300MW机组进行原则性热力系统计算解读.docx
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300MW机组进行原则性热力系统计算解读
摘要
针对某大型机组利用再热蒸汽喷水减温的不正常运行方式,本文对300MW机组进行原则性热力系统计算,定量分析了该调温方式使机组主要热经济指标的降低幅度,分析了再热蒸汽喷水减温对机组运行的重要性。
机组定负荷稳定运行工况下的再热蒸汽喷水,改变了系统中工质总量,使系统各计算点上工质焓降发生了变化(各级抽汽量发生变化),汽轮机高、中压缸和低压缸发电功率进行了重新分配,系统热经济指标(热耗率、绝对电效率、系统热耗率、标准煤耗率等)都发生相应的变化。
本文选取了5个再热蒸汽喷水量(0、5、10、15、25)t/h变化工况点进行了计算,获得了系统各项热经济指标及再热蒸汽喷水量变化时的变化量并验证了其线性变化规律,从而得出采用喷水减温对再热蒸汽进行调节将使机组的热经济性受到了影响。
关键词:
再热机组;热力系统计算;再热蒸汽;喷水减温;效率;热经济性
1.前言
喷水减温是将水直接喷入过热蒸汽中,水被加热,汽化和过热,吸收蒸汽中的热量,达到调节汽温的目的。
喷水减温是直接接触式热交换,惯性小,调节灵敏,易于自动化,加上其结构简单,因此在电站锅炉普遍采用。
而表面式减温器由于结构复杂,调温惯性大,只在给水品质要求低的小型锅炉中采用。
再热器不宜采用喷水减温,因为会使电厂的循环热效率降低。
喷入再热器的水在低压下被加热汽化和过热,仅在气轮机的中低压缸中做功,犹如附加了一个中压循环系统,中压循环效率降低,因此将整个系统的循环热效率降低。
对一般超高压机组,再热器每喷水1%,将使循环热效率降低0.1%~0.2%。
一般喷水减温只作为再热器事故喷水减温装置,在少数情况下也将喷水减温的方法与其他调温方法相配合,作为再热汽温的微调方法。
对再热蒸汽喷水减温这一不合理调整方法很少有人进行较精确的定量分析。
为弄清此类不正常的运行调温方式对机组各项热经济指标的影响程度和再热蒸汽喷水量大小对机组经济性影响的变化规律,拟对300MW功率下机组再热蒸汽喷水0t/h、5t/h、10t/h、15t/h、25t/h工况下的原则性热力系统进行对比计算,从中找出再热蒸汽喷水量与机组热经济性变化之间的客观规律,并对机组热经济性的改善和提高提出合理化建议与分析。
为排除外扰对系统产生的干扰,计算在定负荷300MW稳定运行工况下进行。
再热蒸汽喷水减温,属于系统内人为的小水流内扰现象。
严格地讲,任何内扰都会使系统各计算点上热力学参数发生变化,从而改变了系统的热经济性。
精确确定内扰对各计算点上热力学参数变化量是十分困难的。
当内扰动量变化较小时,系统各计算点上热力学参数变化不大;在再热蒸汽喷水量小于耗汽量的4%情况下,认为各计算点上热力学参数不变,由此而引起的计算误差很小,使计算的困难大大降低。
计算按原则性热力系统(如图1-1)进行。
所有原始数据来源于机组设计资料,计算归纳整理出各计算点的汽水参数后,依此求取各级抽气量、再热蒸汽流量、汽轮机低压缸排汽量和汽轮机的汽耗量,最后对热力系统因再热蒸汽喷水所引起的热经济性变化幅度给出定量分析。
2.汽轮机概况
2.1 机组概况
本计算选取东方汽轮机厂生产的汽轮机组,型号为N300-16.7/537/537-2型亚临界一次中间再热单轴双缸两排汽、冷凝式机组,其额定功率为300MW,对应的额定参数下的蒸汽流量约为935t/h,根据机、炉、电的协调,汽轮机可最大发连续功率为330MW,其对应的蒸汽流量约为1025t/h。
如果这时锅炉尚具有5%的超压能力,汽轮机可再增加约为5%的出力,称为VWO+5%工况或强度限制工况。
能否达到上述的数值,还要取决于电机和辅机系统等允许的最大出力。
