谈600MW机组定滑压运行方式的优化

谈600MW机组定滑压运行方式的优化

孙捷孙玉龙

孙捷孙玉龙

（京能集团内蒙古岱海发电有限责任公司，内蒙古，乌兰察布，013750）

【摘要】目前研究机组定/滑压运行方式,提高机组低负荷运行经济性,适应电网、市场、调峰的需求是当前急需探讨的问题。机组选择定/滑压运行方式是机组节能降耗和经济运行的途径之一。目前电网大，容量大,电网负荷高峰/低谷越来越严重，机组定/滑压运行方式是当前急需探讨的问题。因此，如何选择机组滑压运行方式是电厂节能降耗的重要途径。

【关键词】定/滑压；优化；汽轮机热效率；实践；经济效益

引言

机组滑压运行是指保持汽轮机调节汽门全开或部分全开，通过锅炉调整主蒸汽压力达到调整汽轮机输出功率，满足电网负荷需要的运行方式，滑压运行又称为变压运行。滑压运行在机组负荷变动的情况下，可以减小高温部件的温度变化范围，从而降低汽缸和转子的热应力、热变形，提高部件的使用寿命。汽轮机滑压运行时，主蒸汽压力随负荷变化而相应的变化，但主蒸汽温度保持不变；当负荷变化较大时，调节级的温度变化比定压运行时要小得多。这使得汽缸、转子等金属部件的热应力和热变形也小，不仅增加了机组的可靠性，也增加了机组的负荷变化率，以适应电力系统负荷变化的需要。

一、机组滑压运行的重要意义

1、机组低负荷时能保持较高的热效率。滑压运行与定压运行相比，在低负荷时有较高的热效率。滑压运行时主蒸汽压力随负荷的减小而下降，而主蒸汽温度不变，使进入汽轮机的容积流量也基本不变，汽流在叶片里的流动偏离设计工况小，在负荷变化相同时，滑压运行比定压运行热效率下降得也少。滑压运行时调节汽门全开或基本全开，使得低负荷时节流损失很小。又因滑压运行时蒸汽压力减小，使得对末级叶片的侵蚀也得到缓和。

2、给水泵功耗减小。机组滑压运行时，当机组负荷降低时，给水流量和压力随之减小，给水泵消耗功率也随之减小，负荷越低，功率消耗越小。

3、有利于机组变工况运行。滑压运行时，由于锅炉的汽温和汽轮机各级温度变化均较小，因此有利于机组的变工况运行。

4、滑压运行时，主要减少炉煤量,来降低主汽压力，降低负荷。给水压力随主汽压力降低而降低，给水压力降低给水泵耗电必然降低，特别是低负荷工况下省电优为明显，对汽动给水泵而言用汽量必然减少,这也是滑压运行时另一方面的重要经济效益。

二、滑压运行提高汽轮机热效率的理论分析与实践

以内蒙古岱海发电有限责任公司为例，一期两台600MW汽轮机由上海汽轮机厂制造，型号为N600-16.7/538/538，系亚临界、单轴、四缸四排汽、一次中间再热、双背压、反动式、凝汽式汽轮机。高压缸为单流布置，中压缸和低压缸为双流对称布置，高压部分由一个调节级和11个速度级组成，调节级又分成四个喷嘴组，每个喷嘴组对应一个高压调汽门，每两个调门共用一个高压关断阀，一般采用高压缸启动方式。总通流级数为57级。高、中压缸均为双层缸结构，低压缸为三层缸。N600汽轮机采用一次中间再热，其优点是提高机组的热效率，在同样的初参数条件下，再热机组一般比非再热机组的热效率提高4%左右，而且由于末级蒸汽温度较非再热机组大大降低，因此，对防止汽轮机组低压末级叶片水蚀特别有利。汽轮机在额定进汽参数、额定背压、回热系统正常投运时，能发出额定功率为600MW，其保证热耗为7862KJ/KWH。

二期两台600MW机组由上海汽轮机有限公司生产，其型号是N600－16.67/538/538，型式是亚临界、单轴、三缸四排汽、中间再热、反动式、直接空冷凝汽式汽轮机。该机组额定功率为600MW，最大连续功率为634MW，阀门全开工况功率为655MW。整个汽轮机由一个合缸的高中压缸和两个双流低压缸组成，高中压缸和低压缸均采用双层缸结构。汽轮机整个通流部分共44级叶片，高压通流部分由1级单列调节级（冲动式）和9级压力级（反动式）所组成。中压缸全部采用反动式压力级，分成两部分，共为6级。低压缸采用双流反动式压力级，共2×2×7级。低压缸未级叶片的高度为665mm。最大保证工况热耗8064KJ/KWh。

