汽轮机抽汽调节方式经济性比较及改造论证1.docx
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汽轮机抽汽调节方式经济性比较及改造论证1
NC型210MW汽轮机抽汽调节方式经济性比较及改造论证
1前言
NC型210MW旋转隔板调节抽汽汽轮机是通过旋转隔板主要调节抽汽量和凝汽量的比例来实现的调节抽汽,由于抽汽点后通流面积是按纯凝汽运行时的流量设计的,在低负荷或抽汽量较大时,旋转隔板或抽汽调节汽门会产生很大的节流损失,中压缸的内效率比凝汽式机组的内效率下降20%左右。
2007年12月平东热电公司进行了抽汽工况下的中压缸效率试验,在低负荷下供热时中压缸效率较低并且存在安全隐患,例如在150MW供热126t/h时,中缸效率为83.5%,在120MW供热51t/h流量下为78.89%,其抽汽温度448.5℃,超过抽汽管道设计允许温度,需降低再热汽温度,才能安全运行。
为了保证机组低负荷下安全性和经济性,用压力匹配器代替旋转隔板,实现可调节供汽,改造工作量小,机组本体可以不改变,供热参灵敏稳定,调节范围大,并且提高机组供热安全性和灵活性,年效益300万元,单台投资40-50万元,可以在C级检修中实施,在2-3月内收回投资。
2汽轮机抽汽调节原理及特点
供汽轮机在电负荷变化的一定范围内,保证热负荷从零到最大抽汽量时供汽压力不变,实现抽汽调节有两种方法:
一种是机内调节,在汽轮机本体内部或中部加装旋转隔板或抽汽调节汽门,另一种是机外调节,在热力系统利用压力匹配器实现抽汽的调节。
2.1旋转隔板抽汽调节汽轮机
旋转隔板抽汽调节汽轮机一种在汽轮机中压缸内部加装旋转隔板实现抽汽调节式汽轮机,加装旋转隔板把汽缸分成高压(HP)、低压(LP)两部分,抽汽在旋转隔板前接出,整机以三抽抽汽口为界,分成高、低压两个汽组,通过高压调节阀和低压调节阀相互协调实现调节,故能同时满足热负荷和电负荷的要求。
135MW-600MW级大容量双阀调节抽汽供热机组是先进的调压方式,既保证了抽汽压力、温度和流量等抽汽参数的准确性和稳定性,同时又提高了机组在各种抽汽工况下的经济性。
因为在绝大部分抽汽工况时,通流部分中的调节阀门调节级全开,主要由关小相应抽汽管道上的调节阀门来调节抽汽,在抽汽工况时,保持了机组整个通流部分较高的效率,而仅牺牲了抽汽管道上的部分经济损失,从而提高整个机组的经济性。
2.2 机外调节汽轮机
压力匹配器汽轮机以高压蒸汽作驱动蒸汽,用驱动蒸汽抽吸汽机抽汽达到外供汽压力,在压力匹配器驱动蒸汽进口装有调节阀,以保证出口蒸汽压力不随汽轮机电负荷及外供汽量的变化而改变。
机外调节系统是将电负荷和热负荷分开单独控制。
汽轮机的调节系统以转速为脉冲信号,根据电负荷的大小控制汽轮机调节汽门的开度,而热负荷由压力匹配器驱动蒸汽的调节阀来控制,外供汽量增大,驱动蒸汽调节阀开大,汽轮机抽汽增加,反之,驱动蒸汽调节阀关小,汽轮机抽汽减少。
3、NC210/C140抽凝机组热力特性及经济性分析
3.1设计的抽汽压力抽汽量Dg与汽轮机经济指标的关系
根据汽轮机厂提供的《汽轮机热力特性计算书》,对汽轮机不同抽汽工况中缸效率进行计算,抽汽量由30t/h增加到340t/h,中缸效率下降20个百分点,抽汽量Dg与汽轮机经济指标的关系见表一。
表一:
设计的抽汽压力(0.9807)抽汽量Dg与汽轮机经济指标的关系
项目
主汽流量
(t/h)
电负荷
(kw)
热负荷
(t/h)
抽汽温
(℃)
热耗
(kj/kwh)
中缸效率
(%)
功率损失
(kw)
1
670.0
130328
370.0
406.1
5903.2
70.1
1657.172
2
670.0
137585
340.0
406.2
6211.1
72.87
11127.4
3
670.0
172871
200.0
406.2
6741.6
82.19
3794.91
4
670.0
198804
100.0
406.0
7576.2
86.47
4577.15
5
642.5
200000
60.0
409.8
7836.7
90.37
3464.032
6
670.0
224414
0.0
402.9
8127.1
92.197
0
图一:
抽汽量Dg变化与中压缸效率关系曲线(抽汽压力0.9807Mpa)
图二:
最大进汽量抽汽量变化与不可逆损失关系曲线(设计抽汽压力0.9807Mpa)
