汽轮机组运行优化的理论研究Word下载.docx

汽轮机组运行优化的理论研究Word下载.docx

《汽轮机组运行优化的理论研究Word下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《汽轮机组运行优化的理论研究Word下载.docx（45页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

在新的形势下，电力工业的发展由过去的“速度型”、“粗放型”向“质量型”、“集约型”转变，和美国、欧洲、日本等一些发达国家相比，我国的电力成本较高，而且浪费很大，这不仅影响一次能源的节约、电力的可持续发展，而且导致电价偏高，不利于其他行业生产成本下降及经济的发展。

因此电力企业需要寻找降低成本的种种办法，提高机组的经济性，才会对汽轮机提出优化。

1.2国内外研究现状国内外研究现状火电厂优化运行方面前人已作过大量研究，积累了许多宝贵经验。

早在二十世纪八十年代，有关汽轮机运行的科技书籍中便可看到有关汽轮机组经济运行的内容，其中大多谈到凝汽器最佳真空和汽轮机负荷经济分配的问题，但都没有进一步涉及如何进行优化的问题。

伴随着高精度测试仪器、仪表的应用与数据采集系统的普及，以及运算程序的不断完善，用试验方法来测定机组经济性能变的快速、精确、直观。

越来越多的科研单位和电厂采用优化试验的方法对机组进行优化。

笔者所在的新疆农六师电厂针对一期350MW汽轮发电机组的热力性能特点，使用了一种性能监测系统，该系统选用常规测点作为机组性能监测的基本数据，采用了易于评价机组性能和指导运行调整的性能分析方法。

现场运行情况反应，整个系统的设计和实施是合理的，对现场的机组运行发挥了起了重要作用。

1.3论文的主要内容论文的主要内容一、汽轮机组的安全性和经济性是电厂最重要的两个课题，论文从安全性和经济性出发，通过理论分析，提出汽轮机组运行优化的必要性；

二、对部分进汽方式运行方式优化。

论文着眼于新疆农六师电厂二期汽轮机组的单机运行优化，通过部分进汽方式下定滑压试验，找出定滑压压力分界点，确定部分进汽时的定滑压经济运行曲线。

比较不同压力下的热耗率。

进行汽轮机定、滑压运行的试验研究，目的在于深入了解机组变负荷工况下的内在特性变化规律，并以此为依据，监测其能耗经济性，选择最佳运行方式。

三、对全周进汽运行方式优化。

从经济性考虑，常规的定、滑压运行的试验研究往往着力于部分进汽方式的研究，但机组被迫全周进汽的情况也不少见，这种非常规运行方式如果仍然采用部分进汽的优化曲线，将导致较大的经济损失，并带来设备以后运行安全隐患。

论文研究新疆农六师电厂二期两台机组因为调门故障、机组振动偏大等重大缺陷短期无法解决，机组可能被迫较长时间运行在全周进汽方式下的运行优化，从中找出这种特殊工况下的运行优化曲线。

本次优化试验涵盖部分进汽与全周进汽，将定、滑压运行的试验研究全面完善，正是考虑到这种特殊运行方式。

1.4新疆农六师电厂设备简介（规范详见附录）新疆农六师电厂设备简介（规范详见附录）1.4.1设备简介设备简介新疆农六师电厂二期工程两台350MW燃煤机组由美国通用电气集团供货。

