汽轮机滑压运行曲线、及其回热系统优化试验的应用.pdf

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1、全国火电 300MWe 级机组能效对标及竞赛第三十九届年会论文集 汽机 10 汽轮机滑压运行曲线、及其回热系统 优化运行试验的应用 靳旺宗 郭忠贵 刘新民 肖军政 吉日格图 （内蒙古国华准格尔发电有限责任公司 010300） 【摘 要】为了确定机组主辅机安全、经济合理的运行方式，得出机组在变工况运行时最佳的定、滑压曲线 和各加热器在额定负荷下的最佳端差，确定最佳运行水位。为电厂经济运行提供试验依据和指导。同时确定国华准 格尔发电有限责任公司对 2 号汽轮机进行了滑压曲线优化试验和回热系统优化试验。 通过对试验结果的应用，汽机平均效率由 2008 年 42.28，升至 2009 年的 43.22

2、,平均升高 1.06 。热耗由 2008 年 8333.26Kj/KWh，降至 2009 年的 8131.95Kj/KWh，平均降低 201.31Kj/KWh，发电煤耗降低约：7.41g/kwh， 年节约费用约 1079.8 万元。 【关键词】汽轮机 优化运行 试验 结论 0 前言 国华准格尔发电有限责任公司 2 号 330MW 汽轮机系北京汽轮电机有限责任公司生产的亚临界、 中间再热、三缸、两排汽凝汽式汽轮机（型号：N330-17.75/540/540） ，该机组于 2002 年 4 月 25 日 投入商业运行。于 2008 年 11 月2009 年 1 月进行了机组投产后的首次定、滑压运行

3、曲线的优化试 验、回热系统的优化试验。 1 主要试验内容 1.1 定、滑压运行曲线的优化试验。 1）机组定滑压试验：汽轮机在 100%、90%、80%额定负荷下进行定压试验，试验期间高压调门 在顺序阀状态下进行。 2）滑压试验工况：完成了机组在 90%、80%、70%、60%、50%额定负荷下的滑压试验。 1.2 回热系统的优化试验。 主要是对汽轮机3、4、6、7 号加热器在额定负荷时，进行加热器水位的调整试验。 2 试验依据 ASME PTC6-2004汽轮机性能试验规程 。 按照 ASME PTC6-1996 及 ASME PTC6A-2000 的方法进行高、中压缸的效率计算和高压加热器热

4、平 衡计算，得出各高压加热器和除氧器的抽汽量和最终给水流量，从而计算试验热耗率。热耗率计算 全国火电 300MWe 级机组能效对标及竞赛第三十九届年会论文集 汽机 11 公式为： P HHFHHFHFHFHF H rhsphrhrhspcrhhrhcrhshspshspfwfwmsms rt )()(+ = 式中：Fms，Hms主蒸汽流量，主蒸汽焓； Ffw，Hfw 主给水流量，主给水焓； Fshsp，Hshsp过热器减温水流量，过热器减温水焓； Fcrh，Hcrh冷再热蒸汽流量，冷再热蒸汽焓； Hhrh热再热蒸汽焓； Frhsp，Hrhsp再热减温水流量，再热减温水焓； P汽轮机输出功率。

5、3 试验结果 机组定滑压试验是通过选择不同的主蒸汽压力在各不同负荷下进行对比试验， 为机组寻找科学、 合理的定、滑压运行曲线，从而提高机组运行的经济性，这就是定滑压试验的目的。 根据热力循环理论，机组在低负荷下滑压运行时，由于进汽节流损失小，漏汽损失也小，使得 机组的相对内效率i 比定压运行有较大的提高，但因为此时的主蒸汽压力低，循环热效率t 也降 低，当相对内效率i 的增加幅度补偿了循环热效率t 的下降幅度，此时的滑压参数才是比较经济 的。 因此， 需要通过一系列试验来确定相对内效率i 和循环热效率t 的变化对机组经济性的影响， 寻求最佳的滑压运行参数。根据上述原则，对 2 号汽轮机在 10

