汽輪機組變負荷運行安全經濟性分析
張希富 ，王運民 ，師保平 ，夏成銳
(1華潤電力登封有限公司，鄭州450000；2長沙理工大學能源與動力工程學院，長沙410114；
3鶴壁豐鶴發(fā)電有限責任公司，鶴壁458000)
摘要：電廠汽輪機組變負荷運行時常采用定壓運行和滑壓運行兩種方式，但這兩種運行方式對機組運行的經濟性
和安全性的影響是完全不同的。借助某電廠600MW汽輪機組運行數(shù)據，通過計算和分析，比較了汽輪機組不同負
荷下定壓運行和滑壓運行的汽耗率、熱耗率、絕對電效率、調節(jié)級溫度、高壓缸排汽溫度等重要指標。研究證明，部
分負荷下采用滑壓運行方式，既可以提高機組的熱經濟性、降低機組能耗，又能夠保證設備的運行安全性、改善整
個機組的調峰性能。
關鍵詞：汽輪機組；變負荷；定壓運行；滑壓運行；熱經濟性；調峰
分類號：TK267 文獻標識碼：A 文章編號：1001—5884(2014)06-0464-03
Safety and Economic Analysis on Variable Load Operation
of Steam Turbine Unit ifl Power Plant
ZHANG Xi-fu ，WANG Yun-min ，SHI Bao—ping ，XIA Cheng-rui
(1 China Resources Power Dengfeng Company Limited，Zhengzhou 450000，China；2 College of Energy
and Power En~neefing，Changsha University of Science&amp;amp;Technology，Changsha 4101 14，China；
3 Hebi FengHe Power Generation Company Limited，Hebi 458000．China)
Abstract：Steam turbine unit often adopts constant pressure or sliding pressure operation modes under variable load
operation，but these two kinds of operation modes are completely different in the influence on economy and Security．
According to the 600 MW steam turbine unit，s operation data，this paper compared the steam rate，heat rate，absolute
electrical efficiency，temperature of governing stage and exhaust temperature of high pressure cylinder of steam turbine unit
with constant pressure and sliding pressure operation modes under variable load operation by way of detailed calculation and
analysis．The research proves that steam turbine unit adopting sliding pressure operation under pa~iM load not only can
improve the thermal economy of unit and reduce the energy consumption，but also can ensure the running safety of
equipment and improve the unitg peak—load regulating performance．
Key words：steam turbine unit；variable load；constant pressure operation；sliding pressure operation；thermal
