350_MW超临界机组旋转...抽汽供热的经济性分析及对比_黄新长.pdf

第 卷 第期 年月 ，收稿日期：；修回日期：基金项目：国家能源集团科学技术研究院有限公司科技项目（）作者简介：黄新长（），男，高级工程师，主要从事汽轮机节能及性能试验工作。：超临界机组旋转隔板与热再管道抽汽供热的经济性分析及对比黄新长（国能南京电力试验研究有限公司，南京 ）摘要：为分析某 超临界抽汽式供热机组在不同工况下的运行经济性，以实际运行数据为基础，建立热平衡计算方法，对机组采用旋转隔板抽汽供热和热再管道抽汽供热的经济性进行计算和对比。结果表明：旋转隔板的投运会降低实际运行过程的中压缸效率，在供热量不变的情况下，随着负荷的降低，旋转隔板抽汽供热和热再管道抽汽供热的收益都会增加，但增加的幅度不同。关键词：超临界机组；旋转隔板；再热蒸汽；供热；经济性中图分类号：文献标志码：文章编号：（）：（，）：，：；“十四五”、“十五五”时期是碳达峰的关键期和窗口期。年 月国家发展改革委、国家能源局联合发文要求“十四五”期间推动煤电行业实施节能降耗改造、供热改造和灵活性改造的“三改联动”。工业抽汽在满足供热用户需求的前提下，一般优先抽取低参数的蒸汽比较经济，对于供热量较大的机组，受锅炉安全性的限制一般不建议抽取冷再蒸汽。旋转隔板抽汽供热是利用可旋转节流的静叶从中压缸中间某级抽出蒸汽的供热方式，优点是中高负荷下的供热抽汽参数和流量可调节范围较大、供热经济性较好，缺点是低负荷下的抽汽能力下降明显，并且旋转隔板开度较小时会造成中压缸效率下降得较多。热再管道抽汽供热是从中压缸进汽管道抽取蒸汽的供热方式，优点是蒸汽压力可调节范围大、低负荷下的供热抽汽流量有保障，缺点是高负荷下的供热经济性较差、低负荷下的供热需要中压调节阀参与调节来维持再热蒸汽压力。为响应国家号召，提高机组的上网竞争力和盈利能力，就必须提高机组供热的经济性。采用旋转隔板抽汽供热的机组一般供热设计工况点都在中高负荷，而没有考虑中低负荷供热的经济性。因此，有必要对全负荷下火电机组旋转隔板抽汽供热第 卷和热再管道抽汽供热的经济性进行对比分析。以实际运行数据为基础，建立热平衡计算方法，将理论计算与实际运行数据相结合，对机组采用旋转隔板抽汽供热和热再管道抽汽供热的经济性进行计算和对比，同时给出经济性最好的运行方式。汽轮机及其辅助设备概况某燃煤机组的汽轮机为国产 超临界、一次中间再热、单轴、三缸双排汽、抽汽凝汽式汽轮机，其给水回热系统包含台高压加热器、台除氧器、台低压加热器和台 容量的汽动给水泵，汽封为自密封系统。主机主要参数汽轮机型号为 ，其主要设计参数见表（工况为热耗率验收工况）。旋转隔板抽汽口位置为中压缸第个压力级的抽汽口。高压缸由个单列调节级和个压力级构成；中压缸由个压力级构成；低压缸采用双分流，由 个压力级构成。总结构共有 个级。表汽轮机主要设计参数参数数值额定主蒸汽压力 额定主蒸汽温度 额定再热蒸汽温度 额定平均背压 工况设计热耗率（）工况高压缸效率设计值 工况中压缸效率设计值 工况低压缸效率设计值 额定抽汽压力 额定抽汽质量流量（）旋转隔板主要参数旋转隔板额定抽汽质量流量为 ，压力为 ，温度为 。旋转隔板部件主要由平衡板、隔板体和旋转隔板个部分组成，共有内外两层均布窗口，采用同开同关的模式，其结构图见图。图旋转隔板结构图供热工况计算 供热比的影响计算由于机组在供热运行时常参与调峰，机组负荷无法一直保持额定值，在供热抽汽经济性计算中，以供热抽汽流量对发电煤耗率的影响作为供热经济性核算指标的方法，无法满足机组频繁变负荷情况下计算精度的要求，因此将供热比作为供热经济性核算指标较为便捷。供热比是指统计期内汽轮机组向外供出的热量与汽轮机组热耗量的比值。