美国通用电气公司供应汽轮发电机组；

美国巴布柯克威尔科克斯公司供应锅炉及其配套辅机。

主汽轮机为一次中间再热、亚临界、单轴、双缸、双排汽、冲动凝汽式汽轮机，型号：

D5TC2F42，最大连续出力371MW，额定主蒸汽压力为16.67MPa，温度为538，额定再熟蒸汽压力为3.67MPa，温度为538。

经济出力时蒸汽流量1072th。

汽轮机的给水回热系统采用八级抽汽回热，八级抽汽分别送到四台U型管表面卧式低压加热器、三台U型管表面卧式高压加热器和一台卧式喷雾淋水盘式除氧器。

高加和低加均由PosterWheller制造。

给水系统配有两台50容量的汽动给水泵和一台30%容量的电动给水泵。

给水泵由SULZER提供，汽动给水泵为5级卧式双壳离心泵，型号为IIPT2002320-5S28。

电动给水泵为6级卧式双壳离心泵，型号为IPTl50260-6S26，并配有日立6SS42-CS45液力偶合器。

两台驱动锅炉给水泵的小汽轮机由GE提供，型号为DEF-732型的单缸双汽源、冲动凝器式汽轮机，小汽机与主机合用同一轴封系统和凝汽器。

小汽机在两种汽源下运行：

低压蒸汽来自四级抽汽和辅汽，供汽轮机正常运行，高压汽源来自主蒸汽，在小汽机启动和主汽轮机低负荷或者甩负荷时使用。

真空系统冷凝器为双通道双流程分隔式表面冷凝式凝汽器，#l低加位于冷凝器喉部，并配有WAS胶球清洗系统。

两台SULZER制造的全容量的循环水泵为叶片不可调的定速、立式混流泵，流量23000mh（额定），扬程15.2mH20。

循环水泵入口水室前有粗拦污栅和旋转滤网。

汽轮机汽缸采用高中压缸合缸，高压缸采用双层缸，中压缸为单层缸。

高压部分为一级调节级和8级压力级组成，中压部分有7级压力级，低压由62级压力级组成，低压末级叶片长度为1067m，高中压转子均无中心孔。

第二章汽轮机组运行优化的理论研究第二章汽轮机组运行优化的理论研究汽轮机在低负荷运行时采用不同运行方式，对热经济性将产生影响。

这些影响因素不仅与锅炉、汽轮机及其系统、给水泵、凝汽器等各主要辅机的型式、设计参数有关，还与负荷、设备状态等有关。

这些因素之间又环环相扣，紧密联系在一起。

因此在分析机组低负荷时的经济运行方式时，应综合考虑这些因素，否则会得出片面结论。

新疆农六师电厂四台亚临界机组，采用的是复合滑压运行方式，是一种变压运行与定压运行相结合的运行方式。

2.1汽轮机几种运行方式汽轮机几种运行方式对于单元制机组，通常汽轮机的运行方式有滑压运行和定压运行两种模式。

滑压运行是指汽轮机组在主汽温度和调速汽门开度保持不变的条件下，通过主汽压力的变化来控制机组负荷的升降。

定压运行是指汽轮机组在新蒸汽压力、温度保持不变的情况下，通过调节调速汽门开度来进行汽轮机组负荷的调节。

2.1.1定压运行负荷调节的方式定压运行负荷调节的方式定压运行负荷调节方式主要有两种：

节流调节和喷嘴调节。

节流调节是调节汽阀同时开启或关闭进行机组负荷调节的方式。

采用节流调节时，所有进入汽轮机的蒸汽都经过一个或几个同时启闭的节流阀，然后流向第一级喷嘴。

这种调节方式主要通过改变调节阀开度对主蒸汽进行节流，改变进汽压力，使主蒸汽流量及可用焓降改变，从而适应外界负荷的变动。

