馮惠平

（山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司能源動力廠，山東萊蕪 271104）

前言

在國家去產能調控及環(huán)保核查壓力下，鋼鐵企業(yè)普遍加強了自發(fā)電量提升的要求。自發(fā)電量的提升不僅能夠緩解企業(yè)成本壓力，而且對完成節(jié)能減排任務起著至關重要的作用。對于純燃煤氣鍋爐的發(fā)電機組，如何在調節(jié)管網煤氣壓力的同時兼顧發(fā)電效率，實現(xiàn)能源利用最大化已經成為亟待研究的課題之一。萊鋼能源動力廠通過對已有汽輪機進行性能測試，并根據(jù)生產節(jié)奏變化建立最經濟的運行模型的方式，對這一課題進行了探索。

1 現(xiàn)狀及問題的提出

萊鋼能源動力廠現(xiàn)有四大作業(yè)區(qū)10臺汽輪發(fā)電機組。除兩臺干熄焦余熱機組外，其余機組全部為鍋爐純燃煤氣發(fā)電機組。受地域分散、鍋爐純燃煤氣限制，汽輪發(fā)電機組承擔著發(fā)電和平衡煤氣管網壓力的雙重作用，由此出現(xiàn)了發(fā)電負荷波動頻繁、機組運行效率低的問題。據(jù)統(tǒng)計，國內50 MW以下小型汽輪機效率多在25%～27%，效率高的機組可以達到30%左右。而我廠大部分機組平均效率在25%以下，與先進水平存在一定差距。如何提升機組運行效率成為提升汽輪機經濟性能的一項重要工作。為進一步提高能源利用率，提高機組效率，對各汽輪機組進行了經濟性能測試。

2 性能測試方法

開展性能測試的總體思路是通過性能測試尋找提升機組效率的方法，對工藝及計量儀表進行校準，確定最佳循環(huán)水量及溫度；試驗鍋爐蒸汽參數(shù)對汽輪機組的影響，確定不同工況下各汽輪機組的最佳經濟運行區(qū)間；建立全廠汽輪機組經濟運行模型。主要方法就是以汽輪機汽耗作為考核基準，在滿負荷、半負荷等幾種常見負荷模式下，分別對純凝、調整不同抽汽量等狀態(tài)下的汽耗進行統(tǒng)計。同時在不同模式下對循環(huán)水量進行調整，觀察記錄汽輪機真空度變化，綜合考慮循環(huán)水泵耗電量與汽輪發(fā)電量的關系，尋找最佳契合點。在能夠實現(xiàn)單元制機組中，對鍋爐側參數(shù)進行統(tǒng)計。對主蒸汽溫度、壓力等對效率有的影響參數(shù)進行分析，縮小蒸汽溫度、壓力控制范圍。模擬實際運行工況，對各機組實際運行效率進行實測和排序。依照效率高低規(guī)定不同生產模式下發(fā)電機負荷控制范圍及機組啟停順序，建立經濟運行模型。

3 性能測試創(chuàng)新點

3.1 單元制機組與母管制機組相結合的模式

由于部分機組采用母管制運行，鍋爐側參數(shù)影響不易直觀反映。為解決這一問題，對主力機組調整運行方式創(chuàng)造“單機單爐”單元制試驗機會，其余機組采用母管制供汽模式進行試驗。在試驗運行過程中保證試驗鍋爐煤氣用量，穩(wěn)定工藝參數(shù)，對比蒸汽溫度、壓力、流量等參數(shù)，對存在問題的工藝儀表進行修訂。

3.2 引入循環(huán)水量變化對效率的影響試驗

循環(huán)水量對汽輪機真空度的影響很大。由于循環(huán)水系統(tǒng)為母管制模式，啟停循環(huán)水泵的臺數(shù)又影響到區(qū)域耗電量的高低。根據(jù)真空度與汽輪機效率的經驗公式，可以合理控制循環(huán)水量，又保證機組的經濟運行。試驗中通過調整循環(huán)水泵啟停臺數(shù)，記錄系統(tǒng)各機組真空變化情況，將機組效率變化與水泵電量消耗做對比，尋找各個區(qū)域內循環(huán)水量最佳供應模式。例如對一臺50 MW發(fā)電機測試時，當停運一臺循環(huán)水泵，發(fā)電機組真空降低由88.7 kPa降低至87.3 kPa；循環(huán)水壓力由0.16 MPa降低至0.12 MPa。測算機組效率降低1.4%，蒸汽消耗增加10t/h（折發(fā)電2500 kW)。而循環(huán)水泵功率僅為630 kW，所以退出一臺水泵運行不經濟。