尽管机组供热时会对机组热耗量产生影响（抽汽供热相当于蒸汽泄漏），但根据“机组热耗率为机组热耗量与机组供热的耗热量的差值除以发电机功率”的定义可知：机组供热时，“机组供热的热耗量”由于包含汽化潜热，其增加量远大于“机组热耗量”的增加量，从而有效降低了机组热耗率。根据热平衡图，假设总吸热量不变，从汽轮机某段抽汽进行供热，定义：为工况汽轮机总吸热量，；为工况发电机功率，；为用于供热的热量，；为根据等效焓降法计算由于抽汽供热造成的功率变化量，。新蒸汽等效焓降变化量为：（）（）式中：为新蒸汽等效焓降变化量，；为供热份额，即供热抽汽质量流量与主蒸汽质量流量之比；为供热抽汽比焓，；为汽轮机排汽比焓，。系统效率相对变化量为：（）式中：为系统效率相对变化量；为 工况下的新蒸汽净等效焓降，。功率相对变化量为：（）原工况发电煤耗率、供热工况发电煤耗率和供热后发电煤耗率降低量分别为：（）（）（）（）式中：为原工况发电煤耗率，（）；为供热工况发电煤耗率，（）；为供热后第期黄新长：超临界机组旋转隔板与热再管道抽汽供热的经济性分析及对比发电煤耗率降低量，（）；为锅炉效率；为管道效率。以 工 况 热 平 衡 图 为 数 据 基 础 计 算和，假定抽汽质量流量为，抽汽位置分别选取主蒸汽管道、热再管道、旋转隔板（抽）计算和，得到供热比对发电煤耗率的影响见表。表供热比对发电煤耗率的影响抽汽位置供热比（）供热比为时的（）主蒸汽管道 热再管道 旋转隔板（抽）供热蒸汽参数越高，供热的经济性就越差；在保证满足用户供热需求的同时，一般优先选择低参数蒸汽作为供热抽汽。旋转隔板抽汽供热运行分析以某 超 临界抽汽式供热机组 为例，研究旋转隔板抽汽供热经的济性。以该机组实际运行数据为基础，通过试验手段测量不同隔板开度对中压缸效率的影响，试验期间机组带工业抽汽运行，工业抽汽压力和温度基本稳定，抽汽 流 量 随 用 户需求变化，运行人员 手动调节旋转 隔 板开度（旋 转隔板开度减小，供热抽汽流量增大），调节范围为 ，机组负荷为 时的相关试验数据见表，不同负荷 下 旋 转隔板开度对中压缸效率影响的试验结果见图。由图可得：中压缸效率随旋转隔板开度的减小而迅速下降，同时低负荷下中压缸效率下降得更快一点。同时，由于在低负 荷段 需 要 更小的旋转隔板开度 来 维持供热所需的压力，导致低负荷段中压缸效率降低得更多。表 旋转隔板开度对中压缸效率影响试验结果旋转隔板开度再热蒸汽压力 再热蒸汽温度中压缸排汽压力 中压缸排汽温度中压缸效率 图不同负荷下旋转隔板开度对中压缸效率影响的试验结果 旋转隔板抽汽供热收益计算在分析旋转隔板抽汽供热收益时，需综合考虑抽汽供热收益与旋转隔板抽汽供热对中压缸效率的负面影响。采用性能试验的方法，计算中压缸效率变化对汽轮机热耗率的影响。旋转隔板抽汽供热运行分析时，计算不同负荷下旋转隔板抽汽供热时热耗率的变化，并且由此计算中压缸效率变化与热耗率的关系，根据热耗率与发电煤耗率的关系可以推算出中压缸效率变化与发电煤耗率的关系，同时中压缸效率的变化考虑了负荷的影响。性能试验期间旋转隔板抽汽质量流量基本第 卷稳定在 左右，计算不同负荷下旋转隔板开度对抽汽供热收益的影响，得到的结果见表。旋转隔板开度越小，节流导致的热耗率越大，供热比也越大。表不同负荷下旋转隔板抽汽供热收益计算结果负荷旋转隔板开度供热抽汽质量流量（）供热比节流增加的发电煤耗率（）供热降低的发电煤耗率（）综合煤耗率收益（）旋转隔板抽汽供热在机组负荷低于 （）时，受抽汽口蒸汽压力和流量的限制，一方面无法满足 以上额定参数供热抽汽的要求，另一方面抽汽量较少时也可能导致机组产生推力不平衡和通流级温度超高的问题。因此，机组负荷低于，不宜采用旋转隔板抽汽供热。