economy；peak load regulation
0 前言
隨著國民經濟的迅速增長和用電結構的變化，我國電網
負荷的峰谷差越來越大，大容量機組需要參與電網調峰運行
的時間也越來越多，機組經常處在變負荷運行狀態(tài)。汽輪機
組變負荷運行時，偏離設計工況，熱經濟性和安全性會明顯
降低，如何在確保機組安全運行的前提下，提高機組在部分
負荷下的熱經濟性是一個亟待解決的問題。
影響機組變負荷運行熱經濟性的主要因素有系統(tǒng)設計、
設備狀況、運行方式等，其中只有運行方式可人為調整? 。
所以研究電廠汽輪機組在變負荷下不同運行方式對機組的
影響具有十分重要的意義。通過對不同運行方式的比較，選
豎金堡 重 !衛(wèi) 大 善機組的熱經濟性和運行安
收稿日期：2014-07-03
全性。
l 汽輪機變負荷運行方式
在機組變負荷運行中，通常有定壓和滑壓兩種運行方
式。
1．1 定壓運行方式
定壓運行是在主蒸汽壓力、溫度等進汽參數(shù)保持不變的
情況下，通過改變進汽調節(jié)閥的開度來進行機組負荷的調
節(jié)。定壓運行的汽輪發(fā)電機組可以采用節(jié)流配汽．也可以采
用噴嘴配汽。節(jié)流配汽調節(jié)也稱單閥方式，通過同時開啟調
節(jié)閥進行調節(jié)；噴嘴配汽調節(jié)也稱順序閥方式，是通過各個
調節(jié)閥按順序依次啟閉改變進汽度，進行負荷的調節(jié) J。
在變負荷下，定壓運行方式由于調節(jié)閥的開度變小，節(jié)
基金項目：國家重點基礎研究發(fā)展計劃(973計劃)基金資助項目(2009CB219803—03)。
作者簡介：張希富(1989．)，男，河南鶴壁人，碩士研究生，研究方向為電廠熱力系統(tǒng)優(yōu)化運行。
第6期 張希富等：電廠汽輪機組變負荷運行安全經濟性分析 465
流損失增加，使熱經濟性下降，同時使通流部分的蒸汽溫度
和汽缸溫度發(fā)生變化，影響機組設備運行的穩(wěn)定和安全 J。
1．2 滑壓運行方式
滑壓運行又稱變壓運行，是相對于傳統(tǒng)的定壓運行而言
的。汽輪機滑壓運行時，調節(jié)閥全開或開度不變，根據負荷
大小調節(jié)進入鍋爐的燃料量、給水量和空氣量，使鍋爐出口
汽壓和流量隨負荷升降而升降，但出口汽溫不變，借以調節(jié)
汽輪機的功率。機組變工況運行中，汽輪機的進汽壓力隨外
界負荷增減而上下“滑動”，故稱滑壓運行 。
滑壓運行有純滑壓運行、節(jié)流滑壓運行和復合滑壓運行
3種方式。汽輪機滑壓運行時，各級溫度變化較小，對安全性
方面是有利的，而且在一定的負荷范圍內還能提高機組運行
的經濟性。目前大型汽輪機組滑壓運行中廣泛采用復合滑
壓運行方式。復合滑壓運行方式即所謂的定一滑一定運行
方式，在高負荷區(qū)采用定壓運行方式，在中間負荷開啟部分
閥門進行滑壓調節(jié)，極低負荷下又回到低壓水平的定壓運
行
2 汽輪機組變負荷運行熱經濟性計算和安
全性分析
2．1 汽輪機組變負荷運行的熱經濟性計算
衡量汽輪機組運行經濟性的指標主要是汽輪機組的汽
耗率、熱耗率和絕對電效率 J。汽輪機組的汽耗率是指每產
生1kW ·h的電能汽輪機所消耗的蒸汽量，熱耗率是指機組
每產生1kW ·h的電能汽輪機所消耗的蒸汽熱量，絕對電效
率是指發(fā)電機功率與循環(huán)吸熱量之比。通過計算機組的汽
耗率、熱耗率大小和絕對電效率的高低可以定量比較不同運
行方式的熱經濟性 。
(1)汽耗率d的計算
D
d= (1)
， e
式中，D。為主蒸汽流量，kg／h；P 為發(fā)電機電功率，kW。
(2)熱耗率q的計算
對無再熱機組，熱耗率為
g= ( 一 )=d( 。一 ) (2)
式中，h。為主蒸汽焓，kJ／kg；^ 為鍋爐給水焓，kJ／kg。
對中間再熱機組，熱耗率為
Q。D0(h0一hiw)+D，(h，一h )
q 一P
e — — — — ] — — 一
= d 一 )+ 一hr')] (3)
式中，Q 為汽輪機組的熱耗量，kJ／h；D，為再熱蒸汽流量，
kg／h； ，為再熱蒸汽焓，kJ／kg；h， 為高壓缸排汽焓，kJ／kg。
(3)絕對電效率 的計算
3 600P 3 600 ， 、
77 ，
2．2 汽輪機組變負荷運行的安全性分析
