汽輪機(jī)缸效率對熱耗率影響的能級估算

徐曙，曾全芝

(1．湖南省電力公司科學(xué)研究院，湖南長沙 410007;2．華電長沙發(fā)電有限責(zé)任公司，湖南長沙 410203)

按照國家節(jié)能減排的要求，各火電廠紛紛對汽輪機(jī)本體進(jìn)行改造，以提高汽輪機(jī)各缸內(nèi)效率，改善機(jī)組經(jīng)濟(jì)性。但汽輪機(jī)缸效率對機(jī)組熱耗率的影響程度必須通過等效焓降法進(jìn)行計(jì)算才可得知，而計(jì)算過程往往比較復(fù)雜。文中以某廠600 MW機(jī)組設(shè)計(jì)熱力特性數(shù)據(jù)為例，提供一種可獲得汽輪機(jī)缸效率對熱耗能級影響的簡化計(jì)算方法。

1 缸效率對機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的具體影響

汽輪機(jī)各缸的設(shè)計(jì)、制造、安裝、結(jié)垢情況和變形、泄漏、葉頂汽封、隔板汽封、高調(diào)門開度以及主汽門、中聯(lián)門的壓損、過橋汽封的漏汽量、低壓缸排汽損失都會造成汽輪機(jī)缸效率的變化，所以各缸內(nèi)效率對機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的影響比較復(fù)雜，即使是相同的缸效率變化，如果由不同的原因造成，對熱耗率的影響也不一定會完全相同。高壓缸一段抽汽前某級葉片變形和一段抽汽后某級葉片變形引起高壓缸內(nèi)效率的變化可能完全相同，但由于一段抽汽對回?zé)嵯到y(tǒng)的影響，汽輪機(jī)熱耗率的變化卻不同。同理，中、低壓缸抽汽前或抽汽后某級葉片造成的缸效率變化可能相同，但對熱耗率的影響也不會相同，甚至因?yàn)榛責(zé)嵯到y(tǒng)還會對更高級的抽汽流量造成影響，使計(jì)算更加復(fù)雜。所以即使通過等效焓降法計(jì)算，也難以得到很精確的數(shù)據(jù)。

但是，通過一些假設(shè)，計(jì)算某些特殊狀況下缸效率對熱耗率的影響是可行的。這些特殊狀況的能級情況可以指導(dǎo)電廠在進(jìn)行汽輪機(jī)本體改造前決定具體哪一個(gè)汽缸應(yīng)該引起重視，并對改造的效果進(jìn)行預(yù)期分析，在平時(shí)的節(jié)能運(yùn)行中，也可以幫助電廠分析汽輪機(jī)缸效率對熱耗率的大致影響?？傊啓C(jī)各缸內(nèi)效率對機(jī)組熱耗率的能級分析可以指導(dǎo)火電廠決策，并為平時(shí)的節(jié)能分析提供依據(jù)。

下面通過某廠600 MW機(jī)組熱力特性說明書提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算。為簡化計(jì)算，假定各段抽汽參數(shù)不受缸效率影響，且忽略發(fā)電機(jī)損失。

2 某廠600 MW機(jī)組熱力特性簡介

某廠600 MW機(jī)組為超臨界、一次中間再熱、沖動(dòng)式、單軸、三缸四排汽、高中壓合缸、凝汽式汽輪機(jī)組，型號為N600－24.2/566/566。THA工況設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。

表1 THA工況設(shè)計(jì)參數(shù)

由表1數(shù)據(jù)計(jì)算〔1，2〕，該廠600 MW機(jī)組THA工況設(shè)計(jì)高壓缸內(nèi)效率為86.75%，中壓缸內(nèi)效率為92.88%，低壓缸內(nèi)效率 (UEEP，對有用能終點(diǎn))為93.25%，機(jī)組熱耗率為7 551 kJ/kWh。

3 高壓缸內(nèi)效率變化1%對熱耗影響的能級估算

為簡化分析，在計(jì)算高壓缸內(nèi)效率對熱耗率影響的時(shí)候，假定機(jī)組中、低壓缸完全按設(shè)計(jì)狀況運(yùn)行，且主蒸汽壓力、溫度、流量不變，發(fā)電機(jī)功率隨高壓缸內(nèi)效率的變化而變化。由于再熱蒸汽壓力由高壓缸排汽壓力和再熱器壓損決定，為保證再熱蒸汽參數(shù)不受影響，假定高壓缸排汽壓力不變。以上假定的運(yùn)行狀況，使高壓缸內(nèi)效率的變化僅改變了高壓缸排汽溫度和高壓缸作功能力，并保證了中、低壓缸運(yùn)行狀況和作功能力與設(shè)計(jì)值完全相同。

如果高壓缸內(nèi)效率下降1%，由于高壓缸進(jìn)汽壓力、溫度和高壓缸排汽壓力按設(shè)計(jì)值不變，則高壓缸排汽等熵焓不變，由此可計(jì)算高壓缸排汽焓上升為2 997.03 kJ/kg。此時(shí)高壓缸和設(shè)計(jì)值相比少作功:(高壓缸排汽焓－設(shè)計(jì)高壓缸排汽焓)×高壓缸排汽流量，計(jì)算結(jié)果為2.222 MW。由于中、低壓缸運(yùn)行參數(shù)維持設(shè)計(jì)值不變，中、低壓缸作功不變，因此發(fā)電機(jī)功率下降為600.006－2.222=597.784 MW，按新的高壓缸排汽焓和發(fā)電機(jī)功率計(jì)算，機(jī)組的熱耗率為7 568.12 kJ/kWh。即該機(jī)組高壓缸內(nèi)效率下降1%，熱耗率約上升7 568.12－7551≈17 kJ/kWh。

