600MW汽輪機(jī)滑壓運(yùn)行調(diào)節(jié)閥運(yùn)行方式的分析

1、600MW汽輪機(jī)滑壓運(yùn)行調(diào)節(jié)閥運(yùn)行方式的分析 以N600-16.7/537/537型機(jī)組為例，研究滑壓運(yùn)行時(shí)不同的調(diào)節(jié)閥運(yùn)行方式的經(jīng)濟(jì)性，計(jì)算比較機(jī)組由三閥全開(kāi)轉(zhuǎn)換到四閥全開(kāi)時(shí)，調(diào)節(jié)級(jí)理想焓降的變化;計(jì)算比較由三閥全開(kāi)轉(zhuǎn)換到前3只閥門(mén)全開(kāi)，4號(hào)閥部分開(kāi)啟時(shí)，綜合考慮調(diào)節(jié)級(jí)理想焓降和節(jié)流損失得出其經(jīng)濟(jì)性變化;計(jì)算比較由三閥全開(kāi)轉(zhuǎn)換到四閥均部分開(kāi)啟，且保持相同的開(kāi)度時(shí)的經(jīng)濟(jì)性;再比較機(jī)組由三閥全開(kāi)轉(zhuǎn)換為只開(kāi)兩閥時(shí)的經(jīng)濟(jì)性，發(fā)現(xiàn)調(diào)節(jié)閥并不是開(kāi)的越多越好，確定了該機(jī)組最正確滑壓運(yùn)行時(shí)的閥序運(yùn)行方式，也為理性地定義滑壓調(diào)節(jié)和調(diào)節(jié)閥控制面積的設(shè)計(jì)提供參考。 改革開(kāi)放以后，國(guó)家經(jīng)濟(jì)政策進(jìn)一步調(diào)整，工業(yè)用電和

2、城市居民用電量劇增，迫使大容量機(jī)組開(kāi)展滑壓調(diào)峰。而對(duì)滑壓調(diào)節(jié)的概念，不同的文獻(xiàn)有不同的定義，一是“汽輪機(jī)滑壓調(diào)節(jié)，在任何負(fù)荷下將所有調(diào)節(jié)閥全開(kāi)，使部分負(fù)荷下節(jié)流損失最小”，即所有調(diào)節(jié)閥全開(kāi)，在任何負(fù)荷下都靠主蒸汽壓力來(lái)調(diào)節(jié)負(fù)荷;另一種定義是“汽輪機(jī)滑壓運(yùn)行時(shí)，調(diào)節(jié)閥全開(kāi)或開(kāi)度不變”。 因此目前火電機(jī)組滑壓運(yùn)行主要有以下3種方式：全開(kāi)所有調(diào)節(jié)閥門(mén)運(yùn)行，即在任何負(fù)荷下都是通過(guò)調(diào)節(jié)主汽壓力來(lái)調(diào)節(jié)負(fù)荷，此時(shí)調(diào)節(jié)級(jí)的節(jié)流損失最小;全開(kāi)部分調(diào)節(jié)閥運(yùn)行，即一部分調(diào)節(jié)閥門(mén)全開(kāi)，另一部分全關(guān)，這樣在部分負(fù)荷時(shí)滿足進(jìn)汽量要求，也可以維持一定的主蒸汽壓力;調(diào)節(jié)閥門(mén)不開(kāi)足，保持一定開(kāi)度開(kāi)展滑壓運(yùn)行，這樣會(huì)帶來(lái)較大的節(jié)