汽轮机的本体部分,采用高中压合缸结构,汽缸的上下半部,都为整体铸件,汽轮机的高中压的高压部分具有内缸,为双层缸结构。
高压部分有1个调节级及9个压力级(共10级),而中压侧有6个压力级。
高压缸配汽方式采用喷嘴调节。
调节级叶片选用引进西屋技术的三联叶片,叶根为插入式,有三个销钉固定。
该叶片曾用于美国西屋公司600MW机组,能适应负荷的频繁变化,具有很高的可靠性。
其余高压级及中压级叶片都取用了效率高的加宽型扭曲叶片,高压缸叶片采用“T”型叶根,中压缸1~5级叶片采用双“T”叶根,第6级菌型叶根,增加了叶根强度的可靠性。
所有隔板全部采用了焊接结构,其汽道为带宽窄静叶片的分流叶栅,具有效率高,隔板刚性好的特点,这些新技术已被国外一
些著名汽轮机厂所采用。
引人注目的低压缸,是汽轮机的关键所在,经过慎重考虑,全部采用美国GE公司的技术。
汽缸为双层焊接缸结构,上下共分为六块,以便于运输。
低压转子为整锻(转子直径1670mm),通流部分的尺寸也和CE技术一样,低压2×6级,叶片的高度依次为89、120、183、321、492、851mm。
这样的低压缸在世界上已有数百台在运行,实践证明,它具有很高的效率,极高的安全可靠性能和很好的负荷适应能力。
全机共有八段非调整抽汽,送到相应的三台高压加热器,一台除氧器和四台低压加热器中去,以加热给水。
疏水逐级自流,高加疏水到除氧器,低加疏水至冷凝器,本机不设疏水泵。
除氧器为混合式加热器,各高压加热器和低压加热器均为表面式。
各高低压加热器均设有疏水冷却段。
各高压加热器同时设有过热蒸汽冷却段。
该机组的原则性热力系统图如图1-1所示。
机组的新蒸汽先后经过主汽门,调速汽门进入汽轮机。
新蒸汽是通过导汽管进入上下缸的,每根导管和喷嘴室之间采用滑动连接,这将有利于在温度变化时,使可能产生的热应力减到最低值。
新蒸汽在高压部分作功后,通过外缸下部两个分开的排汽口进入再热器。
蒸汽再热后,通过再热管道和中联门进入中压缸继续作功,蒸汽通过中压叶栅作功后,经过联通管进入低压汽缸,蒸汽在低压缸中部进入,向两边分流,通过叶栅作功后,在尾部排入凝汽器,形成对称分流式低压缸。
本机组是按积木块设计原则设计的。
所谓积木块设计是制造单位根据市场预测和产品发展需要预先设计成的定型结构。
它可以在一定参数范围内,满足不同功率的要求,以适应不同容量和不同规格的机组。
因此积木块原则设计的产品有较大的系列化和通用化程度,可缩短产品的生产周期,将降低成本,增加安全可靠性。
本机组能适应调峰运行,负荷为50%~100%额定负荷或作两班制运行,周末停机。
热态启动时,机组能满足快速增减负荷的要求,在机组本体结构和调节系统的设计中都已充分考虑到这样需要。
2.2 机组的主要技术参数
型号:
N300MW-16.7/537/537-2型
型式:
亚临界中间再热两缸两排汽凝汽式汽轮机
额定功率(经济功率):
300MW
最大连续功率:
330MW
新蒸汽参数:
新蒸汽压力p0=16.7MPa新蒸汽温度t0=537℃
再热蒸汽参数:
高压缸排汽prh=3.71MPa,trh=321℃
中压缸进汽prh'=3.36MPa,trh'=537℃
低压缸排汽压力:
pc=0.005MPa
给水温度:
tfw=270.1℃
2.3额定工况下机组各回热抽汽参数
额定工况下机组各回热抽汽参数如表2-1。
项目
单位
抽气压力
5.16
3.58
1.46
0.744
0.477
0.271
0.0818
0.0173
抽气焓
3151.80
3069.03
3330.25
3151.62
3048.48
2831.44
2725.65
2516
抽气压损
6
4
6
6
4
4
6
6
加热器压力
4.8504
3.4368
1.3724
0.69936
0.45729
0.26016
0.07689
0.01626
加热器饱和水温
℃
261.1
241.5