热再管道抽汽供热收益计算热再管道抽汽供热收益计算参考 节的计算方法，得到不同负荷下降低的发电煤耗率的基础数据，例如：供热比为时，机组负荷分别为 、，所对应的降低的发电煤耗率分别 （）、（）、（）、（）。热再管道抽汽供热不同负荷下供热比的设定与 节旋转隔板抽汽供热相同，则对应的供热工况降低的发电煤耗率计算公式为：（）式中：为热再管道抽汽供热对应的供热工况降低的发电煤耗率。不同负荷下热再管道抽汽供热收益的计算结果见表。表不同负荷下热再管道抽热供热收益计算结果负荷供热比供热比为时的（）综合发电煤耗率收益（）需要说明的是，及其以下负荷工况，热再管道抽汽质量流量达到 甚至更多时，需要中压调节阀参与调节以维持再热蒸汽压力，同时需要保障高压缸末级叶片安全和平衡高、中压缸轴向推力。为了满足宽负荷下的供热能力，例如：在 工况时，热再管道抽汽质量流量需要达到 以上时，除了中压调节阀参与调节以外，还需要对低压缸末级和次末级的叶片进行喷涂处理，提高叶片抗水蚀冲刷性能；同时，需要对控制系统采用优化等措施来提高汽轮机运行的安全性。结果与分析在建立汽轮机热力系统热平衡计算方法的基础上，计算该 超临界机组在不同负荷下不同抽汽供热方式的发电煤耗率收益。通过试验手段测量和计算旋转隔板抽汽供热方式下因旋转隔板节流产生的发电煤耗率负收益，再结合热平衡计算方法得到旋转隔板抽汽供热和热再管道抽汽供热的最终煤耗率收益 。对比分析不同抽汽供热方式对机组经济性的影响，得到的结果见表。表不同抽汽供热方式发电煤耗率收益对比负荷旋转隔板开度供热比发电煤耗率收益（）旋转隔板抽汽供热热再管道抽汽供热 第期黄新长：超临界机组旋转隔板与热再管道抽汽供热的经济性分析及对比由表可得：在不同负荷且供热量不变的情况下，随着负荷的降低，供热比逐渐增加，并且不同抽汽供热方式的经济性均随供热比的升高有所提升，但不同抽汽供热方式下的机组经济性随供热比变化的幅度不一样。在负荷高于 时，旋转隔板抽汽供热的节能收益较大；在负荷低于 时，热再管道抽汽供热的节能收益较大。在不同负荷段，种抽汽供热方式的供汽能力也存在差异：旋转隔板抽汽供热的可调节负荷范围为 ；热再管道抽汽供热的可调节负荷范围为 ，其调节范围更广。结语针对某 超临界机组建立汽轮机热力系统热平衡数学模型和性能试验计算分析，可以得到以下结论：旋转隔板的投运会降低实际运行过程中汽轮机中压缸效率，在供热量不变的情况下，随着负荷的降低，旋转隔板抽汽供热和热再管道抽汽供热的收益都会增加，但增加的幅度不同。抽汽质量流量约为 时，在负荷高于 的情况下旋转隔板抽汽供热的节能收益较大，在负荷低于 的情况下热再管道抽汽供热的节能收益较大。从供热能力和经济性进行综合考虑，建议负荷为 以上时采用旋转隔板抽汽供热，在负荷为 时采用热再管道抽汽供热。参考文献：王永学 汽轮机组热再抽汽安全性分析机械工程师，（）：何干祥，林琳，王勇汽轮机旋转隔板变工况供热经济性分析热力发电，（）：钱瑾，王培红，曹祖庆中间再热机组再热前后抽汽供热方案研究华东电力，（）：李建刚，杨小琨供热汽轮机抽汽供热循环做功计算的研究汽轮机技术，（）：林万超火电厂热系统节能理论西安：西安交通大学出版社，朱熹，袁永强，周永东，等东汽联合循环汽轮机组旋转隔板供热改造方案介绍东方汽轮机，（）：宗绪东采用旋转隔板供汽机组经济性优化研究中国新技术新产品，（）：黄新长，徐星，谭锐 超临界汽轮机滑压优化试验方法研究发电设备，（）：李霞带旋转隔板汽轮机热工保护优化与损坏预防工业技术创新，（）：王文焕，王炯铭，左绍俊，等基于热用户参数变化的汽轮机组协调供热特性研究电力科技与环保，（）：李代智，周克毅，徐啸虎，等 火电机组抽汽供热的热经济性分析汽轮机技术，（）：