3、流損失。本文將開(kāi)展4種運(yùn)行方式的經(jīng)濟(jì)性比較：全開(kāi)部分調(diào)節(jié)閥運(yùn)行；全開(kāi)所有調(diào)節(jié)閥門(mén)運(yùn)行；所有調(diào)節(jié)閥門(mén)不開(kāi)足；部分調(diào)節(jié)閥門(mén)全開(kāi)，部分調(diào)節(jié)閥門(mén)不開(kāi)足。 1、機(jī)組設(shè)計(jì)現(xiàn)況 國(guó)內(nèi)如*汽輪機(jī)廠、*汽輪機(jī)廠、*汽輪機(jī)廠等生產(chǎn)的汽輪機(jī)，在額定工況設(shè)計(jì)時(shí)一般不會(huì)設(shè)計(jì)為所有調(diào)節(jié)閥全開(kāi)，為了在低參數(shù)時(shí)仍能帶額定負(fù)荷，設(shè)計(jì)時(shí)總需留一個(gè)部分開(kāi)啟的調(diào)節(jié)閥，這就造成了機(jī)組實(shí)際滑壓運(yùn)行時(shí)調(diào)節(jié)閥運(yùn)行方式與機(jī)組設(shè)計(jì)工況的調(diào)節(jié)閥運(yùn)行方式有一定差異，終究哪種滑壓運(yùn)行調(diào)節(jié)閥運(yùn)行方式更經(jīng)濟(jì)，是否調(diào)節(jié)閥開(kāi)得越多越好，本文以N600-16.7/537/537型機(jī)組為例，計(jì)算比較機(jī)組由三閥全開(kāi)轉(zhuǎn)換到四閥全開(kāi)、部分開(kāi)啟時(shí)的經(jīng)濟(jì)性，再比較機(jī)組由三

4、閥全開(kāi)轉(zhuǎn)換為只開(kāi)兩閥時(shí)的經(jīng)濟(jì)性。 2、實(shí)例計(jì)算 某一臺(tái)600MW機(jī)組，機(jī)組轉(zhuǎn)速n=3000r/min，設(shè)計(jì)工況下，新蒸汽壓力P0=16.7MPA，新蒸汽溫度t0=537，主汽額定D0=1792.462t/h，調(diào)節(jié)級(jí)后壓力p2=10.5MPA，高壓缸排汽壓力3.581MPA，高壓缸排汽溫度314.4。 表1 調(diào)節(jié)級(jí)主要特性參數(shù) 表2 閥門(mén)噴嘴配氣機(jī)構(gòu) 該機(jī)組具有4只調(diào)節(jié)閥，經(jīng)濟(jì)工況為三閥全開(kāi)，總流量不變，改變調(diào)節(jié)閥運(yùn)行方式，計(jì)算并比較汽輪機(jī)做功的差異，改變調(diào)節(jié)閥運(yùn)行方式時(shí)，機(jī)組再熱溫度和再熱壓力相同，即中低壓缸做功相同。所以比較改變調(diào)節(jié)閥運(yùn)行方式時(shí)汽輪機(jī)做功差異只需比較其調(diào)節(jié)級(jí)和高壓缸焓降。 2

5、.1、調(diào)節(jié)閥由三閥改到四閥 2.1.1、計(jì)算分析 運(yùn)用弗留格爾公式計(jì)算出調(diào)節(jié)級(jí)后壓力保持不變時(shí)，調(diào)節(jié)級(jí)前壓力的變化。由于弗留格爾公式的使用條件是通流面積不變，因此在總流量不變的前提下，三閥全開(kāi)改為四閥全開(kāi)時(shí)，流過(guò)原來(lái)3只閥的流量將減少，流量反比于通流面積 式中：D3x表示四閥全開(kāi)時(shí)，流過(guò)原來(lái)3只閥門(mén)的流量;D3y表示三閥全開(kāi)時(shí)，流過(guò)3只閥門(mén)的流量;F3表示前3只閥門(mén)全開(kāi)的控制面積;F4表示4只閥全開(kāi)時(shí)的控制面積。 即流過(guò)前調(diào)節(jié)閥噴嘴組的流量將減少到原來(lái)的75%，此時(shí)應(yīng)用弗留格爾公式可求4只閥全開(kāi)時(shí)調(diào)節(jié)級(jí)前的壓力P01，滑壓運(yùn)行時(shí)，主蒸汽溫度不變即t01=t0，弗留格爾公式為 (2) 其臨界壓比