6、0%、90%、80%、70%、60%和 50%额定 负荷下进行定、滑压优化运行试验，试验在高压调门顺序阀运行的情况下进行。 3.1 定压运行的试验结果 机组在额定工况定压运行时，高压缸效率为 82.39%，比设计值（84.71%）低 2.32 个百分点， 对机组热耗率的影响量为 39.4 kJ/(kWh)；中压缸效率为 91.98%，比设计值（92.48%）低 0.5 个 百分点，对机组热耗率的影响量为 15.6kJ/(kWh)。机组在额定工况时的试验热耗率为 7861.5kJ/(kWh)（1877.7kcal/(kWh)） ，经过一、二类修正后的热耗率为 7740.4kJ/(kWh) （18

7、48.8kcal/(kWh)） ，修正后的电功率为 343.047MW；修正到额定主蒸汽压力和温度条件下的主蒸 汽流量为 957.058t/h。 机组在 90%额定负荷工况定压运行时，高压缸效率为 79.7%，中压缸效率为 92.03%，试验热耗 率为 7855.5 kJ/(kWh)（1876.2kcal/(kWh)） ，经过一、二类修正后的热耗率为 7779.5kJ/(kWh) （1858.1kcal/(kWh)） ，修正后的电功率为 306.987MW；修正到额定主蒸汽压力和温度条件下的主蒸 汽流量为 846.049t/h。 机组在 80%额定负荷工况定压运行时，高压缸效率为 76.72%

8、，中压缸效率为 92.0%，试验热耗 率为 7981.6kJ/(kWh)（1906.4kcal/(kWh)） ，经过一、二类修正后的热耗率为 7867.6kJ/(kWh) （1879.1kcal/(kWh)） ，修正后的电功率为 275.997MW；修正到额定主蒸汽压力和温度条件下的主蒸 全国火电 300MWe 级机组能效对标及竞赛第三十九届年会论文集 汽机 12 汽流量为 758.051t/h。 3.2 滑压运行的试验结果 300MW 滑压试验工况： 90%额定负荷（300MW）滑压运行的过程中，机组高压缸效率由滑压（17. 717MPa）时的 79.70%， 经滑压（16.967MPa）时

9、的 80.47%，变化到滑压（16.432MPa）时的 80.84%。机组热耗率由滑压（17. 717MPa） 时的 7780.3 kJ/(kWh)， 经滑压 （16.967MPa） 时的 7774.2 kJ/(kWh)， 变化到滑压 （16.432MPa） 时的 7795.6 kJ/(kWh)。由此可以作出在 300MW 时热耗率与主蒸汽压力的关系曲线（见图 1） ，在此 图上对应于热耗率最低点的压力（17.233MPa）就是在此负荷下的主蒸汽压力滑压运行的最佳点，对 应于该主蒸汽压力下的高压缸效率约为 80%，热耗率为 7771.5 kJ/(kWh，此时高压调门的开度上为 1、2 号调门全

10、开，3 号调门的开度在 60%左右，4 号调门基本上未开（由于该机组高压调门的重叠度 较大，如重叠度较小，则 300MW 时 3 号调门基本上全开，4 号调门处于关闭状态为最佳） 。 根据试验结果，可以作出在 300MW 时汽轮机的高压缸效率与主蒸汽压力的关系曲线，见图 2。 图1 国华准格尔电厂2号机组300MW时热耗率与主蒸汽压力的关系曲线 y = 37.542x2 - 1293.9x + 18920 7770 7775 7780 7785 7790 7795 7800 16.216.416.616.81717.217.417.617.8 主蒸汽压力 MPa 热 耗 率 k J /k W

11、h 图2 国华准格尔电厂2号机组300MW时高压缸效率与主蒸汽压力的关系曲线 y = -0.243x2 + 7.4093x + 24.702 79.60 79.80 80.00 80.20 80.40 80.60 80.80 81.00 16.216.416.616.81717.217.417.617.8 主蒸汽压力 MPa 高 压 缸 效 率 % 265MW 滑压试验工况： 80%额定负荷（265MW）滑压运行的过程中，机组高压缸效率由滑压（16.254MPa）时的 78.88%， 经滑压（15.631MPa）时的 80.11%，变化到滑压（15.122MPa）时的 80.36%。机组热耗率