节流调节是全周进汽，与部分进汽相比，它使调节级承受的负荷变化缓慢，同时使这级叶片承受到较高的温度，这有利于叶片转子接触面上的机械负荷的分配随时间达到均匀。

使汽缸在进汽段温度均匀，减小汽缸体内的热应力和因温度不均匀引起的翘曲。

定压节流调节方式由于其在低负荷时节流损失较大，故一般在过去的小机组上采用的比较多，在大容量汽轮机组上，已经不采用这种运行方式了。

但由于其在满负荷运行时节流损失最小，效率最高，而且可以不采用调节级，避免了解决调节级强度的问题，采用这种运行方式的机组适合于带基本负荷，不参加电网的调频与调峰。

喷嘴调节是汽轮机组各调速汽门依次开启，通过改变主蒸汽流量进行机组负荷调节的方式。

采用喷嘴调节时，汽轮机进汽量通过若干个依次开启的调速汽门来控制，各调速汽门分别控制一组调节级的喷嘴，即部分进汽。

在各种工况下，主汽门均处于全开位置，而各调速汽门随负荷的增减依次开启。

这样，在部分负荷时，只有未开足的那一个调速汽门有节流损失，而其它几个全开的调速汽门则没有节流损失。

所以，采用喷嘴调节的机组在低负荷时其内效率仍旧可以保持一定的水平。

综上所述，节流调节的优势在于机组启动和较低负荷时喷嘴受热均匀，在低负荷时，温度变化小。

但由于节流损失较大，循环效率低，运行经济性较喷嘴调节差。

2.1.2滑压运行滑压运行滑压运行可分为三种方式：

全滑压运行方式、复合滑压运行方式和节流滑压运行方式。

2.1.2.1全滑压运行汽轮机滑压运行时，调门全开，负荷变化全都由锅炉压力来控制，这种方式根据负荷大小来调节进入锅炉的燃料量、给水量和空气量，使锅炉出口汽压和流量随负荷升降而升降，但出口汽温保持不变。

由于纯变压运行时，调节汽门一直完全大开，为了防止结垢卡涩，需要定期手动调节汽门，有时会造成调节系统过开，动作时间常数增大，甩负荷时有超速的危险。

因此已很少采用。

2.1.2.2复合滑压运行方式又称混合变压运行。

在这种运行方式中，汽轮机采用喷嘴调节，高负荷区域内进行定压喷嘴调节，用启闭调门来调节负荷。

较低负荷区域内，仅全关最后一个、两个或三个调门，进行滑压运行，负荷急剧增减时，可启闭调门进行应急调节。

在滑压运行的最低点负荷之下又进行负荷水平较低的定压运行。

由于只有在高负荷或低负荷区域内采用定压运行，此时只有一个调节汽门处于节流状态，故热经济性在整个负荷范围内比较高。

为了满足电网调节灵活性和经济性的需要。

近年来，几乎1000MW以下的各种容量的机组都采用了复合滑压运行方式。

2.1.2.3节流变压运行为了弥补纯变压运行时负荷调整速度缓慢的缺点，节流变压运行理论产生了，它在正常运行情况下，调节汽门不全开，对主蒸汽压力保持一定的节流。

当负荷突然增大时，汽轮机原先未开大的调节汽门迅速全开，以满足陡然加负荷的需要。

此后，随锅炉蒸汽压力的升高，汽轮机调节汽门又重新关小，回到原滑压运行的调节汽门开度。

显然这种方式下由于调速汽门经常处于节流状态，存在一定的节流损失，降低了机组的经济性。

2.2定、滑压运行经济性与安全性比较定、滑压运行经济性与安全性比较2.2.1定滑压运行经济性比较定滑压运行经济性比较2.2.1.1相对内效率的比较从热力循环的角度来分析，影响单元机组运行经济性的主要因素有循环的熟效率和汽轮机的相对内效率。

