背壓式供熱機(jī)組非滿負(fù)荷工況經(jīng)濟(jì)運(yùn)行分析

(鉑瑞能源環(huán)境工程有限公司，杭州 310013)

0 引 言

背壓式汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組發(fā)出的電功率由熱負(fù)荷決定，因而不能同時(shí)滿足熱、電負(fù)荷的需要。通常是以熱負(fù)荷的變化來(lái)調(diào)整電負(fù)荷，汽輪機(jī)進(jìn)、排汽量大，發(fā)電量就多，無(wú)冷源損失，所以背壓式汽輪機(jī)的經(jīng)濟(jì)性較好。我司鉑瑞能源(新干)熱電是B18-13.2/0.981/566 型18MW雙超背壓式汽輪機(jī)組，在額定工況下運(yùn)行(汽輪機(jī)對(duì)應(yīng)工況點(diǎn)下的熱、電負(fù)荷設(shè)計(jì)出力值)，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。實(shí)際情況是自2018年12月4日投運(yùn)以來(lái)，熱、電負(fù)荷基本沒(méi)有到達(dá)設(shè)計(jì)值，其主要原因是受設(shè)備、系統(tǒng)、熱負(fù)荷及特殊情況下調(diào)試經(jīng)驗(yàn)的影響。根據(jù)已統(tǒng)計(jì)60天運(yùn)行報(bào)表，并選取供汽負(fù)荷接近的11天數(shù)據(jù)作為對(duì)比分析對(duì)象(按供汽量降序排列)，見(jiàn)表1。

表1 鉑瑞(新干)熱電廠 熱、電日負(fù)荷小時(shí)平均值

從數(shù)據(jù)比較可得：汽輪機(jī)供汽量接近的前提下，進(jìn)汽壓力相近，進(jìn)汽溫度越高發(fā)電量越多；供汽量相近，自用汽越多，進(jìn)汽量越大，從而發(fā)電量越多。由此可見(jiàn)，在一定的熱負(fù)荷下，增加自用汽回?zé)嵫h(huán)，從而擴(kuò)大機(jī)組進(jìn)汽量，達(dá)到多發(fā)電的效果。那么，汽輪機(jī)的進(jìn)汽壓力和溫度哪個(gè)對(duì)機(jī)組發(fā)電量影響更大呢？見(jiàn)下表為進(jìn)汽量相同，進(jìn)汽溫度、壓力不同情況下，發(fā)電負(fù)荷受到的影響情況。

表2 鉑瑞(新干)熱電廠 瞬時(shí)熱、電負(fù)荷參數(shù)

續(xù)表2

表2分別對(duì)汽機(jī)進(jìn)汽量75%、50%、30%HTA工況(98/73/52噸)三個(gè)工況點(diǎn)不同時(shí)段進(jìn)行數(shù)據(jù)比較，標(biāo)黃部分為該工況下額定電負(fù)荷值及相關(guān)參數(shù)。通過(guò)各個(gè)參數(shù)對(duì)比可得，實(shí)際運(yùn)行的各個(gè)時(shí)點(diǎn)的發(fā)電量，都沒(méi)有達(dá)到或者接近該負(fù)荷工況點(diǎn)下應(yīng)有的發(fā)電量，但進(jìn)汽溫度提高后，發(fā)電量也相應(yīng)增加。

凝汽式汽輪機(jī)組的終參數(shù)是基本不變的，所以發(fā)電負(fù)荷多少主要取決于初參數(shù)，初參數(shù)壓力、溫度高發(fā)電量相應(yīng)就增加；對(duì)于背壓機(jī)組，雖然排汽壓力變化不大，但排汽量不斷變化，不同的排汽量，對(duì)應(yīng)不同的排汽溫度，從而終參數(shù)也是不斷變化的，給分析汽輪機(jī)發(fā)電量帶來(lái)一定的困難。汽輪機(jī)是將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的設(shè)備，焓值的變化具有一定的代表性。

從表2可知：75%HTA工況焓值差544 kJ/kg，負(fù)荷13 550 kW；50%HTA工況焓值差496 kJ/kg，負(fù)荷9 170 kW；30%HTA工況焓值差419 kJ/kg，負(fù)荷5 460 kW。針對(duì)每個(gè)工況選取4～7組數(shù)據(jù)參考。從以上數(shù)據(jù)檢索可知，汽輪機(jī)進(jìn)、排汽壓力、溫度、焓值都沒(méi)有達(dá)到設(shè)計(jì)值，電負(fù)荷也和該工況點(diǎn)設(shè)計(jì)值有較大差距，這說(shuō)明蒸汽品位的高低，其做功能力顯著不同，即使相同進(jìn)汽量，也發(fā)不出相同的電量。提高蒸汽品位的方法是提高蒸汽壓力和溫度。進(jìn)汽壓力受排汽壓力、流量和進(jìn)汽調(diào)閥的局限，操作調(diào)整空間有限。表2中的主汽實(shí)際運(yùn)行溫度和額定溫度有很大差距，提高蒸汽溫度能讓單位質(zhì)量的蒸汽攜帶更多的熱能用于做功，也就是提高了蒸汽的做功能力，改善了蒸汽品位。焓是熱力學(xué)中表征物質(zhì)系統(tǒng)能量的一個(gè)重要參數(shù)。焓值不等同于蒸汽做功的有用能，但焓值差能代表蒸汽做功前、后攜帶能量變化的趨勢(shì)?！芭c標(biāo)準(zhǔn)焓值差偏離”這列就是實(shí)際運(yùn)行時(shí)單位質(zhì)量的蒸汽比額定蒸汽少攜帶的能量值，表最后一列就是運(yùn)行實(shí)際發(fā)電量與該工況額定發(fā)電量的差值，經(jīng)對(duì)比可見(jiàn)發(fā)電量增長(zhǎng)還有很大空間。