3.2、额定抽汽工况汽机组热力特性
NC型汽轮机在供热量(340-370T/H)中缸效率较低,只有70%左右(见表二),在额定抽汽量340t/h,供热压力由0.7845Mpa提高到1.275Mpa,中缸效率由75.28%下降到69.7%,变化5.5个百分点,抽汽温度上升44.7℃,因中压调节级节流损失,发电机出力减少13516kw,并且抽汽压力愈高对整机热力过程影响愈明显,供热抽汽引起的进汽多耗系数就愈大,相应地,联产供热的热耗量就愈高,热电联产的经济效果就愈差,在任何抽汽量(30-370T/H)下均存在一个保证供热的条件下,使机组热耗最佳的供热压力。
由图2可见,抽汽压力0.9807Mpa时,汽轮机在198MW-220MW范围中缸效率基本稳定,大于220MW时中缸热效率和不可逆损失出现拐点,把抽汽压力降低到0.785Mpa,在200MW负荷左右,出现拐点,所以在非采暖工况(抽汽量60-80T/H范围),在保持工业用汽的条件下,供热压力越低机组热耗越低。
表二:
在额定供热量(340t/h)抽汽压力改变时对整机热力过程影响
项
目
主汽流量
(t/h)
电负荷
(kw)
抽汽压力/温度
(Mpa/℃)
热耗
(kj/kwh)
中缸效率
(%)
不可逆损失(kw)
1
670
143202
0.7845/385.9
6098.8
75.2
5396.51
2
670
137585
0.9807/406.2
6211.1
72.87
15214.5
3
670
129686
1.275/430.6
6379.1
69.7
19143.8
3.3额定抽汽和校核抽汽对比分析
额定抽汽和校核抽汽工况,其11级前通流部分及对应回热系统热力参数完全相同,我们更易于分析,抽汽量由200T/H增加到340T/H,造成低压抽汽节流损失增加,中缸效率由82.185%下降到70.1%,同时因小容积流量鼓风造成低压末级损失增加,不可逆损失增加7331.31KW。
表三:
额定抽汽和校核抽汽进行对比分析
项目名称
单位
额定抽汽工况
校核抽汽工况
差异
抽汽量
T/H
200
340
140
发电机输出功率
KW
172871
137585
35286
抽汽导致作功不足
KW
3072.68
9982.01
6909.33
抽汽工况折算机械功率
KW
220595.03
215928.25
4666.78
纯凝工况机械功率能力
KW
224387.918
224387.918
0
不可逆损失
KW
3792.87
11124.19
7331.31
中缸效率
%
82.185
72.87
9.315
3.4、非采暖抽汽工况汽机组热力特性
在汽轮机最大进汽量的条件下,保持供汽量100t/h不变,抽汽压力由0.9807Mpa降到0.78457Mpa,中缸效率上升1.349个百分点,不可逆损失减少1309.72KW,发电煤耗下降0.92g/kwh;在供汽量60t/h时,压力由0.9807Mpa降到0.78457Mpa,中缸效率上升4.38个百分点,不可逆损失减少3598KW,发电煤耗下降3.94g/kwh,抽汽量越小越接近纯凝工况,在非采暖期汽轮机以接近最大电出力带抽汽60-80t/h运行比较经济,抽汽超过100t/h时汽轮机中压缸效率下降较快,见表三,
在低负荷下供热,汽轮机中缸效率非常低,主汽流量419T/H,电负荷120MW带60T/H抽汽,其抽汽温度448.5℃,需降低再热汽温度,才能安全运行,见表五、表六。
表四:
在120MW负荷抽汽量变化与经济指标的关系(抽汽压力0.9807Mpa)
项目
主汽流量
(t/h)
电负荷
热负荷
(t/h)
抽汽温度
(℃)
热耗
(kj/kwh)
中缸效率
(%)
不可逆损失(kw)
1
449.37
120000
100
444.7
7858.2
2
419.70
120000
60
448.5
8265.2
80.22
+10829.79
3
449.19
157509
0
403.4
8186.7
92.25
0
3.5、热力试验验证
2007年12月对机组进行了抽汽工况下的中压缸效率试验数据见表六。
表五:
机组热力试验情况下抽汽工况电负荷与经济指标的关系
项目
主汽流量
(t/h)
电负荷
(kw)
热负荷
(t/h)
抽汽压力/温度
(Mpa/℃)
中缸效率
(%)
备注
