徐曙，曾全芝

(1．湖南省電力公司科學(xué)研究院，湖南長(zhǎng)沙 410007;2．華電長(zhǎng)沙發(fā)電有限責(zé)任公司，湖南長(zhǎng)沙 410203)

按照國(guó)家節(jié)能減排的要求，各火電廠(chǎng)紛紛對(duì)汽輪機(jī)本體進(jìn)行改造，以提高汽輪機(jī)各缸內(nèi)效率，改善機(jī)組經(jīng)濟(jì)性。但汽輪機(jī)缸效率對(duì)機(jī)組熱耗率的影響程度必須通過(guò)等效焓降法進(jìn)行計(jì)算才可得知，而計(jì)算過(guò)程往往比較復(fù)雜。文中以某廠(chǎng)600 MW機(jī)組設(shè)計(jì)熱力特性數(shù)據(jù)為例，提供一種可獲得汽輪機(jī)缸效率對(duì)熱耗能級(jí)影響的簡(jiǎn)化計(jì)算方法。

1 缸效率對(duì)機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的具體影響

汽輪機(jī)各缸的設(shè)計(jì)、制造、安裝、結(jié)垢情況和變形、泄漏、葉頂汽封、隔板汽封、高調(diào)門(mén)開(kāi)度以及主汽門(mén)、中聯(lián)門(mén)的壓損、過(guò)橋汽封的漏汽量、低壓缸排汽損失都會(huì)造成汽輪機(jī)缸效率的變化，所以各缸內(nèi)效率對(duì)機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的影響比較復(fù)雜，即使是相同的缸效率變化，如果由不同的原因造成，對(duì)熱耗率的影響也不一定會(huì)完全相同。高壓缸一段抽汽前某級(jí)葉片變形和一段抽汽后某級(jí)葉片變形引起高壓缸內(nèi)效率的變化可能完全相同，但由于一段抽汽對(duì)回?zé)嵯到y(tǒng)的影響，汽輪機(jī)熱耗率的變化卻不同。同理，中、低壓缸抽汽前或抽汽后某級(jí)葉片造成的缸效率變化可能相同，但對(duì)熱耗率的影響也不會(huì)相同，甚至因?yàn)榛責(zé)嵯到y(tǒng)還會(huì)對(duì)更高級(jí)的抽汽流量造成影響，使計(jì)算更加復(fù)雜。所以即使通過(guò)等效焓降法計(jì)算，也難以得到很精確的數(shù)據(jù)。

但是，通過(guò)一些假設(shè)，計(jì)算某些特殊狀況下缸效率對(duì)熱耗率的影響是可行的。這些特殊狀況的能級(jí)情況可以指導(dǎo)電廠(chǎng)在進(jìn)行汽輪機(jī)本體改造前決定具體哪一個(gè)汽缸應(yīng)該引起重視，并對(duì)改造的效果進(jìn)行預(yù)期分析，在平時(shí)的節(jié)能運(yùn)行中，也可以幫助電廠(chǎng)分析汽輪機(jī)缸效率對(duì)熱耗率的大致影響?？傊?，汽輪機(jī)各缸內(nèi)效率對(duì)機(jī)組熱耗率的能級(jí)分析可以指導(dǎo)火電廠(chǎng)決策，并為平時(shí)的節(jié)能分析提供依據(jù)。

下面通過(guò)某廠(chǎng)600 MW機(jī)組熱力特性說(shuō)明書(shū)提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算。為簡(jiǎn)化計(jì)算，假定各段抽汽參數(shù)不受缸效率影響，且忽略發(fā)電機(jī)損失。

2 某廠(chǎng)600 MW機(jī)組熱力特性簡(jiǎn)介

某廠(chǎng)600 MW機(jī)組為超臨界、一次中間再熱、沖動(dòng)式、單軸、三缸四排汽、高中壓合缸、凝汽式汽輪機(jī)組，型號(hào)為N600－24.2/566/566。THA工況設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 THA工況設(shè)計(jì)參數(shù)

由表1數(shù)據(jù)計(jì)算〔1，2〕，該廠(chǎng)600 MW機(jī)組THA工況設(shè)計(jì)高壓缸內(nèi)效率為86.75%，中壓缸內(nèi)效率為92.88%，低壓缸內(nèi)效率 (UEEP，對(duì)有用能終點(diǎn))為93.25%，機(jī)組熱耗率為7 551 kJ/kWh。

3 高壓缸內(nèi)效率變化1%對(duì)熱耗影響的能級(jí)估算

為簡(jiǎn)化分析，在計(jì)算高壓缸內(nèi)效率對(duì)熱耗率影響的時(shí)候，假定機(jī)組中、低壓缸完全按設(shè)計(jì)狀況運(yùn)行，且主蒸汽壓力、溫度、流量不變，發(fā)電機(jī)功率隨高壓缸內(nèi)效率的變化而變化。由于再熱蒸汽壓力由高壓缸排汽壓力和再熱器壓損決定，為保證再熱蒸汽參數(shù)不受影響，假定高壓缸排汽壓力不變。以上假定的運(yùn)行狀況，使高壓缸內(nèi)效率的變化僅改變了高壓缸排汽溫度和高壓缸作功能力，并保證了中、低壓缸運(yùn)行狀況和作功能力與設(shè)計(jì)值完全相同。