若机组循环的各项不可逆损失较小，则机组循环的效率较高；

若循环的各项参数接近或达到设计值，参数变化对机组经济性的影响减小，此时机组运行相对内效率较高。

汽轮机滑压运行时，调速汽门全开或保持较大的开度，相对于定压运行节流损失较小，理论和实践上都己证明：

滑压运行时高压缸各级容积流量、理想焓降和温度随负荷变化很小，各级速比仍能保持在最佳区域内，因而各级内效率不受负荷变化的影响。

可见，部分负荷时滑压运行机组较定压运行高压缸相对内效率高。

但是，滑压运行时新蒸汽参数会降低，这使通过汽轮机时的膨胀过程线向熵增加的一侧移动，从而增加了排汽的焓。

定压运行时，新蒸汽保持额定参数，循环热效率不受负荷变化的影响，随着负荷的降低，调速汽门开度逐渐减小，进汽节流损失变大；

此外，机组在部分负荷下调节级速比偏离最佳设计值，高压缸效率下降，导致机组相对内效率降低。

机组经济性下降。

图2-1是新疆农六师电厂350MW机组定压运行时高压缸效率的变化曲线。

由图2-1可知，当负荷由350MW降至240MW时，高压缸效率约下降了16个百分点。

图2-1定压运行时高压缸效率变化曲线2.2.2定滑压运行安全性比较定滑压运行安全性比较滑压运行汽轮机，当负荷变化时，因新汽温度不变，高压缸各级的汽温几乎不变，温度变化最大的高压缸捧汽温度的变化值也很小，这就大大减小了汽轮机各部件由于温度变化所产生的热应力和胀差变化所带来的危害，因而可提高负荷响应速度、缩短启动时间。

定压运行汽轮机，当负荷变化时，汽轮机内各级汽温都发生了变化，调节级温度的变化尤为明显。

温度剧变将缩短转子汽缸寿命，对转子、汽缸的热应力和相对膨胀有不利影响，从安全性考虑使汽轮机负荷的变化速率受到限制。

汽轮机滑压运行，由于湿度的降低，不但提高了末级效率，而且减少了对末级叶片的冲蚀作用。

此外，部分负荷时新汽压力降低，使得与新汽接触的零件应力降低，蠕变速度降低，提高了运行的安全性并延长了末级叶片等其它部件的使用寿命。

而且，滑压运行的汽轮机组若配备调速给水泵运行，可以降低给水管道和高压加热器所承受的最高压力，从而提高给水系统的可靠性。

由于滑压运行时，中压抽汽的汽压，因负荷的降低而降低，汽动给水泵的功率也随之降低，因此，在负荷较低的情况下，汽动给水泵可以继续运行而无需切换汽源。

从以上分析，可以看出：

滑压运行在安全性上优于定压运行。

2.2.2.1循环热效率的比较机组在低负荷运行时，若仍采用定压运行方式，此时汽轮机相对内效率会随负荷降著下降。

而采用滑压运行方式时，进汽节流损失小，主蒸汽容积流量基本不变，漏汽损失、湿汽损失均较小，负荷基本保持不变时，汽轮机相对内效率较定压运行有较大提高；

另一方面，采用滑压运行方式时，由于主汽压力的降低，降低了热力循环的初参数，使循环热效率低：

所以只有在汽轮机相对内效率的提高所带来的效益大于循环热效率降低的影响时，单元机组滑压运行汽轮机的绝对内效率才有可能提高。

也就是说，滑压运行的初参数选择必然有一个最佳值，使机组在不同负荷下都能保持有较高的经济性。

滑压运行机组在部分负荷下的锅炉平均吸热温度随吸热压力下降而下降，而冷源平温度基本不变，从而使其理想循环效率低于定压运行机组的理想循环效率。

2.2.2.2给水泵耗功的比较在大功率机组中，随着蒸汽参数的提高，给水泵功耗占主机的比重也越来越大。

例如，300机组驱动给水泵功率约为1012MW。

特别是对于采用电动给水泵的机组，其功耗占据了的相当一部分。

在定压运行时，锅炉出口压力是不变的，随着负荷的下降，管道及锅炉本体阻力成平方比减小，但所减小的阻力占总压力的比例是不大的。

而在变压运行时，锅炉出口压力随负荷下降而下降，管道与锅炉本体阻力的减小，在汽侧按直线关系下降，在水侧按平方关系下降，与定压运行相比，给水泵节省很多功耗。

但需说明的是，只有利用变速给水泵后有此项收益，否则节省的功耗将被给水调节阀的节流所消耗。

2.3全周进汽中机组经济运行的理论分析全周进汽中机组经济运行的理论分析整机热效率可表示为式2-l：

=btpcme式2-l其中：

t=th式2-2式中：

b-锅炉效率，：

t-汽机内效率，：

p-管道效率，：

c-循环热效率，：

m-机械效率，：

e-发电机效率，：

th-高压调门节流效率，：

nc-调门全开下的汽机内效率，。

当机组工况（负荷、主蒸汽压力）发生变化时，管道效率、机械效率、发电机效率和锅炉效率的变动幅度均较小，故假设机组工况变动时管道效率、机械效率、发电机效率和锅炉效率近似不变。