1
652.362
197000
76.86
0.811/396.1
91.95
7机
2
546.841
159000
93.63
0.835/411
85.15
7机
3
439.195
130000
51.67
0.864/425.4
79.66
7机
4
696.146
206300
85.03
0.825/390
92.48
6机
5
568.469
152000
126.01
0.825/408
83.49
6机
6
390.053
118500
30.0
0.818/432.0
72.67
6机
图三:
机组抽汽工况热力试验电负荷与中压缸关系曲线
在抽汽量60t/h时,保持抽汽压力0.9807Mpa不变,电负荷由200MW减少到120MW,中缸效率由87.37%下降到80.22%,变化7个百分点,不可逆损失增加10887kw,抽汽温度上升38.7℃,按热平衡图发电热耗计算(数量法)煤耗增加16.01g/KWH,如果按照实际焓降法计算煤耗增加25.06g/KWH,承担抽汽(60-100T/H)的机组不参与调峰。
表六:
在供热量(60t/h)汽轮机电负荷变化与经济指标的关系抽汽压力(0.9807)
项目
主汽
流量
(t/h)
电负荷
(kw)
抽汽温度
(℃)
热耗(kj/kwh)
中缸效率
(%)
不可逆损失(kw)
1
642.45
200000
0.9807/409.8
7836.7
87.37
+4079.0
2
504.10
150000
0.9807/431
8091.3
82.69
+13236.38
3
419.7
120000
0.9807/448.
8265.2
80.22
+17000
表七:
纯凝工况下不同电负荷与经济指标的关系
项目
主汽
流量
(t/h)
电负荷
(kw)
抽汽温度
(℃)
热耗(kj/kwh)
中缸效率
(%)
备注
1
670
224414
402.9
8127.1
92.197
VWO
2
622
21000
403.
8151
92.25
THA
3
509.15
174685
403.2
8239.6
92.25
2VWO
4
449.
157509
403.4
8186
92.25
75%THA
5
298
105002
404.5
8461
92.25
50%THA
6
240
84000
405.
8651
92.3
40%THA
NC型汽轮机在纯凝工况下,电负荷由210MW减少到130MW,在试验的条件下,中缸效率基本不变,三抽汽温度基本不变,煤耗上升15.82g/KWH;相比在60T/H的抽汽工况,电负荷由210MW减少到130MW,在试验的条件下,中压缸通流效率由90.97%下降79.66%,三抽汽温度由396.1℃上升到435.6℃,温度上升39.5℃,用实际焓降法计算,电负荷由200MW减少到130MW发电煤耗上升22.77g/KWH;例如:
在两台机组运行,其中一台机组带60T/H抽汽量供热,是选择纯凝工况还是选择抽汽工况的机组调峰80MW电负荷,机组煤耗水平相差6.94g/KWH,所以在抽汽量(60-100T/H)范围内,在机组设备允许的条件下,由一台机组在汽轮机最大的进汽量下运行,承担热电负荷,相当于以热定电,余下的电负荷由纯凝工况的机组承单,参与电网调峰。
4、供热工况汽轮机整机及中压缸效率分析
4.1、供热工况的汽轮机整机机械损失计算
机组抽汽供热后会直接减小机组发电量,抽汽导致作功不足,同时汽轮机低压调节级及12-15级的效率(中压效率)影响较大,并且低压缸进汽量小于200吨/小时,末级鼓风
损失增加较大。
最大抽汽工况(Pg=0.9807Mpa,Q=370t/h,NO=130328Kw)为例进行计算。
Hb=(hc-hn)Q…………………………………
(1)
式中:
Hb为单位抽汽供热量作功不足,kW;Q为抽汽量,kg/s;hh为供热抽汽焓,kJ/kg;
hc为低压缸排汽焓,kJ/kg。
Hb=(hh-hc)Q
=(3277.0-2496.6)*(370/3.6)*ηg
=79085.90KW
抽汽对发电机功率的影响为:
ΔN发=ΔHb×ηmηg,式中:
ηm为机械效率,取98.5%;
ηg为电机效率,取98.5%,因汽轮机机械功率损失在定速后为固定的1250KW,抽汽工况下不再计算。
N0=Hb+N……………………………………….