6、 式中：k取1.3，代入數(shù)據(jù)p0=16.7MPA，p2=10.5MPA化簡(jiǎn)得 用MATLAB作該函數(shù)的圖形如圖1所示。 圖1 調(diào)節(jié)級(jí)前壓力與4號(hào)閥門(mén)面積關(guān)系圖 該機(jī)組(F4-F3)/F3=1/3，得p01=13.89MPA，即四閥全開(kāi)時(shí)的調(diào)節(jié)級(jí)前壓力，此時(shí)并無(wú)節(jié)流損失，由于蒸汽的過(guò)熱度高，可用理想氣體焓降公式表示為 因此，該機(jī)組由三閥全開(kāi)換為四閥全開(kāi)，其理想焓降比可為 由t01=t0代入數(shù)據(jù)得 由此可見(jiàn)，該機(jī)組在相同流量下四閥全開(kāi)較三閥全開(kāi)，調(diào)節(jié)級(jí)理想焓降減少了差不多40%，在此，我們通過(guò)熱力計(jì)算進(jìn)一步驗(yàn)證： 查焓熵圖得，三閥全開(kāi)時(shí)，調(diào)節(jié)級(jí)前的壓力、溫度和焓為 p0=16.7MPA，t0=53

7、7，h0=3393.6kJ/kg 調(diào)節(jié)級(jí)后的壓力、溫度和焓為 p2=10.5MPA，t2=455，ht=3246.4kJ/kg 四閥全開(kāi)時(shí)，調(diào)節(jié)級(jí)前的壓力、溫度和焓為 p01=13.89MPA，t01=537，h01=3425.2kJ/kg 調(diào)節(jié)級(jí)后的壓力、溫度和焓為 p21=10.5MPA，t21=487，ht1=3332.6kJ/kg 設(shè)計(jì)工況的理想焓降 ht=h0-ht=147.2kJ/kg 變工況的理想焓降 ht1=h01-ht1=92.6kJ/kg ht1/ht=0.629 與理論計(jì)算基本一致，其理想焓降減少 h=ht-h=54.6kJ/kg 理想情況下少發(fā)的功率 P=D0h=127

8、18.6kW 此時(shí)高壓缸做功能力變化不大。 2.1.2、優(yōu)化改良 顯然三閥全開(kāi)轉(zhuǎn)換為四閥全開(kāi)很不經(jīng)濟(jì)，為了提高4只調(diào)節(jié)閥都開(kāi)啟的經(jīng)濟(jì)性。我們提出了下面兩種方案： 前3只調(diào)節(jié)閥全開(kāi)時(shí)，4號(hào)閥部分打開(kāi)。此時(shí)存在節(jié)流損失，調(diào)節(jié)級(jí)后壓力和溫度會(huì)較四閥全開(kāi)時(shí)有所改變。 4只調(diào)節(jié)閥均部分開(kāi)啟，保持相同的開(kāi)度，即單閥調(diào)節(jié)。由計(jì)算分析可知，每只閥打開(kāi)75%100%時(shí)總流量不會(huì)改變，在開(kāi)75%時(shí)，每只閥均流滿，此時(shí)節(jié)流損失最大，開(kāi)100%時(shí)，無(wú)節(jié)流損失。 當(dāng)前3只調(diào)節(jié)閥全開(kāi)時(shí)，4號(hào)閥部分開(kāi)啟時(shí)，4號(hào)閥的控制面積減小，存在著節(jié)流損失，調(diào)節(jié)級(jí)后壓力和溫度都會(huì)降低。焓熵圖上表示為，一個(gè)等過(guò)s程和一個(gè)h不變過(guò)程的疊加，

9、如圖2所示。 圖2 等熵節(jié)流示意圖 為了便于分析，我們現(xiàn)舉4號(hào)閥只開(kāi)50%為例開(kāi)展計(jì)算研究。此時(shí)， 式中：D3x表示4號(hào)閥只開(kāi)50%時(shí)，流過(guò)原來(lái)3只閥門(mén)的流量;表示4號(hào)閥只開(kāi)50%時(shí)，4只閥門(mén)的控制面積。 不考慮節(jié)流損失時(shí)，由上面的弗留格爾公式可知調(diào)節(jié)級(jí)前壓力為p0=14.98MPA，t0=537， 考慮節(jié)流損失時(shí)，調(diào)節(jié)級(jí)后壓力不再為p2=10.5MPA，t2=474，而降到P2=10MPA，t2=471。 此時(shí)可以看作是由P0，t0到p2，t2的等s過(guò)程，加上p2，t2到p2，t2的h不變過(guò)程，如圖2所示。 查焓熵圖得 p0=14.98MPA，t0=537時(shí)，焓和熵分別為h=3413.1kJ