因此，工况变化时，整机热效率的变化主要取决于汽机内效率和循环热效率的变化。

对再热机组来说，中压调节汽门在各工况下均保持全开，工况变化时再热蒸汽参数变化不大，故中、低压缸的内效率基本保持不变。

则汽机内效率的变化主要在由于高压调门节流引起的高压缸内效率变化（调门全开下的汽机内效率视为常数）。

由朗肯循环效率理论可知，当工况变化引起初参数变化时，循环热效率也将发生变化。

由上述理论可将式2-1和式2-2变化为：

=Kcth式2-3式2-3中：

K-取常数；

机组在全周进汽方式下运行时，如果此时仍以部分进汽方式下运行的主参数来运行，有利于循环热效率e的保证，但同时由于高压调门开度较小导致的节流损失就较大，节流效率th会明显下降。

如果降低主蒸汽压力运行时，循环热效率c会下降，且此时高压调门开度会相对增大，节流效率th会提高35。

由此可知，如果机组在合适的主蒸汽压力下运行时，当th的上升幅度超过e的下降幅度时，可使整机热效率提高，也就是说c和th存在着最佳值使得整机热效率最商。

从额定负荷到低负荷，尽管机组整机热效率呈下降趋势，如果高压调门保持一定的开度，使主蒸汽压力能在最佳值下运行，则机组整机热效率在该负荷下能达到一个最优值。

机组滑压运行可以使汽动给水泵的耗功减少，小汽机进汽量相应减少，整机出力将得到增加，机组经济性也将获得好处。

但机组在滑压运行的同时会由于冷再热蒸汽温度的升高，而有可能导致热再热蒸汽事故喷水最的增大。

2.4亚临界汽轮机组调门寻优分析亚临界汽轮机组调门寻优分析和定压运行相比，亚临界汽轮机组在部分负荷下所有调门全开的纯滑压运行并不一定最经济。

选择部分调门全开的滑压方式在一定程度上兼有调门节流损失较小和进汽参数高的优点，可能是最好的。

根据汽轮机原理和调门的流量特性，在负荷不变时，随着主汽压力的降低，汽轮机热耗的变化呈波浪型，各阀点位置都在谷底，是相对较好的，最优位置肯定是各阀点位置和定压位置当中之一。

由于调门较多，需要通过试验，确定各负荷下最好的阀点位置，因此，调门寻优试验中，应联合使用负荷与阀位基准，这样可以避免寻找最优主汽压力的各种缺陷，找到真正的最优点。

第三章两种进汽方式下运行优化研究第三章两种进汽方式下运行优化研究汽轮机是火力发电厂的主要热力设备之一，它的运行经济性对全厂经济性起着重要作用。

因此，保证汽轮机组的经济运行是火力发电厂所有运行人员与技术人员的重要的职责。

3.1运行优化研究试验方法运行优化研究试验方法3.1.1试验标准及基准试验标准及基准部分进汽与全周进汽两种方式下的定滑压运行试验均依据美国机械工程师协会ASMEPTC61996汽轮机性能试验规程中简化试验要求进行。