背壓機(jī)組特性是終參數(shù)壓力和溫度較高，高溫高壓蒸汽攜帶很多的熱量，其蒸汽焓值受溫度影響比較明顯。詳見(jiàn)汽輪機(jī)排汽壓力溫度焓值對(duì)應(yīng)表，見(jiàn)表3。

表3 汽輪機(jī)排汽壓力溫度焓值對(duì)應(yīng)表

從表3可見(jiàn)，壓力低，溫度高，焓值高；壓力高，溫度低，焓值低。從表3數(shù)據(jù)比較可知，溫度降低，焓值下降明顯,壓力下降，焓值下降不明顯。因此現(xiàn)場(chǎng)可以充分利用供熱蒸汽母管的減溫器到達(dá)到合理的供熱溫度。

通過(guò)以上對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行參數(shù)的枚舉，對(duì)比，分析，總結(jié)，并由此可探討出背壓式汽輪機(jī)組在非滿負(fù)荷工況下各個(gè)運(yùn)行參數(shù)的控制策略。如下：

2 汽輪機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的壓力、溫度控制

2.1 背壓機(jī)組的排汽壓力控制

排汽壓力降低，機(jī)組經(jīng)濟(jì)性增強(qiáng)；排汽壓力提高，一般熱用戶感覺(jué)經(jīng)濟(jì)性受益，口碑好。背壓汽輪機(jī)排汽壓力隨負(fù)荷變化而變化，需要及時(shí)調(diào)整。在機(jī)組性能范圍之內(nèi)，個(gè)人覺(jué)得要充分考慮用戶的口碑和利益，滿足熱用戶對(duì)蒸汽壓力的需求，熱網(wǎng)供熱壓力沒(méi)有必要保持在參數(shù)下限運(yùn)行，應(yīng)以額定壓力0.98 MPa(a)排汽為宜。

2.2 汽輪機(jī)排汽溫度的控制

以滿足機(jī)組性能要求并可控為原則,溫度控制值是以熱用戶不需要自己噴水減溫，減少操做麻煩，為熱用戶操作人員帶來(lái)更大的便利，且滿足生產(chǎn)工藝需求為原則，建議供熱溫度220 ℃即可。正常供汽期間，我司側(cè)的供熱管道無(wú)特殊操作時(shí)嚴(yán)禁開(kāi)啟疏水閥，減少熱網(wǎng)管損，也有利于企業(yè)管理形象。

2.3 汽輪機(jī)進(jìn)汽壓力控制

汽輪機(jī)進(jìn)汽壓力以排汽壓力充分滿足熱用戶需求為原則，因?yàn)槠啓C(jī)進(jìn)汽壓力對(duì)電負(fù)荷的影響弱于進(jìn)汽溫度對(duì)電負(fù)荷的影響，所以非滿負(fù)荷運(yùn)行期間汽輪機(jī)進(jìn)汽壓力不必一定要額定壓力，可采取復(fù)合滑壓運(yùn)行方式。在當(dāng)日負(fù)荷變化期間，汽輪機(jī)最大進(jìn)汽量運(yùn)行時(shí)調(diào)門(mén)開(kāi)度80%～90%左右為合適，在短時(shí)用汽量有波動(dòng)時(shí)，調(diào)門(mén)開(kāi)度可保持在70%左右，此時(shí)汽機(jī)能基本滿足供汽負(fù)荷波動(dòng)的變化。汽輪機(jī)調(diào)門(mén)開(kāi)度越大，節(jié)流損失越小。這里要改變始終保持汽輪機(jī)進(jìn)汽壓力在額定壓力的慣性思維，因?yàn)橹灰啓C(jī)未接近滿負(fù)荷運(yùn)行，對(duì)汽輪機(jī)葉片做功的蒸汽壓力，即調(diào)閥后的實(shí)際壓力就不可能是額定壓力。

2.4 汽輪機(jī)進(jìn)汽溫度的控制

如果汽輪機(jī)進(jìn)汽調(diào)節(jié)閥未全開(kāi)，對(duì)蒸汽有節(jié)流時(shí)，主汽溫度可以按照額定溫度控制。當(dāng)進(jìn)汽調(diào)節(jié)閥全開(kāi)，對(duì)蒸汽未節(jié)流時(shí)，應(yīng)遵循主汽壓力、溫度一一對(duì)應(yīng)的原則，詳細(xì)請(qǐng)見(jiàn)汽輪機(jī)進(jìn)汽壓力/溫度對(duì)應(yīng)表，見(jiàn)表4。

