超臨界600MW 汽輪機組能耗分析

阮圣奇，程榮終，仁 磊，吳鴻濤，胡中強

（1.安徽省電力科學研究院，合肥 230022；2.皖能銅陵發(fā)電有限公司，安徽銅陵 244000）

某電廠超臨界600 MW 機組汽輪機是國內(nèi)某汽輪機制造公司與三菱公司聯(lián)合設計并生產(chǎn)的一次中間再熱、單軸、三缸、四排汽凝汽式汽輪機。該機組于2008年8月投產(chǎn)發(fā)電，至2013年3月進行首次大修。該機組首次大修的周期長，暴露的問題較多，其中包括汽輪機本體通流效率偏低、低壓缸內(nèi)部變形嚴重、低負荷凝汽器端差偏大等。筆者以該汽輪機組為研究對象，利用機組大修前熱力性能考核試驗，分析汽輪機本體和輔機目前的狀態(tài)、存在的問題，并利用能耗分析理論評估對機組能耗的影響，為電廠節(jié)能工作提供參考。

1 熱耗和本體通流效率

該機組在2013年2月進行了機組大修前試驗，表1是此次大修前試驗結(jié)果。

表1 試驗主要計算結(jié)果

從表1 可以看出:THA 工況下修正后熱耗為7 924kJ/（kW·h），熱耗率明顯偏高。

目前機組進行了首次大修，基本消除了基建中遺留的不良因素，并且在機組節(jié)能方面做了比較多的工作后，超臨界汽輪機組熱耗率水平大約在7 650～7 750kJ/（kW·h）。

該機組高、中壓缸通流效率都偏低，高壓缸效率在450 MW，負荷只有81.90%，比滿負荷工況下降較多。主要原因是該汽輪機600 MW機型通流面積偏大，運行中為保證主汽壓力，只能通過減小調(diào)節(jié)閥開度來實現(xiàn)，造成過多的調(diào)節(jié)閥節(jié)流損失；因此建議電廠在大修后進行調(diào)節(jié)閥配汽優(yōu)化試驗。據(jù)目前該機組所在的安徽省內(nèi)600 MW 超臨界調(diào)節(jié)閥配汽優(yōu)化試驗結(jié)果的經(jīng)驗，配汽優(yōu)化試驗至少能降低機組煤耗2～3g/（kW·h）。

根據(jù)安徽省內(nèi)汽輪機同類型機組試驗研究，7級抽汽溫度約在低于75%負荷以后會顯著升高，但是該電廠汽輪機7級抽汽溫度在滿負荷工況下就已經(jīng)明顯偏高，表明低壓缸內(nèi)部變形嚴重；因而從兩個試驗工況中5、6、7級抽汽溫度的變化情況判斷低壓缸內(nèi)部通流狀態(tài)很差，漏汽嚴重；試驗結(jié)果也同樣表明低壓缸效率偏低。

2 高壓加熱器

高壓加熱器熱力特性見表2。

表2 高壓加熱器熱力特性計算結(jié)果

從表2可以看出:2號高壓加熱器下端差偏大，建議電廠做專門的高壓加熱器水位調(diào)整試驗，以降低高壓加熱器下端差，提高回熱系統(tǒng)運行經(jīng)濟性和安全性。

3 凝汽器

凝汽器特性見表3。

從表3可以看出:450MW 負荷工況下高、低背壓凝汽器端差比THA 工況下增大較多，原因是低負荷下機組負壓區(qū)擴大。

該汽輪機末級葉片高度為1 029mm，背壓修正曲線斜率較大，因而汽輪機背壓變化對熱耗的影響較大。因此300 MW 機組汽輪機循環(huán)水泵優(yōu)化試驗的經(jīng)驗結(jié)果已經(jīng)不再適合目前600MW機組的運行節(jié)能要求。根據(jù)多年對汽輪機和循環(huán)水調(diào)節(jié)特性的分析，適應目前長末級葉片的機組的基本運行原則是盡量增加循環(huán)水流量，即多耗循環(huán)水泵電量。由于每個機組配置的循環(huán)水泵參數(shù)以及汽輪機性能參數(shù)不一，因而最適合該機組的循環(huán)水泵優(yōu)化運行方式只能通過優(yōu)化試驗才能確定。