岱海电厂一期机组设计定—滑—定运行曲线如下：

图1-1一期机组设计定—滑—定运行曲线

滑压运行取得经济效益，是过热蒸汽的焓在6.0MPA以上随压力上升而有所下降。定压运行在低负荷下，大型锅炉很难维持其过热及再热汽温不降低。从一些计算和焓熵图可看到当温度保持一定（如538度），过热蒸汽的压力大于6.0MPA时，蒸汽的焓明显降低了,（见图1）这一点是滑压运行取得经济性的重要因素。滑压运行时，进入机组的蒸汽容积流量近似保持不变；

滑压运行保证主蒸汽温度和再热蒸汽温度为额定值，而采用降低主蒸汽压力的方法，来改变机组的负荷。机组定滑压运行经济性是通过机组热耗试验来确定判断定滑压运行的经济效益。本文通过对我厂600MW机组在不同负荷下采用定—滑—定的运行方式进行经济性分析，同时也说明在其他工况不变情况下，低负荷时采用降压运行方式是很经济的。

图1-2过热蒸汽焓与压力关系

1、定—滑—定运行工况下对比试验：

试验以岱海电厂定—滑—定压运行为例，试验前根据厂家提供的滑压曲线,调门特性曲线和重叠度，调门开度与流量的对应关系曲线，制定了滑压试验方案。为我厂一期一号机通过滑压运行方式的经济性分析提供理论与实践依据：

【1】理论分析：

根据汽轮机原理，机组变工况运行时有以下关系：

由于主蒸汽温度不变T1=T2,得：G1/G2=P1/P2。

式中：G—蒸汽的重量流量，T/H,P—蒸汽压力，MPA,T—蒸汽温度，℃

G1、P1、T1是变工况后蒸汽的重量流量、压力、温度；G2、P2、T2是变工况前蒸汽的重量流量、压力、温度；

由G=V/ⅵ可知；

式中：V—容积流量，M3/H；ⅵ—比容，M3/kgG1=V1/ⅵ1；G2=V2/ⅵ2

代入G1/G2=P1/P2；得：V1/V2=（P1/P2）*（ⅵ1/ⅵ2）

比较不同压力下P、ⅵ值（见表1—3）便可以看出变压运行容积流量的变化。

表1—3：不同压力下P(MPa)、ⅵ(M3/kg)比较值

主蒸汽压力从18.0MPA下降至12.0MPA，而P*ⅵ值从0.337上升到0.353，增加5%。主蒸汽压力下降，P*ⅵ值上升，说明蒸汽容积流量上升。在蒸汽温度不变的情况下，进入汽轮机的容积流量将接近于设计的容积流量，汽轮机的热效率也将接近于设计工况的热效率，在实践中具体表现为：

机组在变压运行中保持2个调节阀全开，减少了汽门的节流损失。

低负荷滑压运行时蒸汽容积流量上升，蒸汽在各级的充满度好，并可减小摩擦鼓风损失。

随着各级工作压力降低，饱和蒸汽温度下降，而蒸汽的过热度加大，汽轮机末级叶片排汽湿度降低，减少了蒸汽的湿气损失，同时也减少了蒸汽对叶片的冲蚀。

【2】运行实验及数据分析

实验条件：机组调节门开启为顺序阀方式，且阀门调节特性良好，无迟滞卡涩现象。试验时参考厂家提供的滑压曲线,在机组满负荷的35%以下及机组满负荷的90%左右—100%工况下,将机组参数调整到额定，进行定压运行试验,在机组满负荷的35%—90%左右进行滑压运行试验；

滑压试验时,调整阀位为三阀点运行方式。我厂600MW负荷时，GV1和GV4开度全开或80%以上,GV2开启55%左右，GV3全关或略开启；300MW以下时，GV1和GV4开度为33%以下，GV2开启0%或略开启，GV3全关。（注：1.我厂将GV1、GV4、GV2和GV3调门开度限制在90%以下，即GV1和GV4全开为90%。2.当GV2开度大于31%时，GV3才开始动作，稍开参与调节。）尽量使调门的节流损失为最小。阀点滑压运行特点在于保持调门开度基本不变，保持主汽额定温度不变，以锅炉调整煤量来调整压力，改变负荷。

进行35%负荷到90%负荷210MW-540MW左右滑压试验,试验时关注调门开度和高压调门后就地压力，以调门开度为主，调门开启状态以调节门后压力判断，实验前联系热工将调门阀位整定到最灵敏位置，且调门反馈信号正确、灵敏可靠。

机组滑压试验优化步骤：

a）根据机组带负荷情况，选取几个基准负荷点。

b）在每个基准负荷下，取主蒸汽压力填写数据。

c）对数据进行整理。计算得出每一个负荷下不同主蒸汽压力对应的热耗值，从中选取最佳的运行方式。

d）数据汇总，得出结论。

由实验数据（见表1—1）分析可见：

600MW时，最佳主汽压力就是额定主汽压力，而且汽机相对内效率较高。也可以看出在机组负荷540MW定压运行主汽压力16.5MPa的热耗数值7946.4kJ/kw.h，比机组负荷540MW滑压运行热耗数值8092.4kJ/kw.h小，可见在540MW负荷下滑压运行热耗数值大于定压运行热耗值,说明540MW负荷时滑压运行不经济,在定压运行方式下，调门GV1、GV4开度大于90%，GV2和GV3开度23%和0%，基本上调门节流损失已经很小了。

