660 MW汽轮机配汽方式对机组煤耗影响分析

李 状，郭容赫，樊 芮

(1．华电电力科学研究院有限公司东北分公司，沈阳 110000 ；2．国网湖南省电力有限公司供电服务中心(计量中心)，长沙 410004)

汽轮机是一种以蒸汽为动力，将蒸汽的能量转化成机械功的旋转机械，广泛应用于现代大型发电系统中。运行中，为了保证机组出力与外界经常变动的负荷相适应，汽轮机必须经常调整功率。由于进汽流量与机组出力成正比 ，因此改变汽轮机功率最直接、最有效的方式就是控制其进汽量，进汽量发生变化时汽轮机功率也会随之发生变化。对汽轮机进汽量进行调节也就是配汽， 汽轮机配汽有两种方式，即单阀调节和多阀调节(也称顺序阀)，两种调节方式不同，蒸汽在汽缸内的热力过程也不相同，机组的缸效率也不同。缸效率的改变影响机组热耗率，使机组发电煤耗发生变化。

1 单阀和顺序阀的特性

单阀是指高压调节阀门同时参与调节，汽轮机增加进汽时，各高压调节阀门同时开大，汽轮机减小进汽时，各高压调节阀同时关小，即各高压调节阀门的指令和开度都是一样的。单阀运行时，调节级全周进汽，高压缸加热均匀，缸体、转子应力变化平稳，有利于调节级叶片应力控制，因此，新投产的机组在运行初期，汽轮机生产厂家要求高压调节阀采用单阀运行方式。

顺序阀是指高压调节阀门按照一定顺序参与调节，进汽流量的不同，阀门开启的数目和开度也不同，即各个高压调节阀门的指令和开度都不是一样的。顺序阀运行时，调节级部分进汽，当只有一个调节阀全开时，调节级动叶片会产生较大的弯曲应力，为控制叶片应力过大，低负荷时，至少有两个调节阀同步动作。

汽轮机进汽通过高压调节阀时会产生压力降，其降压过程称为节流过程。机组高负荷运行时，所有高压调节阀全部开启，单阀和顺序阀开度相同，热力特性也相同。机组部分负荷运行时，采用单阀调节，调节阀均部分开启，负荷越低，阀门开度越小，蒸汽节流损失越大。采用顺序阀调节，全开的阀门蒸汽节流损失很小，全关的阀门没有节流损失，但调节级为部分进汽，存在部分进汽损失，与全周进汽相比，调节级效率降低[1-4]。

2 高压缸效率计算方法

汽轮机级由喷嘴叶栅和与其相配合的动叶栅组成，是汽轮机做功的基本单元，汽轮机可由单级或多级串联组合而成。级的效率等于蒸汽在该级叶片中的实际做功与其理想焓降之比。初参数为高压调节阀后的参数，不包含主汽阀、调节阀节流损失，高压缸整级效率为高压缸通流效率。初参数为高压主汽阀前的参数，包含主汽阀、调节阀节流损失，高压缸整级效率为高压缸效率。

高压主汽阀阀前的蒸汽压力P0、温度T0、焓值h0，调节阀后的蒸汽压力P01、温度T01，高压缸排汽压力P2、温度T2、焓值h21，主蒸汽等熵焓值h1、调节级等熵焓值h2。蒸汽在高压缸膨胀过程见图1。

图1 蒸汽在高压缸膨胀过程

高压调节阀节流效率ηjl为：

(1)

高压缸通流效率ηTL为：

(2)

高压缸效率ηHP为：

(3)

从公式(1)、(2)、(3)可看出，高压缸效率是高压通流效率与进汽机构节流效率之积。

蒸汽通过调节阀节流后，压力降低，焓值不变，但熵值增加，膨胀线右移。蒸汽有无节流，在级内做功能力不同，级效率也不同[5-6]。

3 高压缸效率变化对发电煤耗率影响

发电煤耗率是指火力发电厂每生产1 kW·h 电能所需消耗的燃煤量，与汽轮机热耗率、锅炉效率、管道效率相关。高压缸效率发生变化时，汽轮机热耗率要发生变化，而锅炉效率、管道效率基本不变，发电煤耗率bfd与汽轮机热耗率HR成正比，其计算为[7]：

(4)

式中：ηgl为锅炉效率 ；ηgd为管道效率 ；Qd为低位发热量，取29 308 kJ/kg ；k为系数。

汽轮机热耗率发生变化引起发电煤耗率的变化，其计算为：

(5)

高压缸效率变化，使机组热耗率变化量为：

(6)

式中：GHP为高压缸蒸汽流量 ；Gzr为再蒸器蒸汽流量 ；NHP为高压缸内功率 ；Ne为发电机功率 ；δηHP为高压缸效率变化量。

高压缸效率变化，使机组发电煤耗率变化量为：

δηHP×k

(7)

4 试验分析

为了比较单阀和顺序阀两种配汽方式对高压缸效率的影响，本文以国产超临界660 MW机组为例，进行单阀和顺序阀方式下的高压缸效率对比试验。该机组为超临界、一次中间再热、单轴、双缸双排汽、直接空冷、凝汽式汽轮机，额定功率为660 MW。机组装有2个高压主汽调节联合阀，每个主汽调节联合阀包括一个水平安装的主汽阀和2个相同的垂直安装的调节阀。

试验选择了3个典型工况点(见表1)，机组负荷分别为630 MW、530 MW、400 MW，每次试验过程中保持汽轮机高压调节阀(GV)开度不变，运行参数稳定。对试验数据进行整理计算，并计算了蒸汽通过高压缸的有效焓降、理想焓降，高压缸效率。

表1 配汽方式对比试验数据及计算结果

在不同负荷工况下，将单阀运行方式下的高压缸效率与顺序阀运行作比较 ：在95%额定负荷时，单阀比顺序阀低0.13%；在60%额定负荷时，单阀比顺序阀低2.79%。高负荷时，单阀开度较大，与顺序阀的开度相近，两种运行方式调节阀节流损失偏差不大，高压缸效率偏差也不明显；低负荷时，随着负荷的降低，单阀运行方式，调节阀开度越来越小，节流损失越来越大，两种运行方式高压缸效率偏差也越来越大，单阀方式高压缸效率低于顺序阀方式。在同样负荷时，顺序阀运行方式的高压缸效率始终高于单阀运行方式，这表明当汽轮机配汽方式变化时，进汽机构节流的变化对高压效率影响幅度要大，而对高压缸通流效率影响要小。

5 结束语

高压缸效率的变化影响汽轮机的内功率，高压缸效率降低，如果保持负荷不变，需要增加汽轮机的热耗量，使得机组煤耗增加。在同样负荷时，顺序阀运行方式的高压缸效率高于单阀运行方式；在高负荷时，两者偏差不大，随着负荷的降低，两者偏差越来越大。在95%负荷时，单阀运行方式比顺序阀运行方式的高压缸效率低0.13%，机组热耗率增加1.82 kJ/(kW·h)，发电煤耗率增加0.07 g/(kW·h)；在60%负荷时，单阀比顺序阀运行方式的高压缸效率低2.79%，机组热耗率增加39.06 kJ/(kW·h)，发电煤耗率增加1.48g/(kW·h)。