汽輪機變負荷運行狀態(tài)下經(jīng)濟運行方式分析

任建勇 趙吉炳

（山鋼集團日照分公司能源環(huán)保中心，山東日照276800）

0 引言

隨著經(jīng)濟的增長與社會的進步，我國對能源的需求量不斷增加。能源利用中，消費不合理、浪費現(xiàn)象嚴重等問題日益突出。中國是世界上焦炭第一生產(chǎn)大國，熄焦是焦炭生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)的濕法熄焦用大量的水直接噴灑在熾熱的焦炭上使其冷卻，產(chǎn)生大量的粉塵等有毒氣體，嚴重污染大氣，腐蝕設備。干熄焦技術(shù)具有重大的節(jié)能環(huán)保意義，避免了濕法熄焦時急劇冷卻對焦炭結(jié)構(gòu)的不利影響，降低了高爐焦比與煉鐵成本，完全節(jié)省了熄焦用水，還避免了對周圍設備的腐蝕及大氣污染。

1 干熄焦余熱發(fā)電系統(tǒng)簡介

干熄焦系統(tǒng)由干熄爐及其附屬設備、汽輪機及發(fā)電部分等組成，紅焦由焦罐臺車上圓形旋轉(zhuǎn)焦罐接受，在電機車牽引下移動到干熄焦提升井架底部。焦罐下降與裝入料斗上料斗結(jié)合，焦罐下降至底部開始裝入紅焦，在提升機牽引下原路返回至提升井架底部的空焦罐臺車上。

紅焦裝入干熄爐后進入預存室，與循環(huán)氣體進行熱交換被冷卻后，由皮帶運輸機運出。循環(huán)氣體經(jīng)干熄爐斜道區(qū)進入環(huán)形煙道匯集后流出干熄爐，經(jīng)除塵器分離粗顆粒焦粉后進入干熄焦余熱鍋爐加熱水產(chǎn)生一定過熱蒸汽，經(jīng)二次除塵器進一步分離細顆粒焦粉后進入給水預熱器換熱，溫度降至130℃繼續(xù)冷卻焦炭[1]。

干熄爐是干熄焦電站的重要裝置之一，干熄爐內(nèi)循環(huán)氣體與焦炭流動問題是干熄爐運行的核心問題。焦炭冷卻過程主要發(fā)生在干熄爐的冷卻段，從干熄爐底部130℃左右低溫惰性循環(huán)氣體向上流動，被冷卻至200℃以下的焦炭從干熄爐底部排出。循環(huán)氣體溫度升高至900℃，從干熄爐斜道區(qū)進入環(huán)形煙道匯集后流出干熄爐進入余熱鍋爐。

2 延長汽輪機運行時間的方法

系統(tǒng)循環(huán)風是傳遞熱量的介質(zhì)，為使干熄爐內(nèi)熱量保證余熱鍋爐壓力，在1#、2#干熄焦應采取迅速減小風機入口擋板開度，3#干熄焦采取減小液力耦合器開度方法保持干熄爐內(nèi)熱量，以延長汽輪機運轉(zhuǎn)時間。在降低負荷前提下利用循環(huán)風量，減少進入鍋爐內(nèi)的余熱，保持鍋爐蒸發(fā)量降至30 t/h，維持汽輪機發(fā)電機電負荷在6 MW運轉(zhuǎn)。

干熄焦系統(tǒng)有6處充N2點，3處密封冷卻處用充N2點常開，循環(huán)風機前后兩充N2點在系統(tǒng)可燃成分異常時打開，干熄焦裝置停止作業(yè)時兩系統(tǒng)充N2閥立即關(guān)閉。經(jīng)循環(huán)風機壓縮后N2會有溫升，穿過干熄爐下部低溫層時也會有溫升，這樣就減小了對循環(huán)氣體溫度的影響，有利于延長汽輪機運轉(zhuǎn)時間。

干熄焦工藝中，有導入空氣燃燒與補充N2稀釋兩種方法可控制循環(huán)氣體中可燃氣體成分濃度?？諝鈱肟趯肟諝夂髸⒀h(huán)氣體中可燃成分燒掉，并釋放大量熱量，這就提高了鍋爐入口溫度。干熄焦裝置停止作業(yè)時應打開空氣導入閥，到現(xiàn)場關(guān)閉旁通流量所有中栓，避免低溫循環(huán)氣體進入環(huán)型煙道。在鍋爐入口溫度高時導入空氣后對鍋爐蒸發(fā)量影響較大，能在短時間內(nèi)提高鍋爐入口溫度，為延長汽輪機運轉(zhuǎn)提供有利的熱源供給。

給水預熱器功能為吸收利用循環(huán)氣體的熱量，減少除氧器所用熱量，利于降低干熄爐入口循環(huán)溫度，提高焦炭冷卻效果。正常生產(chǎn)時給水預熱器保持在85℃，在干熄焦裝置停止作業(yè)時，應提高進入給水預熱器水溫，用以提高干熄爐入口循環(huán)氣體的溫度至130℃以上，以提供更多蒸汽給汽輪機延長運轉(zhuǎn)時間。

