国产超临界600MW汽轮机经济性分析 东北电力技术 2006年第8期.pdf

6 东北 电力技 术 2 0 0 6 年 第8 期 国产超临界 6 0 0 M W 汽轮机经济性分析 Ec o n o mi c An a l y s i s o n Ho me — ma d e S u p e r c r i t i c a l 6 0 O MW Tu r b i n e 杨剑永 ，张 敏 ，周 亮 ( 1 ．东北 电力科学研 究院有 限，厶 ＼ 司，辽宁 沈 阳 1 1 0 0 0 6 ；2 ．华能沁北 发电有限责任公 司，河 南 济源4 5 4 6 6 2 ) 摘要：以性能考核试验结果为依据 ，通过试验测得的有关数据 ，对汽轮机缸效率、轴封漏汽量、驱动给水泵汽轮机用汽流 量、再热器减温水流量及运行参数等影响汽轮机热耗率的因素进行了定量分析，为机组以后的经济运行提供依据。 关键词：热耗率；缸效率；试验 A b s t r a c t ：Q u a n t i t a t i v e a n a l y s i s i s m a d e o n f a c t o r s t h a t i n fl u e n c e t u r b i n e h e a t c o n s u mp t i o n s u c h a s t h e e ff i c i e n c y o f t u r b i n e e y h n d e r ，t h e l e a k — a g e of s h a f t s e a l ， s t e a m fl o w of d r i v e n w a t e r f e e d e r ， a t t e mp e r a t i n g w a t e r fl o w of r e h e a t e r a n d o p e r a ti n g p a r a me t e r s ． T h u s c ri t e ri a i s p r o v i d e d f o rf u t ur e e c o n o mi c o p e r a ti o n． Ke y wo r ds： He a t c o ns um p t i o n； Cy l i n d e r e ffic i e n c y； Te s t [ 中图分类号]T K 7 1 2 [ 文献标识码]A [ 文章编号]1 0 0 4 —7 9 1 3 ( 2 13 0 6 ) 0 8 一O O O 6 —0 3 采用超临界技术是提高汽轮机组经济性的有效 手段，现 已在世界上先进 国家广泛应用。随着我国 国民经济 的飞速发展和人 民生活水平的提高 ，电力 工业也正 以前所未有的速度发展 ，一批 国产超临界 机组相继投产 ，标志着我国火力发 电设备的制造和 运行水平都进入一个新 阶段 。华能沁北发电有限责 任公司 1 号汽轮机是由哈尔滨汽轮机厂有限责任公 司引进 日本三菱公 司技术制造的超临界 、一次中间 再热 、三缸 四排 汽、单轴 、双背压 、凝汽式 汽轮 机 ，是我国生产的首台超临界 6 0 0 MW汽轮机 ，代 表着我国火力发电的水平。机组于 2 0 0 4年 1 1 月 2 3 日通过 1 6 8 h试运行 ，2 0 0 4年 1 2月 1 8日开始投入 商业运行。为了全面了解机组性能 ，采用美国标准 A S ME V 1 ~--1 9 9 6 进行了机组性能考核试验。 l 试验 结果 根据协议 ，机组热耗率考核试验在三阀全开状 态下进行 ，试验结果如表 1 所示 。 表 1 热耗保 证值试验结果 1号 汽轮机试验热耗 率 为7 9 1 8 ． 9 9 H／ k W h ， 经过 第 一 、二 类 修 正 后 机 组 热 耗 率 为 7 6 8 6 ． 8 7 k J ／ k W h ， 考虑主蒸 汽临时滤网和机组老化修 正后 机组热耗 率 为7 6 4 5 ． 6 1 H／ k W h ，比保证 值7 5 2 2 H／ k W h 高 1 2 3 ． 6 1 H／ k W h 。机组 热耗 率 经过 第 一 、二类修正后机组 回热系统及运行参数对其影响 已不再存在 ，影响机组热耗率的主要因素是机组通 流部分效率和轴封漏汽流量。 1 ． 1 机组通流部分效率 试验得到的高、 中、 低压缸效率分别为 8 5 ． 3 4 ％、 9 1 ． 6 3 ％和 9 0 ． 3 2 ％， 比相应设 计值 ( 8 7 ． 5 6 ％、 9 3 ． 