12、由滑压 （16.254MPa）时的 7877.5kJ/(kWh)，经滑压（15.631MPa）时的 7883.4kJ/(kWh)，变化到滑压 （15.122MPa）时的 7919.1kJ/(kWh)。由此可以作出在 265MW 时热耗率与主蒸汽压力的关系曲线（见 图 3） ，在此图上对应于热耗率最低点的压力（16.03MPa）就是在此负荷下的主蒸汽压力滑压运行的 最佳点，对应于该主蒸汽压力下的高压缸效率为 79.4%，热耗率为 7875.4 kJ/(kWh，此时高压调门 的开度为 1、2 调门全开，3 号调门的开度在 50%左右，4 号调门基本上未开。 全国火电 300MWe 级机组能效对标及

13、竞赛第三十九届年会论文集 汽机 13 根据试验结果，可以作出在 265MW 时汽轮机的高压缸效率与主蒸汽压力的关系曲线，见图 4。 图3 国华准格尔电厂2号机组265MW时热耗率与主蒸汽压力的关系曲线 y = 53.804x2 - 1724.9x + 21700 7870 7875 7880 7885 7890 7895 7900 7905 7910 7915 7920 7925 1515.215.415.615.81616.216.4 主蒸汽压力 MPa 热 耗率 k J / k W h 图4 国华准格尔电厂2号机组265MW时高压缸效率与主蒸汽压力的关系曲线 y = -1.3141x2 +

14、 39.925x - 222.89 78.80 79.00 79.20 79.40 79.60 79.80 80.00 80.20 80.40 80.60 1515.215.415.615.81616.216.4 主蒸汽压力 MPa 高 压 缸 效 率 % 230MW 滑压试验工况： 70%额定负荷工况（230MW）滑压运行试验在 3 个主蒸汽压力下进行， 70%额定负荷（230MW）滑 压运行的过程中， 机组高压缸效率由滑压 （14.892MPa） 时的 77.25%， 经滑压 （13.413MPa） 时的 79.91%， 变化到滑压（12.685MPa）时的 80.58%。机组热耗率由滑压

15、（14.892MPa）时的 7930.0kJ/(kWh)，经 滑压（13.413MPa）时的 7957.6kJ/(kWh)，变化到滑压 3（12.685MPa）时的 7987.0kJ/(kWh)。由此 可以作出在 230MW 时热耗率与主蒸汽压力的关系曲线（见图 5） ，在此图上对应于热耗率最低点的压 力（14.23MPa）就是在此负荷下的主蒸汽压力滑压运行的最佳点，对应于该主蒸汽压力下的高压缸 效率为 78.66%，热耗率为 7917.3kJ/(kWh)，此时高压调门的开度为 1、2 号调门全开，3 号调门基 本全开，4 号调门基本未开。 根据试验结果，可以作出在 230MW 时汽轮机的高压

16、缸效率与主蒸汽压力的关系曲线，见图 6。 图5 准格尔电厂2号机组230MW时热耗率与主蒸汽压力的关系曲线 y = 29.193x2 - 830.86x + 13829 7910 7920 7930 7940 7950 7960 7970 7980 7990 8000 12.51313.51414.51515.5 主蒸汽压力 MPa 热耗率 k J / k W h 全国火电 300MWe 级机组能效对标及竞赛第三十九届年会论文集 汽机 14 图6 国华准格尔电厂2号机组230MW时高压缸效率与主蒸汽压力的关系曲线 y = -0.4016x2 + 9.5688x + 23.82 77.00 77

17、.50 78.00 78.50 79.00 79.50 80.00 80.50 81.00 12.51313.51414.51515.5 主蒸汽压力 MPa 高压缸效率 % 200MW 滑压试验工况： 60%额定负荷工况（200MW）滑压运行试验在 3 个主蒸汽压力下进行，60%额定负荷（200MW）滑 压运行的过程中， 机组高压缸效率由滑压 （11.786MPa） 时的 78.94%， 经滑压 （11.308MPa） 时的 80.21%， 变化到滑压（11.030MPa）时的 80.51%。机组热耗率由滑压（11.786MPa）时的 8127.6kJ/(kWh)，经 滑压（11.308MPa

