汽轮机滑压运行的经济性与安全性分析

摘要:汽轮机组调峰时采用滑压运行方式,其安全性和灵活性优于定压运行方式,在一定条件下其经济性也优于定压运行方式。采用高负荷以定压方式运行、低负荷以纯滑压方式运行的复合方式在经济性上最优。在考虑到汽包对压力变化适应能力差的情况下,可先保持一定的调节汽门节流,在负荷突变时,通过改变汽门开度可以减缓对锅炉运行的冲击,增强滑压运行的灵活性,文章基于此展开论述,旨在对相关人员提供参考。

关键词:汽轮机;滑压运行;经济性;安全性;锅炉

中图分类号:TK263文献标识码:A文章编号:1009-2374(2010)06-0189-02

电网的峰谷差幅值逐年增大,大型汽轮机组参与电网调峰势在必行。为了满足电网调峰的不断变化,机组任意变工况下运行,且能达到节能的目的,就要求机组采用滑压运行方式。滑压运行在安全性和负荷变化灵活性上,都优于定压运行方式,一定条件下的经济性也优于定压运行方式。

滑压运行又称变压运行,是指汽轮机在不同工况下运行时,调节汽阀处于全开状态或开度不变,保持主汽温度基本不变,由锅炉调节主汽流量和压力来调节负荷的一种运行方式。

滑压运行又可分为三种方式:(1)纯滑压运行方式:不需要调节级,第一级全周进汽,调节汽门全开,只靠锅炉出口蒸汽压力和流量的改变来调节机组负荷;(2)节流滑压运行方式:不需要调节级,第一级全周进汽,节流调节汽门预先关小5%～15%,进行滑压运行;(3)复合滑压运行方式:在80%～95%额定负荷以上的高负荷区进行定压运行,在50%～80%额定负荷之间的较低负荷区进行滑压运行,在25%～50%额定负荷之下又进行初压水平较低的定压运行。

一、滑压运行的经济性分析

(一)滑压运行提高了汽轮机的内效率

由于汽轮机节流损失小,级前后的压力比与额定负荷相比,几乎不变;而机内蒸汽的容积流量也与额定负荷基本相同,所以,汽机的级效率保持较高。

当主汽压力降低时,主汽比容增大,高压缸通流间隙的漏气损失相对减少,高压效率升高,膨胀度增大,蒸汽损失减少,低压缸效率升高,因此在汽温不变而压力下降的条件下,低负荷滑压运行相对效率高于定压运行。

(二)滑压运行保持锅炉过、再热蒸汽温度不降低

定压运行时,负荷降低,主蒸汽温度下降,再热汽温下降更快,同时,高排温度升高,使再热蒸汽需要的相对吸热量减少。滑压运行时,过热器入口温度随压力下降而下降,加大了传热温差,有利于增大传热量,而主汽过热焓减少,所以有利于保持汽温,提高主汽的做功能力。

(三)低负荷滑压运行,随负荷的降低蒸汽压力和流量同时降低

低负荷滑压运行时,随负荷的降低蒸汽压力和流量同时降低,给水泵出口压力和流量随之减少,其消耗功率也减少,同时也增加了锅炉供水的安全性。电动给水泵的耗电约占厂用电的30%,给水泵功耗大小又是评判机组运行方式的重要指标,由公式(1)可知:

给水泵耗功:

(1)

式中: D0――给水流量,t/h;

P0、V0――给水泵出口压力和比容;

Pr、Vr――给水泵入口压力和比容;

随着给水泵出口压力的降低,电动给水泵功耗越少,因此利用电动给水泵的机组,在低负荷滑压运行时,对热经济性的提高非常大。

(四)滑压运行使机组的循环热效率降低

在高负荷区域,采用喷嘴配汽,循环热效率较高,汽轮机内效率下降不多。采用滑压运行,初压下降较小,给水泵转速降低减少的功耗不明显,而循环热效率降低。

在中间负荷区域,采用滑压运行,虽然循环热效率下降,但此时全机相对内效率接近设计值,没有部分开启汽门,节流损失小,初压下降较大,采用变速给水泵节约功耗明显,此时机组经济性优于节流配汽,或与喷嘴配汽相当,宜采用滑压运行。设计初压越高,定-滑的切换负荷越高,可启闭调节汽门应急调节以提高滑压运行的负荷响应能力。

(五)滑压运行负荷响应的速度慢

滑压运行时,负荷变动是靠锅炉调整燃烧和给水进行的,而锅炉是热惯性大的设备,所以,负荷响应的速度慢。

(六)低循环倍率锅炉宜采用滑压运行

因为它在低负荷、低压力下仍能维持水动力的稳定性,滑压运行范围大,负荷适应性好。

(七)纯滑压运行,使蒸汽压力下降的特别低

蒸汽做功的有效焓降减少很多,做功能力下降,汽化潜热增加很多,锅炉蒸发量相对减少太多,这样会使过热汽温、再热汽温大幅上升,甚至严重超温,而且排烟温度也较大升高,造成机组循环热效率下降,并使对流受热面运行的安全受到威胁。因此综合分析汽轮机使用寿命、机组启停的灵活性、负荷响应能力等,复合滑压运行方式经济性较好。

从上述来看,滑压运行的热效率的提高有很多因素,供电煤耗率低于定压运行时,机组采用滑压运行的经济性才能提高,否则,应当采用定压运行。通过热力试验进行比较计算, 可以确定是否采用滑压运行以及滑压运行的负荷区。

二、滑压运行的安全性分析

滑压运行时,高排和汽轮机各级温度基本不变,因而汽轮机零部件温度变化很小,热应力、热变形也变化不大,这不仅提高了机组的安全性,而且也提高了机组对负荷变化的适应能力,可以迅速增减负荷。另外,由于停机前进汽温度基本不变或较高,停机后零部件温度水平很高,能够再次快速启动。

滑压运行时调门处于全开位置(或开度不变),可以保证机组全周进汽,从而改善进汽部分的工作条件,延长高压部件的使用寿命。 锅炉受热面、主蒸汽管道及汽轮机进汽部分,在部分负荷时处于较低的压力下工作,应力较低,改善了上述各部件的工作条件,延长了它们的使用寿命、防止过热爆管。另外,滑压运行还可避免调门在某种特定开度附近动作时引起的蒸汽参数和负荷的波动。

汽包内压力和温度的变化,使与之接触的厚壁部件将受到较大的热应力,汽包的应力问题比定压运行严重,由于蒸汽的放热系统远小于水,饱和温度变化对锅炉汽包的上下温差也将引起变化,如滑压速度过快,对汽包可能产生较大的热应力,成为限制机组负荷变动速度的主要因素。

三、结论

综合以上分析,滑压运行安全性方面优于定压运行方式,在一定条件下经济性也高于定压方式。采用高负荷以定压方式运行、低负荷以纯滑压方式运行的复合方式在经济性上最优。在考虑到汽包对压力变化适应能力差的情况下,可先保持一定的调节汽门节流,在负荷突变时,通过改变汽门开度可以减缓对锅炉运行的冲击,增强滑压运行的灵活性。

作者简介:张峻岭(1976-),男,河南南阳人,内蒙古电力工程技术研究院讲师,工程师,硕士,研究方向:汽轮机调试和相关试验。