如果高壓缸內(nèi)效率下降1%，由于高壓缸進(jìn)汽壓力、溫度和高壓缸排汽壓力按設(shè)計(jì)值不變，則高壓缸排汽等熵焓不變，由此可計(jì)算高壓缸排汽焓上升為2 997.03 kJ/kg。此時(shí)高壓缸和設(shè)計(jì)值相比少作功:(高壓缸排汽焓－設(shè)計(jì)高壓缸排汽焓)×高壓缸排汽流量，計(jì)算結(jié)果為2.222 MW。由于中、低壓缸運(yùn)行參數(shù)維持設(shè)計(jì)值不變，中、低壓缸作功不變，因此發(fā)電機(jī)功率下降為600.006－2.222=597.784 MW，按新的高壓缸排汽焓和發(fā)電機(jī)功率計(jì)算，機(jī)組的熱耗率為7 568.12 kJ/kWh。即該機(jī)組高壓缸內(nèi)效率下降1%，熱耗率約上升7 568.12－7551≈17 kJ/kWh。

4 中壓缸內(nèi)效率變化1%對(duì)熱耗率影響的能級(jí)估算

計(jì)算中壓缸內(nèi)效率對(duì)熱耗率影響的時(shí)候，假定機(jī)組高壓缸和低壓缸完全按設(shè)計(jì)參數(shù)運(yùn)行。由于高壓缸排汽壓力維持設(shè)計(jì)值不變，再熱蒸汽壓力必須維持設(shè)計(jì)值，另外由于低壓缸進(jìn)汽參數(shù)維持設(shè)計(jì)值不變，中壓缸排汽參數(shù)必須維持不變。因此，假定中壓缸內(nèi)效率下降1%后，可通過(guò)調(diào)整再熱蒸汽溫度保持中壓缸排汽壓力、溫度不變。以上假定的運(yùn)行狀況僅改變了中壓缸進(jìn)汽溫度和中壓缸作功能力，并保證了高壓缸、低壓缸運(yùn)行狀況和作功能力與設(shè)計(jì)值完全相同。

通過(guò)迭代計(jì)算，再熱蒸汽溫度為563.54℃時(shí)中壓缸內(nèi)效率和設(shè)計(jì)值相比下降1%，由此計(jì)算的再熱蒸汽焓下降為3 591.21 kJ/kg。此時(shí)的運(yùn)行狀況和設(shè)計(jì)值相比，中壓缸少作功:(設(shè)計(jì)再熱蒸汽焓－再熱蒸汽焓)×再熱蒸汽流量，計(jì)算結(jié)果為2.198 MW。由于高、低壓缸運(yùn)行參數(shù)維持設(shè)計(jì)值不變，高、低壓缸作功不變，因此發(fā)電機(jī)功率下降為600.006－2.198=597.808 MW，按新的再熱蒸汽焓和發(fā)電機(jī)功率進(jìn)行計(jì)算，機(jī)組的熱耗率為7 565.57 kJ/kWh。即該機(jī)組中壓缸內(nèi)效率下降1%，熱耗率約上升7 565.57－7 551≈15 kJ/kWh。

5 低壓缸內(nèi)效率變化1%對(duì)熱耗率影響的能級(jí)估算

計(jì)算低壓缸內(nèi)效率變化對(duì)熱耗率的影響時(shí)，假定機(jī)組高、中壓缸完全按設(shè)計(jì)參數(shù)運(yùn)行，另外假定低壓缸排汽壓力維持設(shè)計(jì)值不變。由于中壓缸排汽壓力、溫度、流量保持設(shè)計(jì)值，因此低壓缸進(jìn)汽參數(shù)不變，低壓缸內(nèi)效率 (UEEP，對(duì)有用能終點(diǎn))下降1%僅改變了低壓缸作功能力及低壓缸排汽焓(排汽干度)。

由于低壓缸排汽壓力不變，因此低壓缸排汽等熵焓不變，由此計(jì)算的低壓缸排汽焓為2 319.49 kJ/kg。此時(shí)低壓缸和設(shè)計(jì)狀況相比少作功:(低壓缸排汽焓－設(shè)計(jì)低壓缸排汽焓)×低壓缸排汽流量，計(jì)算結(jié)果為2.599 MW。由于高、中壓缸運(yùn)行參數(shù)維持設(shè)計(jì)值不變，高、中壓缸作功不變，因此發(fā)電機(jī)功率下降為600.006－2.599=597.407 MW，按新的發(fā)電機(jī)功率進(jìn)行計(jì)算，機(jī)組的熱耗率為7 583.89 kJ/kWh。即該機(jī)組低壓缸內(nèi)效率下降1%，熱耗率約上升7 583.89－7551≈33 kJ/kWh。

6 結(jié)論

(1)通過(guò)以上分析，該廠(chǎng)600 MW機(jī)組高壓缸內(nèi)效率下降1%影響熱耗率約17 kJ/kWh，中壓缸內(nèi)效率下降1%影響熱耗率約15 kJ/kWh，低壓缸內(nèi)效率下降1%影響熱耗率約33 kJ/kWh。

(2)以上分析過(guò)程作了大量簡(jiǎn)化，而且計(jì)算過(guò)程都忽略了缸效率對(duì)抽汽參數(shù)的影響。實(shí)際運(yùn)行中這種現(xiàn)象較少，但作為一種比較特殊的情況，其能級(jí)分析對(duì)電廠(chǎng)改造決策及平時(shí)運(yùn)行分析具有一定的價(jià)值。

(3)通過(guò)同樣的分析計(jì)算，可得到300 MW，600 MW，1 000 MW等機(jī)組高、中、低壓缸內(nèi)效率變化對(duì)機(jī)組熱耗率影響的能級(jí)分析結(jié)果。

〔1〕瓦格納.W．水和水蒸汽性質(zhì)〔M〕．北京:科學(xué)出版社，2003．

〔2〕GB/T 8117－2008汽輪機(jī)熱力性能驗(yàn)收試驗(yàn)規(guī)程〔S〕．