表4 汽輪機(jī)進(jìn)汽壓力/溫度

表4為汽輪機(jī)進(jìn)汽壓力溫度對(duì)應(yīng)表，Δt±5 ℃調(diào)節(jié)都沒(méi)有問(wèn)題，但不要高出該壓力下對(duì)應(yīng)的上限溫度，避免引起機(jī)組超溫。運(yùn)行時(shí)以重點(diǎn)監(jiān)視汽缸調(diào)節(jié)級(jí)后溫度不高于500 ℃，亦或排汽溫度不能高于315 ℃為基準(zhǔn)，否則降低汽輪機(jī)進(jìn)汽溫度；機(jī)組汽缸溫度高于上述要求長(zhǎng)期運(yùn)行，會(huì)對(duì)機(jī)組安全有一定的影響。進(jìn)汽溫度的提高，只需減少鍋爐過(guò)熱器減溫水投用量即可，即減少降低鍋爐高品位蒸汽，將更多的有用能用于汽輪機(jī)做功發(fā)電。汽輪機(jī)進(jìn)汽溫度提高后，排汽溫度也相應(yīng)提高，排汽溫度的提高將影響熱用戶需求，可通過(guò)我廠供熱主汽管道上的噴水減溫器來(lái)保證，進(jìn)一步降低低品位蒸汽，且能滿足熱用戶需要。

綜上所述，汽輪機(jī)排汽壓力以滿足熱用戶需要方式來(lái)控制，排汽溫度可以通過(guò)供熱蒸汽管道上的減溫水來(lái)調(diào)節(jié)；進(jìn)汽壓力和溫度按照表4一一對(duì)應(yīng)值來(lái)控制，即復(fù)合滑壓運(yùn)行。雙超背壓機(jī)組在非滿負(fù)荷工況下運(yùn)行，采取復(fù)合滑壓運(yùn)行方式，更能將汽輪機(jī)組的負(fù)荷利用率最大化。

3 關(guān)于鍋爐給水壓力控制

前文已述，相對(duì)過(guò)高的汽輪機(jī)進(jìn)汽壓力對(duì)機(jī)組發(fā)電量正影響并不大，而相對(duì)較低的汽輪機(jī)進(jìn)汽壓力確有利于降低廠用電量。因?yàn)檫@樣，鍋爐給水壓力不必過(guò)高，相對(duì)低的給水壓力會(huì)減少給水泵電耗。我司運(yùn)行人員在運(yùn)行中正是充分利用給水泵變頻調(diào)節(jié)，合理降低給水泵壓力。詳見(jiàn)汽給水流量/壓力/出力比較表，表5。從表5比較可知，在給水量接近的情況下，給水壓力降低，節(jié)電效果是顯著的。而且，鍋爐給水調(diào)節(jié)閥還有開(kāi)大的余量，給水壓力還有進(jìn)一步降低的余量。總之，給水泵電流降低就是降低廠用電量，提高上網(wǎng)電量，增加企業(yè)效益。鍋爐給水調(diào)節(jié)閥開(kāi)度適當(dāng)增大的同時(shí)，也要充分滿足給水調(diào)節(jié)要求，比如主給水閥開(kāi)度。

表5 給水流量/壓力/出力比較表

60%～80%，用給水旁路閥參與調(diào)節(jié)(增加調(diào)節(jié)閥開(kāi)度就是減少節(jié)流損失)。并及時(shí)和給水泵監(jiān)盤(pán)人員充分溝通，不能影響機(jī)組安全運(yùn)行。給水泵監(jiān)盤(pán)人員必須及時(shí)調(diào)整變頻器，保證鍋爐給水壓力的需要，特別是外網(wǎng)供汽流量發(fā)生大幅波動(dòng)時(shí)更要注意及時(shí)調(diào)整給水壓力。不同的鍋爐負(fù)荷，對(duì)應(yīng)不同的給水壓力。合理的給水壓力都是運(yùn)行人員在工作中勤于溝通，慢慢總結(jié)出來(lái)的，不可呆板規(guī)定。

4 結(jié)束語(yǔ)

時(shí)下，無(wú)論是國(guó)際貿(mào)易戰(zhàn)的影響，還是節(jié)能減排的要求，多數(shù)化工園區(qū)供熱總量大多沒(méi)達(dá)到計(jì)劃值，各背壓供熱機(jī)組更是很難以達(dá)到滿負(fù)荷運(yùn)行。所以力求在機(jī)組非滿負(fù)荷狀態(tài)下采用復(fù)合滑壓運(yùn)行，保持接近額定進(jìn)汽溫度，即時(shí)降低汽輪機(jī)進(jìn)汽壓力，從而降低鍋爐給水壓力，降低給水泵電耗，節(jié)約廠用電量，提高機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，增加企業(yè)效益。