电厂汽轮机组变负荷运行安全经济性分析

陈玉

摘要：汽轮机组变负荷运行通常采用定压和滑压行两种运行方式，不同机组、不同运行方式都会对运行安全与经济性产生影响。要提升运行质量，就要对相关问题做分析研究。本文对机组变负荷下的定压和滑压行两种运行方式做安全与经济性两方面的对比分析。

关键词：电厂汽轮机组；变负荷运行；安全性；经济性；分析

1.背景与现状

国家经济发展与政策调整，使电力分配发生很大改变，随着电力负荷峰谷差值加大，大容量汽轮机组开始变负荷运行，使研究更加紧迫。大型的汽轮机变工况运行时，不同机组运行方式和初压等参数对机组安全、经济性有很大影响。变工况状态下，汽轮机有定压和滑压行两种运行方式。定圧运行由于在部分负荷存在较大节流损失与效率降低，在过去小机组上较多采用。如今汽轮机变负荷状态多使用滑压运行，不过相关资料表述，20-66万千瓦汽轮机在低负荷运行情况下采用滑压方式能实现良好运行热效率。但电厂机组在一些负荷状态下，滑压所提高机组内效率与降低的水泵能耗所带来的经济性远不够抵偿循环热效率下降损失。近年来为了兼顾电网负荷调峰需求、热经济性与安全性，大容量、高参数机组多采用复合滑压运行方式，获得了良好效益。

2.滑压运行与定压运行比较

2.1定压运行是在进汽参数如新蒸汽压力、湿度不变的前提下，改变进汽调节阀开度调节机组负荷的运行方式。汽轮机的滑压运行是指汽轮机在改变负荷过程中，调速汽门开度不变，保持进汽面积不变，而通过锅炉调节改变蒸汽压力的一种运行方式。

2.2机组变负荷时，由于主蒸汽温度及再热蒸汽温度变化小，所以金属部件的温度变化相应减小，从而降低了部件的热应力，能较快地进行增减负荷，提高了机组对负荷的适应能力，延长了部件的使用寿命。

2.3减少给泵功耗，机组若采用滑压运行，当负荷降低时，锅炉给水流量减少，压力降低，因而，给泵可在较低转速下运行，从而降低了给泵功耗。由此可见，滑压运行使机组带负荷时热效率提高，高压汽轮机热应力减小。从安全方面考虑，阀门控制方式应以少操作为益，可将定压运行设定在115MW或100MW以上，即能保证机组的经济运行，又能减少阀门的切换操作，在安全生产上也得到了相应的保证。

2.4滑压运行时，主蒸汽的压力随负荷的降低而降低，但主蒸汽温度及再热蒸汽温度保持不变，虽然进入汽轮机的质量流量减少了，但容积流量基本保持不变，而且蒸汽压力的降低使湿汽减小，故汽轮机的内效率仍可维持在较高的水平。定压运行时，如负荷较低，则节流损失增大，汽轮机的内效率降低。另外对中间再热汽轮机，定压运行时，高压缸排汽温度降低，再热温度也相应降低。而采用滑压运行时，一方面高压缸排汽温度几乎不变，另一方面，由于主蒸汽压力的降低使蒸汽的定压比热容减少，所以，在再热器加热量不变的情况下，会提高再热器温度，这样可以改善循环热效率。

3.机组安全、经济性影响因素及对策

3.1汽轮机调节级温度

汽轮机的调节级温度度变化使汽轮机各设备部件温度不均发生变形约束产生热应力。热应力长期存在会损坏机组设备，影响机组运行安全性、减少运行经济性、増大设备寿命耗损。设备弹性模数和膨胀系数可视为定值，因此，气轮机热应力和设备部件温度变化成正比，热应力大则设备部件温度变化大，安全风险加大。从电厂汽轮机组的变负荷运行情况看，滑压运行方式汽轮机调节级温度与机组负荷不成正比，机组负荷降低反而略微升高，因为调节级温度变化小，产生设备热应力、热变形也小，可以很好适应较大负荷变化，机组调峰性能好。定压运行调节级后温度伴随机组的负荷下降快速下降，温度变化很大，调节级和转子热应力较大，运行安全性受较大影响。机组负荷变化太快会引起很大热应力、热变形，机组安全受影响，定压运行机组变负荷速度受限制，也影响到机组供电和参与电网负荷调峰、调频能力。