4 中壓缸內(nèi)效率變化1%對熱耗率影響的能級估算

計(jì)算中壓缸內(nèi)效率對熱耗率影響的時(shí)候，假定機(jī)組高壓缸和低壓缸完全按設(shè)計(jì)參數(shù)運(yùn)行。由于高壓缸排汽壓力維持設(shè)計(jì)值不變，再熱蒸汽壓力必須維持設(shè)計(jì)值，另外由于低壓缸進(jìn)汽參數(shù)維持設(shè)計(jì)值不變，中壓缸排汽參數(shù)必須維持不變。因此，假定中壓缸內(nèi)效率下降1%后，可通過調(diào)整再熱蒸汽溫度保持中壓缸排汽壓力、溫度不變。以上假定的運(yùn)行狀況僅改變了中壓缸進(jìn)汽溫度和中壓缸作功能力，并保證了高壓缸、低壓缸運(yùn)行狀況和作功能力與設(shè)計(jì)值完全相同。

通過迭代計(jì)算，再熱蒸汽溫度為563.54℃時(shí)中壓缸內(nèi)效率和設(shè)計(jì)值相比下降1%，由此計(jì)算的再熱蒸汽焓下降為3 591.21 kJ/kg。此時(shí)的運(yùn)行狀況和設(shè)計(jì)值相比，中壓缸少作功:(設(shè)計(jì)再熱蒸汽焓－再熱蒸汽焓)×再熱蒸汽流量，計(jì)算結(jié)果為2.198 MW。由于高、低壓缸運(yùn)行參數(shù)維持設(shè)計(jì)值不變，高、低壓缸作功不變，因此發(fā)電機(jī)功率下降為600.006－2.198=597.808 MW，按新的再熱蒸汽焓和發(fā)電機(jī)功率進(jìn)行計(jì)算，機(jī)組的熱耗率為7 565.57 kJ/kWh。即該機(jī)組中壓缸內(nèi)效率下降1%，熱耗率約上升7 565.57－7 551≈15 kJ/kWh。

5 低壓缸內(nèi)效率變化1%對熱耗率影響的能級估算

計(jì)算低壓缸內(nèi)效率變化對熱耗率的影響時(shí)，假定機(jī)組高、中壓缸完全按設(shè)計(jì)參數(shù)運(yùn)行，另外假定低壓缸排汽壓力維持設(shè)計(jì)值不變。由于中壓缸排汽壓力、溫度、流量保持設(shè)計(jì)值，因此低壓缸進(jìn)汽參數(shù)不變，低壓缸內(nèi)效率 (UEEP，對有用能終點(diǎn))下降1%僅改變了低壓缸作功能力及低壓缸排汽焓(排汽干度)。

由于低壓缸排汽壓力不變，因此低壓缸排汽等熵焓不變，由此計(jì)算的低壓缸排汽焓為2 319.49 kJ/kg。此時(shí)低壓缸和設(shè)計(jì)狀況相比少作功:(低壓缸排汽焓－設(shè)計(jì)低壓缸排汽焓)×低壓缸排汽流量，計(jì)算結(jié)果為2.599 MW。由于高、中壓缸運(yùn)行參數(shù)維持設(shè)計(jì)值不變，高、中壓缸作功不變，因此發(fā)電機(jī)功率下降為600.006－2.599=597.407 MW，按新的發(fā)電機(jī)功率進(jìn)行計(jì)算，機(jī)組的熱耗率為7 583.89 kJ/kWh。即該機(jī)組低壓缸內(nèi)效率下降1%，熱耗率約上升7 583.89－7551≈33 kJ/kWh。

6 結(jié)論

(1)通過以上分析，該廠600 MW機(jī)組高壓缸內(nèi)效率下降1%影響熱耗率約17 kJ/kWh，中壓缸內(nèi)效率下降1%影響熱耗率約15 kJ/kWh，低壓缸內(nèi)效率下降1%影響熱耗率約33 kJ/kWh。

(2)以上分析過程作了大量簡化，而且計(jì)算過程都忽略了缸效率對抽汽參數(shù)的影響。實(shí)際運(yùn)行中這種現(xiàn)象較少，但作為一種比較特殊的情況，其能級分析對電廠改造決策及平時(shí)運(yùn)行分析具有一定的價(jià)值。

(3)通過同樣的分析計(jì)算，可得到300 MW，600 MW，1 000 MW等機(jī)組高、中、低壓缸內(nèi)效率變化對機(jī)組熱耗率影響的能級分析結(jié)果。

〔1〕瓦格納.W．水和水蒸汽性質(zhì)〔M〕．北京:科學(xué)出版社，2003．

〔2〕GB/T 8117－2008汽輪機(jī)熱力性能驗(yàn)收試驗(yàn)規(guī)程〔S〕．