(2)
=79085.90+130328
=209413.935KW
式中:
N0为抽汽工况折算机械功率,N为抽汽工况发电机实际输出电功率;
△N=N0-Nn
式中:
△N为汽轮机机械功率损失,Nn为纯凝工况机械功率
△N=209413.935-224628.44
=-15214.54KW其它抽汽工况计算结果见下表十。
表八:
供热工况汽轮机机械功率损失计算表
序号
工况
N0
T
P
Hc
hn
Nn
△N
1
30/118000
126041
451
0.9807
3371
2406
136754
-10712
2
30//224187
224188
403.4
0.9807
3272
2410
224414
-227
3
60/120000
134524
448.5
0.9807
3368
2481
144976
-10451
4
60/120000
134133
429.3
0.785
3329
2481
140934
-7045
5
60/150000
164461
431.9
0.9807
3333
2450
177972
-13510
6
60/150000
163828
412.1
0.785
3293
2450
173307
-9478.9
7
60/200000
214342
409.8
0.9807
3286
2412
218667
-4324
8
60/200000
213897.
391.0
0.7845
3250
2403
212240
+1657
9
100/120000
142662.
422.9
0.7845
3316
2486
150067
-7404
10
100/120000
142801.
425.4
0.8070
3321
2485
150676
-7874
11
100/150000
171522
409.4
0.8070
3282
2450
183147
-11624
12
100/150000
171388
406.8
0.7845
3282
2450
182629
-11241
13
100/198804
222482.
406.0
0.9807
3278
2412
227059.8
-4577.1
14
100/200000
222595
385.4
0.7845
3237.
2411
222802.4
-207
15
150/120000
152865
415.6
0.7845
3301
2499
167283
-14417
16
150/120000
153074.
418.1
0.807
3306
2499
167915
-14840
17
150/150000
183710
403.5
0.807
3250
2403.
194006
-10295
18
150/15000
183513
400.9
0.7845
3270
2452.
193412
-9898.9
19
200/172871
220595.
406.2
0.9807
3278
2406
224387.9
-3792
20
340/143202
215928.
385.9
0.7854
3238
2456
221324
-5396
21
340/137585
213263
406,2
0.9807
3278
2465
224387.9
-11124
22
340/129686
208831
430.6
1.275
3326
2475
227975
-19143.
23
370/130328
209413
406.1
0.9807
3278
2497
224628
-15214
4.2、供热工况的汽轮机中压缸机械损失计算
NC210MW汽轮机通过旋转隔板调节级调节,维持抽汽压力不变,因节流造成效率下降较多,并且中压调节级前后级组效率下降(在中缸效率中考虑重热利用),抽汽导致作功不足,减小机组发电量,除在190MW以外,在汽轮机最大进汽量条件下,在高热负荷时压降大,高电负荷时虽然压降小但是主汽流量较大等工况中缸效率下降明显,以额定抽汽工况(Pg=0.9807Mpa,Q=340t/h,NO=137585Kw)为例进行计算,其他工况见下表十三。
⊿∑N=(hm-hn)Q*(η纯凝-η抽汽)……………………(3)
式中:
⊿∑N为中压缸效率下降造成作功不足,kW;Q为抽汽量,kg/s;(h—hn)为机组有效热降,kJ/kg。
∑13N=(hm-hn)Q*(η纯凝-η抽汽)……………………(4)
=(3540.3-3315.02)*(558.0/3.6)*(0.9053-0.8763)
+(3315.02-3282.9)*(170.1/3.6)*(0.9028-0.4948)
+(3282.9-2912.1)*(156.9/3.6)*(0.9193-0.8925)
=1179.488+4518.76+174.62
=5872.87
表九:
NC210MW抽汽工况中缸效率机械功率损失计算表
项目
电负荷
抽汽量
抽汽
压力
低压调节流量
主蒸汽
流量
级组1
效率
中调
效率
级组3效率
中缸
效率
中缸功
率损失
1
137.59
340.0
0.9807
153.02
670.00
87.63
49.48
89.25
72.87
5872.87
2
143.202
340.0
0.7845
153.05
670.00
86.69
50.93
89.20
75.28
5929.65
3
129.686
340.0
1.275
152.59
670.00
87.5
48.169
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277.
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