8 7 ％、 9 1 ． 9 2 ％) 低 2 ． 2 2 ％、 2 ． 2 4 ％和 1 ． 6 ％。根据计算高压缸 效率下 降 1 ％， 热耗上升0 ． 1 7 4 5 ％； 中压缸效率下降 1 ％， 热耗上升0 ． 1 1 8 2 ％； 低压缸效率下降 1 ％， 热耗上 Y + o ． 4 1 7 3 ％。高、 中、 低压缸效率下降影响机组热耗 率 分 别 为 2 9 ． 4 3 k J ／ k W h 、 2 0 ． 2 3 k J ／ k W h 、 5 1 ． 5 7 H／ k W h 。 由于汽轮机缸效率低使机组热耗率升高约 1 0 1 ． 2 3 H／ k W h ， 汽轮机缸效率偏低原因有以下几个 方面。 1 ． 1 ． 1 通流部分的动静间隙偏大 通流部分的动静间隙偏大，造成级间漏汽量增 大 ，级后压力 、温度升高，熵增增大 ，有效焓降减 小。特别是反动式汽轮 机 由于 叶顶处 的压降较大 ( 与冲动式相 比) ，径向汽封间隙稍有增加 ，就会造 成级效率损失明显增大。 1 ． 1 ． 2 制造加工与设计存在偏差 由于动静叶在 出厂前的加工和安装与设计值相 比出现较大偏差 ( 喷嘴出汽角 a 。 、动叶出汽角 、 根部反动度 、动静叶光洁度 等) ，使级速 比偏离原 设计最佳速比值 ，各级效率低于设计值 ，造成缸效 率下降。这一现象在当今制造业 中时常发生。本机 高压缸效率低可能与此有关 。 1 ． 1 ． 3 通流部分结垢 通流部分结垢与蒸汽品质有直接关系。对于反 动式汽轮机 ，结垢 同时发生在喷嘴和动叶上 ，使动 2 0 0 6 年第8 期 东北 电力技 术 7 静叶表面粗糙度增大 ，通流面积减小 ，焓降重新分 配 ，导致级效 率下降。通 过考核试验前 的运行记 录 ，机组运行过程 中没有发生长时间蒸汽品质不合 格记录 ，结垢 的可能性很小。 1 ． 1 ． 4 汽轮机老化 性能考核试验是在机组投产 5个 月后进行 的， 按美国 A S M E P T C 6报告 《 汽轮机性能试 验测量不 确定度评价导则》热耗恶化百分数为 B F ／ A 式中 F ——老化基本系数； —— 汽轮机额定功率 ； J P ——初压力 ，M P a ； —— 对火 电机 组取 1 ． 1 0 ，对 核 电机组 取 0． 1 7。 由上 式 计 算 得 到汽 轮 机 老 化 修 正 系数 f= 0 ． 2 0 1 ％，热耗值为 1 5 ． 3 9 k J ／ k W h 。 老化对高压缸 的影响比中、低压缸大。据有关 资料介绍 ，正常情况下高 、中、低压缸老化程度分 别为 1 ： 0 ． 5 ： 0 ． 1 2 5 。 1 ． 1 ． 5 主蒸汽临时滤 网的影响 考虑到机组运行的安全性 ，机组进行考核试验 时没有拆除主蒸汽临时滤网 ，滤网压力损失为 = ( 吉 g t x 1 ) ／ P 0 式中 △JP ——滤网压力损失 ，MP a ； P 0 ——滤 网前压力 ，M P a ； —— 修正系数 ； p ——蒸汽比容 ，m 3 ／ k g ； u ——蒸汽流速，m ／ s 。 由上式 计 算得 到临 时 性 滤 网 的压 力 损 失 为 2 ． 5 4 ％，影响机组热耗率为 0 ． 3 3 8 ％，合计为 2 5 ． 8 7 l( J ／ k W h 。 1 ． 2 高压缸至中压缸冷却蒸汽量的影响 经影响系数法试验得到 ，由高压缸漏至 中压缸 冷却 蒸汽 量 为 再 热 流量 的 4 ． 0 1 ％ ，是 设 计 值 的 2 ． 8 I5 倍。这部 分增 加 的漏 汽量 直接 漏人 中压缸 ， 使机组热耗上升。下面利用等效热降理论计算其对 机组热耗率的影响。 新蒸汽等效热降 ：H=1 3 0 0 ． 0 4 k J ／ k g 循环吸热量 ：Q=2 7 1 6 ． 3 5 k J ／ k g 装置效率 ： = ／ 71 0 0 ％ = 4 7 ． 8 6 ％ 中压缸冷却蒸汽增加份额 ：a=0 ． 0 2 4 9 5 装置作功损失：A H=1 6 ． 4 8 k J ／ k g 循环 吸热 量减 少：AQ=a ( h 一h ) = 1 5 ． 4 3 k J ／ k g 装 置 循 环 效 率 降 低 ： A t／ = 苦 10 0 =0． 7 0 8 ％ 机 组 热 耗 增 加 ： AH R = Ar 1 H R = ： 5 3 ． 2 6 k J ／ k W h 高压缸至中压缸冷却蒸汽量增大，使进入高压 缸蒸汽作功能力下降，但 中压缸作功能力提高，锅 炉吸热量也减少。