18、）时的 8114.9kJ/(kWh)，变化到滑压（11.030MPa）时的 8132.3kJ/(kWh)。由此可 以作出在 200MW 时热耗率与主蒸汽压力的关系曲线（见图 7） ，在此图上对应于热耗率最低点的压力 （11.43MPa）就是在此负荷下的主蒸汽压力滑压运行的最佳点，对应于该主蒸汽压力下的高压缸效 率为 80.03%，热耗率为 8112.5kJ/(kWh)，此时高压调门的开度为 1、2 号调门全开，3 号调门基本 全开，4 号调门基本未开。 根据试验结果，可以作出在 200MW 时汽轮机的高压缸效率与主蒸汽压力的关系曲线，见图 8。 图7 准格尔电厂2号机组200MW时热耗率与主蒸

19、汽压力的关系曲线 y = 118.41x2 - 2707.8x + 23593 8110 8115 8120 8125 8130 8135 10.91111.111.211.311.411.511.611.711.811.9 主蒸汽压力 MPa 热耗率 k J / k Wh 图8 国华准格尔电厂2号机组200MW时高压缸效率与主蒸汽压力的关系曲线 y = -2.0835x2 + 45.454x - 167.37 78.80 79.00 79.20 79.40 79.60 79.80 80.00 80.20 80.40 80.60 10.91111.111.211.311.411.511.611

20、.711.811.9 主蒸汽压力 MPa 高 压 缸 效 率 % 170MW 滑压试验工况： 50%额定负荷工况（170MW）滑压运行试验在 3 个主蒸汽压力下进行， 50%额定负荷（170MW）滑 压运行的过程中， 机组高压缸效率由滑压 （10.532MPa） 时的 77.85%， 经滑压 （9.742MPa） 时的 79.77%， 变化到滑压（9.187MPa）时的 80.86%。机组热耗率由滑压（10.532MPa）时的 8022.0kJ/(kWh)，经 全国火电 300MWe 级机组能效对标及竞赛第三十九届年会论文集 汽机 15 滑压（9.742MPa）时的 8032.4kJ/(kWh

21、)，变化到滑压（9.187MPa）时的 8051.9kJ/(kWh)。由此可以 作出在 170MW 时热耗率与主蒸汽压力的关系曲线（见图 9） ，在此图上对应于热耗率最低点的压力 （10.54MPa）就是在此负荷下的主蒸汽压力滑压运行的最佳点，对应于该主蒸汽压力下的高压缸效 率为 77.83%，热耗率为 8022.0kJ/(kWh)，此时高压调门的开度为 1、2 号调门全开，3 号调门的开 度为 35%，4 号调门全关。 根据试验结果，可以作出在 170MW 时汽轮机的高压缸效率与主蒸汽压力的关系曲线，见图 10。 图9 准格尔电厂2号机组170MW时热耗率与主蒸汽压力的关系曲线 y = 16

22、.262x2 - 342.85x + 9829.1 8020 8025 8030 8035 8040 8045 8050 8055 88.599.51010.51111.5 主蒸汽压力 MPa 热 耗 率 k J / k W h 图10 国华准格尔电厂2号机组170MW时高压缸效率与主蒸汽压力的关系曲线 y = -0.3412x2 + 4.4911x + 68.402 77.50 78.00 78.50 79.00 79.50 80.00 80.50 81.00 81.50 99.29.49.69.81010.210.410.6 主蒸汽压力 MPa 高 压 缸 效 率 % 3.3 机组的定、滑

23、压运行曲线的确定 从上述各工况试验结果的分析可以看出，随着机组负荷的降低，滑压运行的经济性体现得越来 越明显，其试验结果汇总于表 7。在额定负荷 330MW 时，机组应当按照额定压力运行；在小于等于 303MW 负荷时，机组应该滑压运行，相应的高压缸效率基本保持在 80%左右，高压调门的开度为 1、 2 号全开，3 号调门接近全开状态，4 号调门基本关闭。这样，在不同负荷下，通过选择不同的运行 方式，结合高压调门开度的变化，就能够使得机组在变工况下保持较高的经济性。 表 7 各种负荷下主蒸汽压力参数的选择 名称 单位 机组负荷 MW 330 303 300 265 230 200 170 15