表1—1：机组滑压运行优化试验数据表

通过理论分析结合实践依据得出以下结论：

1、定滑压运行曲线图：（见图16—8）

图16—8定滑压运行曲线图

（1）600MW－520MW:额定主汽压力（16.5MPa）定压运行

（2）520MW－210MW:滑压运行（520MW/16.5Mpa－210MW/10.5Mpa）

（3）负荷210MW以下为定压运行经济,主汽压力（10.5—11.5MPa）

2、优化后的定滑压运行曲线，产生三种效果：

（1）降低机组热耗率；

（2）在同一负荷下，滑压运行的高压缸排汽温度高于定压运行，故可改善低负荷下的再热蒸汽温度；

（3）滑压运行，在低负荷时，锅炉的给水压力相应降低，可减少电动给水泵电耗和汽动给水泵汽耗。

四、600MW机组在低负荷时降压运行方式的经济性分析：

选择机组在不同负荷区域的定滑压运行方式，对经济性的提高具有重要的意义；同时研究机组低负荷降压运行方式对经济性的改善也是当前急需探讨的问题。

机组滑压运行时，由于主汽温度维持额定基本不变，使高压缸排汽温度变化很小，这样使再热汽温也能维持额定值范围内，同时汽温变化很小能改善机组低负荷工况下的循环热效率，使循环热效率相对提高，使机组低负荷工况在滑压运行中经济效益得到提高。

那么，在同负荷下，降低主蒸汽压力运行，对机组的性能和经济运行有何影响呢？通过岱海电厂3号机组在相同负荷下的性能试验说明，600MW机组在低负荷下采用降压运行方式后，各种摩擦损失、节流损失减小，高压缸效率得到提高；厂用电率明显下降，取得的良好的经济效益。

1、低负荷下运行方式及经济性分析：

我厂二期两台机组于2007.11.23日正式投入运行，长期以来，机组一直在50%负荷运行，为了探索低负荷下降压运行方式对机组经济性的影响，于2008-3-16开始采用低负荷降压运行方式，具体做法为：机组高调门GV1，GV2，GV4全开，GV3高调门被强制全关，机组做性能实验得：主汽压力10.5MPA，压力可变化范围为（10.5±3），总煤量158T/H。具体见表1—2。

2、根据表1—2进行经济性分析：

（1）厂用电明显下降。

机组降压运行后厂用电率较降压前下降2.018%，厂用电量从51.688万kw?h下降到49.67万kw?h，每天可节约用电2.018万kw?h，每月可节约厂用电量31.29万kw?h（按30天计）。厂用电率降低的主要原因为：由于给水泵给水压头明显下降（下降2.1MPa），给水泵功耗减少，给水泵耗电率下降了0.78%。虽然汽耗减小，引起煤耗有所减小，考虑到全天煤质的不同，释放的热值不同，同时考虑到全天环境温度的变化，引起真空度的变化可以认定降压前后煤耗基本不变。

（2）汽机做功能力提高。

汽轮机排汽压力下降，则汽轮机做功能力增加，热耗率降低，汽轮机效率提高。

（3）考虑到真空度的差异，发电煤耗和供电煤耗稍有减小。

（4）在上述工况下，降压后蒸汽比容比降压前蒸汽比容增大，则降压后比降压前蒸汽容积流量的增大。在重量流量不变的情况下，降压运行后，蒸汽的容积流量增加了，蒸汽容积流量的增加使蒸汽通过调节汽门的节流损失减小，在调节级中的进汽损失减小，鼓风摩擦损失减小，通流部分摩擦损失减小，漏气损失减小，对末级叶片的冲蚀减小，高压缸相对效率提高。

3、600MW机组在低负荷下降压运行方式的经济性分析总结：

机组采用降压运行后，降低厂用电率2.018%，每月可节省厂用电量31.29万kw?h，每月可节省98.56万元。同时调节汽门的节流损失减小，在调节级中的进汽损失减小，汽机做功能力提高，热耗率降低。因此，在其它工况不变的情况下，采用降低主汽压力的运行方式是很经济的。

表1-2降压运行前后数据对比表

注：全天按24小时计算

参考文献：

[1]《汽轮机原理》中国电力出版社

[2]《上海汽轮机厂600MW汽轮机说明书》上海汽轮机厂

作者简介：

孙捷（1981-），男，本科，工程师，从事发电厂运行工作。

孙玉龙（1986-），男，本科，助理工程师，从事发电厂运行工作。