水和水蒸汽性质：

国际公式化委员会1967年工业用IFC方程。

试验基准：

负荷基准。

3.1.2试验条件试验条件机组设备条件：

汽轮机、锅炉及辅助设备运行正常、稳定、无异常泄漏：

轴封系统运行良好；

真空严密性符合要求。

为确保试验精度及对照性，所有试验应放在同一机组进行，本试验选择新疆农六师电厂#4机组为研究对象。

系统条件：

热力系统严格按照设计热平衡图所规定的热力循环运行并保持稳定；

系统隔离符合试验要求，热力系统无异常泄漏。

运行条件：

尽可能将汽轮机运行参数调整到试验要求值并保持稳定；

除氧器水箱水位或凝汽器热井水位保持稳定，无较大的波动；

各高压、低压加热器水位正常、稳定；

尽可能在同一班次运行人员值班期间完成试验，以期减少运行人员变动导致的变工况扰动过大或运行操作习惯的不同对试验的影响。

3.1.3试验步骤试验步骤l、按照系统隔离清单对机组热力系统进行隔离操作，并进行检查，确认。

机组采用单元制方式运行，与外界隔绝任何汽水联系，系统符合试验要求。

2、试验开始前，4号机辅汽由邻机供给，暖风器疏水在每天开始试验前切至定扩，每天试验结束后切换至凝汽器；

每天早班6点进行炉膛及空预器全面吹灰。

将除氧器水箱、凝汽器热井补水至较高水位，以维持试验进行中不向系统内补水。

试验期间，控制水位稳定变化，避免水位出现剧烈波动的情况。

不投再热减温水：

尽量少投过热器减温水，且保持过热减温水流量在试验期间稳定，无较大的波动。

3、调整机组负荷至试验要求值，按部分进汽方式（PA）、全周进汽方式（FA）分两次单独试验。

4、调整机组运行参数，维持稳定使偏差及波动值符合试验规程要求。

尽量保持主汽压力稳定，避免高压主汽调节阀波动。

5、系统和设备正常运行且参数稳定后，按规定时间统一开始采集数据。

6、在试验过程中，除影响机组安全的因素外，不得进行与试验无关的操作。

试验期间停止向系统外排污、排水以及化学取样等。

7、每一工况试验持续时间为1小时。

IMP数据采集系统和DC90数据采集系统的记录频率为20秒，人工记录数据频率为5分钟。

8、试验结束，由试验负责人汇总试验采集数据及人工记录数据，并确认有效。

9、在试验进行期间，如发生任何危及机组安全运行的情况，应立即停止试验，由运行人员按规程进行相关操作。

3.1.4试验工况点的确定试验工况点的确定确定在哪几个负荷工况点下进行试验是熟力试验前的一项重要工作。

在一般情况下，试验负荷应选择在几个调速汽门的全阀点。

所谓全阀点是指下一个汽门即将开启的那个点。

为此，应在试验前的日常运行中注意各个调速汽门全阀点的负荷值，做好记录。

也可以根据试验目的和调节机构型式这两方面因素来选择试验负荷点。

3.2部分进汽下定滑压运行优化试验研究部分进汽下定滑压运行优化试验研究对试验数据进行整理，对选取的稳定数据段的数据进行处理，得到试验机组在部分进汽方式350MW、280MW、245MW和175MW负荷下各工况的定滑压经济性对照表，如表3-3至表3-7所示。

3.2.1额定额定350MW负荷定滑压试验经济性分析负荷定滑压试验经济性分析表3-3机组350MW负荷定压试验结果试验工况单位定压工况1定压工况2试验调阀开度100/100/80/20100/100/70/12发电机功率KW350163.6350021.8主蒸汽压力MPa16.65916.669主蒸汽温度537.03537.13主蒸汽流量t/h117.081150.46冷再热压力MPa4.2134.105冷再热温度342.6339.55热再热蒸汽压力MPa3.9883.886热再热蒸汽温度542.6536.01中压缸排汽压力MPa0.7850.767背压KPa9.856.97系统不明泄漏率0.390.38高压缸效率82.882.45中压缸效率91.7291.68试验热耗率KJ/（kwh）8350.18164.6修正后热耗率KJ/（kwh）8056.58063.6修正后电功率KW360170.2353452.4从表3-3数据可以看出,350MW负荷下,（两个值取平均值）4号机组热耗率为8060.1kJ（kwh），较设计值7795.8kJ（kwh）高出264.3kJ（kwh）。

机组高压缸效率为82.63，中压缸效率为91.7，分别比设计值85.67，92.42大约低3.04和0.72个百分点。

3.2.2280MW负荷定滑压试验经济性分析负荷定滑压试验经济性分析从表3-4280MW负荷定滑压试