4 機組耗差分析

試驗工況下熱耗為8 022kJ/（kW·h），比設計值大499.89kJ/（kW·h）。根據(jù)上述機組主、輔機性能分析的結(jié)論，現(xiàn)將THA 工況影響汽輪機熱耗的主要因素以及相對應的耗差說明如下:

（1）高壓缸效率為84.26%，比設計低3.57%，影響熱耗46.99kJ/（kW·h）。

（2）中壓缸名義效率為91.00%，受過橋汽封漏汽影響，漏汽流量越大，實際通流效率較名義效率越低。該汽輪機一直未進行大修，而高、中壓合缸型汽輪機過橋汽封所在位置繞度最大，因而判斷過橋汽封磨損情況較為嚴重，過橋漏汽率較大，中壓缸實際通流效率約89%，對應影響熱耗為38.99kJ/（kW·h）［1］。

（3）低壓缸效率為82.25%。低壓缸做功量占據(jù)汽輪機輸出功率的40%左右，因而低壓缸效率的降低對熱耗的影響也最大。試驗結(jié)果顯示低壓缸效率只有82.25%，對應影響熱耗為252.74kJ/（kW·h）。

（4）過橋漏汽。由于該機組大修前試驗負荷申請不便等問題，未安排過橋漏汽測定試驗。根據(jù)以往超臨界試驗經(jīng)驗以及該機組目前的蒸汽參數(shù)分布狀況，過橋漏汽大約影響熱耗為20kJ/（kW·h）。

（5）再熱減溫水。試驗中用了20.83t/h的再熱減溫水流量，對應影響熱耗為19.72kJ/（kW·h）。

（6）凝汽器壓力。試驗工況下凝汽器壓力為5.58kPa，對應影響熱耗為86.58kJ/（kW·h）。

將以上耗差損失結(jié)果歸結(jié)在一起比較，見圖1。

圖1 汽輪機組耗差分布圖

從圖1可以看出:

（1）汽輪機本體通流效率降低對熱耗影響很大，總共339kJ/（kW·h），其中低壓缸最為明顯，是熱耗偏高的主要影響因素。根據(jù)安徽省內(nèi)多臺超臨界機組檢修前后試驗結(jié)果分析，低壓缸效率在大修后至少可以提高3%，對應降低熱耗95kJ/（kW·h），因而建議電廠在大修中應重點關注低壓缸本體的檢修工作。

（2）凝汽器壓力主要受環(huán)境溫度和凝汽器冷卻管換熱效率影響，大修中注意清理低壓側(cè)凝汽器冷卻管，將有益于提高機組真空，降低煤耗。

（3）再熱器減溫水對熱耗的影響也較大，建議電廠在大修中加強鍋爐的檢修，并著力解決問題產(chǎn)生的根源，做到大修后機組運行中不用或少用再熱器減溫水，可以降低機組供電煤耗0.8g/（kW·h）左右。

（4）過橋漏汽汽封的調(diào)整或更換，將使得大修后過橋漏汽率達到或小于設計值。

5 結(jié)語

通過對該機組大修前的試驗結(jié)果分析，得出:

（1）汽輪機本體通流效率降低是造成熱耗率偏高的主要原因，其中低壓缸對熱耗率的影響最為顯著，因而檢修中應更加注重提高低壓缸檢修質(zhì)量。

（2）輔機狀態(tài)、減溫水、背壓等因素也同樣影響能耗水平，在檢修中要實施針對性解決方案，能在大修后起到明顯節(jié)能降耗作用。

（3）對于新投產(chǎn)機組，根據(jù)電力試驗單位對電廠多年的試驗研究結(jié)論，基建遺留下來的問題需要在機組投產(chǎn)后2年內(nèi)進行一次大修，消除其對能耗方面的影響，否則機組的能耗水平將會逐年升高，并且能耗升高的速度會越來越快；所以建議電廠在投產(chǎn)后，條件允許，發(fā)現(xiàn)問題應盡快申請檢修。

［1］章娟，包勁松.變汽溫法測300 MW 機組高中壓缸間軸封漏汽量的應用實踐［J］.發(fā)電設備，2004，18（2）:79－81，91.