24、0 主蒸汽压力 MPa 17.75 17.75 17.58 15.65 13.77 12.06 10.40 10.40 由上述试验数据，我们可以得出 2 号机组的定、滑压运行曲线，见图 11。 全国火电 300MWe 级机组能效对标及竞赛第三十九届年会论文集 汽机 16 图11 国华准格尔电厂2号机组的定、滑压运行曲线 y = 0.0552x + 1.0206 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 100150200250300350 负荷MW 主 蒸 汽 压 力M P a 3.4 回热系统的优化试验 加热器运行方式优化调整试验，即对加热器水位进行调整，得到加热器给水端差、疏

25、水端差与 水位的关系，从而得出机组运行时加热器的最佳运行水位。每个加热器水位分别选择四个水位进行 调整，然后分别计算出不同水位下的加热器端差，绘制出端差与水位的关系，然后确定机组运行过 程中加热器的最佳水位。 从试验结果可见： 3 低压加热器在水位 454.5mm 时，给水端差为 5.38,疏水端差为 5.07，可见3 低加疏水 端差低于设计值（8） ，给水端差高于设计值（3） ，运行过程中加热器水位设定为 450mm 时，加 热器性能较好。 4 低压加热器在水位 402.9mm 时，给水端差为 10.29,疏水端差为 10.37，可见4 低加疏 水端差高于设计值（8） ，给水端差高于设计值（

26、1） ，运行过程中加热器水位设定为 400mm，加 热器性能较好。 6 高压加热器在水位 417mm 时，给水端差为 3.18,疏水端差为 7.38，可见6 高加疏水端 差低于设计值（8） ，给水端差低于设计值（4） ，运行过程中加热器水位设定为 420mm，加热器 性能较好。 7 高压加热器在水位 382mm 时，给水端差为 1.32,疏水端差为 6.44，可见7 高加疏水端 差低于设计值（8） ，给水端差低于设计值（2） ，运行过程中加热器水位设定为 390mm，加热器 性能较好。 4 实际应用当中效益分析 我们经过分析讨论，2009 年 1 月决定将优化运行的试验结果在机组上进行应用，将

27、滑压运行曲 线设定在“实时指标竞赛系统”目标值中，各加热器水位要求按照优化运行试验结果进行调整，同 时加大了主蒸汽的考核权重，激励员工在调整中向优化后的目标值靠近，取得了良好的效果。 全国火电 300MWe 级机组能效对标及竞赛第三十九届年会论文集 汽机 17 2009 年汽轮机效率与 2008 年同期的比较分析 名称 单位 1 月 2 月3 月 4 月 5 月6 月7 月8 月9 月10 月 11 月 12 月 年平均 2008 年 43.21 43.22 43.07 43.08 43.2643.3343.2243.2443.3243.25 43.23 43.17 43.22 2009 年

28、43.14 43.36 43.91 44.05 44.4144.4144.3445.0845.0344.54 44.82 44.28 变化 -0.07 0.140.84 0.97 1.151.081.111.841.711.29 1.59 1.06 40.00 41.00 42.00 43.00 44.00 45.00 46.00 2008年1月 2008年2月 2008年3月 2008年4月 2008年5月 2008年6月 2008年7月 2008年8月 2008年9月 2008年10月 2008年11月 2008年12月 2009年1月 2009年2月 2009年3月 2009年4月 20

29、09年5月 2009年6月 2009年7月 2009年8月 2009年9月 2009年10月 2009年11月 说明：粉色直线为 2008 年平均值，红色直线为 2009 年平均值。 可见， 通过应用优化后的滑压运行曲线， 及其回热系统优化运行试验结果， 汽机平均效率由 2008 年 42.28，升至 2009 年的 43.22,平均升高 1.06 。热耗由 2008 年 8333.26Kj/KWh，降至 2009 年的 8131.95Kj/KWh，平均降低 201.31Kj/KWh。发电煤耗降低约：7.41g/kwh。年节约费用为：7.41 59.2246.151079.8 万元。 作者简介： 靳旺宗 男 2001 年毕业于东北电力学院、学士学位、工作于内蒙古国华准格尔发电有限责任公司 （邮编 010300，E-MAIL：） 、主任工程师、从事技术监督、节能、运行管理工作。