10、/kg，s=6.48kJ/(kgK); p2=10.5MPA，t2=474時(shí)，焓和熵分別為ht1=3298.0kJ/kg，s2=6.48kJ/(kgK); p2=10MPA，t2=471時(shí)，焓和熵分別為ht1=3298.0kJ/kg，s=6.50kJ/ (kgK)。 此時(shí)調(diào)節(jié)級(jí)理想焓降為 環(huán)境溫度為27，做功能力的損失為 此時(shí)高壓缸進(jìn)汽參數(shù)降低，高壓缸做功能力減小。 比較可知，前3只閥門(mén)全開(kāi)，4號(hào)閥門(mén)部分開(kāi)啟，顯然比四閥全開(kāi)經(jīng)濟(jì)，但不如設(shè)計(jì)工況經(jīng)濟(jì)。 前3閥由全開(kāi)改變?yōu)椴糠珠_(kāi)啟，第4閥也部分開(kāi)啟，使之保持相同的開(kāi)度。極限情況下假設(shè)，4只閥門(mén)均開(kāi)75%，此時(shí)，每個(gè)閥在其開(kāi)度下，都是滿流量流過(guò)。

11、不考慮節(jié)流損失時(shí)，調(diào)節(jié)級(jí)前壓力和溫度為 考慮了節(jié)流損失后，調(diào)節(jié)級(jí)后壓力和溫度不再為p2=10.5MPA，t2=455，而變?yōu)閜2=9.0MPA，t2=447。 此時(shí)可以看成由p0=16.7MPA，t0=537到p2=10.5MPA，t2=455的等s過(guò)程和p2=10.5MPA，t2=455到p2=9.0MPA，t2=447的h不變過(guò)程的疊加，如圖2所示。 查焓熵圖得 p0=16.7MPA，t0=537時(shí)，焓和熵分別為h0=3393.6kJ/kg，s0=6.41kJ/(kgK); p2=10.5MPA，t2=455時(shí)，焓和熵分別為ht=3246.4kJ/kg，s0=6.41kJ/(kgK); p

12、2=9.0MPA，t2=447時(shí)，焓和熵分別為ht=3246.4kJ/kg，s=6.47kJ/(kgK)。 此時(shí)調(diào)節(jié)級(jí)理想焓降為 ht=h0-ht=147.2kJ/kg 環(huán)境溫度為27，做功能力損失為 e1=T(s-s0)=18kJ/kg 比較可知，4只閥門(mén)均開(kāi)75%時(shí)，雖然不如設(shè)計(jì)工況經(jīng)濟(jì)，但比四閥全開(kāi)和前3只閥門(mén)全開(kāi)，4號(hào)閥只開(kāi)一部分經(jīng)濟(jì)。進(jìn)一步計(jì)算可知4只閥門(mén)保持相同的開(kāi)度在75%100%變動(dòng)時(shí)，其經(jīng)濟(jì)性均比四閥全開(kāi)時(shí)好。 在此過(guò)程中，考慮此時(shí)泵的耗功： PP=D(p00-p11)/P (6) 因?yàn)榭偭髁繘](méi)有改變、效率不變，而p00、p11也沒(méi)有改變，所以泵的耗功幾乎不變。 2.2、調(diào)節(jié)閥由三閥全開(kāi)改到兩閥全開(kāi) 調(diào)節(jié)閥由三閥全開(kāi)改到兩閥全開(kāi)，這時(shí)候流量會(huì)變小，減小為原來(lái)的2/3，再按弗留格爾公式計(jì)算比較發(fā)現(xiàn)，雖然總的流量變?yōu)樵瓉?lái)的2/3，但流經(jīng)前兩閥的流量并沒(méi)有改變，由弗留格爾公式可知，調(diào)節(jié)級(jí)前的壓力也沒(méi)有改變，調(diào)節(jié)級(jí)焓降ht也不會(huì)改變，但是調(diào)節(jié)級(jí)少發(fā)的功率P1=2Dh/3=2P/3，做功卻變?yōu)樵瓉?lái)的2/3，高壓缸、中壓缸、低壓缸的做功都會(huì)減少，此時(shí)并不經(jīng)濟(jì)。 3、結(jié)束語(yǔ) 通過(guò)計(jì)