194.1
164.9
148.6
128.8
92.4
55.7
水侧压力
21.35
21.35
21.35
0.69936
1.67
1.67
1.67
1.67
加热端差
℃
0
0
-0.5
0
0
2
3
3
出口水温
℃
262.5
241.5
194.6
164.9
148.6
126.8
89.4
52.7
出口水比焓
1143.52
1047.07
837.40
697.17
627.0
533.72
375.66
222.04
进口水温
℃
241.5
194.6
168.5
148.6
126.8
89.4
52.7
32.4
进水比焓
1047.07
837.40
723.67
627.0
533.72
375.66
222.04
145.04
疏水比焓
1082.82
864.82
748.06
697.17
626.17
538.18
387.034
233.66
3.锅炉概况
3.1锅炉设备的作用及构成
电厂一号机组的单机容量为30万千瓦,由东方锅炉厂首次试生产的DG1025-18.2/540/540-2型亚临界,中间再热,自然循环,全悬吊,平衡通风,燃煤汽包锅炉,与东方汽轮机厂生产的N300-16.7/537/537-2型汽轮机组相匹配。
1)锅炉为自然循环单炉膛汽包锅炉,采用
型布置,切向燃烧,固态除渣,平衡通风。
2) 调温方式:
过热蒸汽以喷水为主;再热蒸汽以摆动燃烧器调节为主。
再热器喷水调温方式仅用于事故情况下。
3) 锅炉尾部装二台容克式三分仓再生式空气预热器,采用较高的出口风温以满足燃用低挥发份贫煤的需要。
4) 采用高强度螺栓与焊接相结合的钢构架,运转层(12.6m)以上为露天布置。
5) 采用湿式水封除渣装置。
6) 高能程控点火,程控吹灰与排污。
7) 锅炉按带基本负荷,定压运行方式设计;也可按变压方式运行,有一定的调峰能力。
3.2 本锅炉设计有以下特点
1) 锅炉的炉膛容积较大,炉膛容积热负荷较低。
2)过热器和再热器结构合理,气温特性岁符合变化较平稳。
3) 在高热负荷去的水冷壁采用内螺纹管,以防止发生膜态沸腾。
4) 气包设计合理。
5)采用四角布置,切圆燃烧,摆动式燃烧器。
6)锅炉空气预热器按美国ABB-CE公司的技术设计制造,没太锅炉配置2太容克式三分仓空气预热器。
3.3 锅炉型式和参数
锅炉型式:
DG1025-18.2/540/540-2型亚临界压力自然循环汽包锅炉
最大连续蒸发量参数:
Db=1025t/h,Pb=18.20MPa,tb=540℃
再热器入口蒸汽参数:
Pbrh,i=4MPa,tbrh,i=330℃
再热器出口蒸汽参数:
Pbrh,o=3.79MPa,tbrh,o=540℃
汽包压力:
Pqb=19.07MPa
锅炉效率:
ηb=92%
3.4 其他数据整理
锅炉连续排污量:
Dbl=0.01Db=0.0101D0
全厂汽水损失量:
D1=0.01Db
给水泵小汽机耗汽量:
Dt=72.05t/h
给水泵出口-过热器减温水量:
Dd=33.46t/h
给水回热加热器效率:
ηh=0.999
排污扩容器效率:
ηf=0.98
系统补充水入口水温:
tma=20℃,hw,ma=62.8KJ/Kg
连续排污扩容器压力:
Pf=0.9MPa
计算工况下机组机械损失:
ΔPm=3200KW
发电机损失:
ΔPg=6439KW
给水泵组的工质焓升:
Δhwpu=25.56KJ/Kg
凝结水泵的焓升:
Δhwcp=1.68KJ/Kg
轴封汽量及其参数:
如表3-2
表3-2 轴封汽量及其参数表
项目
单位
Dsg1
Dsg2
Dsg3
Dsg4
汽量
t/h
7.39
7.8
4.42
1.42
汽焓
KJ/Kg
3402
3339
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