3 不同運行方式對經(jīng)濟性的影響

采用不同的運行方式，將使得凝汽器等輔助設備的工況不同，導致汽輪機組理想循環(huán)熱效率在不同運行方式下有所不同，從而影響其經(jīng)濟性。

設滑壓與定壓兩種運行方式的機組設計初溫、初壓等均相同，設熱后蒸汽溫度等于設計值，各機再熱壓損基本相等，則中壓缸的進汽壓力相同。不同運行方式中低壓缸熱力線相同，只需比較高壓缸的熱經(jīng)濟性。兩種不同運行方式在變負荷下的主蒸汽溫度不同，使中低壓缸效率受影響。滑壓運行機組蒸汽溫度不變，各負荷下的新汽容積流量基本不變，比焓降與內(nèi)效率不變。節(jié)流配汽定壓運行方式的機組在部分負荷下?lián)p失較大節(jié)流，其具體差值與調(diào)節(jié)級設計參與、噴嘴組個數(shù)等因素有關(guān)。

隨著蒸汽參數(shù)的提高，機組中給水泵耗功占主機功率比重也隨之增大。直流爐新汽壓力為250 ata時，給水泵耗功占比增加到4%?；瑝哼\行給水泵在部分負荷下耗功減少，負荷由設計值下降。如負荷下降多，則采用滑壓運行方式。初壓在超臨界壓力下，降到一定負荷，滑壓運行方式經(jīng)濟。設計初壓低的機組，滑壓運行方式經(jīng)濟負荷性更低。節(jié)流配汽定壓運行方式機組的熱經(jīng)濟性較低。

負荷低于50%的定壓運行鍋爐，很難維持新溫度不變。負荷降低10%，則新汽溫度降10℃[2]，可在更低的負荷范圍維持新汽溫度少變。在低負荷時滑壓運行方式可提高循環(huán)熱效率。

滑壓運行方式機組高壓缸排汽焓值高。鍋爐結(jié)構(gòu)型式部分負荷下隨通氣量減少，再熱器吸收熱量減少，滑壓運行方式可維持再熱汽溫不變。定壓噴嘴配汽機組再熱器中需吸收熱量多，再熱汽溫難以保證，負荷偏低時降低較多。再熱汽溫的降低會使低壓缸末幾級蒸汽濕度增大，影響汽輪機裝置循環(huán)熱效率，從而影響機組熱經(jīng)濟性。

低負荷運行時汽輪機采用不同運行方式，其經(jīng)濟性影響因素包括鍋爐、凝汽器等主要輔機機型設計參數(shù)及負荷設備狀態(tài)等。在分析機組經(jīng)濟運行方式時應綜合考慮多種因素，為了定量確定低負荷經(jīng)濟運行方式，應分析汽輪機、各主要輔機及其系統(tǒng)變工況理論，進行一定的實驗研究。

4 提高汽輪機運行經(jīng)濟性的措施

在汽輪機進入工作狀態(tài)前，測試凝汽器真空嚴密性，保證真空系統(tǒng)可正常運行。仔細檢查真空系統(tǒng)，及時解決出現(xiàn)的故障問題。調(diào)整工作系統(tǒng)的供汽壓力，避免出現(xiàn)蒸汽泄漏現(xiàn)象。定期清洗凝汽膠球，提高真空系統(tǒng)的嚴密性，減少運行中的能量消耗。確保真空系統(tǒng)正常運行，提高經(jīng)濟效益。將射水池中的水溫保持在較低狀態(tài)，保證真空系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，以提高汽輪機的運行經(jīng)濟性。

汽輪機運行中應注意維持在允許的額定負荷范圍，避免加大汽輪機運行中的能量損耗。盡量全部開啟運行中的汽輪機進汽調(diào)節(jié)閥，從而在額定負荷內(nèi)減少蒸汽損失。滿足汽輪機的額定負荷工作是提高其運行經(jīng)濟性的重要措施，使用汽輪機前，應詳細閱讀使用說明，綜合汽輪機的使用規(guī)則，了解使用中的注意事項及額定負荷等情況，確保合規(guī)操作，以提高汽輪機運行的經(jīng)濟性。

通過水溫判斷回熱系統(tǒng)的工作狀態(tài)，確保加熱器處于有水運行狀態(tài)，以提高回熱系統(tǒng)的熱經(jīng)濟性。對加熱器的運行狀態(tài)進行實時監(jiān)控，保證汽輪機正常運行，對回熱系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)進行記錄和分析，及時處理運行故障，保證回熱系統(tǒng)正常運行。

要提高汽輪機使用管理人員的經(jīng)濟節(jié)能意識，建立完善的汽輪機生產(chǎn)管理制度，促使管理人員積極宣傳節(jié)能環(huán)保與經(jīng)濟理念。確保工作人員的使用維護工作規(guī)范，避免因不當操作損壞設備，以提高汽輪機運行的經(jīng)濟性。依據(jù)完善的生產(chǎn)管理制度，減少運行投入成本，各崗位間加強溝通，及時合理調(diào)整生產(chǎn)計劃，實時監(jiān)控汽輪機的運行狀態(tài)，確保汽輪機的運行安全與經(jīng)濟效益。

5 結(jié)語

本文分析了采用復合滑壓運行方式的優(yōu)越性，比較研究了不同變負荷運行方式對機組熱經(jīng)濟性及安全性的影響。汽輪機組在高負荷時采用定壓運行效率更優(yōu)；部分負荷下采用滑壓運行，調(diào)節(jié)溫度與高壓缸排汽溫度變化較小，較定壓運行熱經(jīng)濟性有所提高，能夠有效減小汽輪機組的熱應力，提高設備的運行安全性。