3.2凝结器真空

凝结器真空偏低，是机组运行中普遍存在的一个问题。排汽压力的升高，会引发各种问题，最终导致经济性下降。据统计，真空度降低3个百分点，煤耗将上升59g／kw.h左右。要对真空泄漏点认真查找，做真空严密性试验。如严密性试验不合格、机组在低负荷时真空较低，而高负荷时真空又较高等异常情况，但在运行中又无法查找到的，应在机组停役后做压水试验，压水时，应保证机组在低负荷运行中为真空状态的设备，全部充满水，以便发现漏点。机组的胶球系统应完善，并能正常投用，坚持每天早班运行4小时左右，用以清除凝结器铜管中的脏污及一些有机物。

3.3加热器端差的偏离

倘若加热器端差在机组运行过程中偏离，使得各加热器的温升发生变化，各拙汽口的拙汽量要重新分配，高品质蒸汽排挤了低品质蒸汽，造成回热循环的经济性降低。通常，机组上端差增大主要因为超负荷、管束泄漏、或积垢及排气系统不正常所致。而下端差增大可能是由于水位过低、或水侧管道积垢的原因引起的。应加强对加热器巡检、维护，还应对加热器进出水温度有效管理，保证加热器运行经济性。

3.4高压缸排汽温度

高压缸排汽温度会影响排汽比焓值、蒸汽再热量和机组热经济性。同时，排汽温度和汽轮机调节级温度变化相同，会影响机组热应力，影响运行安全性。汽轮机变负荷滑压运行下高压缸排汽温度变化很小，定压运行下高压缸排汽温度比额定负荷变化大，负荷低则降低。从高压缸体与叶片分析，滑压负荷变化时，高压缸设备内温度场、排汽温度基本稳定，对汽轮机产生热应力、热冲击很小，减少了设备寿命耗损，能更好保障机组运行安全与稳定。

3.5主要运行参数偏低

由于机组设备或运行操作等影响，机组很难达到压“红线”运行，运行参数偏低必然影响机组经济性。汽温的变化较为常见，而主汽和再热蒸汽的温度变化也会影响机组安全与经济性。一旦主蒸汽温度降低，机组进汽焓降低，整机焓降和功率都要降低。温度下降会使汽轮机轴向推力增加，短时间温度下降幅度大，将使转子轴向位移增大甚至导致动静磨擦。同样，再热汽温的下降，将引起中、低压缸各级焓降减少，反动度和轴向推力会产生变化。同时，再热汽温降低也会导致未级温度增大，从而增加了湿汽损失。据资料显示，主汽压力偏低0.1MPa，机组煤耗升高0.5g／kw.h；温度偏低10℃，机组煤耗约升高0.8g／kw.h。因此，机组在运行期间，应加强对机组运行参数的监控、调节，使机组在额定参数下运行。

3.6减温水问题

控制主蒸汽参数，运行中常采用过热器喷水调温作为应急措施。然而由于锅炉燃烧手段的不完善以及操作等原因，喷水调温可能成为再热参数调温主要手段。该减温水是采用给泵的出口及其中间抽头给水作为减温水，未经加热喷入过(再)热器中，减少了机组回热抽汽量，降低了回热温度，会造成机组的经济性下降。因此，要加强对锅炉燃烧的调整，减少或停止再热器喷水依赖、减少过热器喷水的减温水量、调节烟气挡板，以减温水调节为辅，提高机组整体经济性。

结束语：

汽轮机组是火电重要组成部分，其运行状态对火电整体效率产生重要影响。研究变负荷运行下的定压滑压运行方式安全、经济性，有利于提升火电厂整体效益，改善整个机组的调峰性能。

参考文献：

[1]张希富.火电厂大型汽轮机变负荷运行能耗分析与优化[D].长沙理工大学,2014.

[2]杨海娅.汽轮机组变负荷优化运行定量研究[D].华北电力大学(保定),华北电力大学,2011.