利用等效热降理论综合计算得到 中压缸 冷却蒸 汽份额每增 加 1 ％ ( 相对 主蒸汽 流 量) ，热耗增加 0 ． 2 7 8 3 9 ％，实 际高压缸漏 人 中压 缸冷却蒸汽流量蒸汽份额 比设计值 高 2 ． 4 9 5 ％，热 耗增加 5 3 ． 2 6 k J ／ k W h 。造成 中压缸冷却蒸汽量与 设计值相比过大的主要原因是高、中压缸之间汽封 间隙过大 ( 也不排除设计值偏低的可能) 。 1 ． 3 轴封漏汽流量 试验工况下高压轴封漏汽流量 为1 1 7 5 0 k g ／ h ， 超出相 应设计值 ( 1 0 4 8 6 k g ／ h )1 2 6 4 k g ／ h ，影 响 机组 热耗 1 ． 9 8 k J ／ k W h j中压轴 封 漏 汽 流量 为 2 9 5 0 k g ／ h ，超 出相应 设 计值 ( 1 1 04 k g ／ h )1 8 4 6 k g ／ h ，影响机组热耗 8 ． 5 6 k J ／ k W h 。高 、中压轴封 漏汽流量增大综合影响机组热耗 1 0 ． 5 4 k J ／ k W h 。 综合以上分析， 结果汇总于表2 。由于缸效率下 降、轴封漏汽量增大， 使汽轮机热耗升高了 1 6 5 ． 0 3 k J ／ k W h ， 主蒸汽临时滤 网及机组老化影响实际上是 影响机组缸效率， 使机组热耗率升高， 二者影响机组 热耗率4 1 ． 2 6 k J ／ k W h o 综合上述因素， 除掉主蒸汽 表 2 缸效率及轴封漏汽对机组热耗的影晌 8 东北 电力技 术 2 O O 6 年第8 期 临时滤网及机组老化影响，由于缸效率下降 、轴封 漏汽量增大，使汽轮机热耗升高 了 1 2 3 ． 7 7 k J ／ k W h ，与试验热耗结果 ( 高于保证热耗 1 2 3 ． 6 1 k J ／ k W h )相吻合。 2 影响机组实际运行热耗率的其他因素 2 ． 1 驱动给水泵汽轮机用汽流量 驱动给水泵汽轮机用汽流量的增加将使主机的 作功能力下降 ，热耗率增加，驱动给水泵汽轮机设 计用汽流量为8 0 7 5 3 k g ／ h ，实际用 汽流量 为9 2 5 3 7 k g ／ h ，比设计多用汽 1 1 7 8 4 k g ／ h ，影响机组热耗率 3 5 ． 6 2 k J ／ k W h 。 2 ． 2 运行参数 2 ． 2 ． 1 再热器减温水流量 再热器减温水在给水泵抽头引出 ，给水分流部 分不经过高压加热器，在运行过程 中，为了保持参 数额定投人再 热器 减温水 ，在锅 炉 中加热低温 给 水 ，虽然高压部分的回热抽汽量减少 ，提高了机组 作功能力 ，但仍使得 机组能耗增大 ，经济性 降低。 设计工况下再热器减温水流量为 0 ，试验时再热减 温水流量为3 9 4 2 8 k g ／ h ，经计算机 组热 耗率升 高 3 9． 0 9 l ( J ／ k W h 。 2 ． 2 ． 2 主蒸汽参数 、再热蒸汽参数及 汽轮机排 汽 压力 汽轮机主蒸汽参数 、再热蒸汽参数及汽轮机排 汽压力偏离设计值，将对机组经济性产生影响，表 3为试验工况下汽轮机运行参数对机组热耗的影响 值。其 中排汽压力对机组热耗影响最大，约影响机 组热耗 1 2 3 ． 9 7 k J ／ k W h ，各种因素综合影响机组热 耗 1 4 8 ． 1 4 k J ／ k W h 。 2 ． 3 系统不明漏泄流量 试验时热力 系统不 明漏 泄流量 为 1 9 5 0 k g ／ h ． 影响机组热耗率 8 ． 8 7 k J ／ k W h 。综合 以上分析 ，结 果列于表 4 。由于缸效率下降、轴封漏汽量增 大使 汽轮机热耗升高了 1 6 5 ． 0 3 k J ／ k W h ，加上驱动给水 泵汽轮机用汽流量增加 、再热器减温水投入及其他 运行 参 数 的影 响，汽 轮 机 热 耗 率 升 高 约 3 9 6 ． 7 5 k J ／ k W h ， 这一结果符合设备试验时实际状况。 3 结束语 通过 以上分析 ，华能沁北发电有 限责任公 司 1 号机组热耗率没有达到保证值的原因是汽轮机本体 各缸效率低及轴封漏汽量大 。缸效率低及轴封漏汽 量大的主要原因是通流部分的动静 间隙偏大，安装 制造加工与设计存在偏差。运行参数偏离设计值 、 再热器减温水的投人及小汽轮机用汽流量偏大也是 造成机组实际热耗率偏高的主要原因之一。 作者简介 ： 杨剑永( 1 9 6 6 一 ) ，男 ，硕 士 ，高工 ，从 事热 力试验工作 。 ( 收稿 日期2 o 0 6—0 4 —2 5 )