在汽輪機變負荷運行中，機組負荷變化所帶來的調節(jié)級
溫度和高壓缸排汽溫度等的變化會引起汽輪機內各零部件
受力發(fā)生變化，進而產生汽缸和轉子的熱應力、熱變形以及
動靜部分差脹，這些對于機組的穩(wěn)定性和安全性都有較大影
響。同時，高壓缸排汽溫度變化過大將使再熱蒸汽溫度在較
高的負荷下就開始降低，對機組的安全性和經濟性也會產生
不利的影響。
因此，在電廠汽輪機組不同運行方式下，根據運行數(shù)據
結合變工況熱力計算，得出其調節(jié)級蒸汽溫度和高壓缸排汽
溫度隨機組負荷的變化曲線進行對比分析，比較不同運行方
式的特性。根據分析結果選擇適合的運行方式，以保證和改
善機組運行的安全性。
3 汽輪機組變負荷運行分析實例
以湖南某電廠1號機組(N600—16．67／538／538型)為
例，對其變負荷運行中的熱經濟性和安全性進行綜合分析。
3．1 機組運行的熱經濟性比較
根據該機組在不同負荷下采用定壓運行、滑壓運行的數(shù)
據，再按照式(1)、式(3)、式(4)的計算方法，可計算出不同
工況下機組定壓運行和滑壓運行的熱經濟性指標，如表1所
示。
將表1中所得不同運行方式下的熱經濟性指標進行描
點擬合，可得到機組的汽耗率、熱耗率和絕對電效率隨負荷
變化的關系曲線，如圖1～圖3所示。
薹
邑
褂
裝
9400
； 92O0
9000
譬8800
8600
邑8400
8200
糕8000
j 7800
7600
1
、
锝
樓
靛
圖1 汽耗率隨負荷的變化曲線
圖2 熱耗率隨負荷的變化曲線
圖3 絕對電效率隨負荷的變化曲線
由圖1一圖3可以看出，機組負荷從600MW 降至
450MW時，定壓運行和滑壓運行的汽耗率、熱耗率、絕對電
∞ ∞ ●
3 3 3 3 3 3 3 2 2 2
466 汽輪機技術 第56卷
項目 高壓缸排汽焓再熱蒸汽壓力再熱蒸汽溫度再熱蒸汽流量再熱蒸汽焓鍋爐給水焓 汽耗率 熱耗率 絕對電效率
kJ／kg MPa ℃ t／h kJ／kg kJ／kg kg／(kW ’h)kJ／(kW ’h) ％
效率均差別不大，可以采用定壓運行方式，但隨著機組負荷
的降低，兩者各項指標的差值快速增大，在差值較大的中低
負荷段，滑壓運行的汽耗率可以降低0．07 kJ／(kW ·h)～
0．12 kJ／(kW ·h)，熱耗率可以降低100k3／(kW ·h)～
240kJ／(kW ·h)，絕對電效率可以提高0．5～1個百分點，其
經濟性非常明顯。
該機組如果按每天50％負荷參與調峰運行8h，機組年運
行時問按300天進行計算，采用滑壓運行相對定壓運行，則
全年可節(jié)約標準煤4 380．41t，若按每噸標準煤800元計，每
年可節(jié)省燃料費用350．43萬元。
3．2 機組運行的安全性比較
根據表1汽輪機組的相關熱力數(shù)據，可繪出圖4和圖5
所示的曲線。
由圖4和圖5可以看出，在定壓運行方式中，調節(jié)級溫
度和高壓缸排汽溫度隨機組負荷的減小出現(xiàn)很大的變化，滑
壓運行方式中，調節(jié)級溫度以及高壓缸排汽溫度的變化都要
較定壓方式運行時小得多。因此，采用滑壓運行方式，機組
、
贈
缸
曝
圖4 調節(jié)級溫度隨負荷的變化曲線
p
、
噶
崩
出
蟾
圖5 高壓缸排汽溫度隨負荷的變化曲線
負荷變動時汽輪機高壓缸各級溫度的變化減小，汽缸和轉子
的熱應力、熱變形以及動靜部分差脹的變化也小，可以大大
延長機組的使用壽命；使機組快速增減負荷的能力得到加
強，大大改善了機組的調峰性能。
在滑壓方式運行時，由于高壓缸的排汽溫度基本不變，
使得鍋爐再熱器中的溫升變化較小，這樣一來，主蒸汽和再
熱蒸汽的溫度都易于控制和維持，不僅改善了汽輪機中、低
壓缸的工作狀況，而且機組運行的安全、可靠性也得到提高。
4 結論
(1)汽輪機組變負荷滑壓運行是當前電廠大型機組調峰
的一種主要運行方式。汽輪機組部分負荷下滑壓運行不僅
熱經濟性有所提高，而且調節(jié)級溫度和高壓缸排汽溫度變化
較小，有效的減小了汽輪機組的熱應力、熱變形，提高了設備
的運行安全性，且有利于改善機組的調峰性能。
(下轉第408頁)

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