3.3 利用凝結水量修正汽輪機用蒸汽量

受現(xiàn)場空間限制，個別機組用蒸汽計量安裝不符合要求。為了消除因計量儀表引入的誤差，利用純凝工況下冷凝水量基本與蒸汽量一致的原理，通過便攜式流量計測量冷凝水量并對進汽流量進行修正。通過56 h測試發(fā)現(xiàn)一臺汽輪機進汽流量偏高（18～19.5）%，及時對其記錄參數(shù)進行了修正，獲得了該機組真實效率數(shù)據(jù)。

3.4 計量數(shù)據(jù)修正補償

根據(jù)流量參數(shù)修正公式，對固定溫壓補償?shù)牧髁繑?shù)據(jù)進行修正。測試中蒸汽流量壓力設定參數(shù)為3.7～3.9 MPa，而實際運行參數(shù)為 3.3～3.5 MPa，造成汽輪發(fā)電機組蒸汽流量數(shù)據(jù)失真，影響試驗效果。利用修正公式對數(shù)據(jù)進行了修正補償，通過計算該點修正系數(shù)為0.954，保證汽輪機進汽量更加準確。

式中：K——流量修正系數(shù)；

T1——表計溫度，℃）；

T2——實際溫度，℃；

P1——表計壓力，MPa；

P2——實際壓力，MPa。

3.5 對射水箱控制溫度進行優(yōu)化

試驗過程中發(fā)現(xiàn)各射水抽汽式汽輪機組射水箱溫度參數(shù)差異較大。查閱汽輪機相關資料后發(fā)現(xiàn)，射水抽汽式機組要求射水箱溫度低于26℃。試驗中當汽輪發(fā)電機組射水箱溫度由33.6℃降低至26.3℃，其真空度上升了1.7 kPa，汽輪機效率提升了2.2%。根據(jù)測試結果繪制了同一工況下射水箱溫度降低真空升高趨勢圖，見圖1。

圖1 同一工況下射水箱溫度降低真空升高趨勢圖

4 經濟運行模型的建立

根據(jù)各機組性能測試結果的統(tǒng)計分析，對能源動力廠10臺汽輪發(fā)電機按照效率高低進行了排序。對主力機組設定其發(fā)電負荷、抽汽量運行區(qū)間以及其對應鍋爐運行參數(shù)控制范圍。要求在煤氣壓力充足的情況下，機組負荷波動范圍不超過5 MW，蒸汽溫度±10℃、壓力±0.2 MPa。同時規(guī)定了當不同數(shù)量及區(qū)域的高爐休風、冬季采暖等特殊時段各區(qū)域各機組負荷壓減順序及最低負荷限度。在穩(wěn)產保供的前提下，最大限度的保證自發(fā)電量。

5 實施效果

通過汽輪機經濟性能測試，對現(xiàn)有的汽輪發(fā)電機組影響效率提升的問題進行了分析，有針對性的開展了能效提升工作。經濟運行模型運行后，月自發(fā)電量較同期增加約500萬kWh，機組平均效率提升近1%，估算年可節(jié)約標準煤1.55萬t，創(chuàng)造效益600余萬元。同時社會效益也很可觀。經過預算年可減少排放二氧化碳4.04萬t,二氧化硫132.1t,氮氧化物115 t，環(huán)保效益同樣明顯。

[1]胡念蘇.汽輪機設備系統(tǒng)及運行[M].北京:中國電力出版社，2010，1.

[2]張克舫.汽輪機技術問答[M].北京:中國石化出版社，2006，6.

[3]劉凱.汽輪機試驗[M].北京:中國電力出版社，2005，5.