李 狀，郭容赫，樊 芮

(1．華電電力科學(xué)研究院有限公司東北分公司，沈陽(yáng) 110000 ；2．國(guó)網(wǎng)湖南省電力有限公司供電服務(wù)中心(計(jì)量中心)，長(zhǎng)沙 410004)

汽輪機(jī)是一種以蒸汽為動(dòng)力，將蒸汽的能量轉(zhuǎn)化成機(jī)械功的旋轉(zhuǎn)機(jī)械，廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代大型發(fā)電系統(tǒng)中。運(yùn)行中，為了保證機(jī)組出力與外界經(jīng)常變動(dòng)的負(fù)荷相適應(yīng)，汽輪機(jī)必須經(jīng)常調(diào)整功率。由于進(jìn)汽流量與機(jī)組出力成正比 ，因此改變汽輪機(jī)功率最直接、最有效的方式就是控制其進(jìn)汽量，進(jìn)汽量發(fā)生變化時(shí)汽輪機(jī)功率也會(huì)隨之發(fā)生變化。對(duì)汽輪機(jī)進(jìn)汽量進(jìn)行調(diào)節(jié)也就是配汽， 汽輪機(jī)配汽有兩種方式，即單閥調(diào)節(jié)和多閥調(diào)節(jié)(也稱(chēng)順序閥)，兩種調(diào)節(jié)方式不同，蒸汽在汽缸內(nèi)的熱力過(guò)程也不相同，機(jī)組的缸效率也不同。缸效率的改變影響機(jī)組熱耗率，使機(jī)組發(fā)電煤耗發(fā)生變化。

1 單閥和順序閥的特性

單閥是指高壓調(diào)節(jié)閥門(mén)同時(shí)參與調(diào)節(jié)，汽輪機(jī)增加進(jìn)汽時(shí)，各高壓調(diào)節(jié)閥門(mén)同時(shí)開(kāi)大，汽輪機(jī)減小進(jìn)汽時(shí)，各高壓調(diào)節(jié)閥同時(shí)關(guān)小，即各高壓調(diào)節(jié)閥門(mén)的指令和開(kāi)度都是一樣的。單閥運(yùn)行時(shí)，調(diào)節(jié)級(jí)全周進(jìn)汽，高壓缸加熱均勻，缸體、轉(zhuǎn)子應(yīng)力變化平穩(wěn)，有利于調(diào)節(jié)級(jí)葉片應(yīng)力控制，因此，新投產(chǎn)的機(jī)組在運(yùn)行初期，汽輪機(jī)生產(chǎn)廠(chǎng)家要求高壓調(diào)節(jié)閥采用單閥運(yùn)行方式。

順序閥是指高壓調(diào)節(jié)閥門(mén)按照一定順序參與調(diào)節(jié)，進(jìn)汽流量的不同，閥門(mén)開(kāi)啟的數(shù)目和開(kāi)度也不同，即各個(gè)高壓調(diào)節(jié)閥門(mén)的指令和開(kāi)度都不是一樣的。順序閥運(yùn)行時(shí)，調(diào)節(jié)級(jí)部分進(jìn)汽，當(dāng)只有一個(gè)調(diào)節(jié)閥全開(kāi)時(shí)，調(diào)節(jié)級(jí)動(dòng)葉片會(huì)產(chǎn)生較大的彎曲應(yīng)力，為控制葉片應(yīng)力過(guò)大，低負(fù)荷時(shí)，至少有兩個(gè)調(diào)節(jié)閥同步動(dòng)作。

汽輪機(jī)進(jìn)汽通過(guò)高壓調(diào)節(jié)閥時(shí)會(huì)產(chǎn)生壓力降，其降壓過(guò)程稱(chēng)為節(jié)流過(guò)程。機(jī)組高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，所有高壓調(diào)節(jié)閥全部開(kāi)啟，單閥和順序閥開(kāi)度相同，熱力特性也相同。機(jī)組部分負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，采用單閥調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)閥均部分開(kāi)啟，負(fù)荷越低，閥門(mén)開(kāi)度越小，蒸汽節(jié)流損失越大。采用順序閥調(diào)節(jié)，全開(kāi)的閥門(mén)蒸汽節(jié)流損失很小，全關(guān)的閥門(mén)沒(méi)有節(jié)流損失，但調(diào)節(jié)級(jí)為部分進(jìn)汽，存在部分進(jìn)汽損失，與全周進(jìn)汽相比，調(diào)節(jié)級(jí)效率降低[1-4]。

2 高壓缸效率計(jì)算方法

汽輪機(jī)級(jí)由噴嘴葉柵和與其相配合的動(dòng)葉柵組成，是汽輪機(jī)做功的基本單元，汽輪機(jī)可由單級(jí)或多級(jí)串聯(lián)組合而成。級(jí)的效率等于蒸汽在該級(jí)葉片中的實(shí)際做功與其理想焓降之比。初參數(shù)為高壓調(diào)節(jié)閥后的參數(shù)，不包含主汽閥、調(diào)節(jié)閥節(jié)流損失，高壓缸整級(jí)效率為高壓缸通流效率。初參數(shù)為高壓主汽閥前的參數(shù)，包含主汽閥、調(diào)節(jié)閥節(jié)流損失，高壓缸整級(jí)效率為高壓缸效率。

高壓主汽閥閥前的蒸汽壓力P0、溫度T0、焓值h0，調(diào)節(jié)閥后的蒸汽壓力P01、溫度T01，高壓缸排汽壓力P2、溫度T2、焓值h21，主蒸汽等熵焓值h1、調(diào)節(jié)級(jí)等熵焓值h2。蒸汽在高壓缸膨脹過(guò)程見(jiàn)圖1。

圖1 蒸汽在高壓缸膨脹過(guò)程

高壓調(diào)節(jié)閥節(jié)流效率ηjl為：

(1)

高壓缸通流效率ηTL為：

(2)

高壓缸效率ηHP為：

(3)

從公式(1)、(2)、(3)可看出，高壓缸效率是高壓通流效率與進(jìn)汽機(jī)構(gòu)節(jié)流效率之積。

蒸汽通過(guò)調(diào)節(jié)閥節(jié)流后，壓力降低，焓值不變，但熵值增加，膨脹線(xiàn)右移。蒸汽有無(wú)節(jié)流，在級(jí)內(nèi)做功能力不同，級(jí)效率也不同[5-6]。

3 高壓缸效率變化對(duì)發(fā)電煤耗率影響

發(fā)電煤耗率是指火力發(fā)電廠(chǎng)每生產(chǎn)1 kW·h 電能所需消耗的燃煤量，與汽輪機(jī)熱耗率、鍋爐效率、管道效率相關(guān)。高壓缸效率發(fā)生變化時(shí)，汽輪機(jī)熱耗率要發(fā)生變化，而鍋爐效率、管道效率基本不變，發(fā)電煤耗率bfd與汽輪機(jī)熱耗率HR成正比，其計(jì)算為[7]：

(4)

式中：ηgl為鍋爐效率 ；ηgd為管道效率 ；Qd為低位發(fā)熱量，取29 308 kJ/kg ；k為系數(shù)。

汽輪機(jī)熱耗率發(fā)生變化引起發(fā)電煤耗率的變化，其計(jì)算為：

(5)

高壓缸效率變化，使機(jī)組熱耗率變化量為：

(6)

式中：GHP為高壓缸蒸汽流量 ；Gzr為再蒸器蒸汽流量 ；NHP為高壓缸內(nèi)功率 ；Ne為發(fā)電機(jī)功率 ；δηHP為高壓缸效率變化量。

高壓缸效率變化，使機(jī)組發(fā)電煤耗率變化量為：

δηHP×k

(7)

4 試驗(yàn)分析

為了比較單閥和順序閥兩種配汽方式對(duì)高壓缸效率的影響，本文以國(guó)產(chǎn)超臨界660 MW機(jī)組為例，進(jìn)行單閥和順序閥方式下的高壓缸效率對(duì)比試驗(yàn)。該機(jī)組為超臨界、一次中間再熱、單軸、雙缸雙排汽、直接空冷、凝汽式汽輪機(jī)，額定功率為660 MW。機(jī)組裝有2個(gè)高壓主汽調(diào)節(jié)聯(lián)合閥，每個(gè)主汽調(diào)節(jié)聯(lián)合閥包括一個(gè)水平安裝的主汽閥和2個(gè)相同的垂直安裝的調(diào)節(jié)閥。

試驗(yàn)選擇了3個(gè)典型工況點(diǎn)(見(jiàn)表1)，機(jī)組負(fù)荷分別為630 MW、530 MW、400 MW，每次試驗(yàn)過(guò)程中保持汽輪機(jī)高壓調(diào)節(jié)閥(GV)開(kāi)度不變，運(yùn)行參數(shù)穩(wěn)定。對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理計(jì)算，并計(jì)算了蒸汽通過(guò)高壓缸的有效焓降、理想焓降，高壓缸效率。

表1 配汽方式對(duì)比試驗(yàn)數(shù)據(jù)及計(jì)算結(jié)果

在不同負(fù)荷工況下，將單閥運(yùn)行方式下的高壓缸效率與順序閥運(yùn)行作比較 ：在95%額定負(fù)荷時(shí)，單閥比順序閥低0.13%；在60%額定負(fù)荷時(shí)，單閥比順序閥低2.79%。高負(fù)荷時(shí)，單閥開(kāi)度較大，與順序閥的開(kāi)度相近，兩種運(yùn)行方式調(diào)節(jié)閥節(jié)流損失偏差不大，高壓缸效率偏差也不明顯；低負(fù)荷時(shí)，隨著負(fù)荷的降低，單閥運(yùn)行方式，調(diào)節(jié)閥開(kāi)度越來(lái)越小，節(jié)流損失越來(lái)越大，兩種運(yùn)行方式高壓缸效率偏差也越來(lái)越大，單閥方式高壓缸效率低于順序閥方式。在同樣負(fù)荷時(shí)，順序閥運(yùn)行方式的高壓缸效率始終高于單閥運(yùn)行方式，這表明當(dāng)汽輪機(jī)配汽方式變化時(shí)，進(jìn)汽機(jī)構(gòu)節(jié)流的變化對(duì)高壓效率影響幅度要大，而對(duì)高壓缸通流效率影響要小。

5 結(jié)束語(yǔ)

高壓缸效率的變化影響汽輪機(jī)的內(nèi)功率，高壓缸效率降低，如果保持負(fù)荷不變，需要增加汽輪機(jī)的熱耗量，使得機(jī)組煤耗增加。在同樣負(fù)荷時(shí)，順序閥運(yùn)行方式的高壓缸效率高于單閥運(yùn)行方式；在高負(fù)荷時(shí)，兩者偏差不大，隨著負(fù)荷的降低，兩者偏差越來(lái)越大。在95%負(fù)荷時(shí)，單閥運(yùn)行方式比順序閥運(yùn)行方式的高壓缸效率低0.13%，機(jī)組熱耗率增加1.82 kJ/(kW·h)，發(fā)電煤耗率增加0.07 g/(kW·h)；在60%負(fù)荷時(shí)，單閥比順序閥運(yùn)行方式的高壓缸效率低2.79%，機(jī)組熱耗率增加39.06 kJ/(kW·h)，發(fā)電煤耗率增加1.48g/(kW·h)。